SEMINÁRIO

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Mecanismos de desgaste 
em insertos de 
fresamento não 
revestidos e revestidos
Seminário
PM654 - Fundamento de Desgaste de Materiais
Aluno: Victor Tallis Bazon
Prof.: Washington Martins da Silva Junior
TÓPICOS
01 02
03 04
Introdução Artigo
Conclusões Referências
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Introdução
01
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Introdução: Fresamento
❑ A usinagem representa papel fundamental nos processos de fabricação dos mais variados ramos da 
indústria mecânica. Dentre os diversos processos de usinagem, o fresamento constitui um dos mais 
importantes pela sua produtividade e flexibilidade (Groover, 2002);
❑ O fresamento é amplamente usado em diversos setores da indústria, tais como automotiva, 
aeroespacial, têxtil entre outras. Os avanços tecnológicos obtidos nas áreas de ferramentas de corte 
e máquina-ferramenta tornam o fresamento cada vez mais abrangente e competitivo. Estes avanços 
permitiram que a este processo de usinagem atingir níveis de tolerâncias dimensionais cada vez 
mais exigentes e com excelentes níveis de acabamento, além da obtenção de geometrias 
complexas;
❑ O processo de fresamento pode ser definido como um movimento de corte orientado numa direção 
entre a rotação da ferramenta, geralmente, multi-cortante e o avanço da peça de trabalho (Sandvik, 
2005).
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Uma característica fundamental das operações 
de fresamento é que cada aresta de corte atua 
de forma intermitente, entrando e saindo da 
peça em cada revolução da fresa. Em geral, 
cada dente participa apenas de uma pequena 
parte do ciclo ativo de usinagem. As arestas 
são submetidas a impactos periódicos com a 
peça, resultando em tensões mecânicas 
elevadas e intensa geração de calor durante o 
período ativo, seguido de um intervalo de 
inatividade que permite o resfriamento da 
ferramenta. Esses ciclos, que se repetem várias 
vezes por segundo, levam à fadiga térmica da 
ferramenta. (Trent e Wright, 2000).
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Introdução: Fresamento
▪ 1 - Faceamento;
▪ 2 - Fresamento de cantos a 90°;
▪ 3 - Fresamento de perfis;
▪ 4 - Fresamento de cavidades;
▪ 5 - Fresamento de canais;
▪ 6 - Tornofresamento;
▪ 7 - Fresamento de roscas
▪ 8 - Cortes;
▪ 9 - Fresamento com altos avanços;
▪ 10 - Fresamento de mergulho;
▪ 11 - Fresamento em rampa;
▪ 12 - Interpolação helicoidal;
▪ 13 - Interpolação circular;
▪ 14 - Fresamento trocoidal.
Processo de fresamento de acordo com a trajetória da ferramenta de corte (Sandvik, 2005).
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Fresamento
❑ O fresamento moderno é um método de usinagem convencional. Durante os últimos anos, o 
processo evoluiu concomitantemente com o desenvolvimento das máquinas-ferramentas, para 
um método que envolve uma imensa variedade de configurações;
❑ Além de todas as aplicações convencionais, o fresamento é uma interessante alternativa para 
quem precisa fazer furos, abrir cavidades, usinar superfícies que se costumava tornear, fazer 
roscas, etc.
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Fresamento
❑ A ferramenta no fresamento, denominada fresa, apresenta várias arestas de corte onde cada 
extremidade remove uma pequena quantidade de material a cada revolução e avanço. (Sandvik, 
1994);
❑ As fresas podem ser inteiriças: topo reto, esférica ou toroidal ou fresas intercambiáveis, que 
utilizam insertos de diversas classes e quebra-cavacos específicos para cada tipo de material.
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Introdução: Ferramentas Revestidas
❑ Revestimentos cerâmicos à base de nitretos e carbonetos de metais de transição, como TiC
(carboneto de titânio), TiN (nitreto de titânio), TiCN (carbonitreto de titânio) e TiAlN (nitreto de titânio-
alumínio), desempenham um papel importante na proteção contra desgaste e oferecem resistência a 
altas temperaturas e à corrosão. Eles apresentam excelente aderência ao substrato e elevada dureza 
(Suh et al., 2003);
❑ Devido à ampla utilização dos revestimentos na indústria, torna-se cada vez mais importante 
entender as propriedades essenciais desses filmes finos e seu mecanismo de proteção das 
superfícies. A pesquisa sobre revestimentos é multidisciplinar, exigindo o conhecimento de suas 
características químicas, físicas e tribológicas (Santos, 2002).
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Introdução: Ferramentas Revestidas
❑ A diferença no desempenho de ferramentas de corte revestidas e ferramentas sem revestimentos é
resultado da interação entre suas propriedades, que modifica a região de interface cavaco-
ferramenta, melhorando o desempenho da ferramenta revestida;
❑ A atuação do revestimento depositado sobre a superfície da ferramenta, suportando mudanças 
constantes nas solicitações mecânicas e térmicas do processo de usinagem, dependerá, sobretudo, 
de uma boa adesividade do filme sobre o substrato;
❑ A adesividade adequada do revestimento é importante, pois a ferramenta com adesividade 
insuficiente pode se comportar pior que aquela sem revestimento. A formação de partículas duras e 
abrasivas, resultantes da destruição prematura do revestimento, acelera o desgaste das superfícies 
que estão em contato (Neves et al., 2006).
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Artigo
02
Tool life and wear mechanism of uncoated and coated milling 
inserts
“Vida útil e mecanismo de desgaste de insertos de fresamento 
não revestidos e revestidos”
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Objetivo:
Avaliar o desempenho e a vida 
útil de insertos de fresamento de 
face revestidos e não revestidos, 
analisando o desgaste de flanco 
em função da velocidade de corte 
e avanço e identificar os 
principais mecanismos de 
desgaste e comparar a eficácia 
dos revestimentos.
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Pastilha de metal duro sem revestimento:
𝑉𝑐 = 60 a 360 m/min;
𝑓 = 0,125 a 0,315 mm/dente;
𝑎𝑝 = 0,25 mm;
HRc pastilha = 52;
HRc aço 4140 = 27;
Todos os experimentos foram realizados sem lubrificante.
❑ OBS: De acordo com a ISO 8688-1:1989, o 
desgaste de flanco de 0,35 mm constitui 
falha da ferramenta. Para este estudo, foi 
adotado um critério de desgaste de flanco 
de 0,1 mm para reduzir o tempo de teste.
Sem revestimento
Vida útil da ferramenta expressa em comprimento de corte.
c = Lascamento
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❑ Quando a 𝑉𝑐 é baixa, a APC (aresta postiça de corte) é 
uma ocorrência comum;
❑ Quando a APC atinge um determinado tamanho, ela 
se solta da pastilha e parte dela é espalhada sobre a 
superfície da peça;
❑ A APC diminui à medida que a velocidade de corte 
aumenta e é essencialmente inexistente para 
velocidades de corte acima de 180 m/min;
❑ Na ausência de APC, a superfície da peça de trabalho 
está limpa e brilhante, e caracterizada por sulcos 
regulares;
❑ Para taxas de avanço acima de 0,315 mm/dente, a 
pastilha mostrou micro-lascas na aresta de corte, que 
rapidamente se desenvolveram em lascas maiores e 
falha subsequente da ferramenta.
✓ A vida útil da ferramenta é mais sensível à 
velocidade de corte do que à taxa de avanço e 
a condição ótima de corte é uma velocidade de 
120 m/min e um avanço de 0,125 mm.
Sem revestimento
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Sem revestimento
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❑ T é a temperatura média espacial da interface e ΔT é o pico dinâmico de temperatura;
❑ ΔT aumenta à medida que a velocidade cresce, e a vida útil da ferramenta diminui conforme a 
temperatura aumenta;
❑ A primeira coluna é uma exceção, pois uma APC intensa é observada em baixa velocidade de corte, 
mas o modelo de temperatura assume ausência de APC;
❑ O engajamento e desengajamento periódicos entre a ferramenta e a peça causam o pico de 
temperatura ΔT.
Sem revestimento
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Mapa dos mecanismos de desgaste:
Onde o mecanismo dominante ou a combinação 
de mecanismos de desgaste é indicada em cada 
região. 
Foram identificados cinco mecanismos de 
desgaste: micro-attrition, microabrasão, fadiga 
mecânica, fadiga térmica e lascamento.
Sem revestimento
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❑ Quando a 𝑉𝑐 é baixa, as superfícies de flanco 
apresentam uma aparência de plano opaco; 
❑ Material da peça espalhados sobre a face de 
flanco;
❑ Os grãos de carbeto e o ligante de cobalto da 
pastilha se desgastam na mesma taxa.
❑ Com ↑ 𝑉𝑐, a APC gradualmente desaparece;
❑ A dureza daaresta de corte diminui à medida 
que a temperatura aumenta com a velocidade; 
❑ Em alta 𝑉𝑐, o desgaste do flanco da pastilha é 
causado por um mecanismo de microabrasão.
O ligante de cobalto
se desgasta mais
rapidamente do que
os grãos de carbeto,
fazendo com que os
grãos de carbeto se
projetem para fora
da face de flanco.
Sem revestimento
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❑ Na faixa média de velocidade de corte, ainda existe 
alguma APC, que ativa o modo de desgaste por 
micro-attriton;
❑ Por outro lado, a velocidade de corte é alta o 
suficiente também para ativar o mecanismo de 
desgaste abrasivo;
❑ A face de flanco para a velocidade de corte média tem 
a aparência de pequenos planos cercados por grãos 
de carbeto projetados.
A pastilha é 
desgastada tanto por 
microatrito quanto por 
microabrasão.
Sem revestimento
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❑ Com o aumento da velocidade e da taxa de 
avanço, a pastilha apresenta microtrincas
paralelas à aresta de corte;
❑ As trincas são paralelas à aresta de corte 
porque a pastilha está sujeita a tensões 
dinâmicas na direção normal à aresta de 
corte.
❑ Nas velocidades de corte mais altas, foram 
observadas trincas normais e paralelas à 
aresta de corte;
❑ Como a ferramenta entra e sai 
periodicamente da peça de trabalho, a 
temperatura oscila;
❑ Ciclagem térmica, combinada com o choque 
térmico, causa a fadiga térmica.
Em uma taxa de 
avanço de 0,315 
mm/dente ou 
superior, as 
pastilhas sofreram 
lascamento.
Sem revestimento
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Insertos Revestidos: TiN, TiAlN e ZrN
❑ TiN (Nitreto de Titânio – 2300 HV): Escolhido por ser o mais popular no mercado atual. A técnica de revestimento para 
TiN está bem desenvolvida, é econômica e adequada tanto para usinagem grosseira quanto para acabamento; 
❑ TiAlN (Nitreto de Titânio e Alumínio – 2500 HV): Recomendado por muitos fabricantes e manuais. O TiAlN é mais duro 
que o TiN, mas sua superfície é mais áspera, o que aumenta o atrito;
❑ ZrN (Nitreto de Zircônio – 2000 HV) : Menos estudados em comparação aos outros dois;
➢ Foram testados sob as mesmas condições anteriores;
➢ Revestimentos aplicados pelo método PVD.
OBS: Os resultados para a velocidade de corte de 360 m/min não foram incluídos para as pastilhas revestidas devido ao 
lascamento extenso
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Revestimento TiN
❑ A tabela 3 mostra a distância de corte quando o desgaste de 
flanco alcançou 0,1 mm para as pastilhas revestidas com TiN;
❑ A condição ótima é uma velocidade de corte de 120 m/min e uma 
taxa de avanço de 0,125 mm/dente, que coincide com a condição 
ótima para a pastilha sem revestimento.
❑ Fatores de melhoria para a pastilha revestida 
com TiN em relação à sem revestimento.
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Revestimento TiN
❑ Melhor desempenho das pastilhas revestidas com TiN em relação às sem revestimento (o revestimento aumenta a 
lubrificação e reduz a afinidade com o material da peça de trabalho);
❑ Maior fator de melhoria observado em baixas velocidades devido à redução da APC;
❑ Em altas velocidades, o revestimento atua como barreira térmica, reduzindo a temperatura e aumentando a eficiência;
❑ Fator de melhoria moderado na condição ótima (120 m/min; 0,125 mm/dente) devido à contribuição principal da dureza do 
revestimento;
❑ Pastilhas revestidas apresentaram menor resistência à fratura, com lascamento em condições extremas;
❑ O revestimento e o substrato atuam de forma integrada, combinando propriedades complementares:
• Revestimento: resistência ao desgaste, lubrificação e barreira térmica.
• Substrato: resistência mecânica e à fratura.
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Revestimento TiN
❑ Revestimentos sempre se desgastam na aresta de 
corte, mesmo em um estágio inicial de desgaste;
❑ Substrato tem participação ativa no processo, 
especialmente após o desgaste inicial do 
revestimento.
Ex teórico:
Ilustração esquemática (Fig. 13):
• Espessura do revestimento: 4 µm.
• Ângulo de folga: 5º.
• Desgaste de flanco de 100 µm expõe a região do 
substrato ao processo de desgaste.
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Revestimento TiN
❑ Na situação real, em baixa velocidade de corte, forma-se um degrau entre o substrato desgastado e o revestimento (a);
❑ Em alta velocidade de corte, a superfície de desgaste do flanco é mais plana, mas o plano geralmente não é perpendicular à 
face de incidência (b);
❑ O substrato é exposto em ambas as situações e desempenha um papel ativo no processo de desgaste.
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Revestimento TiN ❑ O mecanismo de desgaste do revestimento é abrasivo, 
causado por partículas duras do material da peça;
❑ Arranhões abrasivos são visíveis na imagem de MEV na 
"zona de desgaste do revestimento“;
❑ O desgaste do revestimento foi observado em todas as 
velocidades e taxas de avanço, para todos os revestimentos 
testados;
❑ O mecanismo de desgaste do substrato varia conforme as 
condições de corte;
❑ À medida que a velocidade aumenta, o mecanismo de 
desgaste do substrato se transforma de attrition para 
microabrasão.
Substrato exposto à zona de corte, desgastado devido ao 
attrition.
Degrau tem aproximadamente 5 µm para 𝑉𝑐 de 60 m/min e uma 
taxa de avanço de 0,125 mm/dente.
O degrau forma-se quando o revestimento resiste ao desgaste, 
mas o substrato desgasta-se facilmente, permitindo que o 
material da peça o penetre e arranque partes, típico de attrition.
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Revestimento TiN
❑ Aumento da velocidade de corte e taxa de avanço reduziu o degrau entre revestimento e substrato;
❑ Mecanismo de desgaste alterado de attrition para micro-attrition e micro-abrasão;
❑ Revestimento e substrato desgastados quase no mesmo nível (Fig. 17);
❑ Substrato desgastado apresentou áreas planas cercadas por grãos de carboneto protuberantes;
❑ Velocidades de corte e avanços maiores resultaram em substrato com predominância de grãos de carboneto visíveis (Fig. 18);
❑ Degrau entre revestimento e substrato desapareceu completamente;
❑ Região de desgaste plana, mas não perpendicular à face de ataque.
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Revestimento TiN
Mapa dos mecanismos de desgaste:
Onde o mecanismo dominante ou a 
combinação de mecanismos de 
desgaste é indicada em cada região. 
Foram identificados quatro mecanismos 
de desgaste: attrition, micro-attrition, 
micro-abrasão, e lascamento.
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Revestimento TiAlN
❑ A tabela 5 mostra a distância de corte quando o desgaste de 
flanco alcançou 0,1 mm para as pastilhas revestidas com TiAlN;
❑ A condição ótima é uma velocidade de corte de 120 m/min e 
uma taxa de avanço de 0,125 mm/dente, que coincide com a 
condição ótima para a pastilha sem revestimento.
❑ Fatores de melhoria para a pastilha revestida 
com TiAlN em relação à sem revestimento.
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Revestimento TiAlN
❑ Desempenho superior das pastilhas revestidas com TiAlN em relação às pastilhas sem revestimento e revestidas com TiN;
❑ O maior fator de melhoria está em 60 m/min e 0,125 mm/dente, não na condição de corte ótima;
❑ Altos fatores de melhoria observados em condições mais agressivas, sem ocorrência de lascamento nas pastilhas 
revestidas com TiAlN;
❑ Mecanismo de desgaste das pastilhas revestidas com TiAlN é abrasivo em todas as velocidades e avanços;
❑ Mecanismos de desgaste do substrato para TiAlN são semelhantes aos das pastilhas revestidas com TiN;
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Revestimento TiAlN
Figs. 22–24: Exemplos de desgaste por attrition, desgaste combinado por micro-attrition e micro-abrasão, e desgaste por micro-
abrasão, respectivamente
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Revestimento TiAlN
Mapa dos mecanismos de desgaste:
Onde o mecanismo dominante ou a 
combinação de mecanismos de 
desgaste é indicada em cada região. 
Foram identificados três mecanismos 
de desgaste: attrition, micro-attrition e
micro-abrasão.
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Revestimento ZrN
❑ A tabela 7 mostra a distância de corte quando o desgaste de 
flanco alcançou 0,1 mm para as pastilhas revestidas com ZrN;
❑ A condição ótima é uma velocidade de corte de 120 m/min e 
uma taxa de avanço de 0,125 mm/dente, que coincide com a 
condição ótima para a pastilha sem revestimento.
Fatores de melhoria para a pastilha revestida com ZrN
em relação à sem revestimento.❑ Exceto pela coluna à esquerda, os fatores de melhoria 
estão próximos de 1, portanto, o revestimento de ZrN
não traz benefícios no corte do aço 4140 pré-tratado
termicamente.
Os trabalhos de MEV para a 
pastilha revestida com ZrN foram 
omitidos.
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Comparações
❑ Foi calculado um fator de classificação geral 
para os revestimentos, considerando a média 
dos fatores de melhoria das Tabelas 4, 6 e 8;
❑ A pastilha não revestida foi definida com um 
fator de classificação igual a 1;
❑ O revestimento de TiAlN demonstrou ser o 
melhor para fresamento do aço, com uma vida 
útil média 11,5 vezes maior que a da pastilha 
não revestida;
❑ O revestimento de TiN apresentou um bom 
desempenho, com um fator médio de 6,3;
❑ O revestimento de ZrN, com classificação de 
aproximadamente 1, não é adequado para 
fresamento do aço.
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Conclusões
03
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Conclusões
❑ Revestimento de TiAlN apresentou maior resistência ao desgaste, seguido por TiN e ZrN;
❑ Vida útil da ferramenta depende mais da velocidade de corte do que da taxa de avanço;
❑ Maior vida útil registrada em velocidade de corte moderada de 120 m/min;
❑ Velocidades de corte mais baixas: desgaste maior devido ao desenvolvimento de APC (aresta postiça de 
corte);
❑ Velocidades de corte mais altas: desgaste maior devido ao aumento da temperatura na zona de corte;
❑ TiAlN e TiN destacaram-se por:
• Alta dureza e menor afinidade com o material da peça;
• Redução do desgaste por APC em baixas velocidades de corte;
• Baixa condutividade térmica, resultando em menores temperaturas de corte e menor desgaste em altas 
velocidades.
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Conclusões
❑ Não foram observadas trincas térmicas ou mecânicas por fadiga nas ferramentas revestidas;
❑ Pastilhas sem revestimento apresentaram vários mecanismos de desgaste:
• Micro-attrition, micro-abrasão, fadiga mecânica, fadiga térmica e lascamento;
❑ Revestimento das ferramentas revestidas foi completamente desgastado até o substrato em parte da 
região de desgaste;
❑ Revestimento desgastou-se por desgaste abrasivo;
❑ Substrato exposto apresentou desgaste por attrition, micro-attrition ou micro-abrasão.
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Referências
04
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▪ GU, Jie et al. Tool life and wear mechanism of uncoated and coated milling inserts. Wear, v. 225, p. 273-284, 1999
▪ COROMANT, Sandvik. Metalcutting technical guide. Singapore: Sandvik Coromant, 2005. 
▪ GROOVER III, Robert. Maximizing patent productivity. Intellectual Property & Technology Law Journal, v. 14, n. 12, p. 9, 
2002. 
▪ MOURA, Ricardo Ribeiro et al. Desempenho de fresas de metal duro reafiadas no fresamento de topo de um aço P20 
para moldes e matrizes. 8º COBEF, Salvador, Brasil, 2015. 
▪ NEVES, Davi; DINIZ, Anselmo Eduardo; DE LIMA, Milton Sergio Fernandes. Efficiency of the laser texturing on the 
adhesion of the coated twist drills. Journal of Materials Processing Technology, v. 179, n. 1-3, p. 139-145, 2006. 
▪ ROHLOFF, Ronaldo Carlos et al. Análise do desgaste de ferramentas de corte com diferentes revestimentos no 
fresamento do aço inoxidável AISI 420. 2011. 
▪ SANDVIK COROMANT (FIRM). Modern metal cutting: a practical handbook. Sandvik Coromant, 1994. 
▪ SANTOS, S. C. Estudo da Influência de Revestimentos e da Aplicação de Fluido de Corte no Desempenho de Brocas de 
Aço-Rápido e de Metal Duro Integral na Usinagem de Ferro Fundido Cinzento (Influence of Coatings and Applications of 
Cutting Fluids on the Performance of HSS and Cemented Carbide Drills in the Machining of Grey Cast Iron). 2002. Tese
de Doutorado. PhD Thesis) Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia-MG, Brazil, 2002. (in Portuguese). 
▪ SUH, Chang-Min; HWANG, Byung-Won; MURAKAMI, Ri-Ichi. Behaviors of residual stress and high-temperature fatigue 
life in ceramic coatings produced by PVD. Materials Science and Engineering: A, v. 343, n. 1-2, p. 1-7, 2003. 
▪ TRENT, Edward M.; WRIGHT, Paul K. Metal cutting. Butterworth-Heinemann, 2000. 
▪ VIANA, Rhander et al. Estudo da caracterização de ferramentas de corte texturizadas a laser e revestidas utilizadas no 
fresamento frontal de ferro fundido vermicular. 2009. 
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	Slide 31
	Slide 32
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