Aula 04_Materiais Ferramenta de Corte

Prof. Eng. Ângelo Ferreira Costa

Engenharia Mecânica

Conseqüência dos esforços na de Ferramenta

Cavaco

FerramentaForca

Movimentorelativo

Calor

Peça

n

CalorAtrito

Desgaste

Material peça/

material ferramenta


� 50 mil anos atrás (Paleolítico – Pedra Lascada):

● Emprego de ferramentas de pedracomgumes afiados porlascamento,adaptandoageometriadecorteà tarefaaser

Evolução dos materiais de ferramenta

lascamento,adaptandoageometriadecorteà tarefaaser

realizada.


Matéria prima das ferramentas de corte.

MaterialMaterial dasdas ferramentasferramentas..

4


● Aço ferramenta (1868)

Evolução dos materiais de ferramenta

●

●

●

●

Aço rápido (1900)

Stellite (1910)

Metal duro (1926)

Cerâmicas (1938)

CBN- Nitreto de boro cúbico (década de 50) -●

●

CBN- Nitreto de boro cúbico (década de 50) -

Diamante mono e policristalino (década de 70)


Requisitos desejados em uma ferramentas de corte

� Resistência à compressão

� Dureza� Dureza

� Resistência à flexão e tenacidade

Resistência do gume

� Resistência interna de ligação

� Resistência a quente

� Resistência à oxidação

� Pequena tendência à fusão e

Nenhum material de ferramenta

possui todas estas características� Pequena tendência à fusão e

caldeamento

� Resistência à abrasão

� Condutibilidade térmica, calor

específico e expansão térmica

características


Ferramentas de ultima geração


Requisitos das ferramentas de corte.


Classificação dos materiais de ferramentas

Materiais CerâmicosMateriais de LigaçãoMateriais Metálicos

Materiais para Usinagem com ferramenta deGeometria Definida

Cerâmicaóxida

Cerâmicanão-óxida

Diamante

Diamante

CBN

CBN

Metal-duro (WC)

Cermets (TiC/TiN)

Aço-ferramenta

Aço-rápido

Materiais de Altíssima DurezaCerâmicas de Corte

Óxida Mista Reforçadac/ Wiskers

Al 2O3

Al 2O3

+ ZrO2

Al 2O3

Al 2O3+ZrO2+ TiC

Al 2O3+SiC-wisker

C/ Si3N4

Si3N4+demais

Diamantemonocristalino

Diamantepolicristalino

CBN

CBN + TiCCBN + BNhexagonal


Classificação dos materiais de ferramentas


Propriedades dos materiais de ferramentas


Resistência a quente dos principais materiais de ferramentas


1-Método VickersConsiste em medir a indentação, ou marca, deixada no mineral por uma ponta de diamante em forma de uma pirâmide invertida

de base quadrada e com ângulo de 136 graus entre duas faces opostas, submetido a uma carga de 1 a 100 kgf. Na realização do

teste a carga escolhida é aplicada por um período de 10 a 15 segundos, após o que é medida a área da pirâmide invertida deixada

na superfície que está sendo testada.

Esta medição é feita usando uma lupa ou microscópio dotado de escala graduada:

1- Mede-se as duas diagonais da marca quadrada e calcula-se a média aritmética,

2-Calcula-se a área lateral da marca piramidal deixada sobre a superfície testada,

3-Calcula-se a dureza Vickers dividindo-se a carga aplicada (em kgf) pela área interna da indentação em mm2.3-Calcula-se a dureza Vickers dividindo-se a carga aplicada (em kgf) pela área interna da indentação em mm2.

Ou seja:

F=força aplicada em kgf

d=Média aritmética das duas diagonais medidas

HV=Dureza Vickers

A dureza Vickers é encontrada usando a fórmula:

HV=1,854.F/d2

Nota: o número 1,854 é o valor aproximado do seno de 68 graus, isto é, seno de 136o / 2.

A dureza Vickers é sempre dada explicitando o valor da carga aplicada, sem referência a unidades de medida. Assim uma dureza

de 500 HV/10 significa: Dureza Vickers 500 usando uma carga de 10 kgf.

As unidade de HV são kgf por mm quadrado. Para converter um número da dureza Vickers em unidades do Sistema

Internacional (MPa ou GPa), é necessário converter a força aplicada de kgf para newtons e a área de milímetro quadrado para

metro quadrado, dando o resultado em pascals.

V

isando coerência com o Sistema Internacional a dureza Vickers pode ser dada usando as seguintes conversões:

Para converter HV em MPa: multiplicar por 9,807

Para converter HV em GPa: multiplicar por 0,009807


(Vickers) [ N/mm ]Dureza

2Condutividade térmica

RT [ W/mK ]

Dureza e condutividade de alguns materiais de corte

(Vickers) [ N/mm ]

Diamante

CBN

B 4C

SiC

RT [ W/mK ]

100 1000 100002500500010000

SiC

TiC

- Al 2O3


Dureza e condutividade de alguns materiais de corte


CBN+PKD 2

CERÂMICAS 14

Aplicação de materiais de ferramenta na indústria automobilística

MD - CVD 39,2

CERMETS 4

39,2 %

35 %

MD – PVD 5,9

MD S/ REV. 35

35 %


Características� Aços carbono (0,8 a 1,5 % de C)

� Principal material utilizado ate 1900

Aços ferramenta

� Principal material utilizado ate 1900

� Baixo custo

� Facilidade de afiação – obtenção de gumes vivos

� Tratamento térmico relativamente simples

� elevada dureza e resistência ao desgaste

� Resistem a temperatura de até

aproximadamente 250°Caproximadamente 250°C

� Sem ou com baixos teores de elementos de liga


Aços ferramenta

Áreas de aplicação dos aços-ferramentas

- Materiais de baixa velocidade de corte

- UsinagemdeaçosdocescomVc < 25m/min- UsinagemdeaçosdocescomVc < 25m/min

- Brocas para uso doméstico – hobby

- Ferramentas para carpintaria


Aços rápidos

Características

� Principais elementos constituintes (W,

Mo, Co, V), elementos que conferem alta Mo, Co, V), elementos que conferem alta

tenacidade às ferramentas.

� Dureza de 60 a 67 HRC- Resistem a

temperatura de até aproximadamente 520

a 600°C

� Clássico 18 (%W) - 4 (%Cr) – 1 (%V)

� Aço super rápido adição de Cobalto(Co)� Aço super rápido adição de Cobalto(Co)

� Tratamento térmico complexo

� Preço elevado


Aços rápidos


Características

Aços rápidos

� Composição química usual (5 a 7% formam carbonetos):

� Designação: HS + % W - Mo - V - Co

0,6 a 1,6% C 4% Cr

7 a 10% W 4 a 5% Mo

85 a 89% Fe 0,9 a 3% V

HS 10-4-3-10Ex.:

10 % de Tungstenio 10 % de Cobalto

4% de Molibdenio 3% de Vanadio


Subdivisão em4 grupos, segundo o teor de W e Mo

Aços rápidos


Aços rápidos –Subdivisão

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Alto teor de W (até 18%) Teores de W de até 12% W + Mo (O Mo substitui W)

ParaferramentascomformaBom revenimento

Paraferramentascomformacomplexa (boa maleabilidade e

tenacidade)

Possui tenacidade muito boa

Empregado para desbastede aço e ferro fundido

Crescente teor de VEmpregado para todos tipos de

ferramentas

Revenimento um pouco pior quegrupo 1

Empregado para acabamento demateriais ferrosos e na usinagem

de materiais não-ferrosos


Aumento no teor de elementos de liga:

Aços rápidos - Influência dos elementos de liga

� Maior produtividade destes materiais;

� Aumento na resistência ao desgaste;

� Aumento na vida das ferramenta;

� Porémtorna-semaisdifícil a fabricaçãodestematerial;� Porémtorna-semaisdifícil a fabricaçãodestematerial;

� Maiores custos de produção


●Aço-rápido com revestimento (TiC, TiN):

• Menor atrito;

• Reduçãonodesgaste;

Aços rápidos Áreas de aplicação dos aços-rápidos

� Ferramentas para todas asoperações de usinagem

� Ferramentasparadesbastee• Reduçãonodesgaste;

• Maior estabilidade química;

• Proteção térmica do substrato

� Ferramentasparadesbasteeacabamento

� Machos e cossinetes de roscas

� Brocas helicoidais

� Alargadores

� Fresas de todos os tipos

� Ferramentasdeplainar� Ferramentasdeplainar

� Escareadores

� Ferramentas para trabalho a frio

� Ferramentas para trabalho emmadeira

� Outras.


Aços rápidosÁreas de aplicação dos aços-rápidos


Aços rápidos

Áreas de aplicação dos aços-rápidos


Características

� Composição típica: 3% Fe , 17% W, 33% Cr, 44% Co

� Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C

Ligas Fundidas

� Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C

� W� Mn, Mo, V, Ti e Ta

� Tratamento térmico complexo

� Preço elevado

� Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida

Áreas de aplicação das Ligas Fundidas

� Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida

� Material para abrasivos

� Isoladores térmicos, isoladores elétricos

� Fundição de materiais cerâmicos

� Outros

Nomes comerciais: Stellite, Tantung, Rexalloy e Chromalloy


Generalidades:

� Desenvolvimento 1926 – Leipzig

Metal Duro

� Principal material de ferramenta utilizado na

indústria

� Indústria automobilística consome cerca de 70%

das ferramentas de metal duro produzidas no

mundo

� Resistem a temperatura de até aproximadamente

1000°C (mesma dureza que o aço rápido à 1000°C (mesma dureza que o aço rápido à

temperatura ambiente)

� Maiores Vc com relação as ligas fundidas, aços

rápidos e aços ferramenta

� Aumento na vida útil das ferramentas na ordem

de 200 a 400%


Estrutura do Metal Duro

onde:


38


39


GC4015 (P15) - TORNEAMENTO RÁPIDO

Para boas condições de usinagem

Camada de TiN para fácil detecção do

desgaste – menor tendência à formação de

arestas postiças

Cobertura espessa de Al2O3 para resistência

térmica e ao desgaste superiores

Camada de TiCN resistente ao desgaste com

adesão extremanente boa

Zona da superfície enriquecida por cobalto

para uma aresta segura e tenaz

Substrato duro com alta dureza e redução da

deformação plástica


GC4025 (P25) – CLASSE DE 1ª ESCOLHA

Camada de TiN para fácil detecção do desgaste e menor fricção – menor

Para a maioria das condições de usinagem

desgaste e menor fricção – menor tendência à formação de aresta postiça

Cobertura de Al2O3 de tamanho médio para resistência térmica e ao desgaste

Camada espessa de TiCN com colunas de cristais proporciona adesão extremamente boa

Zona da superfície, de tamanho médio, enriquecida por cobalto para segurança da aresta

Centro do substrato duro com resistência muito boa à deformação plástica


Camada de TiN para fácil detecção do desgaste e

menor fricção em materiais abrasivos

GC4035 (P35) – TENAZ E SEGURA PARA AÇOS

Para condições difíceis de usinagem

menor fricção em materiais abrasivos

Cobertura de Al2O3 de tamanho médio para

estabilidade térmica e mecânica

Camada de TiCN resistente ao desgaste

para adesão extremamente boa

Zona da superfície enriquecida por cobalto para Zona da superfície enriquecida por cobalto para

tenacidade superior da aresta, em cortes

intermitentes

Centro do substrato muito tenaz com boa

resistência à deformação plástica


Cerâmicas de Corte

Propriedades e características de cerâmicas:

� Resistentes à corrosão e às altas temperaturas� Resistentes à corrosão e às altas temperaturas

� Elevada estabilidade química (boa resistência ao

desgaste)

� Resistência à compressão

� Materiais não-metálicos e inorgânicos

� Ligação química de metais com não metais

� Podem ser oxidas ou não oxidas� Podem ser oxidas ou não oxidas


Cerâmicas de Corte


Matéria prima das ferramentas de corte.

MaterialMaterial dasdas ferramentasferramentas..


● Nitreto de Boro Cúbico – CBN

� 2º material de maior dureza conhecido

� Obtido sinteticamente com transformação de estrutura

Materiais de corte superduros não-metálicos

� Obtido sinteticamente com transformação de estrutura

hexagonal para cúbica (pressão + temperatura)

� Quimicamente mais estável que o diamante (até 2000

graus)


Materiais de corte superduros não-metálicos

● Diamante

� Material de maior dureza encontrado na natureza

� Pode ser natural ou sintético

� Monocristalino (anisotrópico) ou policristalino (isotrópico)

� policirstalino PKD - aglomerado de diamantes � policirstalino PKD - aglomerado de diamantes

� Usinagem de ferro e aço não é possível (afinidade Fe-C);

� Usinagem de metais não ferrosos, plásticos, madeira, pedra,

borracha, etc.

� Usinagem de precisão e ultraprecisão

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