05. Materiais Parte 1

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Aula 05
- Materiais de Ferramenta Monocortante -
(Parte 1)
Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau
Usinagem dos Materiais
Aula 05
Tópicos
➔ Materias de ferramentas (parte - I)
• Requisitos 
• Evolução
• Tipos
• Características
• Emprego
Usinagem dos Materiais
Conseqüência dos esforços na de Ferramenta
Peça
Ferramenta
,n
Cavaco
,f
Atrito
Forca
Movimento 
relativo
Calor
Desgaste
Material peça
 / 
material ferramenta
Usinagem dos Materiais
• Requisitos desejados em uma ferramentas de corte
➔ Resistência à compressão
➔ Dureza
➔ Resistência à flexão e tenacidade
➔ Resistência do gume
➔ Resistência interna de ligação
➔ Resistência a quente
➔ Resistência à oxidação
➔ Pequena tendência à fusão e caldeamento
➔ Resistência à abrasão
➔ Condutibilidade térmica, calor específico e 
expansão térmica
Nenhum material de 
ferramenta 
possui todas estas 
características
Usinagem dos Materiais
Evolução dos materiais de ferramenta
– 50 mil anos atrás (Paleolítico – Pedra Lascada):
● Emprego de ferramentas de pedra com gumes afiados por 
lascamento, adaptando a geometria de corte à tarefa a ser 
realizada. 
Usinagem dos Materiais
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)
Usinagem dos Materiais
Classificação dos materiais de ferramentas
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal-duro (WC)
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica
óxida
Cerâmica
não-óxida
Diamante CBN
Mista Reforçada
c/ W iskers 
Óxida C/ Si3N4 
A l2O3 
A l2O3 
+ ZrO2 
Al2O3 
A l2O3 +
ZrO2 + TiC
A l2O3 +
SiC-wisker
Si3N4 +
demais
Diamante
monocristalino
Diamante
policristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN
hexagonal
Materiais para Usinagem com 
Ferramenta de Geometria Definida
Materiais CerâmicosMateriais de LigaçãoMateriais Metálicos
Materiais de Altíssima DurezaCerâmicas de Corte
Usinagem dos Materiais
Tenacidade, resistência à flexão
Diamante
CBN
Cerâmicas
CERMETS
Metal-duro 
revestido
Metal-duro
Aço-rápido
revestido
Aço-rápido
Vc 60 dureza resist.
 flexão
Propriedades dos materiais de ferramentas
Ve
lo
ci
da
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fer
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Usinagem dos Materiais
Propriedades dos materiais de ferramentas
Usinagem dos Materiais
Resistência a quente dos principais materiais de ferramentas
2500
2000
1500
1000
500
200 400 600 800 1000
D
ur
ez
a 
H
V
 1
0
Temperatura oC
Cerâmicas óxidas
Cerâmicas mistas
Cerâmicas 
não óxidas
Metal duro 
P-10
Stellite
Aço rápido
Usinagem dos Materiais
Dureza e condutividade de alguns materiais de corte
Diamante
CBN
B C
SiC
TiC
 - Al O
Dureza
(Vickers) [ N/mm ]
Condutividade térmica
 [ W/mK ]
100 1000 100002500500010000
2 3
4
2
RT
Usinagem dos Materiais
CBN+PKD 2
MD - CVD 39,2
MD – PVD 5,9
MD S/ REV. 35
CERMETS 4
CERÂMICAS 14
Aplicação de materiais de ferramenta na indústria automobilística
Usinagem dos Materiais
Aços ferramenta
Características
- Aços carbono (0,8 a 1,5 % de C)
- sem ou com mínimos teores de elementos de liga
- Principal material utilizado ate 1900
- Baixo custo
- Facilidade de afiação – obtençãcao de gumes vivos
- Tratamento térmico relativamente simples ⇒ elevada dureza e 
resistência ao desgaste
- Resistem a temperatura de até aproximadamente 250°C 
Usinagem dos Materiais
Aços ferramenta
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
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
Características
- Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V), elementos que 
conferem alta tenacidade às ferramentas.
- Dureza de 60 a 67 HRC
- Resistem a temperatura de até aproximadamente 520 a 600°C 
- Clássico 18 (%W) - 4 (%Cr) – 1 (%V)
- Aço super rápido adição de Co
- Tratamento térmico complexo
- preço elevado
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
Características
– Composição química usual (5 a 7% formam carbonetos):
 0,6 a 1,6% C
 4% Cr
 7 a 10% W
 85 a 89% Fe
 4 a 5% Mo
 0,9 a 3% V
– Designação: HS + % W - Mo - V - Co (ex.: HS 10-4-3-10).
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
– Subdivisão em 4 grupos, segundo o teor de W e Mo
-
-
+
+
-
+
-
-
-
-
-
+
(+)
(+)
-
(+)
+
-
-
+
-
-
-
-
+
-
-
-
+
-
+
-
-
-
-
-
-
+
-
-
H S 1 8 – 0 - 1
H S 1 8 – 1 - 2 -5
H S 1 2 – 1 - 4 -5
H S 1 0 – 4 - 3 - 1 0
H S 6 – 5 - 2
H S 6 – 5 - 3 -5
H S 6 – 5 - 2 -5
H S 2 – 9 - 1
H S 2 – 9 - 2
H S 2 – 1 0 - 1 8
6 % W + 
5 % M o
2 % W + 
9 % M o
1 2 % W
1 8 % W
G ru p o N o m e n c la tu ra
W M o V C o
P a ra u s in a g e m d e a ç o
d e m é d io e s fo rç o | d e a lto e s fo rç o
<8 5 0 N / m m 2 /
>8 5 0 N / m m 2
<8 5 0 N / m m 2 /
>8 5 0 N / m m 2
d e s b a s te /
a c a b a m e n to
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos – Subdivisão
– Grupo 1
● alto teor de W (até 18%)
● bom revenimento
● empregado para desbaste de aço e ferro fundido
– Grupo 2
● teores de W de até 12%
● crescente teor de V
● revenimento um pouco pior que grupo 1 
● empregado para acabamento de materiais ferrosos e na usinagem de 
materiais não-ferrosos
● para ferramentas com forma complexa (boa maleabilidade e tenacidade)
– Grupos 3 e 4
● W + Mo (Mo substitui W)
● possui tenacidade muito boa
● empregado para todos tipos de ferramentas
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
➔ Influência dos elementos de liga
– Aumento no teor de elementos de liga:
● Maior produtividade destes materiais;
● Aumento na resistência ao desgaste;
● Aumento na vida das ferramenta;
● Porém torna-se mais difícil a fabricação deste material;
● Maiores custos de produção
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
➔ Influência dos elementos de liga
● Tungstênio (W)
– formador de carbonetos
– melhora revenimento
– melhora resistência ao 
desgaste
● Vanádio (V)
– Formador de carbonetos
– melhora resistência ao 
desgaste (resist. a 
quente)
– usado para acabamento
● Molibdênio (Mo)
– melhora temperabilidade
– melhora tenacidade
– substitui W
● Cobalto (Co)
– eleva temperatura de 
sensibilização a quente
– melhora dureza a quente
– melhor solubilidade de 
carbonetos
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
● Aço-rápido com revestimento (TiC, TiN):
● Menor atrito;
● Redução no desgaste;
● Maior estabilidade química;
● Proteção térmica do substrato
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
Áreas de aplicação dos aços-rápidos
- Ferramentas para todas as operações de usinagem
- Ferramentas para desbaste e acabamento
- Machos e cossinetes de roscas
- Brocas helicoidais
- Alargadores
- Fresas de todos os tipos
- Ferramentas de plainar
- Escareadores
- Ferramentas para trabalho a frio
- Ferramentas para trabalho em madeira
- outras.
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
Áreas de aplicação dos aços-rápidos
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
Áreas de aplicação dos aços-rápidosUsinagem dos Materiais
Aços rápidos
Áreas de aplicação dos aços-rápidos
Usinagem dos Materiais
Aços rápidos
Áreas de aplicação dos aços-rápidos
Usinagem dos Materiais
Ligas Fundidas
Características
- Composição típica: 
➔ 3% Fe
➔ 17% W
➔ 33% Cr 
➔ 44% Co
- Resistem a temperatura entre aproximadamente 700 a 800°C 
- W ⇒ Mn, Mo, V, Ti e Ta
- Tratamento térmico complexo
- Preço elevado
Usinagem dos Materiais
Ligas Fundidas
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
- outros
Usinagem dos Materiais
ApresentaçãoT-2
Usinagem dos Materiais
FIM - Aula 05
Usinagem dos Materiais