(20170906121327)Aula 4    Materiais para ferramentas de corte

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FERRAMENTAS PARA USINAGEM
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Materiais para Ferramenta de Corte
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Exigências básicas para um material para ferramenta de corte
Elevada dureza a quente;
Elevada dureza a frio bem superior à da peça usinada;
Tenacidade para resistir aos esforços de corte e impactos;
Resistência à abrasão;
Estabilidade química;
Facilidade de obtenção a preços econômicos.
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Classificação dos materiais de corte
Aços ferramenta
Aços rápidos comuns
Aços rápidos ao cobalto
Ligas fundidas
Carbonetos sinterizados
Cerâmicas de corte
Diamantes
Nitreto de boro cristalino cúbico (CBN)
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Lista dos materiais para ferramentas de corte
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Variação da dureza de alguns materiais de ferramentas de corte com a temperatura
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Dureza a quente de alguns materiais de corte Fonte: (KÖNIG e KLOCKE, 2002) 	
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Evolução da Vc (velocidade de corte)
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Comparação dos materiais para ferramentas de corte 
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Materiais para ferramentas de corte
Aço-carbono
	- C de 0,8 a 1,5 %;
	- Até 1900 eram os únicos materiais disponíveis para ferramentas
	- utilizados em baixíssimos Vc, no ajuste de peças.
 - Comum até 200° C (limas, machos manuais);
 - Com elementos de liga (V, Cr, Mo e W) até 400° C (brocas, machos, etc.)
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Principais vantagens
- Baixo custo
- Facilidade de usinagem (gumes muito vivos)
- Fácil tratamento térmico
- Quando bem temperado, elevada dureza e resistência ao desgaste
- Boa tenacidade.
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Aço-rápido
	- Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na exposição mundial de Paris;
	- Indicados para operações de baixa e média Vc;
	- Dureza a quente até 600° C;
	- Elementos de ligas, W, Co, Mo, Cr e V;
 	- Desvantagens: preço elevado e difícil tratamento térmico.
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Aços rápidos com cobalto
Surgiram em 1921;
O cobalto aumenta a dureza a quente e a resistência ao desgaste, mas diminui a tenacidade;
Teor de Co varia de 5 a 12%.
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Aço rápido com revestimento de TiN
Revestimento de TiN (1 a 3 \uf06dm de espessura) aplicado por processos PVD (Physical Vapor Deposition) abaixo de 550°C conferem aparência dourada;
Redução do desgaste da face e do flanco, pelo aumento da dureza;
Diminuição do coeficiente de atrito reduzindo Fc e melhorando o acabamento superficial
TiN protege o metal base contra temperatura;
Sucesso da ferramenta depende mais da adesão do revestimento do que da sua espessura;
Lascamento do revestimento tem sido a principal causa de falha
Bons resultados em usinagem com corte interrompido (fresamento, plainamento, etc.)
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Aço rápido sinterizado 
Obtidos por processos de metalurgia do pó (sinterização);
Estrutura cristalina muito fina e uniforme;
Menor deformação na têmpera e no revenido;
Menos tendência a trincas e tensões internas;
Tenacidade um pouco mais alta;
Vida mais longa;
Melhor aderência de revestimentos de TiN.
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Ligas fundidas
Descobertas por Haynes em 1922;
Altas porcentagens de W, Cr e Co;
As ligas são fundidas e vazadas em moldes;
Nomes comerciais: Stellite, Tantung, Rexalloy, Chromalloy, Steltan (Brasil);
Composição típica: W = 17%, Cr = 33%, Co = 44%, Fe = 3%
Elevada resistência a quente permite utilização em temperaturas em torno de 800º C;
Qualidades intermediárias entre o aço rápido e o metal duro.
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Metal duro
Em 1927 a Krupp lançou o produto Widia (\u201cWie diamant\u201d \u2013 como diamante);
Composição típica: 81% de W, 6% de C e 13% de Co;
Tungstênio (W), metal de mais alto ponto de fusão (3387º C) 
Maior resistência à tração (4200 N/mm2)
Mais baixo coeficiente de dilatação térmica 
A dificuldade de fusão do W levou ao desenvolvimento da metalurgia do pó 
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Sistemas de fixação de insertos
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Características do metal duro
Elevada dureza; 
Elevada resistência à compressão; 
Elevada resistência ao desgaste; 
Possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante. 
Controle sobre a distribuição da estrutura. 
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Componentes dos metais duros e suas propriedades
Adição de carboneto de titânio e de tântalo ao metal duro reduz grandemente o atrito;
 Estes carbonetos apresentam dureza maior que o de tungstênio;
Atualmente são usados como componentes dos metais duros.
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WC \u2013 Co
O carboneto de tungstênio é solúvel no cobalto, e em decorrência disso temos uma alta correspondência entre a resistência de ligação interna com boa resistência de gume.
 Porém o carboneto de tungstênio tem limitações de velocidade de corte devido a sua alta afinidade de difusão em temperaturas mais elevadas.
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TiC
Pouca tendência à difusão Maior resistência a quente;
Menor resistência de ligação interna Menor resistência do gume;
Metais duros com altos teores de TiC são frágeis e de fácil fissura;
Usados para usinagem de materiais ferrosos em altas velocidades. 
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TaC
Pequenas quantidades diminuem o tamanho dos grãos aumentando a tenacidade e a resistência do gume
NbC
Efeito semelhante ao TaC
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Revestimentos em camadas
TiN (nitreto de titânio)
 - Maior estabilidade química e dureza do que o TiC;
 - Menos propício ao desgaste de cratera na usinagem de materiais ferrosos.
 - Revestimento usado em aplicações gerais (SHAW, 2005);
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TiCN (carbonitreto de titânio)
 - Revestimento multicamada que concilia a
 aderência do TiC ao substrato com a estabilidade química e menor fragilidade e
 coeficiente de atrito do TiN. Revestimento usado em corte interrompido (SHAW,
 2005);
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TiNAl
 - Revestimento multicamada que combina as propriedades do óxido de alumínio e do nitreto de titânio;
 - Bastante utilizado em ferramentas para fabricação de moldes e matrizes, oferecendo alta resistência e baixa condutividade térmica
 - (GAMARRA, 2003). Este revestimento é usado em aplicações HSC para corte à seco.
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Al2O3 (óxido de alumínio)
 - Elevada fragilidade;
 - Preponderantemente empregado em operações de torneamento;
 - Susceptível a quebras por choques mecânicos e térmicos;
 - Sua aplicação sobre o metal duro necessita de uma camada prévia de TiC para ancoragem ao substrato;
 - A principal vantagem é a isolamento térmico e elétrico por causa de sua baixa condutividade
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Processos para revestimento de ferramentas
Processo de deposição química a vapor
 - CVD (Chemical Vapour Deposition);
 - Deposição por meio de reações químicas;
 - Faixa de temperatura entre 900 e 1100°C;
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 Processo de deposição física a vapor
PVD (Physical Vapour Deposition);
Deposição ocorre por meio de vapores gerados no interior de um forno a baixa pressão;
Temperaturas em torno de 500° C;
Possibilidade de revestir substratos de aço-rápido;
Obtenção de revestimentos com granulometria mais fina
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Principais revestimentos na atualidade e forma de deposição (Santos, 2002)
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Efeito de alguns elementos sobre o metal duro
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Classes de metais duros
Classe P: (WC + Co com adições de TiC, TaC e às vezes NbC) aplicamos a usinagem de aços e materiais que produzem cavacos longos;
Classe K: (WC + Co puros) usinagem do FoFo e das ligas não ferrosas que produzem cavacos curtos;
Classe M: intermediária.
As ferramentas de cortes de metal duro operam com elevadas Vc, temperaturas até 1300°C.
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Cermet
Cermet é um composto formado por cerâmica e metal (CERâmica/Metal);
1930, os primeiros cermets (Ti/Ni),frágeis e pouco resistentes à deformação plástica;
Evoluiram a margem do metal duro.
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Característica do Cermet
boa resistência a corrosão; 
baixa tendência a formação de gume postiço; 
boa resistência a corrosão; 
boa resistência ao desgaste; 
resistência a temperatura elevada; 
alta estabilidade química; 
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Cerâmicas
Hoje encontramos dois tipos básicos de cerâmica:
base de óxido de alumínio. 
base de nitreto de silício. 
 
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Características das cerâmicas