Material para Ferramenta de Corte

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Prof.Marcelo 
FERRAMENTAS DE CORTE 
NENHUM MATERIAL 
POSSUI TODAS ESSAS 
CARACTERÍSTICAS 
• 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 
• Propriedades térmicas 
Aço 
ferrame
nta 
(1868) 
Aço 
rápido 
(1900) 
Stellite 
(1910) 
Metal 
duro 
(1926) 
Cerâmic
as 
(1938) 
Nitreto de 
boro 
cúbico 
(década de 
50) 
Diamante mono e 
policristalino (década de 
70) 
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 – obtenção de 
gumes vivos; 
• Tratamento térmico relativamente 
simples; 
• Resistem a temperatura de até 
aproximadamente 250°C. 
Áreas de aplicação 
• Materiais de baixa velocidade de 
corte 
• Usinagem de aços doces com 
Vc < 25 m/min 
• Brocas para uso doméstico – hobby 
• Ferramentas para carpintaria 
 Desenvolvido por Taylor e apresentado publicamente em 1900 na Exposição 
Mundial de Paris. 
•Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V), elementos que conferem alta 
tenacidade às ferramentas. 
Composição 
•temperatura limite de 520 a 600°C; 
•Dureza de 60 a 67 HRC 
•maior resistência à abrasão em relação ao aço-ferramenta; 
•tratamento térmico complexo. 
Características 
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 
Aço Rápido 
com Cobalto 
O aço rápido ao cobalto, denominado de aço super-rápido, 
apareceram pela primeira vez em 1921. 
Característica maior dureza a quente; 
maior resistência ao desgaste; 
menor tenacidade. 
Aço Rápido 
com 
Revestiment
o de nitreto 
de titânio – 
TiN 
O revestimento de TiN é aplicado pelo processo PVD 
(deposição física a vapor) conferindo uma aparência 
dourada a ferramenta. 
Característica Redução do desgaste na face e no flanco da 
ferramenta; 
Proteção do metal de base contra altas 
temperaturas pelo baixo coeficiente de 
transmissão de calor do TiN. 
Baixo atrito; 
Não há formação de aresta postiça. 
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 
Áreas de aplicação dos aços-rápidos 
Dureza mantém-se constante até 700-800°C 
Velocidades de corte superiores às utilizadas com 
os aços rápidos 
Maior tenacidade, menor dureza a quente e 
resistência ao desgaste do que os carbonetos 
sintetizados. 
•Stellite 
•Tantung 
•Rexalloy 
•Chromalloy 
Nomes comerciais 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 
O Metal Duro (Carbonetos Sinterizados) surgiram em 
1927 com o nome de widia (wie diamant - como 
diamante), com uma composição de 81% de tungstênio, 
6% de carbono e 13% de cobalto. 
Composição 
•O metal duro é composto de 
carbonetos e cobalto responsáveis pela 
dureza e tenacidade, respectivamente 
Características 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. 
Fatores que afetam as 
propriedades dos 
carbonetos sintetizados: 
• tipo e tamanho das 
partículas 
• tipo e propriedades dos 
ligantes 
• quantidade de elementos de 
liga 
Carbonetos: 
• fornecem dureza a 
quente e resistência 
ao desgaste (WC, 
TiC, TaC, NbC, ...) 
Ligante metálico: 
• Atua na ligação dos 
carbonetos frágeis 
(Co ou Ni); 
•Solúvel em Co - alta resistência de ligação interna e de gume 
•Boa resistência ao desgaste abrasivo (melhor que TiC e TaC) 
•Limitações de vc’s devido à tendência à difusão em temperaturas elevadas 
Carboneto de tungstênio (WC) 
•Baixa tendência à difusão 
•Boa resistência à quente 
•Pequena resistência de ligação interna - baixa reistência de gume 
•Os metais duros com alto teor de TiC são frágeis 
Carboneto de Titânio (TiC) 
•Em pequenas quantidades - refino do grão - proporciona um aumento de 
tenacidade e de resistência do gume 
•A resistência interna do metal duro cai menos do que quando é utilizado TiC 
Carboneto de Nióbio (NbC) 
•Em pequenas quantidades - refino do grão - proporciona um aumento de tenacidade e 
de resistência do gume 
•A resistência interna do metal duro cai menos do que quando é utilizado TiC 
Carboneto de Tântalo (TaC) 
•Componente de maior influência nas propriedades dos Cermets 
•Menor solubilidade no aço 
•Maior resistência à difusão que o TiC 
•Alta resistência ao desgaste 
•Estrutura de grãos finos 
Nitreto de titânio (TiN) 
•Melhor metal de ligação para metais duros com base em WC 
•Boa solubilidade do WC 
•Bom ancoramento dos cristais de WC 
Cobalto (Co) 
•Divididos em três grupos (P,K e M) e classificados de acordo com à 
tenacidade e resistência ao desgaste, de acordo com uma numeração 
(p. ex. P01, P10,..., K10, ...) 
Classificação dos Metais Duros 
Principais fatores que afetam a 
escolha da pastilha: 
•Material da peça: Aço, aço inox, ferro fundido 
•Operação: Acabamento, usinagem média, 
desbaste 
•Condições de usinagem: Boas, médias, difíceis 
Consequências do 
processo sobre a 
ferramenta 
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 
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 
Exigências aos revestimentos 
•Espessura regular da camada sobre a face e flancos 
•Composição química definida 
•Possibilidade de fabricação em grandes lotes 
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 
Carboneto de 
titânio (TiC) 
alta dureza 
proteção contra o desgaste na superície de saída 
tendência à difusão relativamente baixa 
Nitreto de 
titânio (TiN) 
estabilidade termodinâmica 
baixa tendência à difusão 
Nitreto de 
Alumínio-
titânio ((Ti, 
Al)N) 
boa resistência à oxidação 
boa dureza à quente 
Óxido de 
alumínio 
(Al2O3) 
boa resistência à abrasão 
boa resistência à oxidação 
•Adição de TIC aumenta a resistência ao desgaste 
•Escassez de Tungstênio 
Fatores que contribuíram para o surgimento dos CERMET: 
Composição: 
•TiC 
•TiN 
•N(ligante) 
Aplicações: 
•Acabamento 
de aços (alta 
vc e baixo f) 
As cerâmicas são compostas de elementos metálicos e não metálicos, 
geralmente, na forma de óxidos, carbonetos ou nitretos. A maioria tem 
estrutura cristalina, mas em contraste com os metais, as ligações entre os 
elementos são Iônicas ou covalentes 
CERÂMICAS A BASE DE AL2O3 
Propriedades: 
•Alta dureza 
•Alta resistência ao desgaste 
•Excelente estabilidade química 
•Baixa tenacidade 
Aplicações: 
•Acabamento de materiais 
fundidos 
•Aços tratados superficialmente 
•Aços temperados 
Observação: 
•Exige máquinas com alta 
rigidez e sem vibração 
CERÂMICAS MISTAS 
Base de Al2O3 + adição de TiC ou ZrO2 ou TiN Composição: 
•Maior tenacidade 
•Melhores propriedades térmicas 
Propriedades melhoradas: 
•Torneamento em geral e mandrilamento 
de ferro fundido cinzento. 
•Torneamento de materiais endurecidos 
(abaixo de HRC65). 
Aplicações: 
 
CERÂMICAS MISTAS (WHISKERS) 
Base de Al2O3 reforçada com SiC Composição 
Propriedades: 
Grande aumento da tenacidade 
Aumento da resistência ao desgaste 
Aplicações: 
Usinagem de aços duros, aços 
inoxidáveis, superligas de níquel 
CERÂMICAS A BASE DE Si3N4 
Torneamento 
e fresamento 
de ferro 
fundido 
Aplicações: 
Composição: 
•Cristais de Si3N4, com fase integranular de 
SiO2 
Composição: 
• Si, Al, O e N 
Torneamento 
e Fresamento 
de aço e 
superligas de 
níquel 
Aplicações: 
Alta afinidade 
química com o ferro 
a alta temperatura 
Baixa afinidade 
química com o ferro a 
alta temperatura 
Materiais com dureza superior a 3000 HV são denominados ultraduros 
Diamantes naturais 
mono e 
policristalinos 
Diamantes sintéticos 
monocristalinos 
Diamantes sintéticos 
policristalinos (PCD) 
Nitreto cubico de 
boro monocristalino 
(cBN) 
Nitreto cubico de 
boro policristalino 
(PcBN) 
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 
Cobalto é usado como ligante 
Substitui metal-duro e diamante monocristalino, em alguns casos 
Campo de aplicação 
•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) 
•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) 
Caracterísiticas 
Aplicações: 
Torneamento de 
aço endurecido 
(HRC60) e ferro 
fundido 
cinzento. 
 
Acabamento em 
fresamento de 
ferro fundido 
cinzento 
Ligas duras (Ni, 
Co, ...); 
Emprego em 
operações 
severas (corte 
interrompido), 
tanto quanto em 
operações de 
desbaste e 
acabamento. 
1 - Caracteristicas da peca: Analise as dimensões e as exigências de qualidade 
do canal da peça a ser usinada: 
•Tipo de operação (interna ou externa, p.ex. corte, usinagem de canal geral, torneamento, canais , 
canais frontais, perfilamento e saídas para retífica) que afeta a escolha da ferramenta. 
•Profundidade de corte 
•Largura de corte 
•Raios do canto 
•Exigência quanto à qualidade (tolerância, acabamento superficial) 
1 - Após analisar a característica, é o momento de observar a peça: 
• O material é fácil quanto à quebra de cavacos? 
• A fixação da peça é boa? 
• Escoamento de cavacos