Aula 6 Materiais para Ferramentas de Corte MD

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Tecnologia da Usinagem
Materiais para Ferramentas de Corte
METAL DURO
Paulo Sérgio Guedes Souza
Materiais para Ferramentas de Corte
Def.: É um composto de partículas duras (pós não 
metálicos/metálicos) e aglomerantes que são prensados e
sinterizados.
Em 1927 a Krupp lançou o produto Widia (“Wie diamant” –
como diamante). Uma composição típica deste material é: 81% 
de W, 6% de C e 13% de Co.
Carbonetos de Tungstênio (WC)
Carbonetos de Nióbio (NbC)
Carbonetos de Titânio (TiC)
Carbonetos de Tântalo (TaC)
Cobalto (Co) ( Elemento de Liga / controle da tenacidade)
Dureza do M. Duro sem cobertura 1600 –1800 HV (80 ~96HRC)
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 O tungstênio (W) é o metal de mais alto ponto de fusão (3387 
oC), maior resistência à tração (4200 N/mm2) e mais baixo 
coeficiente de dilatação térmica.
 A dificuldade de fusão do W levou ao desenvolvimento da 
metalurgia do pó.
 A Osram (fabricante de lâmpadas alemã) cedeu seus estudos 
sobre o desenvolvimento de filamentos de W para lâmpadas à 
Krupp, que os usou como base para pesquisas de aplicação do 
carboneto de tungstênio para a usinagem de metais.
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Tamanho das partículas duras varia normalmente de 1 a 10 
μm e;
Partículas grandes → maior tenacidade; Partículas 
pequenas → maior dureza;
Vantagens:
Boa distribuição da estrutura (metalurgia do Pó);
 Dureza elevada;
 Resistência à compressão;
 Resistência a quente;
 Controlabilidade de Propriedades.
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:
Materiais para Ferramentas de Corte
Os metais-duros podem ser divididos em 
três grupos:
WC-Co;
WC-(Ti, Ta, Nb)C-Co;
 TiC/TiN-Co, Ni (CERMETS).
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Constituídos principalmente de WC, com Co como 
ligante e pequenas quantidades (< 2,5%) de TiC, TaC e 
NbC;
Alta resistência à compressão, boa tenacidade, boa 
resistência ao desgaste e alta resistência de aresta;
Usinagem de materiais de cavaco curto, fundidos, não-
ferrosos e não-metálicos, materiais resistentes ao calor, 
materiais compostos reforçados por fibras;
Não são aconselháveis para a usinagem de aços mole;
WC-Co;
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WC-(Ti, Ta, Nb)C-Co;
Grupo dos MD que contêm WC, TiC, TaC e NbC;
Comparados com os MD WC-Co possuem melhores 
propriedades sob altas temperaturas, ou seja, dureza a 
quente, resistência ao calor e resistência à difusão com 
materiais ferrosos;
O principal campo de aplicação é a usinagem de aços, 
principalmente com cavacos longos.
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TiC/TiN-Co, Ni (CERMETS).
TiC e TiN com fase ligante Ni, Co; Pode conter 
elementos como W, Ta, Nb, Mo e carbonetos complexos;
Alta dureza, baixa tendência à difusão e à adesão, boa 
resistência ao desgaste e a quente, e boa resistência de 
aresta, porém menor tenacidade;
Permitem maiores Vc com relação ao MD convencional. 
No entanto, são mais sensíveis às mudanças de 
temperatura;
Principal aplicação - usinagem de aços com alta 
velocidade de corte e pequenas seções de usinagem;
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De acordo com a ISO 513:2004 E os MD foram divididos nas 
classes P, M, K, N, S e H;
Critérios: aplicação e composição;
Há ainda as subdivisões P01 a P50, M01 a M40, K01 a K40, N01 a 
N30, S01 a S30 e H01 a H30;
Com o crescimento do índice, cresce a tenacidade e diminui a 
dureza;
K01 K40 M01 M40 P01 P50 N01 N30 S01 S30 H01 H30
S HPMK N
DUREZA
TENACIDADE
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K: WC-Co e pequeno teor de carbonetos. Ind.: metais de 
cavaco curto (FoFo e latão) e ñ-ferrosos, ñ-metálicos, 
materiais resistentes ao calor, pedra e madeira;
M: propriedades intermediárias e aplicações múltiplas. Ind.: 
INOX, aços resistentes a altas temperaturas, aços resistentes 
à corrosão e FoFo cinzento duro ou ligado;
P: WC, TiC, TaC e NbC, com alto teor de TiC e TaC. Elevada 
resistência a quente e ao desgaste abrasivo e de cratera. 
Indicações: Aços, materiais de cavacos longos, materiais 
ferrosos e dúcteis em geral.
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N: composição semelhante ao do grupo K. Ind.: ñ-ferrosos;
S: composição semelhante ao do grupo M. Ind.: Ligas 
resistentes a altas temperaturas (superligas e ligas de 
titânio);
H: composição semelhante ao do grupo P. Ind.: Aços 
endurecidos;
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Metais-duros WC-Co onde o diâmetro médio do grão de 
WC < 1 m (grãos finos) e < 0,5 m (grãos ultrafinos);
A redução do tamanho do cristal de WC abaixo de 1 m, 
para um mesmo teor de ligante, leva a um aumento da 
dureza como também da resistência à flexão;
Valores superiores aos convencionais em dureza, 
resistência de aresta e tenacidade. Também possuem 
baixa tendência à aderência e ao desgaste por difusão;
Metal-Duro Microgrão
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Metal Duro Revestido
Desde aproximadamente 1968;
Objetivo: aumentar a resistência ao desgaste da 
camada superior, mantendo a tenacidade do núcleo, 
aumentando a produtividade sem fragilizar as 
ferramentas;
TiN
Al2O3
TiCN
Substrato
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Os tipos mais comuns de revestimento são :
TiC: 1º tipo de revestimento. Alta dureza (até 3400 HV), 
ótima resistência ao desgaste abrasivo. Maior tendência 
à difusão que TiN e Al2O3. Baixa resistência à oxidação;
TiN: Dourado. Alta estabilidade química - menor 
tendência à difusão (cratera) comparado ao TiC. Menor 
dureza e maior tenacidade que o TiC;
Ti(C,N): Dureza intermediária. Usinagem de aço com 
grande resistência mecânica e alto calor. Utilização em 
multicamadas;
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(Ti, Al)N: maiores resistência à oxidação e dureza 
a quente. Usinagem com grandes solicitações 
térmicas como furação sem fluido, furações 
profundas ou furações com pequenos diâmetros;
Al2O3: ótima resistência ao desgaste abrasivo e 
por difusão. Ótima resistência à oxidação;
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Pode ser composto por até 10 camadas com 
a combinação das propriedades;
Geralmente a primeira camada é o TiC ou o 
TiCN, seguidas por camada de TiN, AlON ou 
Al2O3;
Revestido Multicamadas
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0
1000
2000
3000
4000
TiC TiAlN TiCN TiN Al2O3 MD
Material da cobertura
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Estabilidade Química
Resistência ao desgaste Coeficiente de atrito
TiC
TiN
ZrN
Al2O3
TiAlN
TiCN
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O revestimento de ferramentas de usinagem 
pode ocorrer por meios químicos ou físicos:
Processo CVD (Chemical Vapor Deposition, 
Deposição Química a Vapor);
Processo PVD (Physical Vapor Deposition, 
Deposição Física a Vapor)
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Processo CVD
O revestimento é formado através de uma reação 
química ocorrida diretamente na superfície das peças a 
serem revestidas;
São depositadas camadas de TiC, TiN, Ti(CxNy), Al2O3 e 
outros, separadamente ou em diferentes combinações 
com diversas camadas;
 Geometrias complexas podem ser revestidas 
uniformemente;
No fresamento são empregados metais duros com 
camadas de revestimento mais finas (4 - 6 m) que no 
torneamento (até 12 m);
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São diferenciados três tipos de processos de 
revestimentos CVD:
HT-CVD (Alta temperatura CVD, 900 - 1100C);
 MT-CVD (Média temperatura CVD, 700 -
900C);
 P-CVD (Plasma CVD, 450 - 650C);
Maiores temperaturas – maior aderência, 
maiores camadas, maior fragilidade, menor 
tenacidade de substrato;
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Surgimento – início dos anos 80;
Suas menores temperaturas possibilitaram o uso em HSS
As principais diferenças em relação ao CVD são:
Processo PVD
temperaturas de processo de 200 a 600 C;
 tenacidade do substrato inafetada (baixa 
temperatura)
 vasta opção de revestimentos e combinações;
 espessura da camada limitada a 3 a 5m;
 necessidade de pré-trabalho superficial e controle 
de processo minucioso para se obter excelente 
aderência;
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