Slides Usinagem - 06. materiais - parte 2

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Aula 06

- Materiais de Ferramenta Monocortante - (Parte 2)

Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau

Usinagem dos Materiais

Aula 06

Tópicos ➔ Materias de ferramentas (parte - I)

• Requisitos • Evolução

• Tipos

• Características

• Emprego ➔ Metal Duro

➔ Cerâmicas de corte

➔ Diamantes

Usinagem dos Materiais

Metal Duro – WIDIA Usinagem dos Materiais

Metal Duro

Generalidades - Desenvolvimento 1926 - Leipzig

- 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 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%

Usinagem dos Materiais

Metal Duro – WIDIA

Características - Boa distribuição da estrutura

- Boa resistência à compressão

- Boa resistência ao desgaste a quente

- Possibilidade de se obter propriedades específicas

- A princípio utilizado para a usinagem de materiais fundidos

- Anos 70 (seculo X)- surgimento de metais duros revestidos

- Primeiros Cermets ® (metais duros à base de TiC)- ↑ vc’s -1973 - Japão

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Metal Duro

- Composição típica: 81% W, 6% C e 13% Co – (WC-Co)

●Algumas razões do sucesso deste material:

–Grande variedade de tipos de metal duro (adição de elementos de liga);

–Propriedades adequadas às solicitações em diferentes condições

–Possibilidade de utilização de insertos intercambiáveis

–Estrutura homogênea (processo de fabricação)

–Dureza elevada;

–Resistência à compressão;

–Resistência ao desgaste a quente.

Usinagem dos Materiais

Fabricação do Metal Duro Usinagem dos Materiais

Fabricação do Metal Duro Usinagem dos Materiais

Metal Duro – Fabricação

Carboneto de Tungstênio WC

Componentes de Liga

TiC, (Ta,Nb)C, Mo C, VC, Cr , C Metal de Ligação

Co, Ni232

Mistura, Moagem Úmida, Peneiramento Úmido

Sacagem a Vácuo Peneiramento

Pó de Metal Duro

Prensagem Isostática Fria

Usinagem

Meio de Prensagem Secagem do Pulverizado

Granulado de Metal Duro Granulação

Prensagem Isostática FriaPrensa com Matriz

Plastificação

Secagem a Vácuo

Amassamento Secagem a Vácuo

Amassamento

Massa de Metal Duro

Moldagem por InjeçãoPrensagem por Extrusão

Massa de Metal Duro

Enceramento Sinterização

Enceramento

Sinterização/HIP Enceramento

Sinterização coisa Hastes, Perfis Retificação, Corte Revestimento

Peça Pronta

Peça moldada Afiada para Proteção ao Desgaste

Hastes Especiais Perfis Broca, Fresas

Hastes, Perfis d < 2 m Brocas com Canais de Refrigeração

Pastilhas Ferramentas p/ Mineração Pequenas Peças de Mancais Hastes Curtas

Pequenas Massas com Geometria Complexa

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Estrutura do Metal Duro – Carbonetos:

TaC, NbC,)

●fornecem dureza a quente e resistência ao desgaste (WC, TiC,

–Ligante metálico: ●Atua na ligação dos carbonetos frágeis (Co ou Ni)

●Obtido por sinterização (ligante + carbonetos)

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Estrutura do Metal Duro

onde:

α = carbonetos de tungstênio β = cobalto γ = carbonetos de titânio, tântalo e nióbio

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Propriedades dos componentes do Metal Duro Carboneto de tungstênio (WC)

- Solúvel em Co ⇒ alta resistência de ligação interna e de gume - Boa resistência ao desgaste abrasivo (melhor que TiC e TaC)

- Limitações de vc’s devido à tendência à difusão em temperaturas elevadas

Carboneto de Titânio (TiC) - Baixa tendência à difusão

- Boa resistência à quente

- Pequena resistência de ligação interna ⇒ baixa reistência de gume - Os metais duros com alto teor de TiC são frágeis

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Propriedades dos componentes do Metal Duro Carboneto de Nióbio (NbC)

- Em pequenas quantidades ⇒ refino do grão ⇒ proporciona um aumento de tenacidade e de resistência do gume

- A resistência interna do metal duro cai menos do que quando é utilizado TiC

Carboneto de Tântalo (TaC)

- Em pequenas quantidades ⇒ refino do grão ⇒ proporciona um aumento de tenacidade e de resistência do gume

- A resistência interna do metal duro cai menos do que quando é utilizado TiC

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Propriedades dos componentes do Metal Duro

Nitreto de titânio (TiN) - Componente de maior influência nas propriedades dos Cermets

- Menor solubilidade no aço

- Maior resistência à difusão que o TiC

- Alta resistência ao desgaste

- Estrutura de grãos finos

Cobalto (Co) - Melhor metal de ligação para metais duros com base em WC

- Boa solubilidade do WC

- Bom ancoramento dos cristais de WC

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Metal Duro - Grandezas de influência sobre a resistência

(Ti,Ta)CD ur

R esistê ci a

C orr ã o

TiC TaC

R esistê a a Fl ão TaC

TiC

R esistê ci a a

D es g aste

Conteúdo de Co

Tamanho do Grão do WC

Conteúdo de Carbonetos Mistos

Qualidade do Material da Ferramenta

Alta Resistência ao Desgaste

Alta Tenacidade

Conteúdo de Co:

Tamanho do Grão do WC:

Conteúdo de Carbonetos Mistos:Conteúdo de Carbonetos Mistos: Tamanho do Grão do WC:

Conteúdo de Co:

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Classificação dos Metais Duros

●Divididos em três grupos (P,K e M) e classificados de acordo com

numeração (p. ex. P01, P10,..., K10,)

à tenacidade e resistência ao desgaste, de acordo com uma Usinagem dos Materiais

Classificação dos Metais Duros

–Grupo P

●Alta resistência a quente ●Pequeno desgaste abrasivo

●Empregado para usinagem de aços com cavacos longos

–Grupo M ●Média resistência a quente

●Média resistência à abrasão

●Para aços resistentes a altas temperaturas, aço inoxidável, aços resistentes à corrosão, Fofo...

–Grupo K ●Pouca resistência a quente

●Alta resistência ao desgaste

ferrosos, materiais não metálicos (pedra, madeira,) materiais
com boa resistência a quente,

●Usinagem de materiais com cavacos curtos, Fofo, metais não

●Compostos praticamente somente por WC e Co (pequenas quantidades de TiC, TaC e NbC)

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Classificação dos Metais Duros

–Metal Duro Polivalente

●Melhores características (material com maior pureza e maior controle na sinterização)

●Redução da quantidade de insertos diferentes

●Mais homogêneos, com melhor distribuição dos carbonetos e tamanho dos carbonetos mais uniforme

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Classificação dos Metais Duros Usinagem dos Materiais

Classificação dos Metais Duros

Metais duros à base de WC-Co ● Alta resistência à compressão

● Aconselháveis para a usinagem de aço mole, materiais de cavaco curto, fundidos, não ferrosos, materiais resistentes ao calor e não metálicos como pedra e madeira

Metais duro à base de WC- (Ti, Ta, Nb)C-Co

●Comparados aos metais duros WC-Co possuem melhores propriedades sob altas temperaturas

●Aconselháveis para usinagem de aços de cavacos longos

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Classificação dos Metais Duros

Metais duro à base de TiC-TiN-Co, Ni (Cermets)

● Grande dureza, baixa tendência à difusão e à adesão, boa resistência a quente

● Apropriados para o acabamento de aços (torneamento e fresamento)

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–Substrato tenaz com revestimento duro (TiC, TiN, Ti(C,N), Al2O3,),

Metais Duros Revestidos combinando-se assim uma alta resistência a choques com alta resistência a desgaste (maior vida de ferramenta).

–É freqüente a deposição de várias camadas

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Metais Duros Revestidos

–Processos de revestimento ●CVD (chemical vapour deposition)

●PVD (physical vapour deposition)

–Exigências aos revestimentos ●Espessura regular da camada sobre a face e flancos

●Composição química definida

●Possibilidade de fabricação em grandes lotes

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Metais Duros Revestidos Usinagem dos Materiais

Metais Duros Revestidos

Principais revestimentos –Carboneto de Titânio (TiC)

–Nitreto de titânio (TiN)

–Carbonitreto de titânio (Ti(C,N))

–Nitreto de alumínio-titânio ((Ti, Al)N)

–Óxido de Alumínio (Al2O3) –Camadas de diamante

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Áreas de aplicação dos Metais Duros

- Ferramentas para quase todas as operações de usinagem (sob a forma de insertos)

- Ferramentas para desbaste e acabamento

- Brocas helicoidais

- Brocas para furação profunda

- Fresas de topo

- Brochas

- Alargadores

- outros

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Cerâmicas de Corte Usinagem dos Materiais

Cerâmicas de Corte Classificação das cerâmicas de corte

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Cerâmicas de Corte Classificação das cerâmicas de corte

Al2O 3 + TiCCERMET

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Cerâmicas de Corte

Generalidades - Materiais de importância crescente

- Alta resistência à compressão

- Alta estabilidade química

- Limitações na aplicação devido ao comportamento frágil e à dispersão das propriedades de resistência mecânica

- Indispensável em áreas como fabricação de discos de freio - Melhoria constante na qualidade

- Empregada na usinagem de aços e ferros fundidos

- Altas velocidades de corte, altas potências de acionamento

- Exigem máquinas rígidas e proteção ao operador

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Cerâmicas de Corte

➔ Propriedades e características de cerâmicas - 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 óxidas ou não óxidas

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Cerâmicas óxidas ➔ Cerâmicas à base de Al2 O3

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Cerâmicas óxidas

➔ Cerâmicas à base de Al2 O3 ● Surgiram a partir do final dos anos 30

● Tradicional – cerâmica branca

● Percentual de Al2O3 maior que 90% (cor branca)

● Al2 O3 + óxido de zircônio finamente distribuído

● Torneamento de desbaste e acabamento de FoFo cinzento, aços cementados, aços temperados e extrudados ● Apresentam alta dureza a quente

● Têm pouca resistência à flexão

● Extremamente sensíveis a choques térmicos (usinagem a seco)

● Empregadas em ferros fundidos e aços de alta resistência

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Cerâmicas óxidas ➔ Cerâmicas mistas

- Teor de Al2O3 menor que 90% (cor escura) - Contém de 5 a 40% de TiC e/ou TiN

- Mais tenaz que cerâmica óxida e com maior resistência de canto e gume

- Mais dura e mais resistente à abrasão que cerâmica óxida

- Mais resiste a variações de temperatura que cerâmica óxida

- Grãos finos => melhor tenacide, resistência ao desgaste e resistência de quina

- Maior dureza que as óxidas, maior resistência a choques térmicos

- Torneamento e fresamento leves de FoFo cinzento

- Usinagem de aços cementados e temperados

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Cerâmicas óxidas

➔ Cerâmicas de corte reforçadas com whiskers

- Whiskers – cristais unitários em forma de agulhas com baixo grau de imperfeição no retículo cristalino

- A base de Al2O3 com aproximadamente 20 até 40% de whiskers de carboneto de silício (SiC)

- Objetivo de melhorar as propriedades de tenacidade (aumento de 60%).

- Boa resistência a choques térmicos - corte com fluidos

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Dureza a Quente de Diversos Materias de Ferramentas 2500

Du reza HV

Temperatura oC

Cerâmicas óxidas Cerâmicas mistas

Cerâmicas não óxidas

Metal duro P-10

Stellite Aço rápido

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Cerâmicas não Óxidas

Definição: São cerâmicas a base de carbonetos, nitretos, boretos, silicatos, etc.

●Principalmente a base de Si3N4

●Maior tenacidade e resistência a choques térmicos quando comparadas às cerâmicas óxidas;

●Elevada dureza a quente e resistência ao calor

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Cerâmicas não Óxidas

Campos de aplicação de cerâmicas de corte não-óxidas ●usinagem do Ferro Fundido Cinzento

●torneamento de discos de freio

●desbaste de ligas à base de níquel (grupos I e II)

●Possuem alta afinidade com ferro e oxigênio (desgastam-se rapidamente na usinagem de aço - sem aplicações);

–Desgaste na superfície de saída;

–Gume de corte com tendência ao arredondamento

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Cerâmicas de Corte Não Óxidas

Divisão em relação à composição química ● I: Nitreto de silício + materiais de sinterização;

● I: Nitreto de Silício + fases cristalinas + materiais de sinterização;

●- Sialone - o Si3N4 pode conter até 60 % de Al2 O3 na mistura sólida

● I: Nitreto de silício + materiais duros + materiais de sinterização.

●- Si3N4 com propriedades influenciadas por materiais como TiN, ● TiC, óxido de zircônio e whisker - SiC

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FIM Aula 6 Usinagem dos Materiais

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