Considerações para seleção de materiais na fabricação de componentes mecânicos de precisão
Considerações baseadas no desempenho do serviço
Força e Dureza: a seleção é baseada no ambiente de serviço do componente e nos requisitos de suporte-de carga. Por exemplo, virabrequins de motores, que suportam cargas alternadas significativas, geralmente são feitos de ligas de aço de alta-resistência, como 40Cr, para evitar deformação e fratura sob condições complexas de tensão-de longo prazo. Por outro lado, as ferramentas de corte para usinagem de materiais de alta{6}}dureza são normalmente feitas de metal duro, que oferecem dureza e resistência ao desgaste extremamente altas, garantindo uma aresta de corte afiada.
Resistência ao desgaste: Para componentes que operam em ambientes friccionais, como engrenagens e rolamentos, materiais com boa resistência ao desgaste são essenciais. Por exemplo, as engrenagens em transmissões automotivas são geralmente feitas de aços cementados como 20CrMnTi. Após a cementação e têmpera, essas engrenagens alcançam alta dureza superficial e resistência ao desgaste, reduzindo o desgaste durante a transmissão e prolongando a vida útil.
Resistência à corrosão: componentes expostos a ambientes úmidos, ácidos ou alcalinos, como válvulas e tubos em equipamentos químicos, exigem materiais-resistentes à corrosão. Por exemplo, o aço inoxidável 316L, com excelente resistência à corrosão e resistência à corrosão intergranular, pode manter um desempenho estável em ambientes químicos agressivos.
Estabilidade Térmica: componentes que operam em ambientes-de alta temperatura, como pás de turbinas em motores-aéreos, precisam de materiais com boa estabilidade térmica. Superligas-à base de níquel, conhecidas por sua resistência superior-a altas temperaturas, resistência à oxidação e resistência à corrosão a quente, são comumente usadas em pás de turbinas. Esses materiais mantêm sua forma e desempenho em altas temperaturas, garantindo o funcionamento normal do motor.
Considerações baseadas na usinabilidade
Desempenho de corte: Para melhorar a eficiência e a qualidade da usinagem, os materiais devem ter boas propriedades de corte. Por exemplo, aços-de corte livre (como Y12 e Y15) são aprimorados pela adição de elementos como enxofre e chumbo, que reduzem o desgaste da ferramenta, as forças de corte e melhoram a quebra de cavacos durante a usinagem, aumentando assim a eficiência e a qualidade da superfície.
Desempenho de forjamento: Para componentes que requerem forjamento, a forjabilidade do material é crucial. Por exemplo, a liga de alumínio 6061 tem boa forjabilidade e pode ser facilmente deformada em estado quente para formar componentes de formato-complexo com propriedades mecânicas aprimoradas após o forjamento.
Desempenho de soldagem: Quando os componentes precisam ser montados por soldagem, devem ser selecionados materiais com boa soldabilidade. Por exemplo, o aço Q235 possui excelentes propriedades de soldagem e é menos sujeito a defeitos como rachaduras e porosidade durante a soldagem, garantindo a resistência e a vedação das juntas soldadas. É amplamente utilizado em vários componentes estruturais soldados.
Desempenho do Tratamento Térmico: Muitos componentes mecânicos de precisão requerem tratamento térmico para atingir as propriedades desejadas. Por exemplo, o aço 45 pode atingir uma boa combinação de resistência e tenacidade por meio de têmpera e revenido. No entanto, é necessário um controle rigoroso dos parâmetros do tratamento térmico para evitar deformações e fissuras.
Considerações baseadas no custo
Custo de materiais: Dentro das restrições de atendimento aos requisitos de serviço e usinagem, o custo do material é um fator significativo. Para componentes mecânicos gerais com demandas de desempenho mais baixas, como suportes mecânicos e alojamentos, aços carbono-de custo mais baixo, como o Q235, podem ser usados. Por outro lado, para componentes críticos em aplicações de alto{4}}desempenho, como peças aeroespaciais, são necessários materiais especiais de alto-desempenho, apesar do alto custo.
Custo de usinagem: Diferentes materiais têm dificuldades e custos de usinagem variados. Materiais de alto-desempenho, como ligas de titânio, embora tenham desempenho superior, são desafiadores e caros para usinar. Ao selecionar materiais, os custos de material e de usinagem devem ser avaliados de forma abrangente. Para grandes volumes de produção, materiais-econômicos com processos de usinagem otimizados podem reduzir os custos gerais.
Custo do-ciclo de vida: a escolha de materiais com bom desempenho e longa vida útil pode ter um custo inicial mais alto, mas pode reduzir a frequência de substituição e os custos de manutenção ao longo do tempo, diminuindo o custo geral do-ciclo de vida. Por exemplo, o uso de materiais de rolamento de alta-qualidade em equipamentos-de grande escala pode ter um custo de compra mais alto, mas pode estender significativamente os intervalos de manutenção e melhorar a eficiência operacional, resultando em custos gerais mais baixos.
Outras considerações
Disponibilidade de Materiais: Priorize materiais que estejam prontamente disponíveis no mercado para garantir uma produção contínua. Materiais especiais, como certas ligas metálicas raras, podem ter canais de fornecimento limitados e longos ciclos de aquisição, afetando os cronogramas de produção. Ao selecionar materiais, considere sua disponibilidade e escolha alternativas que sejam mais facilmente acessíveis e de fornecimento estável.
Requisitos Ambientais: Com a crescente consciência ambiental, o desempenho ambiental dos materiais está se tornando mais importante. Ao selecionar materiais, considere seu impacto no meio ambiente durante a produção, uso e descarte. Por exemplo, evite materiais que contenham substâncias nocivas como chumbo, mercúrio e cádmio e escolha materiais recicláveis para minimizar a poluição ambiental.
Padronização e Generalização de Materiais: Para facilitar o projeto, fabricação e manutenção de componentes, devem ser preferidos materiais com alta padronização e generalização. Isso reduz a variedade e as especificações dos materiais, reduz os custos de estoque e melhora a eficiência da produção. Os materiais padronizados também possuem técnicas de processamento e padrões de qualidade mais maduros, o que ajuda a garantir a qualidade do produto.
