Buscar

Materiais para Fabricação Ferramentas de Corte

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 39 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 6, do total de 39 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 9, do total de 39 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
1
Conseqüência dos esforços sobre a Ferramenta
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
2
Requisitos desejados em uma ferramentas de corte
Resistência à compressão
Condutibilidade térmica, calor específico e expansão térmica
Resistência à abrasão
Pequena tendência à fusão e caldeamento
Resistência à oxidação
Resistência a quente
Resistência interna de ligação Resistência do gume
Resistência à flexão e tenacidade
Dureza
Nenhum material de ferramenta possui todas estas características
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
3
Seleção de ferramentas de corte
Material da peça Dureza e tipo de cavaco formado
Processos de usinagem
Condição da máquina Folga requer materiais mais tenazes e baixa VC
Forma e dimensões 
da ferramenta
Perfis especiais utiliza-se aço 
rápido ou metal duro soldado
Relação Custo/benefício da ferramenta
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
4
Evolução dos materiais de ferramenta
● Aço ferramenta (1868)
● Aço rápido (1900)
● Stellite (1910)
● Metal duro (1926)
● Cerâmicas (1938)
● Nitreto de boro cúbico (década de 50)
● Diamante mono e policristalino (década de 70)
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
Classificação dos materiais de ferramentas
5
Materiais para Usinagem com Ferramenta 
de Geometria Definida
Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida
Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza
Diamante CBN
Óxida Mista Reforço c/
Wiskers
C/Si2N4
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
+ TiC
Al2O3
+ SiC-
wiskers
Si2N4 + 
demais
Monocristalino
Policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
6
Propriedades dos materiais de ferramentas
V
e
l
o
c
i
d
a
d
e
 
d
e
 
c
o
r
t
e
,
 
r
e
s
i
s
t
ê
n
c
i
a
 
a
o
 
d
e
s
g
a
s
t
e
e
 
d
u
r
e
z
a
 
a
 
q
u
e
n
t
e
Tenacidade, resistência à flexão
Vc dureza resist.
flexão
Diamante
CBN
Cerâmicas
CERMETS
Metal duro
revestido
Metal duro
Aço-rápido
revestido
Aço-rápido
M a
t e r
i a l
i d e
a l
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
7
Propriedades dos materiais de ferramentas
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
8
Aços ferramenta
- Aços carbono (0,8 a 1,5 % de C)
- sem ou com mínimos teores de elementos de liga
- Principal material utilizado até 1900
- Baixo custo
- Facilidade de afiação – obtenção de gumes vivos
-Tratamento térmico relativamente simples
- Elevada dureza e resistência ao desgaste
- Resistem a temperatura de até aproximadamente 250°C
Áreas de aplicação dos aços-ferramentas
- Materiais de baixa velocidade de corte
- Usinagem de aços doces com Vc < 25m/min
- Brocas para uso doméstico – hobby
- Ferramentas para carpintaria
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
Classificação dos materiais de ferramentas
9
Materiais para Usinagem com Ferramenta 
de Geometria Definida
Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida
Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza
Diamante CBN
Óxida Mista Reforço c/
Wiskers
C/Si2N4
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
+ TiC
Al2O3
+ SiC-
wiskers
Si2N4 + 
demais
Monocristalino
Policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
10
- Aço ferramenta com alta liga de Tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio, 
cobalto e nióbio.
- Dureza de 60 a 67 HRC
- Resistem a temperatura de até aproximadamente 520 a 600°C
- Clássico 18 (%W) - 4 (%Cr) – 1 (%V)
- Tratamento térmico complexo
Aços rápidos
– Designação: HS + % W - Mo - V - Co (ex.: HS 10-4-3-10).
Influência dos elementos de liga
– Aumento no teor de elementos de liga:
● Aumento na resistência ao desgaste;
● Aumento na vida das ferramenta;
● Porém torna-se mais difícil a fabricação deste material;
● Maiores custos de produção
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
11
Aços rápidos
➔ Influência dos elementos de liga
Quanto mais W e Mo maior a dureza a quente e resistência ao desgaste
V e Nb aumentam a dureza e resistência ao desgaste
Cr e C são responsáveis pela temperabilidade
Co aumenta a dureza a quente
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
12
A tabela a seguir apresenta as categorias de aço rápido. 
A categoria T (predomina o W) e a categoria M (predomina o Mo).
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
13
Aços rápidos com cobertura
Revestimentos que incrementam resistência ao desgaste
TiC
TiN
- Alta dureza (~2300 HV)
- Elevada ductilidade.
- Redução do caldeamento a frio (aresta postiça)
- Baixo coeficiente de atrito.
-Quimicamente inerte.
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
14
Ligas Fundidas
- Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C
- W → Mn, Mo, V, Ti e Ta
- Tratamento térmico complexo
- Preço elevado
Nomes comerciais: Stellite, Tantung, Rexalloy e Chromalloy
Áreas de aplicação das Ligas Fundidas
- Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida
- Material para abrasivos
- Isoladores térmicos, isoladores elétricos
- Fundição de materiais cerâmicos
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
Classificação dos materiais de ferramentas
15
Materiais para Usinagem com Ferramenta 
de Geometria Definida
Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida
Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza
Diamante CBN
Óxida Mista Reforço c/
Wiskers
C/Si2N4
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
+ TiC
Al2O3
+ SiC-
wiskers
Si2N4 + 
demais
Monocristalino
Policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
16
Metal Duro – WIDIA
Características
- Material de ferramenta mais 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)
- Aumento na vida útil das ferramentas na ordem de 200 a 400%
Produto da metalurgia do pó Sinterização de partículas duras
Carboneto 
de titânio +
Ferro
Níquel
Cobalto
+
Tântalo
Tungstênio
Nióbio
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
17
-Composição típica: 81% W, 6% C e 13% Co – (WC-Co)
● Algumas razões do sucesso deste material:
– Grande variedade de tipos de metal duro (adiçãode 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.
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
18
Classificação conforme ISO em classes P, M e K.
Usinagem de 
materiais frágeis 
que fazem pouco 
atrito com a 
ferramenta
(fofo, latão)
Usinagem de 
aços que 
produzem 
cavacos 
contínuos
Alto teor de 
Carbonetos de W
Classe 
Intermediá
ria
Alto Teor de 
TiC e TaC
KMP
CLASSE
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
19
Estrutura do Metal Duro
– Carbonetos:
● fornecem dureza a quente e resistência ao desgaste (WC, TiC, TaC, NbC, ...)
– Ligante metálico:
● Atua na ligação dos carbonetos frágeis (Co ou Ni);
– Obtido por sinterização (ligante + carbonetos)
Estrutura do Metal Duro
onde:
α = carbonetos de tungstênio
β = cobalto
γ = carbonetos de titânio, tântalo e nióbio
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
20
Metais Duros com Cobertura
– Substrato tenaz com revestimento duro (TiC, TiN, Ti(C,N), Al2O3, ...),
combinando-se assim uma alta resistência a choques com alta
resistência a desgaste (maior vida de ferramenta).
– É freqüente a deposição de várias camadas;
– 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
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
21
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
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
Classificação dos materiais de ferramentas
22
Materiais para Usinagem com Ferramenta 
de Geometria Definida
Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida
Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza
Diamante CBN
Óxida Mista Reforço c/
Wiskers
C/Si2N4
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
+ TiC
Al2O3
+ SiC-
wiskers
Si2N4 + 
demais
Monocristalino
Policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
23
Cerâmicas de Corte
Generalidades
- Materiais de importância crescente;
- Alta resistência à compressão;
- Empregada na usinagem de aços e ferros fundidos;
- Altas velocidades de corte, altas potências de acionamento;
- Exigem máquinas rígidas e proteção ao operador.
Propriedades e características de cerâmicas
- Resistentes à corrosão e às altas temperaturas
- Elevada estabilidade química (boa resistência ao desgaste)
- Resistência à compressão
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
Classificação dos materiais de ferramentas
24
Materiais para Usinagem com Ferramenta 
de Geometria Definida
Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida
Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza
Diamante CBN
Óxida Mista Reforço c/
Wiskers
C/Si2N4
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
+ TiC
Al2O3
+ SiC-
wiskers
Si2N4 + 
demais
Monocristalino
Policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
25
Cerâmicas óxidas
➔ Cerâmicas à base de Al2 O3
- 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
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
26
Cerâmicas de corte reforçadas com whiskers
Dureza a Quente de Diversos Materias de Ferramentas
-Whiskers – cristais unitários em 
forma de agulhas com baixo grau de 
imperfeição no retículo cristalino;
-Objetivo de melhorar as propriedades 
de tenacidade (aumento de 60%).
- Boa resistência a choques térmicos -
corte com fluidos
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
Classificação dos materiais de ferramentas
27
Materiais para Usinagem com Ferramenta 
de Geometria Definida
Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida
Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza
Diamante CBN
Óxida Mista Reforço c/
Wiskers
C/Si2N4
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
+ TiC
Al2O3
+ SiC-
wiskers
Si2N4 + 
demais
Monocristalino
Policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
28
Cerâmicas não Óxidas
Definição: São cerâmicas a base de carbonetos, nitretos, boretos, silicatos, etc.
● Maior tenacidade e resistência a choques térmicos quando comparadas às 
cerâmicas óxidas;
● Elevada dureza a quente e resistência ao calor
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 II e III)
● Possuem alta afinidade com ferro e oxigênio (desgastam-se
rapidamente na usinagem de aço - sem aplicações);
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
Classificação dos materiais de ferramentas
29
Materiais para Usinagem com Ferramenta 
de Geometria Definida
Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-Óxida
Cerâmica de Corte Materiais de Altíssima Dureza
Diamante CBN
Óxida Mista Reforço c/
Wiskers
C/Si2N4
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
Al2O3
Al2O3
+ ZrO2
+ TiC
Al2O3
+ SiC-
wiskers
Si2N4 + 
demais
Monocristalino
Policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
30
Caracterísiticas
- Segundo material de maior dureza conhecido
- Obtido sinteticamente (primeira síntese em 1957), com transformação de 
estrutura hexagonal para cúbica (pressão + temperatura)
- Quimicamente mais estável que o diamante (até 2000 graus)
- Grupos de ferramentas:
● CBN + fase ligante (PCBN com alto teor de CBN);
● CBN + carbonetos (TiC + fase ligante);
● CBN + HBN + fase ligante (maior tenacidade).
Nitrero de Boro - CBN
Materiais de Altíssima Dureza
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
31
Diamante
➔ Caracterísiticas
● Material de maior dureza encontrado na natureza
● Pode ser natural ou sintético
● Monocristalino (anisotrópico) ou policristalino (isotrópico)
– Diamante policristalino
● Primeira síntese em 1954 (GE)
● Síntese sob 60 a 70 kbar, 1400 a 2000 graus C
● Substitui metal-duro e diamante monocristalino, em alguns casos
Material elaboradopor Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
32
Diamante
➔ Campo de aplicação
● Usinagem de ferro e aço não é possível (afinidade Fe-C);
● Usinagem de metais não ferrosos, plásticos, madeira, pedra, borracha, etc.
● Usinagem de precisão e ultraprecisão
● Pequenas ap e f, tolerâncias estreitas (baixa resistência a flexão das ferramentas)
● Emprego de altas velocidades de corte;
● Tempos de vida de até 80 vezes maior que os das ferramentas de metal duro;
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
33
Revestimento de Ferramentas
Conseqüências do processo sobre a ferramenta
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
34
Funções dos revestimentos
- Proteção do material de base da ferramenta
- Redução de atrito na interface cavaco/ferramenta
- Aumento da dureza na interface cavaco/ferramenta
- Condução rápida de calor para longe da região de corte
- Isolamento térmico do material de base da ferrmenta
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
35
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
36
Principais revestimento
Carboneto de titânio (TiC)
- Excelente resistência ao desgaste por abrasão
- Promove a adesão das partículas (boa afinidade físico-química com MD)
- Evita trincas na interface (devido á dilatação/contração).
- Dureza ~3000HV
- Baixa tendência de soldagem com material da peça
- Espessura 4 a 8 microns
-Pontos fracos: coeficiente de atrito mais alto que o TiN, e instabilidade 
química menor que o óxido de alumínio.
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
37
Principais revestimento
Nitreto de titânio (TiN)
- Reduz o coeficiente de atrito.
- Quimicamente mais estável que o TiC, com menor tendência a difusão 
com aços.
-Espessura de camada de 5 a 7 microns.
Observações
-A espessura total de camadas que recobrem o MD varia entre 2 e 12 
microns. 
-Aumentando a espessura aumenta a resistência ao desgaste, porém 
diminui a tenacidade.
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
38
Principais revestimento
Óxido de alumínio (Al2O3)
-Boa estabilidade térmica a altas temperaturas.
-Alta resistência ao desgaste por abrasão.
-Alta resistência á ataques químicos e oxidação
-Principal elemento responsável pela não formação do desgaste de 
cratera das ferramentas de MD recoberto.
- Ponto fraco: Pequena resistência a choques térmicos e mecânicos.
Material elaborado por Prof.MEng.Ivandro Bonetti
Materiais para fabricação de ferramentas
39
Principais revestimento
Nitreto de Alumínio-titânio AlTiN
-Maior resistência a oxidação, permitindo temperaturas mais altas.
- Quando este material oxida, forma uma camada de óxido de 
alumínio, inerte quimicamente, e portanto muito resistente a 
oxidação e difusão. 
-Baixa condutividade térmica, protegendo a aresta de corte e 
aumentando a saída de calor pelo cavaco.
-Alta dureza a frio e a quente: Podendo atingir até 1,5 vezes a 
dureza das camadas de TiN, TiCN e TiC.
- Alta estabilidade química reduzindo a formação do desgaste de 
cratera.

Outros materiais