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• a base de Si3N4

• a base de Al2O3 (alumina) • pura

• com adições

• ZrO2 (branca) • TiC (preta ou mista)

• SiC (whiskers)

9. Ultraduros • CBN – PCBN

10. Diamante Natural

Figura 4.1- Lista dos materiais para ferramentas de corte.

Sabe-se que todos os materiais de engenharia apresentam uma queda de resistência com o aumento da temperatura. A Figura 4.2 mostra o comportamento da dureza dos principais grupos de ferramentas de corte com a temperatura de trabalho. Nota-se que até as ferramentas de metal duro e cerâmica têm suas propriedades reduzidas, mas numa taxa bem menor que aquelas apresentadas pelos aços-rápidos. Isto garante a aplicação destas ferramentas em condições de corte bem mais desfavoráveis que aquelas a que podem se submeter os aços-rápidos.

Aum ento d e du reza e resistênc ia ao de sgaste

Aumen to d e te na c i dad

Figura 4.2 - Variação da dureza de alguns materiais de ferramentas de corte com a temperatura.

Considerações sobre os materiais para ferramentas de corte. 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. Eles 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 e 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);

fluido de corte deve ser evitado, se requerido, deve-se usa-loem abundância na aresta de corte.

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

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

• Diamante sintético monocristalino;

• Diamante sintético policristalino (PCD);

• Nitreto cúbico de boro sintético monocristalino (CBN);

• Nitreto cúbico de boro sintético policristalino (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 m, 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$80,0 a US$120,0 cada aresta. Entretanto, este custo tem baixado nos últimos anos.

4.2 - REVESTIMENTO PARA FERRAMENTAS DE CORTE

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 extra fina (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

• 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

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