PROCESSO DE METALURGIA DO PÓ EM FERRAMENTAS DE CORTE DE METAL DURO

Prévia do material em texto

Augusto De Jesus Sousa 
Emanuel Bruno Ferreira 
Felix Maurício Rosado 
Gabriel Alves De Jesus 
Leonardo De Sousa Araújo 
Lucas Henrique Spera Santos 
Newton John Caires Stabille 
PROCESSO DE METALURGIA DO PÓ EM FERRAMENTAS DE CORTE DE 
METAL DURO 
São Paulo 
2019 
 
 
 
Augusto De Jesus Sousa 
Emanuel Bruno Ferreira 
Felix Maurício Rosado 
Gabriel Alves De Jesus 
Leonardo De Sousa Araújo 
Lucas Henrique Spera Santos 
Newton John Caires Stabille 
RA: 916120114 
RA: 916117077 
RA: 917121452 
RA: 416105000 
RA: 916103239 
RA: 916104268 
RA: 416105046 
PROCESSO DE METALURGIA DO PÓ EM FERRAMENTAS DE CORTE DE METAL 
DURO 
 
São Paulo 
2019 
Projeto Integrador apresentado à Diretoria de 
Exatas da Universidade Nove de Julho. 
Área de concentração: 
Engenharia Mecânica 
Orientador: Prof. Deiglys Borges Monteiro 
 
RESUMO 
 
A metalurgia do pó, conhecida como a arte de produzir artefatos, consiste em uma 
técnica de pressão em pós metálicos para produção de peças complexas, as etapas 
no processo de fabricação de metalurgia do pó estão divididas em obtenção do pó, 
compactação e sinterização. Os pós metálicos podem ser obtidos através de reações 
químicas, decomposição, processamento mecânico de materiais sólidos, deposição 
eletrolítica e atomização de metais fundidos, seguindo para o processo de 
compactação, onde o pó será aplicado nas cavidades de matrizes acopladas a 
prensas de compressão (mecânica ou hidráulica), aplicando-se pressões já 
estabelecidas de acordo com o tipo de pó, posteriormente, é aplicada a sinterização, 
que destaca-se por ser a etapa final de produção de uma peça por metalurgia do pó, 
onde as partículas previamente compactadas ou confinadas em moldes serão 
aquecidas abaixo do ponto de fusão do metal base, de maneira que a temperatura, 
velocidade de aquecimento e resfriamento, tempo de permanência e atmosfera 
protetora, serão controlados. Em alguns casos, é necessário o uso de etapas 
complementares, para adaptar cada qual a sua necessidade solicitada. O metal duro 
ou carboneto duro sinterizado é o material mais utilizado para ferramentas no campo 
da usinagem moderna, sendo tipicamente obtido através da metalurgia do pó, 
sendo que, existem classes para dividir os tipos de metal duro conforme sua aplicação. 
O processo de fabricação de peças de metal duro através da metalurgia do pó gera 
peças com propriedades físicas e mecânicas esperadas para determinadas 
aplicações. Por ser a técnica mais utilizada na fabricação do carboneto metálico (metal 
duro), conclui-se que a metalurgia do pó tem se mostrado um processo eficiente e 
podendo até mesmo ser mais econômico em determinadas aplicações, tais como 
mancais autolubrificantes, discos de freio e embreagem, próteses e ferramentas de 
corte. 
 
Palavras-Chave: Metalurgia do pó. Metal duro. Carboneto metálico. Ferramenta de 
corte. 
 
 
ABSTRACT 
 
Powder metallurgy, known as the art of producing artifacts, consists of a metal powder 
pressing technique for producing complex parts, the steps in the powder metallurgy 
manufacturing process are divided into powder obtaining, compaction and sintering. 
The metal powders can be obtained through chemical reactions, decomposition, 
mechanical processing of solid materials, electrolytic deposition and atomization of 
molten metals, following to the compaction process, where the powder will be applied 
in the cavities of matrices coupled to compression presses (mechanical or hydraulic), 
applying pressures already established according to the type of powder, sintering is 
subsequently applied, which stands out for being the final stage of production of a 
piece by powder metallurgy, where particles previously compacted or confined in 
molds will be heated below the melting point of the base metal, so that temperature, 
heating and cooling speed, dwell time and protective atmosphere will be controlled. In 
some cases, it is necessary to use additional steps to adapt each one to your requested 
need. Hard carbide or sintered carbide is the most commonly used tool material in the 
field of modern machining, typically being obtained through powder metallurgy, and 
there are classes to divide carbide types according to their application. The process of 
manufacturing carbide parts through powder metallurgy generates parts with the 
physical and mechanical properties expected for certain applications. As it is the most 
used technique in the manufacture of metal carbide (hard metal), it can be concluded 
that powder metallurgy has proven to be an efficient process and may even be more 
economical in certain applications, such as self-lubricating bearings, brake discs and 
clutch, prosthetics and cutting tools. 
 
Keywords: Powder Metallurgy. Hard metal. Metal Carbide. Cutting tools 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lista de Ilustrações 
 
Figura 1 Configuração de jatos de água..................................................................... 8 
Figura 2 Tipos e formas de partículas metálicas. ....................................................... 9 
Figura 3 Punção em processo de compactação....................................................... 11 
Figura 4 Forno para sinterização.............................................................................. 13 
 
 
Lista de Tabelas 
 
Tabela 1 Pressão para compactação por material. .................................................. 12 
Tabela 2 Condições de sinterização. ....................................................................... 14 
Tabela 3 Classes de metal duro. .............................................................................. 17 
Tabela 4 Aplicação para materiais ferrosos. ............................................................ 18 
Tabela 5 Aplicação de materiais ferrosos. ................................................................ 19 
Tabela 6 Classificação dos tipos de metal duro segundo a norma ISO. ................... 20 
Tabela 7 Condições de sinterização para vários tipos de metal duro. ...................... 23 
 
 
Sumário 
 
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 7 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................................... 8 
2.1 Metalurgia do pó e suas etapas ................................................................. 8 
2.1.1 Obtenção do pó ...................................................................................... 8 
2.1.2 Compactação ....................................................................................... 11 
2.1.3 Sinterização .......................................................................................... 13 
2.1.4 Etapas complementares ....................................................................... 14 
2.2 Metal duro .................................................................................................. 16 
2.2.1 Classe de metal duro ............................................................................ 16 
3 DESENVOLVIMENTO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO METAL DURO
 21 
4 CONCLUSÃO ................................................................................................... 24 
5 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 25 
 
 
7 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A metalurgia do pó, que também pode ser conhecida como a arte de produzir 
artefatos, em escala comercial, consiste em uma técnica que faz uso da aplicação de 
pressão em pós metálicos, cerâmicos ou cermets (metal + cerâmica), seguido pela 
aplicação de calor para fazer com que o pó comprimido tenha o aumento da ligação 
entre suas partículas, em um processo conhecido como compactação e sinterização, 
respectivamente (BRITO, MEDEIROS e LOURENÇO, 2007). 
É um processo de manufatura de peças metálicas ferrosas e não ferrosas 
altamente desenvolvido no qualos pós metálicos são configurados em ferramental 
apropriado com posterior aquecimento sob condições controladas a temperaturas 
abaixo do ponto de fusão do metal base para promover ligação metalúrgica entre as 
partículas, ou seja, não existe a fusão do material, com o mesmo sempre mantendo o 
seu estado sólido (BRITO, MEDEIROS e LOURENÇO, 2007). 
Mostra-se uma alternativa possível para a produção de peças em grande escala 
com uma única prensa, um único operador e com o máximo de aproveitamento da 
matéria-prima. Com capacidade de até 100 peças por minuto, as prensas automáticas 
eliminam a necessidade de vários processos distintos para se alcançar os mesmos 
resultados no mesmo período de tempo da sinterização (CHEIS, 2013). 
Essa técnica tem se mostrado um processo eficiente e podendo até mesmo ser mais 
econômico em determinadas aplicações, como no caso de peças de titânio que podem 
ter o gasto de energia de sua produção reduzido em até 50% em relação à técnicas 
convencionais (INOVAÇÃO TECNOLÓGICA, 2008). 
Um dos usos mais disseminados da metalurgia do pó é a do carboneto metálico, 
mais conhecido como metal duro, que possui importância no campo das ferramentas 
de corte, peças de desbaste e brocas para perfuração de rochas. Nessas ferramentas, 
o metal duro é adaptado nas partes cortantes, na forma de pastilha, sendo que elas 
possuem elevada dureza e suportam temperaturas de até 1.000°C sem sofrer perda 
de corte (MORO, 2007). 
Esse trabalho apresentará o conceito completo de metalurgia do pó, bem como o 
detalhamento de suas etapas de produção de maneira geral e os processos 
específicos para o uso da técnica em metal duro. Será feita uma análise completa da 
tecnologia apontando a sua viabilidade no caso do carboneto metálico. 
8 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.1 Metalurgia do pó e suas etapas 
 
As etapas no processo de fabricação de metalurgia do pó estão divididas em: 
obtenção do pó; compactação; sinterização; processos complementares 
(CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.1 Obtenção do pó 
 
Iniciam-se os trabalhos com a obtenção do pó (grão), os métodos são divididos 
em quatro classes: reações químicas e decomposição; processamento mecânico de 
materiais sólidos; deposição eletrolítica; atomização de metais fundidos (CHIAVERINI, 
2001). 
O formato de grão desejado depende do tipo de bocal (orifício) pelo qual o 
líquido metálico será expelido (CHIAVERINI, 2001). 
 
Figura 1 Configuração de jatos de água. 
 
Fonte: (EDISCIPLINAS USP, 2018) 
9 
 
Figura 2 Tipos e formas de partículas metálicas. 
 
Fonte: (CHIAVERINI, 1992) 
 
2.1.1.1 Reações químicas e decomposição 
 
2.1.1.1.1 Reações químicas 
 
Este processo normalmente utiliza-se da redução de óxidos metálicos, através 
de um agente redutor gasoso ou sólido. Elementos como ferro, cobre, tungstênio e o 
molibdênio são os principais elementos obtidos (CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.1.1.2 Decomposição 
 
Caracteriza-se pela decomposição térmica de um dado composto a altas 
temperaturas. Geralmente atribui-se este processo a compostos gasosos, resultando 
em partículas sólidas muito finas. Sendo denominado como carbonila tais compostos 
gasosos. Pós metálicos de ferro e níquel são os principais obtidos por decomposição 
10 
 
térmica. Os pós de carbonila de ferro e níquel são aplicados em casos específicos 
(CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.1.2 Processamento mecânico de materiais sólidos 
 
Trata-se da pulverização mecânica para metais duros e quebradiços como 
ferro, bismuto eletrolíticos ou mesmo metais reativos como berilo e hidretos metálicos. 
Mas a realidade é que o processamento mecânico se aplica em operações 
complementares às de produção dos pós como: redução de tamanho de partícula; 
modificação da forma da partícula; aglomeração de pó; formação mecânica de ligas; 
modificação de propriedades (CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.1.3 Deposição eletrolítica 
 
Neste processo, permite-se obter uma ampla variedade de pós metálicos, os 
mais comuns são os pós de ferro, cobre e os a base de metais preciosos. A deposição 
eletrolítica pode ser feita de duas maneiras, a primeira resulta-se na formação de um 
deposito esponjoso de baixa aderência o qual pode ser mecanicamente desintegrado 
em partículas finas. Na segunda tem-se a deposição de uma camada densa, macia e 
quebradiça, a qual pode ser moída (CHIAVERINI, 2001). 
Obtém-se pós de alta pureza com o processo eletrolítico e de excelentes 
características de compactação, apesar de seu alto custo ser um entrave para a 
produção de peças em grande escala (CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.1.4 Atomização de metais fundidos 
 
Aplica-se este método principalmente na obtenção do pó de ferro, metal mais 
utilizado na metalurgia do pó. Tal método permite a fabricação de praticamente 
qualquer tipo de liga metálica ou metal, exemplo, metais e ligas de cobre e latão, ferro 
e alumínio, ou ligas mais sofisticadas como aços superliga, para ferramentas, 
inoxidáveis etc (CHIAVERINI, 2001). 
O processo é feito através da pulverização de um líquido metálico em finas 
partículas, em geral com tamanho menor que 150mm. Tal pulverização é feita pela 
passagem forçada de uma corrente de metal líquido através de um orifício de saída 
11 
 
menor, onde o metal é desintegrado por jato de ar ou gás. Solidifica-se o metal de 
maneira imediata com a combinação do jato e resfriamento natural provocado pela 
sua expansão ao sair pelo orifício. Sendo feito por um sistema de sucção ou 
recolhimento do pó numa câmara (CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.2 Compactação 
 
Etapa onde o pó será aplicado nas cavidades de matrizes acopladas a prensas 
de compressão (mecânica ou hidráulica), aplicando-se pressões já estabelecidas de 
acordo com o tipo de pó, considerando também suas características finais 
(CHIAVERINI, 2001). 
A compactação é dividida em etapas, a começar pelo preenchimento da 
cavidade da matriz com pó através de um dispositivo de enchimento. Segue-se para 
o abaixamento do punção superior da matriz, penetrando a cavidade até que haja o 
contato com pó, esta etapa é feita de maneira automática por acionamento hidráulico 
ou mecânico conforme o tipo de prensa utilizado (CHIAVERINI, 2001). 
Agora vem a aplicação de pressão por parte do punção superior e parcialmente 
pelo punção inferior, que já se encontra no interior da cavidade da matriz, evitando a 
fuga do pó durante o movimento do punção superior e inferior (CHIAVERINI, 2001). 
 
Figura 3 Punção em processo de compactação 
 
Fonte: (ESSEL, 2018) 
 
As pressões de compactação devem ser adequadas às características do 
material que constitui o pó, levando em consideração a qualidade e quantidade de 
lubrificante adicionado a mistura dos pós, vide a tabela tal, tal, tal, considerando 
valores aconselhados para pressões de compactação (CHIAVERINI, 2001). 
 
12 
 
 
Tabela 1 Pressão para compactação por material. 
Peças/Material Pressão (t/cm²) 
Peças de latão 4,0 a 7,0 
Buchas auto lubrificantes de bronze 2,0 a 3,0 
Escovas coletoras Cu-grafita 3,5 a 4,5 
Metal duro 1,0 a 5,0 
Buchas porosas de ferro 2,0 a 4,0 
Peças de ferro e aço de baixa densidade 3,0 a 5,0 
Peças de ferro de média densidade 5,0 a 6,0 
Peças de ferro de alta densidade 5,0 a 10,0 
Fonte: (CHIAVERINI, 2001) 
Deve-se levar em consideração a relação de compressão, que consiste na 
relação entre a densidade aparente do compactado verde (pó compactado dentro da 
matriz) e a densidade do pó, variando entre proporções de 3 até 1 conforme a o tipo 
de liga utilizado (CHIAVERINI, 2001). 
O método de operação das prensas no processo de metalurgia do pó pode ser 
por princípio de enchimento da cavidade da matriz por volume (prensas mecânicas) 
ou de enchimento por peso (prensas hidráulicas), sendo este último o menos lucrativo 
para produção por ser feito quase que manualmente (CHIAVERINI, 2001). 
Prensas mecânicas operam de maneira automática, podendo produzir 100 
peçaspor minuto, onde o avanço do punção controla a pressão. Já nas prensas 
hidráulicas limita-se o punção pela medida de pressão, sendo ela máxima e fixa desde 
o início do processo (CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.2.1 Matrizes para compactação 
 
Constitui-se uma matriz a partir de: corpo; punção superior; punção inferior; 
macho (presente em processos de peças com furos passantes) (CHIAVERINI, 2001). 
Leva-se em conta na confecção de matrizes as tolerâncias dimensionais, de 
maneira que não dificulte o movimento relativo das peças constituintes da matriz, 
permitindo o escape de gases quando aplicada pressão no processo de compactação. 
A eventual penetração dos pós fino no curso dos punções, dificulta seus movimentos 
e diminui a vida útil da matriz (CHIAVERINI, 2001). 
13 
 
Matrizes são fabricadas com aço indeformável de alto carbono e cromo, sendo 
temperado e revenido, geralmente recebem um revestimento de cromo duro ou são 
confeccionadas com núcleo de metal duro (CHIAVERINI, 2001). 
Isso eleva o custo das matrizes substancialmente, porem eleva sua duração na 
mesma proporção, permitindo a fabricação de milhares de peças compactadas de 
maneira contínua (CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.3 Sinterização 
 
Destaca-se por ser a etapa final de produção de uma peça por metalurgia do 
pó, onde as partículas previamente compactadas ou confinadas em moldes serão 
aquecidas abaixo do ponto de fusão do metal base, de maneira que a temperatura, 
velocidade de aquecimento e resfriamento, tempo de permanência e atmosfera 
protetora, serão controlados (CHIAVERINI, 2001). 
Utilizam-se fornos contínuos com aquecimento a gás ou resistência elétrica 
para que a sinterização seja feita, onde suas características serão definidas por três 
zonas operacionais: preaquecimento, manutenção da temperatura e resfriamento 
(CHIAVERINI, 2001). 
 
Figura 4 Forno para sinterização. 
 
Fonte: (ESSEL, 2018) 
 
Para fornos a resistência, aquece-se as peças com fios, fitas ou barras, 
podendo ser constituídas por Ni-Cr para temperaturas de até 1150 °C, carboneto de 
silício (Si-C) até temperaturas na casa dos 1400 °C, molibdênio ou tungstênio para 
temperaturas até 1550 °C. Metais refratários (W,Mo e Ta) podem atingir temperaturas 
na casa dos 3000 °C, ao passar uma corrente através destes metais (CHIAVERINI, 
2001). 
14 
 
O processo se baseia na ligação atômica entre as superfícies de partículas 
vizinhas, ocorrendo também a recristalização e aumento de grão em função da 
temperatura e do tempo de sinterização. As ligações químicas das partículas do pó, 
reduzem ou mesmo eliminam a presença de poros no interior do compactado verde. 
Forma-se assim uma peça de corpo coerente com propriedades características 
próprias de um produto sinterizado (CHIAVERINI, 2001). 
 
Tabela 2 Condições de sinterização. 
Material Temperatura (°C) Tempo (minutos) Atmosfera 
Bronze 760 a 870 10 a 20 
Hidrogênio, amônia dissociada, 
gás exotérmico 
Cobre 840 a 900 12 a 45 
Hidrogênio, amônia dissociada, 
gás exotérmico 
Latão 840 a 900 10 a 45 
Hidrogênio, amônia dissociada, 
gás exotérmico 
Ferro e Fe-grafita-Cu 1000 a 1150 8 a 45 
Hidrogênio, amônia dissociada, 
gás exotérmico 
Níquel 1000 a 1150 30 a 45 
Hidrogênio, amônia dissociada, 
gás exotérmico 
Aço Inoxidável 1090 a 1285 30 a 60 
Hidrogênio, amônia dissociada, 
vácuo 
Ímãs Alnico 1215 a 1300 120 a 150 Hidrogênio 
Metal Duro 1425 a 1480 20 a 30 Hidrogênio – vácuo 
Fonte: (CHIAVERINI, 2001) 
2.1.4 Etapas complementares 
 
Mesmo a sinterização sendo considerada a última etapa do processo da 
metalurgia do pó, faz-se necessário em alguns casos o uso de etapas (operações) 
complementares, para adequar cada qual a sua necessidade solicitada (CHIAVERINI, 
2001). 
Tais etapas aplicam-se com intuito de: conferir melhor acabamento; maior 
precisão dimensional às peças; melhor densidade, dureza e resistência mecânica; etc. 
Divide-se as principais etapas complementares em recompressão ou calibragem, 
tratamentos térmicos e termoquímicos e tratamentos superficiais (CHIAVERINI, 
2001). 
 
15 
 
2.1.4.1 Recompressão ou calibragem 
 
Faz-se uso deste processo para demais prensas e matrizes diferentes das 
usadas durante a compactação, busca-se a diminuição de empenamentos e 
distorções resultantes da sinterização, resultando no acerto definitivo da forma e 
dimensões de peças sinterizadas. Utiliza-se tal operação para tolerâncias 
dimensionais muito estreitas, difíceis de serem controladas durante a sinterização, 
onde as pressões de recompressão no geral são inferiores às de compactação 
(CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.4.2 Tratamentos térmicos e termoquímicos 
 
Aplicam-se para peças de ferro ou aço com o objetivo de melhorar suas 
propriedades mecânicas, os principais tratamentos são: tempera; revenimento; 
carbonitretação. Faz-se a carbonitretação a fim de aumentar a dureza superficial da 
peça. Em virtude da presença de poros nos compactados sinterizados, tais 
tratamentos serão feitos na presença de atmosfera gasosa e não em banhos líquidos 
(sais fundidos) (CHIAVERINI, 2001). 
No caso de determinas peças constituídas por ferro, devem ser tratadas por 
oxidação ou tratamento a vapor, a fim de inibir a corrosão. O tratamento é feito pelo 
aquecimento das peças sinterizadas em temperaturas na casa dos 580-560°C dentro 
de uma câmara, onde uma corrente de vapor de água é inserida. Resulta-se em uma 
fina camada de oxido de ferro nas paredes e superfície da peça, que aderem com 
força às partículas de ferro (CHIAVERINI, 2001). 
 
2.1.4.3 Tratamentos superficiais 
 
Para peças sinterizadas de ferro suficientemente densas, utiliza-se zinco, níquel, 
cromo e fosfatização em sua superfície, para melhorar a resistência a corrosão, sendo 
as peças infiltradas constituídas por cobre apresentam melhores resultados aos 
referidos tratamentos (CHIAVERINI, 2001). 
 
 
16 
 
2.2 Metal duro 
 
O metal duro ou carboneto duro sinterizado é o material mais utilizado para 
ferramentas no campo da usinagem moderna, podendo ser usado em matrizes de 
conformação (estiramento e trefilação), ferramentas de percussão (brocas em geral) 
e componentes de matrizes para metalurgia do pó (CHIAVERINI, 2001). 
É um material tipicamente obtido através da metalurgia do pó, sendo constituído 
basicamente por carbonetos extremamente duros de alta resistência ao desgaste, 
podendo ser de tungstênio (WC) apenas ou associado a demais carbonetos (TiC e 
TaC(NbC)). E elementos aglomerantes com a função de aglomerar as partículas de 
carboneto durante a sinterização, sendo também responsáveis pela tenacidade do 
material (CHIAVERINI, 2001). 
Fundamentalmente o metal duro apresenta propriedades de dureza à 
temperatura ambiente ou elevadas e resistência a ruptura transversal, sendo possível 
avaliar sua tenacidade através destas propriedades (CHIAVERINI, 2001) 
 
2.2.1 Classe de metal duro 
 
Existem classes para dividir os tipos de metal duro conforme sua aplicação, 
sendo divididas em quatro grupos (CHIAVERINI, 2001). 
O primeiro grupo (a) é para usinagem de materiais com produção de cavacos 
curtos, caso dos ferros fundidos. Já o segundo grupo (b) é para a usinagem de 
materiais com produção de cavaco longo, caso do aço. O terceiro grupo (c) é aplicado 
em ferramenta de percussão para uso em mineração, construção civil etc. Por último, 
o quarto grupo (d) é utilizado em matrizes de extrusão, trefilação, estiramento e 
componentes que necessitam de elevada resistência ao desgaste (CHIAVERINI, 
2001). 
Para as classes (a), (c) e (d) a composição mais comum e simples é de WC + 
Co, onde a usinagem de materiais com cavaco curto pode ter a composição feita de 
TiC. Já a classe (b) é composta de maneira mais complexa, WC + TiC ou por WC + 
Tic + TaC(NbC) + Co (CHIAVERINI, 2001). 
Existem classes de metal duro conhecidas como universais, utilizadas na 
usinagem de materiais de cavacos longos ou curtos (CHIAVERINI,2001). 
 
17 
 
 
Tabela 3 Classes de metal duro. 
Designação 
Composição 
aproximada (%) 
Características principais 
WC 
TiC + 
TaC 
Co 
Densidade 
(g/cm³) 
Dureza 
Vickers 
(kgf/mm²) 
Resist. à rup. 
transversal 
(kgf/mm²) 
ε (kgf/mm²) 
P 01 30 64 6 7,2 1800 75 - 
P 10 55 36 9 10,4 1600 140 52000 
P 20 76 14 10 11,9 1500 150 54000 
P 25 73 19 8 12,5 1500 170 55000 
P 30 82 8 10 13,0 1450 170 56000 
P 40 77 12 11 13,1 1400 180 56000 
P 50 70 14 16 12,5 1300 200 52000 
M 10 84 10 6 13,1 1650 140 58000 
M20 82 10 8 13,4 1550 160 56000 
M30 81 10 9 13,4 1450 180 58000 
M40 78 7 15 13,5 1300 200 55000 
K 01 93 2 5 15,0 1750 120 63000 
K 05 92 2 6 14,6 1700 135 63000 
K 10 92 2 6 14,8 1650 150 63000 
K 20 91,5 2,5 6 14,8 1550 170 62000 
K 30 89 2 9 14,5 1450 190 - 
K 40 88 - 12 14,3 1300 210 58000 
Fonte: (CHIAVERINI, 1992) 
Recomenda-se pela ISO (International Organization for Standards) o 
agrupamento dos variados tipos de metal duro em três grupos: P; M; K. 
Utiliza-se o grupo P para usinagem de metais e ligas ferrosas, apresentando 
longos cavacos. A tabela 4 apesenta a designação e campo de aplicação para metal 
duro do grupo P (CHIAVERINI, 1992). 
O grupo M aplica-se a usinagem de ligas ferrosas, apresentando cavacos longos 
e curtos. Maiores detalhes serão apresentados na tabela 5 (CHIAVERINI, 1992). 
Por fim, designa-se o grupo K na usinagem de materiais ferrosos com cavacos 
curtos, além de ligas não-ferrosas e materiais não-metálicos (CHIAVERINI, 1992). 
 
 
 
18 
 
Tabela 4 Aplicação para materiais ferrosos. 
Designação Campo de aplicação 
P
a
ra
 m
a
te
ri
a
is
 f
e
rr
o
s
o
s
 d
e
 c
a
v
a
c
o
 l
o
n
g
o
 c
o
m
o
 a
ç
o
s
 e
 f
e
rr
o
 f
u
n
d
id
o
 
m
a
le
á
v
e
l 
 
P01 
Operações de acabamento fino, com avanços pequenos e 
altas velocidades, como torneamento e furação de precisão. 
Exige máquinas rígidas, isentas de vibração. 
P10 
Idem – Também para aplicações em que ocorre grande 
aquecimento da ferramenta. 
P20 
Operações de desbaste leve, com velocidade de médias 
para alta e avanços médios. Também em operações de 
plainamento com seções pequenas de cavaco. 
P25 Operações de desbaste com velocidades e avanços médios. 
P30 
Operações com baixa a média velocidade de corte e seções 
de cavaco médias a grandes: torneamento, fresagem, 
plainamento. 
P40 
Operações de desbaste grosseiro e em condições severas 
de corte, como corte interrompido, mesmo em máquinas 
sujeitas a vibração; velocidades baixas a médias e grandes 
avanços e profundidade de corte; torneamento, plainamento. 
P50 
Idem; é o tipo mais tenaz em aplicações que se usam 
máquinas obsoletas, onde substitui o aço rápido com grande 
vantagem. 
Fonte: (CHIAVERINI, 2001) 
 
19 
 
Tabela 5 Aplicação de materiais ferrosos. 
Designação Campo de aplicação 
C
la
s
s
e
s
 u
n
iv
e
rs
a
is
: 
a
ç
o
s
 
in
c
lu
s
iv
e
 a
ç
o
s
-l
ig
a
, 
fe
rr
o
 
fu
n
d
id
o
 c
o
m
u
m
, 
fe
rr
o
 f
u
n
d
id
o
 
n
o
d
u
la
r,
 f
e
rr
o
 f
u
n
d
id
o
 m
a
le
á
v
e
l 
M10 
Operações de torneamento com velocidades médias a altas seções de 
cavaco médias. 
M20 
Operações de torneamento, fresagem, plainamento, com velocidades de 
corte médias e seções de cavaco médias. 
M30 Idem, com seções de cavaco médias a grandes. 
M40 Torneamento, principalmente em máquinas automáticas. 
P
a
ra
 m
a
te
ri
a
is
 d
e
 c
a
v
a
c
o
 c
u
rt
o
: 
fe
rr
o
 
fu
n
d
id
o
, 
a
ç
o
 t
e
m
p
e
ra
d
o
, 
m
e
ta
is
 n
ã
o
-
fe
rr
o
s
o
s
, 
m
a
d
e
ir
a
s
 
K01 
Operações de acabamento fino e de precisão, com broqueamneto e 
faceamento, com cortes leves e firmes, avanços pequenos e altas 
velocidades. 
K05 
Operções de acabamento, como torneamento, alisamento e furação de 
precisão, com alta velocidade de corte. 
K10 Operações de usinagem geral. 
K20 Idem, com avanços e velocidades médias. 
K30 Operações de desbaste, cortes interrompidos e profundos. 
K40 
Idem, onde se tem condições muito desfavoráveis e se deve trabalhar com 
ângulos de saída grande. 
Fonte: (CHIAVERINI, 1992) 
 
20 
 
Tabela 6 Classificação dos tipos de metal duro segundo a norma ISO. 
Designação ISO 
Dureza e resistência ao 
desgaste 
Tenacidade 
P01 
P10 
P20 
P25 
P30 
P40 
P50 
 
M10 
M20 
M30 
M40 
 
K01 
K05 
K10 
K20 
K30 
K40 
 
Fonte: (CHIAVERINI, 1992) 
 
21 
 
3 DESENVOLVIMENTO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO METAL DURO 
 
Após obtidos, os pós metálicos são de início carbonetados. No caso do tungstênio, 
como agente carbonetante, é empregado o negro de fumo. Os pós de tungstênio e 
negro de fumo são misturados a seco e, em seguida, tal mistura é aquecida em botes 
de grafita, com o auxílio de fornos de indução de alta frequência ou fornos de 
resistência ao molibdênio ou até mesmo de tubo de carbono. Nesse procedimento, o 
processo de carbonetação ou o hidrogênio são os responsáveis por produzir a 
atmosfera protetora (CHIAVERINI, 1992). 
Na carbonetação, a temperatura de aquecimento varia de 1375ºC a 1650ºC, 
dependendo do tamanho de grão final desejado no carboneto de tungstênio. O 
tamanho de grão é importante sob o ponto de vista de características mecânicas do 
metal duro (CHIAVERINI, 1992). 
O resultado esperado para o carboneto, proveniente da carbonetação, é que 
ele contenha de 6,10 a 6,15% de carbono, na qual apenas 0,05 a 0,10% deverá ser 
livre. O valor teórico é de 6,13% de carbono no carboneto, podendo-se observar 
nessas condições estruturas de duas fases: WC e uma solução sólida rica em cobalto. 
Caso ocorra um excesso de carbono, além dos 0,05 a 0,10% admissíveis, uma 
terceira fase aparecerá, a grafita livre, sendo ela responsável por produzir porosidade 
no produto (além do normal já existente), causando assim queda de dureza e 
resistência mecânica. Já no caso de haver menos carbono, será originado o carboneto 
duplo CO3W3C, esse provoca fragilidade no material (CHIAVERINI, 1992). 
No caso do carboneto de tântalo, ele é obtido como resultado de uma mistura 
de pentóxido de tântalo e carbono, aquecida de aproximadamente 1540ºC. A 
carbonetação pode ser conduzida a partir de ligas contendo de forma conjunta, o 
tântalo e o nióbio, ou com ácido tantálico-nióbico, tendo como resultado soluções 
sólidas em proporções variadas de tântalo com carboneto de nióbio (CHIAVERINI, 
1992). 
Em relação ao titânio, ele é carbonetado em forma de solução sólida de 
carboneto de titânio e carboneto de tungstênio, sendo necessário uma temperatura 
muito elevada, de aproximadamente 2050ºC, para que essa solução sólida seja 
formada. Caso se origine da mistura de tungstênio, carbono e óxido de titânio TiO2, a 
carbonetação deve ser realizada a temperaturas inferiores, por volta de 1700ºC 
(CHIAVERINI, 1992). 
22 
 
Após serem obtidos os pós, carbonetos e cobalto metálico, eles são misturados 
nas percentagens especificadas, de acordo com os tipos ou classes de metal dura 
que vão ser fabricados. Para essa mistura, é necessário um logo período de tempo, 
de dezenas de horas, num meio líquido, como água, acetona, benzina, ou tetracloreto 
de carbono, em moinhos de bola, de certa forma que além de uma mistura intima, seja 
produzida uma certa moagem (CHIAVERINI, 1992). 
Em seguida, a parte líquida é removida por decantação, filtragem a vácuo ou 
centrifugação e o processo de secar é feito por destilação a vácuo ou em estufa entre 
650ºC a 750ºC. A mistura estando agora seca, é peneirada e preparada para 
compactação, mediante a adição de parafina em solução com solventes de fácil 
volatilização. Nesse processo, a parafina tem o papel de lubrificante, no sentido de 
aprimorar as características de compressibilidade da mistura. As pressões de 
compactação variam na faixa de 0,5 a 4,0 tf/cm², dependendo das classes que vão 
ser produzidas e também das dimensões especificadas para os compactados 
(CHIAVERINI, 1992).Feita a etapa de compactação, segue-se na operação de sinterização, 
propiciando uma boa contração dos compactos, sendo essa contração é a função da 
pressão de compactação. Quando menor for a pressão de compactação, maior será 
a contração. O processo de sinterização final é a operação mais importante na 
fabricação de metal duro, sendo ela realizada a temperaturas acima de 1450ºC, 
podendo chegar algumas vezes a 1600ºC. Tais temperaturas geralmente são 
superiores à de fusão do cobalto, porém bastante inferiores às dos carbonetos 
presentes. Para que seja feita a sinterização, é necessária uma atmosfera de 
hidrogênio puro, em forno contínuo ou o emprego de forno a vácuo (CHIAVERINI, 
1992). 
 Durante a sinterização de compactos, contendo carboneto de tungstênio e 
cobalto, uma fase liquida a 1350ºC é formada, sendo ela abaixo do ponto de fusão do 
cobalto, que é de 1495ºC. Essa fase líquida surge devido à formação de uma solução 
parcial do carboneto de tungstênio no cobalto, considerando-se que tal fase começa 
a se formar quando 1,5% de carboneto de tungstênio está dissolvido no cobalto. Já a 
fusão completa do cobalto ocorre com uma concentração de 20% de WC, sendo que 
a quantidade máxima de WC dissolvida no cobalto seria de 38%, com sinterização 
muito prologada (CHIAVERINI, 1992). 
23 
 
A fase líquida forma uma espécie de “cimento” que por sua vez aglomera as 
partículas de carboneto, dando assim ao conjunto quase que isenção total de 
porosidade e resistência e dureza desejadas. Durante o resfriamento, a solidificação 
do cobalto acontece a 1275ºC, retendo ainda à essa temperatura, 4% de carboneto 
de tungstênio. Já à temperatura ambiente, a quantidade de WC dissolvida no cobalto 
é inferior a 1% (CHIAVERINI, 1992). 
 
Tabela 7 Condições de sinterização para vários tipos de metal duro. 
Composição 
Temperatura de 
sinterização, ºC 
Tempo de sinterização em min. para 
pastilhas de espessura 
2mm 15mm 
94 WC-6Co 
89 WC-11Co 
85 WC-15 Co 
94WC-6Co (grão fino) 
91,5 WC-1 TaC-0,5 VC-7 Co 
78 WC-16 TiC-6 Co 
78 WC-14 TiC-8 Co 
78 WC-15 TiC-7 Co 
69 WC-25 TiC-6 Co 
34 WC-60 TiC-6 Co 
1420 
1400 
1380 
1420 
1500 
1600 
1550 
1500 
1550 
1700 
20 
20 
17 
17 
66 
20 
20 
20 
66 
66 
100 
100 
60 
60 
220 
100 
100 
100 
220 
200 
Fonte: (CHIAVERINI, 1992) 
 
24 
 
4 CONCLUSÃO 
 
Com base na pesquisa e desenvolvimento realizados, conclui-se que a metalurgia 
do pó tem se mostrado um processo eficiente e podendo até mesmo ser mais 
econômico em determinadas aplicações, tais como mancais autolubrificantes, discos 
de freio e embreagem, próteses (implantes cirúrgicos) e ferramentas de corte. 
Sendo a técnica mais utilizada na fabricação do carboneto metálico (metal duro), 
com grande importância no campo das ferramentas de corte (desbaste, perfuração). 
O metal duro é dividido em três classes conforme sua aplicação: P; M; K. Sendo 
ele constituído por carbonetos de elevada dureza, resistência ao desgaste e que 
suportam altas temperaturas, o metal duro obtido na metalurgia do pó tem alta 
durabilidade e longevidade, garantindo um significativo aumento de produtividade 
para aplicações industriais ou domésticas. 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
5 BIBLIOGRAFIA 
 
BRITO, F. I. G. D.; MEDEIROS, K. F.; LOURENÇO, J. M. Um Estudo Teórico Sobre 
a Sinterização na Metalurgia do Pó. Instituto Federal de Educação, Ciência e 
Tecnologia do Rio Grande do Norte. Natal. 2007. (1518-1634). 
 
CHEIS, D. Processo da metalurgia do pó e as vantagens dos filtros sinterizados. 
Revista TAE, 2013. Disponivel em: <http://www.revistatae.com.br/6485-noticias>. 
Acesso em: 30 Novembro 2019. 
 
CHIAVERINI, V. Metalurgia do Pó. 3ª. ed. [S.l.]: McGraw Hill, 1992. 
 
CHIAVERINI, V. Metalurgia do Pó. 4ª. ed. [S.l.]: ABM - ASSOC. BRAS. DE 
METALURGIA, 2001. ISBN 8586778141. 
 
EDISCIPLINAS USP. Metalurgia do Pó. Universidade de São Paulo. São Paulo, p. 
15. 2018. 
 
ESSEL. Metalurgia do Pó Aula 65. ESSEL, 2018. 
 
INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Novo processo gera peças de titânio a partir do metal 
em pó, sem fundição. Inovação Tecnológica, 2008. Disponivel em: 
<https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=novo-processo-
gera-pecas-de-titanio-a-partir-do-metal-em-po--sem-
fundicao&id=010160080610#.XeKn4ehKiUn>. Acesso em: 30 Novembro 2019. 
 
MORO, N. Metalurgia do Pó e o Futuro da Indústria. Centro Federal de Educação 
Tecnológica de Santa Catarina. Florianópolis, p. 7. 2007.