Alumínio, aço inoxidável, aço, plásticos técnicos: escolher bem o material das peças

Escolhe-se um material pela sua função, não por hábito. Cinco perguntas permitem reduzir rapidamente a lista:

• Que solicitações? Resistência, rigidez, dureza, desgaste, fadiga.
• Que ambiente? Corrosão, temperatura, produtos químicos, contacto alimentar ou médico.
• Que massa? O alumínio pesa cerca de um terço do aço (2,7 g/cm³ contra 7,85), e os plásticos técnicos ainda menos.
• Que transformação? Soldadura, tratamento térmico, tratamento de superfície: nem todas as ligas se prestam a isso.
• Que orçamento? O preço do material, mas sobretudo o tempo de maquinagem que impõe.

Descreva a função no seu pedido: a oficina de maquinagem CNC poderá confirmar a sua escolha ou propor uma liga mais económica.

Algumas opções correntes

• Um suporte leve, maquinado rapidamente: uma liga de alumínio em vez de um aço.
• Uma peça exposta à névoa marinha: um inox 316L ou um 5083 em vez de um S235, mesmo pintado.
• Um rolete ou uma guia silenciosa: um POM ou um PA6 em vez de um metal, se o ruído e a lubrificação contarem.

O alumínio maquina-se depressa, trata-se bem à superfície e aligeira as peças. A escolha joga-se na liga:

• 6082 ou 6061: a escolha por defeito. Polivalentes, soldáveis, anodizáveis. O 6082 é mais difundido na Europa, o 6061 na América do Norte; são frequentemente permutáveis, daí o interesse da menção «ou equivalente».
• 2017A: mais resistente e muito agradável de maquinar, mas menos protegido contra a corrosão e pouco soldável. Adequado a peças mecânicas maquinadas em massa.
• 5083: pela resistência à corrosão, nomeadamente em meio marinho, e para soldadura. Encontra-se sobretudo em placas e dá aparas longas na maquinagem.
• 7075: quando a resistência prevalece (aeronáutica, peças muito solicitadas). Não é soldável, custa mais e resiste menos bem à corrosão: é muitas vezes necessária uma proteção de superfície.

O estado metalúrgico (por exemplo, T6 ou T651) faz parte da designação: indique-o no desenho.

Aços

• S235: aço de construção corrente, soldável e económico. A sua resistência é modesta e não se destina a ser temperado: placas de base, chassis, suportes.
• C45: aço não ligado de carbono médio, que pode ser temperado e revenido para ganhar dureza. A escolha clássica para veios, eixos e peças mecânicas; a sua soldadura é delicada.
• 42CrMo4: aço ligado de crómio-molibdénio, utilizado após têmpera e revenido para peças muito solicitadas à fadiga (veios, engrenagens). No estado tratado é mais difícil de maquinar: maquina-se muitas vezes em desbaste, trata-se e depois acaba-se ou retifica-se para respeitar as cotas apesar das deformações.

Inox

• 304L: o inox standard, de baixo carbono, soldável. Encrua na maquinagem, o que desgasta as ferramentas e alonga os tempos em comparação com o aço.
• 316L: o molibdénio melhora a resistência à corrosão por picadas, nomeadamente na presença de cloretos: meio marinho, química, farmácia, setor médico. É mais caro do que o 304L.
• 303: enriquecido em enxofre para facilitar a maquinagem, convém a peças torneadas em série. Em contrapartida, a sua resistência à corrosão é menor e a soldadura desaconselhada.

O latão de torneamento automático (CuZn39Pb3) é um dos metais mais fáceis de maquinar: aparas curtas, bom estado de superfície, boa condutividade. É corrente em ligações, torneiras e contactos. Contém chumbo: para água potável ou alimentar, verifique as exigências aplicáveis; existem ligas sem chumbo.

O titânio (grau 2 ou Ti-6Al-4V) alia leveza (cerca de 4,5 g/cm³), resistência elevada, resistência à corrosão e biocompatibilidade. É difícil de maquinar, porque evacua mal o calor e desgasta as ferramentas: preveja um custo de material e um tempo de maquinagem nitidamente superiores.

O cobre puro, apreciado pela sua condutividade elétrica e térmica (barramentos, dissipadores), é mole e pegajoso: maquina-se pior do que o latão.

Os plásticos técnicos maquinam-se em varões, placas ou tubos. Dilatam-se muito mais do que os metais, podem fluir sob carga e alguns absorvem humidade: as tolerâncias apertadas são aí mais delicadas de respeitar (ver o guia sobre as tolerâncias).

• POM: rígido, estável, baixo atrito. O bom compromisso para peças mecânicas de precisão.
• PA6: resistente ao desgaste e aos choques, mas incha ao recuperar humidade: a evitar em ajustamentos apertados.
• PEEK: resistência à temperatura (da ordem de 250 °C em uso contínuo), resistência química, esterilizável. Material muito caro.
• PTFE: atrito muito baixo e inércia química, mas mole e fluente: pouco adequado a peças portantes precisas.
• PMMA: transparente e rígido, mas quebradiço; fissura sob tensão ou em contacto com certos solventes.
• PEAD: económico, leve, boa resistência química, pouco rígido e muito dilatável.

Pontos de referência qualitativos para comparar os materiais. O custo relativo diz respeito ao material em bruto (€ económico, €€€€ muito elevado); nada diz sobre o tempo de maquinagem.

O preço de uma peça maquinada soma o material, o tempo de máquina e as ferramentas (ver o cálculo de um orçamento de maquinagem). O material mais barato ao quilo nem sempre é, portanto, o mais barato por peça: uma liga que se maquina depressa pode compensar um preço ao quilo mais elevado, ao passo que um inox ou um titânio difícil de maquinar aumenta o tempo de máquina.

Duas outras alavancas pesam no custo. Primeiro, a dimensão do bruto: uma peça maquinada em massa consome um varão ou uma placa inteira, em que grande parte acaba em aparas. Uma secção próxima das dimensões comerciais reduz o desperdício. Depois, o certificado do material (por exemplo, do tipo 3.1 segundo a NF EN 10204), útil para a rastreabilidade mas a pedir apenas se necessário.

Os materiais com fortes tensões internas (placas espessas, plásticos) podem deformar-se após a maquinagem: a oficina prevê então um desbaste, um alívio de tensões e um acabamento, o que acrescenta tempo.

Quanto à disponibilidade, as ligas correntes (6082, S235, C45, 304L, 316L, POM, PA6) encontram-se em stock nos distribuidores. As ligas especiais, como o titânio, o PEEK ou o 7075 em certas dimensões, podem exigir prazos ou quantidades mínimas.

Utilize a designação normalizada em vez do nome corrente, com o estado ou o tratamento: «EN AW-6082 T6», «S235JR (1.0038)», «42CrMo4 +QT (1.7225)», «X2CrNiMo17-12-2 (1.4404)» para um 316L, «POM-C». Precise se uma liga equivalente é aceite e se é exigido um certificado. Evite menções ambíguas como «alu» ou «inox» isoladamente: obrigam a oficina a contactá-lo de novo, ou mesmo a orçamentar com um pressuposto diferente do seu.

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