Materiais Para Ferramentas de Corte Uma Análise Geral.
Transcript of Materiais Para Ferramentas de Corte Uma Análise Geral.
Materiais Para Ferramentas de
Corte
Uma Análise Geral
O RENDIMENTO DE UMA FERRAMENTA É MEDIDO PELA SOMA DOS TRABALHOS PRESTADOS DURANTE SUA VIDA E DEPENDE ESSENCIALMENTE DE CINCO FATORES:
1. aço de boa qualidade e liga adequada
A escolha criteriosa do tipo do aço em função da solicitação da ferramenta e suas condições de trabalho é de importância primordial.
2. bom desenhoDesenho inadequado pode ser responsabilizado pela quebra de muitas ferramentasCantos vivos:Mudança drásticas de secção: Economia excessiva de aço(robustez) :
3. tratamento térmico correto Alterações dimensionais:Importância de revenimentoImportância da nitretação
4. acabamento adequado da ferramentagrau de rugosidade
5. uso correto da ferramentaoperação; desbaste, acabamento etc
Introdução O primeiro metal surgiu quando pedras de minério de
ferro foram usadas em fogueiras para aquecer as cavernas. Pelo efeito combinado do calor e da adição de carbono pela madeira carbonizada, o minério transformou-se em metal.
A evolução ao longo dos séculos levou a sofisticação dos métodos de fabricação e combinações de elementos, resultando nos materiais de alto desempenho hoje disponíveis.
Tratam-se neste módulo os materiais usados para ferramentas de corte, suas características e indicações:
Exigência básica para um material de corte Aço Ferramenta
Aço Rápido Metal Duro Cerâmica Cermet
Nitreto de Boro Cúbico Cristalino Diamante
Quadro Comparativo Evolução da velocidade de corte ao longo dos anos
Exigências básicas para um material de corte
Elevada dureza a frio e a quente
A dureza da ferramenta deve ser bem maior que a do material a ser usinado, porém, dentro de um limite para que este não se torne muito quebradiço (frágil).
Material Dúctil Material Duro
Exigências básicas para um material de corte
TenacidadeO material deve ter uma boa tenacidade para resistir aos choques/impactos que ocorrem durante a usinagem, evitando com isso o surgimento de trincas e lascamentos na ferramenta.
Material Dúctil Material Frágil
Exigências básicas para um material de corte
Resistência ao desgaste por abrasão Na região de contato entre a peça-ferramenta-cavaco ocorrem elevadas pressões e presença de partículas muito duras.
Essas partículas, devido ao movimento relativo entre os componentes (peça-ferramenta-cavaco, penetram no material da ferramenta.
A subsequente remoção das partículas pode ocorrer(desgaste), caso a ferramenta não possua elevada resistência.
Exigências básicas para um material de corte
Estabilidade química Na usinagem a ferramenta e a peça apresentam diferentes composições químicas e estão submetidas a elevadas temperaturas, formando assim uma condição favorável para o surgimento de reações. Estas reações caracterizam-se pela troca de elementos químicos da peça para ferramenta e vice-versa, levando ao desgaste e perdas de propriedade da ferramenta.
Exigências básicas para um material de corte
Custo e facilidade de obtençãoExistem materiais para ferramenta que são fáceis de fabricar e apresentam baixo custo de produção. No entanto, não apresentam todas as propriedades desejadas e por isto tem seu uso limitado, exemplo: aço ferramenta. Por outro lado, tem-se a disposição materiais com excelentes propriedades dentre as quais dureza e resistência ao desgaste, porém com elevado custo. Portanto o balanço qualidade-custo deverá ser adequado a necessidades específicas.
EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS RÁPIDOS
Carbono - aumenta a dureza e possibilita a formação de carbonetos, que são partículas duras resistentes ao desgaste
Tungstênio e Molibdênio - aumenta a dureza e possibilita a formação de carbonetos (resistência a brasão)
Vanádio e Nióbio – A cada 1% de Vanádio acrescentado precisa-se aumentar o teor de carbono em o,25% para a formação de carbonetos;
Aços com alto teor de carbono e vanádio são os que possuem melhor resistência ao desgaste. O Vanádio tem sido substituído pelo Nióbio, que tem características semelhantes e, no Brasil, é mais barato;
Cromo - juntamente com o carbono é o principal responsável pela alta temperabilidade;
Cobalto - aumenta a dureza a quente elevando, em conseqüência, a eficiência do corte.
PROPRIEDADES CMn
P S Si Ni CrMo
V Al
Aumenta dureza X X X X
Aumenta a resistência X X X X X
Diminui a dutilidade X X X
Diminui a soldabilidade X
Desoxidante X X X
Aumenta a resistência ao impacto X
Aumenta a resistência a corrosão X
Aumenta a temperabilidade X X
Aumenta a resistência abrasão X
Aumenta resistência altas temperaturas
X
Fatores que Influenciam as Propriedades Mecânicas
EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NOS AÇOS RÁPIDOS
DesignaçãoTIPO DE AÇO
SAE AISI
10XX C10XX Aços carbono comuns
11XX C11XX Aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S
13XX 13XX Aço manganês com 1,75% de Mn
23XX 23XX Aços Níquel com 3,5% de Ni
25XX 25XX Aços Níquel com 5,0% de Ni
31XX 31XX Aços Níquel Cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr
33XX E33XX Aços Níquel Cromo com 3,5 % de Ni e 1,55 Cr
40XX 40XX Aços Molibdênio com 0,25% de Mo
41XX 41XXAços Cromo Molibdênio com 0,50% ou 0,90% de Cr e 0,12% ou 0,20% de Mo
43XX 43XXAços Níquel cromo com molibdênio com 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo
46XX 46XXAços Níquel Molibdênio com 1,55% ou 1,80% de Ni e 0,20% ou 0,25% de Mo
47XX 47XXAços Níquel Cromo Molibdênio com 1,05%de Ni, 0,45% de Cr e 0,20 de Mo
48XX 48XX Aços Níquel Molibdênio com 3,5 % de Ni e 0,25% de Mo
50XX 50XX Aços cromo com 0,28% ou 0,65% de Cr
50BXX 50BXX Aços cromo boro com baixo teor de Cr e no mínimo 0,0005% de B
51XX 51XX Aços cromo com 0,80 a 1,05% de Cr
DesignaçãoTIPO DE AÇO (continuação)
SAE AISI
61XX 61XX Aço cromo vanádio com 0,8 ou 0,95% de Cr a 0,1% ou 0,15% de v
86XX 86XX Aços níquel molibdênio com baixos teores de Ni, Cr e Mo
87XX 87XX Idem
92XX 92XX Aço silício manganês com 0,85% de Mn e 2,0% de Si
93XX 93XXAços silício manganês com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% de Mo
94BXX 94BXXAço níquel cromo molibdênio com baixos teores de Ni, Mo e no mínimo 0,0005% de B
98XX 98XXAço níquel cromo molibdênio com 1,0% de Ni,0,80 de Cr e 0,25% de Mo
Sistema de codificação SAE/AISI
CAPÍTULO #5CAPÍTULO #5CAPÍTULO #5CAPÍTULO #5
TECNOLOGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
Como fazer uma seleção criteriosa do material da ferramenta?
Quais os Materiais para Ferramentas?
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
Para a seleção criteriosa do material da ferramenta, os seguintes fatores devem ser ponderados:
Material a ser usinado A dureza e o tipo de cavaco
Processo de usinagem Ferramentas rotativas de pequeno diâmetro que ainda utilizam materiais mais antigos (como o aço rápido)
Condição da máquina operatriz Potência, gama de velocidades e estado de conservação
Forma e dimensão da ferramenta Ferramenta não padronizada
Custo do material da ferramenta A relação custo/benefício;
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
condições de usinagem
acabamento (alta vel. de corte, baixos avanço e profundidade de usinagem, em peças que já sofreram uma operação anterior de usinagem e, portanto, não apresentam excentricidade, casca endurecida, etc.) exigem ferramentas mais resistentes ao desgaste.
Em operações de desbaste (baixa velocidade de corte, altos avanços e profundidade de usinagem, com peças que apresentam camada endurecida, excentricidade, etc.) a ferramenta deve apresentar maior tenacidade, em detrimento da resistência ao desgaste;
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
condições de operação
se o corte for do tipo interrompido e /ou o sistema máquina-ferramenta-dispositivo de fixação for pouco rígido, exige-se uma ferramenta mais tenaz.
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
Outros fatores
Dureza a quente dependendo do tipo de operação, a temperatura da ferramenta pode ultrapassar 1000ºC
Resistência ao desgaste, resistência ao atrito, muito ligada á dureza a quente do material
Tenacidade resistência ao choque
Estabilidade química para evitar o desgaste por difusão que, como vai ser visto no cap. 6, é bastante importante em altas velocidades de corte.
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
para o caso de aços para ferramentas, pode-se acrescentar outras características
Temperabilidade
Tamanho de grão
Resistência aos choques térmicos (principalmente em processos com corte interrompido, como o fresamento).
• Aços carbono;
• Aços rápidos comuns;
• Aços rápidos com cobalto;
• Metais duros;
• Cerâmicas;
• Cermetos ou compósitos
• Diamantes;
• Nitreto de boro cúbico (CBN).
• Coronite
CLASSIFICAÇÃO GERAL
Morfologia do pó de diamante, de tamanho médio de partícula 20mm, com um aumento de 925X.
TE
NA
CID
AD
E
DU
RE
ZA
/ R
ES
IST
ÊN
CIA
A
O D
ES
GA
ST
E
Aço Ferramenta
-Denomina-se de aço ferramenta o material descrito a seguir (aço não ligado). Há diferenças de nomenclatura na bibliografia, que pode também denominar aço ferramenta toda a gama de aços usados para fabricação de ferramentas.
-Foi o único material (aço) empregado na confecção de ferramentas de corte até 1900.
Aço FerramentaCaracterística -Composição: 0.8 a 1.5% de carbono.
Aplicação Após o surgimento do aço rápido seu uso reduziu-se a aplicações secundárias, tais como: - Reparos, uso doméstico e de lazer. - Ferramentas usadas uma única vez ou para fabricação de poucas peças. - Ferramenta de forma.
São ainda atualmente usados pelas seguintes características: - São os materiais mais baratos. - Facilidade de obtenção de gumes vivos. - Tratamento térmico simples. - Quando bem temperado obtêm-se elevada dureza e resistência ao desgaste.
Limitação -Temperatura de trabalho: até 250°C, acima desta temperatura a ferramenta perde sua dureza.
Aço RápidoDesenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na Exposição Mundial de Paris.
Composição- Elementos de Liga: tungstênio, cromo e vanádio como elementos básicos de liga e pequena quantidade de manganês para evitar fragilidade. - Em 1942 devido a escassez de tungstênio provocada pela guerra, este foi substituído pelo molibdênio.
Características - temperatura limite de 520 a 600°C; - maior resistência à abrasão em relação ao aço-ferrameta; - preço elevado; - tratamento térmico complexo.
Aço Rápido
Aço Rápido com Cobalto
O aço rápido ao cobalto, denominado de aço super-rápido, apareceram pela primeira vez em 1921.
Característica - maior dureza a quente; - maior resistência ao desgaste; - menor tenacidade.
DESCRIÇÃO DOS MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
Aços Rápidos é um aço ferramenta de alta liga de tungstênio, cromo, vanádio e nióbio, quando foi desenvolvido em 1905, era o material de ferramenta que suportava as maiores velocidades de corte e elevada dureza a quente até 600ºC.
A estrutura metalográfica do aço rápido no estado temperado é martensítica com carbonetos encrustados.
Micrografia da amostra A temperada e duplo revenida. Aumento de 1000X
Aço Rápido
Aço Rápido com Revestimento TiN
O revestimento de TiN é aplicado pelo processo PVD conferindo uma aparência dourada a ferramenta.
Aço Rápido com Revestimento TiN
Característica - Redução do desgaste na face e no flanco da ferramenta; - Proteção do metal de base contra altas temperaturas pelo baixo coeficiente de transmissão de calor do TiN.
- baixo atrito; - não há formação de gume postiço.
Aço Rápido
REVESTIMENTO DE NITRETO DE TITÂNIO (TiN)
1960, processo CVD (deposição química a vapor) temperatura da ordem de 1000ºC, acima da temperatura de revenimento dos aços.
1980, processo PVD (deposição física a vapor) que é realizado na faixa de 450 a 500ºC, temperatura que não prejudica o tratamento térmico já realizado nos aços rápidos.
O PVD é realizado em uma câmara de alto vácuo com a presença de um gás inerte, o argônio.
Aços Rápidos com Cobertura
Tal camada possui as seguintes características Alta dureza, da ordem de 2300 HV;
Elevada ductilidade;
Redução sensível do caldeamento a frio (evita a
formação da aresta postiça de corte)
Baixo coeficiente de atrito;
Quimicamente inerte;
Espessura de 1 a 4 µm;
Ótima aparência
Aços Rápidos com Cobertura
A PRESENÇA DA CAMADA DE REVESTIMENTO DE TiN FAZ COM QUE:
O corte aconteça com esforços menores, devido ao seu baixo coeficiente de atrito;
Devido ao fato desta camada possuir alta dureza (tanto a frio quanto a quente) e também ao pequeno atrito, os desgastes são menores, principalmente o desgaste na superfície de folga da ferramenta.
Existe uma menor tendência à formação da aresta postiça de corte, porque, uma das características desta camada é a redução do caldeamento a frio.
Nas mesmas condições de corte então, a ferramenta revestida tem uma vida bem maior que a não revestida.
Além disto, mesmo depois de reafiada, a ferramenta revestida ainda é ligeiramente mais eficiente que uma não revestida, pois com a afiação, a ferramenta perde a camada de revestimento somente em sua superfície de saída (ou de folga, dependendo da fiação), mantendo a camada na outra superfície.
Pro
fund
idad
e to
tal u
sina
da (
m)
20 40 60 80 1000,4
0,6
1,0
2,0
4,0
6,0
10,0
15,0
Velocidade de corte (m/min)
Influência da Cobertura na Durabilidade da Ferramenta
Pro
fund
idad
e to
tal u
sina
da (
m)
avanço (mm/volta)0,08 0,2 0,3 0,5
0,4
0,6
1,0
2,0
4,0
6,0
10,0
15,0
0,1
aço
rápi
do
aço
rápi
do n
itrta
doT
iN r
eafia
do
T
iN N
ova
Metal DuroO Metal Duro (Carbonetos Sinterizados) surgiram em 1927 com o nome de widia (wie diamant - como diamante), com uma composição de 81% de tungstênio, 6% de carbono e 13% de cobalto.
Metal Duro
Característica - Elevada dureza; - Elevada resistência à compressão; - Elevada resistência ao desgaste; - Possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante. - Controle sobre a distribuição da estrutura.
Metal Duro
ComposiçãoO metal duro é composto de carbonetos e cobalto responsáveis pela dureza e tenacidade, respectivamente
O tamanho das partículas varia entre 1 e 10 microns e compreende geralmente 60 à 95% da porção de volume.
METAL DURO
MD- INSERTOS REVERSÍVEIS
MD com cobertura
METAL DURO
A Figura abaixo mostra os grupos de aplicação de metais duros, de acordo com a norma ISO 153/1975.
Metal DuroSeleção:
Principais fatores que afetam a escolha da pastilha:
Material da peça Operação
Condição de usinagem
Classes de ISO Metal DuroISO Material
P Aços carbono e aços ligas
M Aços inoxidáveis
K Ferros fundidos
N Alumínio, bronze latão
S Ligas resistentes ao calor - titânio
H Aços endurecidos e fofo coquilhado
11/04/23 50
CLASSES DE METAL DURO
Principais aplicações das classes de metal duro P 25 - Classe específica para trabalho de acabamento e semi-acabamento
em aço carbono em processos de torneamento, fresamento e filetamento. P 40 - Classe específica para desbaste, fresamento de seções de médio e
grosso calibre e cordões de solda de tubos de aço carbono. F 03 - Classe especialmente desenvolvida para fabricação de bicos de jato. F 05 - Classe para Torneamento, acabamento e rasqueteamento em alta velocidade
de corte e baixo avanço de aço temperado, vidro, cerâmica, plástico, alumínio e madeira de alta densidade. Ótimo para trefilação de arame de aço. Classe altamente resistente ao desgaste por abrasão.
F 10 - Mesma aplicação da classe do F 05, mas em condições mais severas. F 12 - Para trabalho com furações e alta resistência ao desgaste, quando há
necessidade de uma alta resistência a flexão. F 22 - Classe específica para estampagem de aço-silício. Construção de punções e
matrizes para estampagem. Construção de utensílios para o corte de materiais não ferrosos e seus derivados.
E 25 - Características similar a classe F22 mais específica para trabalho em eletroerosão.
Principais aplicações das classes de metal duro
K 15 - Torneamento, fresamento e furação de aço, ligas metálicas, madeira, borracha e plástico.
K 20 - K25 - Torneamento, fresamento e furação, com baixa velocidade de corte e forte avanço. Utilização para ligas de arame, madeira e alumínio. Classe indicada para ser utilizada em condições severas.
K 40 - Trefilação de fios e barras de aço. Matrizes para calibração e embutimento. Trabalho em madeiras macias, mármores e pedras. Indicado para insertos de fixação mecânica.
G 4T - Classe especifica para laminação a frio de metais ferosos. G 20 - Trefilação de metais. Laminação a frio. G 30 - Trefilação de metais. Laminação a frio. G 40 - Trefilação de metais. Extrusão de metais. Estampagem com força média. Corte de
aço. G 50 - Classe especial para estampagem a frio de parafusos e rebites. Possui boa
resistência ao desgaste e alta resistência ao impacto. G 60 - Formação e prensagem em condições extremas. Esta classe é muito resistente ao
impacto e choque (alta tenacidade, tratando-se de metal duro).
APLICAÇÕES
Pastilhas para Moendas
Incertos para usinagem de Rodeiros de Trens
Centro de Manutenção de Cavaleiro
Torno rodeiro - Este equipamento "alisa" as rodas gastas dos trens do metrô. É um torno mecânico , onde a ferramenta fica por baixo e o trem
55
Veículo Leve Sobre Trihos(VLT)
Funcionamento diesel-hidráulico 80% diesel e 20% biodiesel Capacidade para transportar 600 passageiros Peso máximo por eixo de 12 toneladas Velocidade máxima de 80 Km/h
Motor Diesel Sistema Hidráulico Tração
Cerâmica
Inicialmente cerâmica era o nome atribuido a ferramentas de óxido de alumínio. Na tentativa de diminuir a fragilidade destas ferramentas, os insertos passaram por considerável desenvolvimento, diferindo atualmente dos iniciais.
Hoje encontramos dois tipos básicos de cerâmica:
CerâmicaCerâmica a base de óxido (Puro)
Característica:
- baixa resistência; - baixa condutividade térmica; - fratura do gume, caso a condição de corte não seja boa; - baixa dureza.
Fabricação:
A cerâmica branca é obtida através de prensagem a frio e a cerâmica cinza atravésde prensagem a quente. Pequena quantidade de óxido de zircônio pode ser adicionada melhorando significamente a propriedade da cerâmica.
Cerâmica a base de óxido (mista)
Característica: Devido a adição de novos elementos como carbonetos de titânio e tungstênio, os insertos passaram a apresentar as seguintes características: - melhor resistência ao choque térmico; - melhor condutividade térmica.
Cerâmica Cerâmica a base de nitreto de silício
Material relativamente jovem desenvolvido em torno de 1970.
Característica: - melhor resistência ao choque; - considerável dureza a quente; - embora não apresente uma estabilidade química igual a da cerâmica a base de alumínio quando usinando aço, é excelente para usinar ferro fundido cinzento a seco; - é o número 1 na usinagem de ferro fundido cinzento com alta taxa de remoção.
Fabricação: - Cerâmicas a base de nitreto de silício são constituídas por duas fases, cristais de nitreto de silício e ligante, tendo as propriedades determinada pela composição. - Os insertos são obtidos através de prensagem de alta pressão a frio seguida de sinterização, ou mais alternativamente, através de pressão a quente.
CerâmicaCaracterística:
- Alta dureza à quente (1600°C) - Não reage quimicamente com o aço; - Longa vida da ferramenta; - Usado com alta velocidade de corte; - Não forma gume postiço.
Característica da cerâmica não metálica em relação ao aço:
- 1/3 da densidade do aço; - alta resistência a compressão; - muito quebradiço; - módulo de elasticidade em torno de 2 vezes ao do aço; - baixa condutividade térmica; - velocidade de 4 à 5 vezes a do metal duro; - baixa deformação plástica;
CerâmicaAplicação:
- Ferro Fundido; - Aço endurecido; (hard steels) - Ligas resistentes ao calor. (Heat resistant alloys)
Fabricação: Pó finíssimo de Al2O3 (partículas compreendidas entre 1 e 10 mícrons) mais ZrO2 (confere tenacidade a ferramenta de corte) é prensado, porém apresenta-se muito poroso. Para eliminar os poros, o material é sinterizado a uma tempertura de 1700o C ou mais. Durante a sinterização as peças experimentam uma contração progressiva, fechando os canais e diminuindo a porosidade.
Exigência:- Máquina Ferramenta com extrema rigidez e potência disponível.
CerâmicaRecomendações:
- Usinagem a seco para evitar choque térmico; - Evitar cortes interrompidos; - Materiais que não devem ser usinados:
-Alumínio, pois reage quimicamente;
-Ligas de titânio e materiais resistentes ao calor, pela tendência de reagir químicamente, devido a altas temperaturas envolvidas durante o corte;
-Magnésio, berílio e zircônio, por inflamarem na temperatura de trabalho da cerâmica.
Cermet
Composição
Cermet é um composto formado por cerâmica e metal (CERâmica/Metal).
Quase tão antigo quanto o metal duro à base de tungstênio/cobalto, o cermet é um metal duro à base de titânio. Durante a década de 1930, os primeiros cermets (Ti/Ni) eram muito frágeis e pouco resistentes à deformação plástica. Durante os anos quarenta e cinqüenta, o metal duro WC/Co desenvolveu-se consideravelmente, com grandes avanços em melhoria da performance. Enquanto isso, os cermets avançaram marginalmente com a adição de materiais, provavelmente adicionados de modo tentativa-e-erro, e com o aprimoramento da tecnologia de sinterização.
CermetCaracterística
- baixa tendência a formação de gume postiço; - boa resistência a corrosão; - boa resistência ao desgaste; - resistência a temperatura elevada; - alta estabilidade química;
Aplicação
Ao longo da história da usinagem, os cermets ganharam fama de suscetíveis à repentina e imprevisível falha das pastilhas e, como tal, não têm sido fáceis de compreender em sua aplicação.
As próprias recomendações dos fornecedores freqüentemente são contraditórias: alguns especificam o uso somente se os fatores operativos no torneamento de acabamento estiverem exatamente corretos; outros indicam uma área ampla de utilização, incluindo o exigente semi-acabamento. Além disso, os cermets são amplamente usados no fresamento de materiais de peças duros com êxito. Assim, parece não haver diretrizes bem definidas sobre onde os cermets se encaixam na usinagem.
Diamante
Monocristalino
- Tipos: Carbonos, ballos e Borts. - Característica marcante: são os materiais que apresentam maior dureza. - Materiais que podem ser empregados: usinagem de ligas de metais, latão, bronze, borracha, vidro, plástico, etc.
Parâmetros de corte permitido para uma ferramenta de corte:
- Velocidade de corte permitida: 100 a 3000m/min; - Avanço: 0,002 a 0,06 mm; - Profundidade de corte: 0,01 a 1,0 mm;
DiamanteLimitação
- Ferramentas de diamante não podem ser usadas na usinagem de materiais ferrosos devido a afinidade do C com o ferro; - Não pode ser usado em processos com temperaturas acima de 900°C devido a grafitização do diamante.
Aplicação
- Usinagen fina, pois é o único material para ferramenta de corte que permite graus de afiação do gume até quase o nível de um raio atômico de carbono.
- Usinagem onde é exigido ferramentas com alta dureza, por exemplo, furação de poços de petróleo.
Diamante
Diamante Policristalino
- Material sintético obtido em condições de extrema pressão e temperatura; - Propriedades semelhante ao encontrado no diamante natural, porém mais homogênio; - São usados na usinagem de materiais não ferrosos e sintéticos; - Ocorre grafitização para uma determinada condição de corte.
Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN)
Material relativamente jovem, introduzido nos anos 50 e mais largamente nos anos 80, devido a exigência de alta estabilidade e potência da máquina-ferramenta.
Característica: - São mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação; - Dureza maior que a do diamante; - Alta resistência à quente; - Excelente resistência ao desgaste; - Relativamente quebradiço; - Alto custo; - Excelente qualidade superficial da peça usinada; - Envolve elevada força de corte devido a necessidade de geometria de corte negativa, alta fricção durante a usinagem e resistência oferecida pelo material da peça.
Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN)Aplicação:
- Usinagem de aços duros; - Usinagem de desbaste e de acabamento; - Cortes severos e interrompidos; - Peças fundidas e forjadas; - Peças de ferro fundido coquilhado; - Usinagem de aços forjados - Componentes com superfície endurecida; - Ligas de alta resistência a quente(heat resistant alloys); - Materiais duros (98HRC). Se o componente for macio (soft), maior será o desgaste da ferramenta.
Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN)Fabricação
- Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ou ligante metálico, através de altas pressões e temperatura.
- As partículas orientadas a esmo, conferem uma densa estrutura policristalina similar a do diamante sintético. - As propriedades do CBN podem ser alteradas através do tamanho do grão, teor e tipo de ligante.
Ligante- CBN fabricados com ligantes de cerâmica possui melhor
estabilidade química e resistência ao desgaste; - CBN sobre substrato de metal duro, oferecem melhor
resistência ao choque.
Nitreto de Boro Cúbico Cristalino (CBN)Recomendações
- Alta velocidade de corte e baixa taxa de avanço (low feed rates); - Usinagem a seco para evitar choque térmico. Nomes comerciais - Amborite; - Sumiboron; - Borazon.
Usinagens de materiais endurecidos
CORONITE O Coronite é um material para ferramenta recente
(desenvolvimento da Sandvik Coromant), utilizado principalmente em fresas de topo, que são ferramentas de pequeno diâmetro.
PROPRIEDADES DO CORONITE
Tenacidade similar ao aço rápido (bem maior que a do metal duro);
Módulo de elasticidade (que tem a ver com a rigidez do material) menor que
o do metal duro, mas maior que o do aço rápido.
Dureza a quente e resistência ao desgaste bem maior que a do aço rápido;
Baixa tendência à craterização( formação do desgaste na superfície de
saída da ferramenta), devido ao fato de que o TiN é muito estável
quimicamente;
Capacidade de produzir superfícies com bons acabamentos maior que a do
aço rápido e do metal duro.
CARACTERÍSTICAS DO CORONITE
Uma das principais causas destas características do Coronite
é o fato de possuir partículas duras de TiN extremamente
finas.
Com isso fica mais fácil conseguir arestas afiadas da
ferramenta e as partículas que são levadas embora da aresta
durante o processo de desgaste são menores (fazendo com
que, mesmo depois de um certo desgaste, aresta ainda esteja
afiada).
COMPOSIÇÃO DO CORONITENormalmente ela é composta de três partes:
1. Um núcleo de aço rápido ou de aço mola, que adiciona
tenacidade à ferramenta;
2. Uma camada de Coronite circundando o núcleo que
representa cerca de 15% do diâmetro da fresa;
3. Uma camada de cobertura de TiN ou TiNC com espessura
aproximada de 2mm.
Quadro Comparativo
Evolução da velocidade de corte ao longo dos anos
Bibliografia
Infomet - http://www.infomet.com.br/
80
Norma DIN / Tipo de Aplicação
DIN N° TIPO APLICAÇÃO
1629 - Jan 61 Aços não ligados para tubos sem costura
1651 - Abr 70 Aços de usinagem fácil
1654 - Mar 80 Aços para parafusos
17100 - Jan 80 Aços para construção em geral
17115 - Ago 72 Aços para correntes soldadas
17135 - Mar 64 Aços resistentes ao envelhecimento
17155 - Jan 59 Aços para caldeiras
17200 - Nov 84 Aços para beneficiamento
17210 - Dez 69 Aços para cementação
17211 - Ago 70 Aços para nitretação
17212 - Ago 72 Aços para têmpera por chama ou indução
17221 - Dez 72 Aços laminados a quente para molas beneficiadas
17222 - Ago 79 Aços laminados a frio para molas
17225 - Abr 55 Aços resistentes ao calor para molas
17230 - Set 80 Aços para rolamentos
17240 - Jul 76 Aços resistentes ao calor para porcas e parafusos
Aplicações
Aços Rápidos com Cobertura
Para diversas ferramentas de usinagem tais como brocas, machos, alargadores, brochas, cortadores de dentes de engrenagens e alguns tipos de fresas, a aplicação de materiais mais resistentes ao desgaste que o aço rápido como o metal duro ou material cerâmico é muito restrita, devido a forma e dimensão destas ferramentas e as condições das operações de usinagem.
Assim, o desenvolvimento destas ferramentas tem caminhado no sentido da melhoria das condições do próprio aço rápido, através da aplicação de uma camada de cobertura de um material mais resistente ao desgaste como o nitreto de titânio (mais usado) e o carbonitreto de titânio.
CORONITE O Coronite é um material para ferramenta recente
(desenvolvimento da Sandvik Coromant), utilizado principalmente em fresas de topo, que são ferramentas de pequeno diâmetro que,
Quando fabricadas de aço rápido não propiciam a eficiência que se deseja da operação e, quando fabricadas de metal duro, possuem a limitação de não poderem atingir as altas velocidades de corte requeridas pelo metal duro, devido às altas rotações necessárias.
O Coronite é composto de finas partículas de nitreto de titânio (partículas de cerca 0,1 µm de diâmetro, muito menores que as partículas duras do metal duro, cujo tamanho varia de 1 a 10µm) dispersas numa matriz de aço temperado.
As partículas de TiN são 35 a 60% do volume do material. Esta proporção de partículas duras é bem maior do que o volume
de partículas duras possível de ser obtido no aço rápido (carbonetos),
Mas menor que o volume de partículas duras do metal duro.
Ligas Fundidas
Desenvolvidas por Elwood Haynes em 1922.
Composição - tungstênio, cromo e vanádio; - no lugar de tungstênio pode-se usar em partes, manganês, molibdênio, vanádio, titânio e tântalo; - no lugar do cobalto o níquel.
Característica - elevada resistência a quente; - temperatura limite de 700 a 800°C; - qualidade intermediária entre o aço rápido e o metal duro
Metal Duro
As primeiras ferramentas compostas unicamente de carbonetos de tungstênio(WC) e cobalto eram adequadas para a usinagem de ferro fundido, porém durante a usinagem do aço havia formação de cratera na face da ferramenta devido a fenômenos de difusão e dissolução ocorridos entre o cavaco da peça e a face da ferramenta. Para solucionar tais problemas, começou-se a acrescentar outros carbonetos (TiC, TaC e NbC) que conferem as seguintes características:
TiC (Carbonetos de Titânio): - pouca tendência à difusão, resultando na alta resistência dos metais duros; - redução da resistência interna e dos cantos.
TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) - em pequenas quantidades atuam na diminuição do tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resistência dos cantos.
Metal Duro
Propriedades As propriedades do metal duro são determinado pelo: - tipo e tamanho das partículas; - tipo e propriedades dos ligantes; - técnica de manufaturamento; - quantidade de elemento de liga.
Metal DuroComposição: Co, WCGrão: Grosso
Composição: Co, WCGrão: Fino
Composição: Co, WC, TiC, TaC, NbCGrande quantidade de elemento de liga
Composição: Co, WC, TiC, TaC, NbCPequena quantidade de elemento de liga
Metal Duro
Fabricação de pastilhas de metal duro
Clique no link para ver a:
GRUPOS DO METAL DURO
O grupo P é formado por metais duros contendo teores elevados de TiC (até 35%) e TaC (até 7%), o que lhes confere uma elevada dureza a quente, resistência ao desgaste e resistência à difusão.
Esta classe de metais duros é indicada para a usinagem de materiais dúcteis, de cavacos contínuos que, por apresentarem uma área de contato cavaco-ferramenta grande, desenvolvem altas temperaturas durante a usinagem.
Materiais normalmente usinados com ferramentas de metal duro classe P são aço, aço fundido e ferro fundido maleável, nodular ou ligado.
GRUPOS DO METAL DURO O grupo M é um grupo e metais duros com propriedades
intermediárias entre as do grupo P e do grupo K. Metais duros deste grupo se destinam a ferramentas de aplicações múltiplas.
Ferramentas de metal duro tipo M são usadas na usinagem de aço, aço fundido, aço ao manganês, ferros fundidos ligados, aços inoxidáveis austeníticos, ferro fundido maleável e nodular e aços de corte fácil.
O grupo K foi o primeiro tipo de metal duro desenvolvido (Diniz et. al., 1999), sendo composto basicamente por carbonetos de tungstênio aglomerados por cobalto.
Devido à baixa resistência dos metais duros à difusão em altas temperaturas, as ferramentas deste grupo não são recomendadas para a usinagem de metais dúcteis, sendo sua área de aplicação restrita a usinagem de materiais frágeis, que formam cavacos curtos (ferros fundidos e latões).
Classes de Metal Duro sem Cobertura Composição e Propriedades
M40
K30
K20
K10K01
M10
M20
M30
P10 P20 P25
P30
P40300
250
150
10075
mT
10.010.5
11.011.5
12.012.5
13.013.5
14.014.5
15.5g/cm3
Dureza a quente Resistência ao desgaste
TenacidadeC
O-C
on
teú
do
(Satu
ração M
ag
néti
ca)
TiC, TaC Peso específico
ISO 513
Ferramentas Cerâmicas
Possuem elevada dureza a quente e a frio, resistência ao desgaste e estabilidade química, porém baixa tenacidade e resistência ao choque térmico.
Podem ser classificadas como: • À base de alumina – pura, mista ou reforçada com
Wiskers (SiC); • À base de nitreto de silício (Si3N4);