MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE

CONSIDERAÇÕES

Evolução:

• 50 mil anos atrás – Pedras

• 1868 – Aços Ferramenta

• 1900 – Aço Rápido

• 1922 – Ligas Fundidas

• 1926 – Metal Duro

• 1938 – Cerâmicas

• Década de 70 – Materiais Ultraduros

Escolha da Ferramenta:

• Matéria-prima

• Volume de produção

• Velocidade

• Temperatura

•  A ferramenta deve ser mais dura nas temperaturas de trabalho que o metal estiver sendo usinado (“Dureza a Quente”);

• A ferramenta deve ser dura, mas não a ponto de se tornar quebradiça e de perder resistência mecânica (tenacidade);

• O material da ferramenta deve ser resistente ao encruamento (endurecimento do metal após ter sofrido deformação plástica resultante do processo de conformação mecânica) e a micro soldagem (adesão de pequenas partículas de material usinado ao gume cortante da ferramenta).

As principais propriedades que um material de ferramenta de corte deve apresentar são listadas abaixo, não necessariamente em ordem de importância. Dependendo da aplicação, uma ou mais propriedades podem se destacar:

· Alta dureza;

      . Tenacidade suficiente para evitar falha por fratura

· Alta resistência ao desgaste;

· Alta resistência à compressão;

· Alta resistência ao cisalhamento;

· Boas propriedades mecânicas e térmicas a temperaturas elevadas;

· Alta resistência ao impacto;

· Ser inerte quimicamente.

MATERIAIS 

1 - Aço-carbono: utilizados em baixíssimas velocidades de corte, no ajuste de peças.

a) Comum: até 200° C (limas)

b) Com elementos de liga (V, Cr, Mo e W): até 400° C (brocas, machos, etc.).

2 - Aço-rápido: O 1° grande impulso para materiais para ferramentas de corte. São indicados para operações de baixa e média velocidade de corte, dureza a quente até 600° C. Seus elementos de ligas são o W, Co, Mo, Cr e V;

3 - Ligas Fundidas: têm um elevado teor de Co, contendo também W e Cr, apresentam um bom rendimento na usinagem do FoFo, dureza a quente de 900° C

4 - Metal duro: O 2° grande impulso compreende o WC + Co, fabricado pelo processo de sinterização (metalurgia do pó: processo pelo qual os pós são misturados e levados à condições controladas de pressão e calor). O metal duro pode ser encontrado no mercado principalmente na forma de pastilhas intercambiáveis, sem revestimento, ou revestidas com TiC, Al2O3. Existem 3 classes de metais duros:

• Classe P: (WC + Co com adições de TiC, TaC e às vezes NbC ) aplicamos a usinagem de aços e materiais que produzem cavacos longos;

• Classe K: (WC + Co puros) usinagem do FoFo e das ligas não ferrosas que produzem cavacos curtos;

• Classe M: intermediária.

As ferramentas de cortes de metal duro operam com elevadas velocidade de corte, temperaturas até 1300°C.

5 – Cermets: Grupo intermediário entre os metais duros e as cerâmicas. Constituído por TiC e TiN e geralmente tem o Ni como elemento ligante. Devido à baixa condutividade térmica e ao alto coeficiente de dilatação, os cermets têm um baixo coeficiente de resistência ao choque térmico, bem inferior ao do metal duro. Daí a explicação do cermets só ser eficiente em baixos avanços, pequenas profundidades de corte e altas velocidades (operações de acabamento) na usinagem dos ferrosos.

 6- Cerâmicas: são constituídas basicamente de grãos finos de Al2O3 Si3N4 sinterizados, a velocidade de corte de 3 a 6 vezes maiores que a do metal duro. Elas se dividem basicamente em dois grandes grupos:

• A base de Al2O3 (Alumina sinterizada);

• A base de Si3N4 (mesma resistência ao desgaste, porém com uma tenacidade superior).

Principais características das ferramentas cerâmicas:

• Capacidade de suportar altas temperaturas (materiais refratários);

• Alta resistência ao desgaste (alta dureza);

• Baixa condutividade térmica;

• Boa estabilidade química (inércia química);

No passado o principal limitador das ferramentas cerâmicas era a sua fragilidade. Hoje com a introdução no mercado de cerâmicas mistas, reforçadas com SiC (Whiskers) e a base de nitreto de silício o grau de tenacidade destas ferramentas melhorou significativamente, podendo ser usadas em cortes interrompidos (fresamento) em altíssimas velocidades de corte e avanço. No entanto, o uso de fluido de corte deve ser evitado, se requerido, deve-se usa-lo em abundância na aresta de corte.

7 - Ultra-duros: São materiais com 3000 HV. São considerados ultraduros:

• Diamante natural:

• Diamante sintético monocristalino;

• Diamante sintético poli cristalino (PCD);

• Nitreto cúbico de boro sintético monocristalino (CBN);

• Nitreto cúbico de boro sintético poli cristalino (PCBN);

Devido à sua fragilidade, risco de falha sob impacto e também seu alto custo, o diamante natural tem a sua aplicação limitada como ferramenta de corte, principalmente após o surgimento dos diamantes e CBN sintéticos, que podem substituí-lo com bastante eficiência. Tanto os PCDs como os CBNs podem ser encontrados apenas como uma camada de 0,5 a 1,0 mm, que são brasadas geralmente no metal duro (WC + Co), ou então, mais raramente, como ferramentas totalmente sólidas.O diamante sintético policristalino (PCD) não é usado para usinar materiais ferrosos, há desintegração química quando as temperaturas ultrapassam 700 °C. Ao contrário, o CBN tem-se mostrado excelente na usinagem dos aços, ligas de níquel, titânio, FoFo, etc.

 Ele mantém sua  estabilidade química até a temperaturas da ordem de 1200 °C. O PCBN apresenta uma tenacidade melhor, chegando próxima à do metal duro. O que limita a aplicação dos ultra-duros é o seu alto custo. O preço destas pastilhas está em torno de 80 vezes o preço do metal duro e de 15 a 25 vezes o preço da cerâmica. Os preços médios destas ferramentas variam de US$80,00 a US$120,00 cada aresta. Entretanto, este custo tem baixado nos últimos anos.

REVESTIMENTO 

A deposição de revestimentos em ferramentas de corte tem como principal objetivo o aumento da vida das ferramentas. Outros efeitos positivos, tais como o aumento da velocidade de corte (o que resulta em uma maior produtividade), redução de forças de corte (menor potência consumida) e redução da tendência à adesão, também podem ser obtidos. As primeiras referências sobre o estudo dos revestimentos para ferramentas de corte datam da segunda metade da década de 1960. As principais ferramentas revestidas são compostas por um substrato relativamente tenaz de metal duro ou aço-rápido sobre o qual é aplicada uma fina camada de material resistente ao desgaste com granulometria extrafina (carbonetos, nitretos, carbonitretos e óxidos). De forma geral, a utilização de revestimentos conferem certas características às ferramentas de corte como:

• Resistência ao calor e ao desgaste;

• Diminuição do choque térmico no substrato;·.

• Usinagem com velocidades e avanços mais altos;

• Possibilidade de corte a seco ou com mínima quantidade de fluido de corte;

• Melhor acabamento superficial da peça;

• Redução do atrito;

• Redução e até mesmo ausência da aresta postiça de corte;

• Redução do desgaste de cratera e de flanco.

A baixa condutividade térmica dos revestimentos funciona como uma barreira entre o material da peça e o substrato da ferramenta. Devido a esta barreira, a carga térmica no substrato, o atrito, a adesão, a difusão e a oxidação podem ser reduzidos e a resistência à abrasão aumentada.

 As ferramentas podem ser revestidas basicamente por dois processos:

• Processo de deposição química a vapor - CVD (Chemical Vapour Deposition): a deposição dos revestimentos ocorre por meio de reações químicas em uma faixa de temperatura entre 900 e 1100°C;

• Processo de deposição física a vapor - PVD (Physical Vapour Deposition): a deposição ocorre por meio de vapores gerados no interior de um forno a baixa pressão, em temperaturas em torno de 500° C. O processo PVD traz benefícios como a possibilidade de revestir substratos de aço-rápido (devido à temperatura relativamente mais baixa), obtenção de revestimentos com granulometria mais fina (possibilidade de revestir cantos vivos).

	PROCESSO DE APLICAÇÃO
	PVD	CVD
Revestimento	TiN, TiAlN,TiCN, WC/C, CrN, MoS2	Diamante, SiC, Al2O3, TiC, TiN

Principais revestimentos da atualidade e o processo de deposição.

Uma evolução no processo de revestimento surgido na década de 80 foi o revestimento multicamada, formado por uma combinação de TiC, TiN, TiCN, Al2O3 e ocasionalmente HfN que resultam em um revestimento de espessura total próxima a 10 μm. O desenvolvimento dos revestimentos multicamadas possibilitou o aumento da vida e campo de aplicação das ferramentas.

 REFERÊNCIAS

CALLISTER, Jr., W. D. – Ciência e Engenharia dos Materiais : Uma Introdução . Tradução Sérgio Murilo Stamile Soares – Rio de Janeiro: LTC, 2008.

DINIZ, A. E. – Tecnologia da Usinagem dos Materiais. 3 ed. São Paulo: Artliber Editora, 2001.

STEMMER,Caspar Erich, Ferramentas de Corte: ferramentas simples de tornear, Florianópolis: Editora da UFSC, 1987

LUERKE, Prof. Rogério Luerke, Fundamentos da Usinagem. Apostila do curso Técnico da Escola Técnica Tupy, Joinville, 1976

MACHADO, Álisson Rocha, Teoria da Usinagem dos Materiais- Alexandre Mendes Abrão- Mario Bacci da Silva; Rosalvo  Tiago Ruffino, Revisor Técnico- São Paulo, Editora Blucher, 2009

TELECURSO 2000 Profissionalizante. Mecânica: Processos de Fabricação Vol. 2. Rio de Janeiro, Ed. Globo
STOETERAU, Rodrigo Lima  Processos de Usinagem Materiais de Ferramentas