Apostila Usinagem PUC Minas Capítulo 07

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Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de Corte 
 
Capítulo 7 
 
Materiais para Ferramentas de Corte 
 
A seleção do material de ferramenta a ser empregado é feita com base em uma 
série de fatores. Abaixo são apresentados os critérios que Shaw (1984), Trent e 
Wright (1999), Diniz et al. (1999), Marcondes (1999) e Machado e Da Silva (1999) 
consideram mais relevantes: 
 Dureza do material a ser usinado; 
 Tipo de cavaco gerado pelo material a ser usinado; 
 Processo de usinagem, ou seja, corte interrompido (fresamento), corte contínuo 
(torneamento), lubrificação do corte, tempo de ciclo, acabamento ou desbaste; 
 Condições da máquina em termos de rigidez (sem folgas/vibrações) , potência, 
controles durante o processo (in process), sistema de refrigeração das 
ferramentas; 
 Forma e dimensão da ferramenta; 
 O custo do material da ferramenta é fundamental para a escolha do mesmo, ou 
seja, sempre se buscará um material alternativo de menor custo; 
 Parâmetros de usinagens como velocidade e profundidade de corte e avanço; 
 Características finais do produto, tais como: qualidade superficial e dimensional 
requerida. 
 
Abaixo, são listadas as principais propriedades que o material da ferramenta deve 
possuir, porém em função da aplicação uma ou mais propriedades devem se 
destacar em relação às outras. 
• Alta dureza (principalmente à quente); 
• Tenacidade (suficiente para evitar falhas por rupturas); 
• Alta resistência ao desgaste; 
• Alta resistência a compressão e ao cisalhamento; 
• Boas propriedades mecânicas e térmicas, isto é muito importante 
principalmente para a dureza a quente do material; 
• Boa condutividade térmica; 
• Baixo índice de expansão volumétrica; 
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• Alta resistência ao choque térmico; 
• Alta resistência ao impacto; 
• Ser inerte quimicamente. 
 
Machado e Da Silva (1999), apresentam os materiais para ferramentas de corte 
existentes hoje no mercado mundial em ordem cronológica, conforme 
esquematizado na Figura 7.1. À medida que se desce na lista, ganha-se em dureza 
(ou resistência ao desgaste) e perde-se em tenacidade, e vice-versa. 
 
 
Aço CarbonoComum 
Com elementos de ligas (V,Cr) 
Aço Rápido 
Aço Semi-Rápido (Baixo W) 
Aço Rápido (com e sem revestimento) 
Aço Super -Rápido (elevado teor de V) 
Ligas Fundidas 
Metal Duro (com e sem revestimentos) 
Classes : P, M ,K, N, H, S 
Cermets (com ou sem revestimento) 
Cerâmicas (com ou sem revestimento) 
Ultraduros: 
CBN-PCBN 
Diamante Sintético (PCD) 
Diamante Natural 
A
um
en
to
 d
a 
te
na
ci
da
de
 
A
um
en
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e 
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 e
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ci
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ao
 d
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ga
st
e 
 
 
Figura 7.1 – Quadro demonstrativo dos materiais para ferramentas. 
 
O grande número de ferramentas existentes no mercado torna difícil a escolha e 
aumenta a complexidade do processo de seleção. O projetista de ferramentas deve 
considerar todas as propriedades já listadas, mas ele próprio deve destacar as 
propriedades mais importantes de acordo com o tipo de aplicação. O material 
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perfeito seria aquele que tivesse a dureza do diamante natural, a tenacidade do aço-
rápido e a inércia química da alumina (Al2O3). 
 
7.1 - Aços Carbono e Aços Liga (Ferraresi, 1977 e Machado e Da Silva, 1999) 
Na primeira parte do século passado os aços comuns ao carbono e, mais tarde os 
aços de baixa e média liga (que foram introduzidas por Müshet em 1868), eram os 
únicos materiais de ferramentas disponíveis. Com o aparecimento de materiais mais 
resistentes, logo foram substituídos, embora ainda hoje sejam utilizados em 
aplicações de baixíssimas velocidade de corte, no ajuste de peças. O maior 
problema é que eles perdem a dureza quanto aquecidos a temperaturas superiores 
à de revestimento (de 300o a 600o C). 
 
7.2 - Aços-Rápidos (Ferraresi, 1977 e Machado e Da Silva, 1999) 
O primeiro grande impulso causado nos materiais de ferramentas aconteceu na 
virada do último século, quando Taylor e White desenvolveram o primeiro aço-
rápido, contendo 0,67% C, 18,91% W, 5,47% Cr, 0,11% Mn, 0,29% V e apropriado 
tratamento térmico. Seu surgimento revolucionou a prática de usinagem naquela 
época, dando um grande aumento na produtividade. Exatamente por isso, estes 
aços levaram este nome. Hoje, comparando com os materiais das ferramentas da 
chamada terceira geração, eles poderiam ser chamados de “aços-devagar” ou “aços-
molengões”. Na época, os aços carbono eram aplicados na usinagem de aços mais 
“moles” e de outros não ferrosos, como o cobre e suas ligas, à velocidades de corte 
não superiores a 5 m/min, enquanto os novos materiais aumentaram essas 
velocidades para valores até 25 m/min. 
Os HSS são aços de teores de carbono entre ~0,7 a 1,2 %C e altamente ligados. Os 
principais elementos químicos, formadores de carbonetos são: W, Mo, V e Cr. Além 
destes, o Co também é adicionado frequentemente. Os carbonetos formados são 
extremamente duros o que confere ao aço elevadas resistências ao escoamento e à 
tração e além disso, a desejada dureza a quente. Comercialmente encontra-se aços 
classificados segundo a sua formulação básica: ao W, ao W-Co, ao Mo, ao Mo-Co e 
ao W-Mo-Co. Os aços comercialmente disponíveis com teores de Co entre 8 e 12% 
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são, para efeito de marketing denominados como aços de elevada dureza a quente, 
mas efeito similar pode ser obtido com a adição de W e/ou V. 
Com o passar dos anos, as propriedades destes materiais foram melhoradas, 
chegando-se à perfeita combinação dos elementos de liga ao domínio do processo 
de tratamento térmico. Normalmente esses materiais são especificados, pelas 
iniciais da literatura inglesa por HSS (High Speed Steel). 
A prática vem contrariando aqueles que acham que os aços-rápidos estão 
ultrapassados. As qualidades deste grupo de materiais são tão grandes que mesmo 
hoje, já há quase um século depois de descobertos, eles ainda sobrevivem no meio 
de vários outros grupos com fantásticas propriedades. 
As aplicações dos aço-rápidos são principalmente em brocas, fresas, cossinetes, 
brochas, matrizes e até ferramentas de barras para aplicações em torneamentos de 
peças de diâmetros reduzidos, cuja velocidade de corte conseguida é inferior à 
velocidade econômica de corte dos materiais de ferramentas mais resistentes. 
Encontra-se no mercado um variado grupo de aço-rápidos, com cada um tendo sua 
aplicação ótima. Dois grandes avanços foram conseguidos nos anos 70 e merecem 
destaque: 
 
a. Ferramentas de Aço-Rápido Revestidas 
São camadas de TiN, TiC, HfN ou Al2O3 aplicadas nas ferramentas pelos processos 
CVD - Chemical Vapour Deposition e PVD - Physical Vapour Deposition. O processo 
CVD exige que as ferramentas sejam aquecidas a temperaturas elevadas (próximas 
a 1000o C), o que provoca alterações metalúrgicas nos aços rápidos, apesar de que 
se tem obtido algum sucesso com TiN a temperaturas mais baixas. Por outro lado o 
processo PVD faz a deposição da camada a temperaturas mais baixas (500o a 600o 
C e recentemente até inferiores a 2000C), o que facilita a sua aplicação. 
Recentemente, surgiram os recobrimentos de TiNAl, que vem apresentando bons 
resultados em brocas e fresas caracóis. A grande vedete dos revestimentos surgiu 
comercialmente no início desta década, que é a aplicação de multicamadas, micro 
ou nanométricas, principalmente de TiC e TiN, intercaladas e sobrepostas. Esse 
novo conceito, em muitos casos mostrou se eficaz e noutros inúmeros, o 
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desempenho da ferramenta deixou a desejar, ou seja, esse é um conceito que 
promete, mas acredita-se que a tecnologia de aplicação ainda carece de melhor 
desenvolvimento. 
 
b. Ferramentas de Aço-Rápido Fabricadas pela Metalurgia do Pó (“Sinterizadas”) 
São fabricadas pela metalurgia do pó, que tem a vantagem de possibilitar partículas 
de carbonetos menores e mais dispersas na matriz, além de facultar a incorporação 
de um número maior de elementos de liga (carbonetos) que o processo de 
fabricação convencional. Hoje são encontradas no mercado fresas, brocas e outras 
ferramentas fabricadas por este processo e são normalmente denominadas por 
HSS-PM (High Speed Steel – Powder Metallurgy). 
Os aços denominados como Semi-rápidos são os HSS com menores teores de 
tungstênio. Isto ocorreu durante a Segunda Guerra Mundial em que temeu-se a 
escassez desse elemento químico e o aço resultante apresentava propriedades 
mecânicas inferiores. 
Já os aços Super Rápidos são os HSS com elevados teores de vanádio. Com isto, 
obteve-se produtos com propriedades superiores o que o habilitou a usinar em 
condições de corte maiores. 
 
7.3 - Ligas Fundidas (Machado e Da Silva, 1999) 
 
Elas formam um outro grupo de materiais de ferramentas de corte e surgiram mais 
ou menos na mesma época dos aços-rápidos, mas tiveram grandes aplicações 
somente mais tarde, durante a Segunda Guerra Mundial. São ferramentas a base de 
Co, contendo W e Cr em solução sólida, e às vezes alguns carbonetos. Estas ligas 
são mais duras do que os aços-rápidos e mantém esta dureza a temperaturas mais 
elevadas, e em decorrência disso as velocidades de corte são maiores (em torno de 
25%). Na realidade, a não ser em aplicações muito especiais, as ligas fundidas 
estão caindo em desuso, tanto pela escassez de matéria-prima (e aumento do 
preço) como também por haver no mercado materiais que se comparam a elas e até 
as superam a custos menores. 
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7.4. Ferramentas de Metal Duro 
 
O Metal Duro apareceu na década de 20, na Alemanha, quando Schroter conseguiu 
produzir em laboratório o WC em pó pela primeira vez. A mistura deste pó 
principalmente com o cobalto, também em pó, trouxe ao mercado um dos mais 
fantásticos grupos de materiais de ferramentas de corte “os Metais Duros”. Quando 
os alemães perceberam as excelentes propriedades de dureza e resistência ao 
desgaste desse material, eles logo o batizaram como “Widia” de (Wie diamond do 
alemão = como o diamante) e esse foi o segundo marco na evolução dos materiais 
para ferramentas de corte, após o surgimento do aço rápido. 
O grande sucesso do metal duro é o fato deles possuírem a combinação de 
resistência ao desgaste, resistência mecânica e tenacidade em altos níveis. 
Os metais duros são fabricados pela metalurgia do pó e utiliza partículas duras de 
carbonetos de metais refratários finamente divididas, então são sinterizado com um 
ou mais metais do grupo do ferro (ferro, níquel ou cobalto) formando assim, um 
corpo de alta dureza e resistência a compressão. O metal aglomerante é na maioria 
das vezes o Cobalto. Uma característica muito importante no metal duro é o 
tamanho de grão das partículas duras. Partículas grandes produzem maior 
tenacidade, enquanto partículas pequenas auxiliam na obtenção de um metal duro 
mais duro e resistente. 
A primeira ferramenta de metal duro, desenvolvida na Alemanha, continha apenas 
WC+Co e mostrou-se prodigioso na usinagem de Ferros Fundidos Cinzentos, mas 
demonstrou baixa resistência a craterização quando usinando aços (Machado e Da 
Silva, 1999). Para superar este problema adicionou-se Tic, TaC e/ou NbC aos WC + 
Co reduzindo conseqüentemente os problemas de craterização na usinagem de 
aços. As razões para isso foram: 
• O carboneto adicionado (titânio, tântalo e/ou nióbio) tem maiores durezas que 
o WC e portanto, apresentam maiores resistências ao desgaste 
• A solubilidade dos carbonetos adicionados no ferro é muito menor que o WC, 
isto inibe a difusão, que é um mecanismo de desgaste comum a altas 
temperaturas. 
• A estabilidade dos carbonetos adicionados é maior que os WC. Isto implica 
em maiores dificuldades de dissolução e difusão desses elementos. 
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A fabricação do metal duro ocorre por meio da metalurgia do pó e pode ser resumida 
da seguinte forma: O tungstênio na sua forma original encontrada na natureza é 
transformado após uma série de reações químicas em tungstênio puro, este é então 
misturado em carbono puro e levado a um forno a altas temperaturas (1375 º C a 
1650 ºC) para formar o WC (Marcondes, 1990). O tamanho de grão de carboneto de 
tungstênio obtido é da ordem de 0,4 a 7 µm (Jack, 1987). Os carbonetos são então 
moídos e secados com spray, esta moagem pode ocorrer depois da mistura com o 
cobalto, na proporção ideal de cada classe, ou opcionalmente pode-se misturar o 
cobalto (na forma de pó finos) após a moagem. A mistura é comprimida a frio em 
matrizes, geralmente usando uma adição de cera lubrificante para facilitar esta 
etapa. Esta cera será extraída do produto durante o tratamento de sinterização. 
Após a prensagem, o produto já ganha formato final desejado, apresentando uma 
porosidade da ordem de 50 % em volume, e pode ser manipulado. A sinterização 
segue imediatamente esta etapa. É realizada a vácuo, em temperaturas da ordem 
de 1500 º C, com a porosidade sendo reduzida para menos de 0,01 % (Jack, 1987). 
Esta baixa porosidade é possível de ser obtida devido a fase líquida do metal ligante 
presente. Após a sinterização o produto sofre uma redução de tamanho, que pode 
chegar da ordem de 18 %. Antes de ser comercializado, normalmente, o produto é 
retificado, para formatar as arestas. Observa-se que quando se trata de produtos da 
classe P ou M , há também a adição de TiC TaC e/ou NbC. 
A fabricação do metal duro está evoluindo e no início desta década surgiram 
comercialmente os pós micrométricos, que proporcionaram a fabricação do metal 
duro com microgrãos. Essa ferramenta ganhou em dureza, mas sem o 
comprometimento da tenacidade, com ligeira queda na condutividade térmica e com 
isso, a resistência da ferramenta foi melhorada e sem dúvida, os parâmetros de corte 
utilizados no processo puderam ser aumentados. 
A norma ISO classificou os Metais Duros em classe P, M, K, N, H e S, de acordo 
com o material da peça a ser usinado: 
• Classe P: usinagem de aços; 
• Classe M: usinagem de aços inoxidáveis 
• Classe K: usinagem de ferro fundido; 
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• Classe N: usinagem de alumínio; 
• Classe H: usinagem de aços endurecidos; 
• Classe S: usinagem de superligas; 
Dentro destas classes temos outra divisão por números (ver Tabela 7.1). 
 
Classe P 
 
Essa classe é mais conhecida como classe dos aços ou cavaco longos as 
ferramentas de Metal Duro desta classe possuem em sua matriz elevado teores de 
Carboneto de Titânio (TiC), Carboneto de Tântalo (TaC) e/ou Carboneto de Nióbio 
(NbC). Estes carbonetos conferem ao Metal Duro elevada resistência ao desgaste e 
elevada dureza, isto permite a usinagem de materiais que produzem cavacos mais 
longos os quais formam uma área de contato (maior atrito)bem maior com a 
superfície de saída da ferramenta. 
 
Classe M 
 
É a classe intermediaria na matriz do metal duro existe o Carboneto de Titânio (TiC), 
Carboneto de Tântalo (TaC) e/ou Carboneto de Nióbio (NbC) porem em teores 
menores do que aqueles utilizados na classe P. normalmente é utilizada na 
usinagem de aços inoxidáveis. 
 
Classe K 
 
É também conhecida por classe dos ferros fundidos mastambém é utilizada na 
usinagem dos aços temperados ,não ferrosos,plásticos e madeiras. Nesta classe o 
Metal Duro é composto por WC+Co ,ou seja, carbonetos de tungstênio aglomerado 
pelo cobalto, esta classe não é muito resistente ao desgaste de cratera, portanto são 
usadas na usinagem de materiais frágeis que geram cavacos curtos os quais 
provocam menor atrito entre o cavaco e a região de saída da ferramenta. 
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As classes com maior teor de Cobalto como é a classe K, são mais empregadas nas 
condições de usinagem de acabamento ou cortes interrompidos, pois estas criam 
tensões mais elevadas na ferramenta exigindo assim maior tenacidade. 
 
Tabela 7.1 - Classificação dos metais duros. 
Designação 
ISSO 
Dureza e Resistência 
ao Desgaste 
Tenacidade 
P 01 
P 10 
P 20 
P 30 
P 40 
P 50 
M 10 
M 20 
M 30 
M 40 
K 01 
K 05 
K 10 
K 20 
K 30 
K 40 
 
 
7.4.1. Ferramenta de Metal Duro com Revestimento 
 
O revestimento de ferramentas de metal duro pode garantir uma performance bem 
superior à ferramenta sem revestimento na usinagem de materiais ferrosos. 
Atualmente 80% das ferramentas de metal duro (Figura 7.2) utilizadas na industria 
possuem revestimento. Normalmente o revestimento provoca uma coloração 
dourada na ferramenta (se o revestimento for à base de TiN) enquanto as 
ferramentas sem recobrimento normalmente se apresentam na cor cinza escuro. 
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O revestimento pode ser uma única camada de TiC, ou, mais comum, ser de triplo 
revestimento de TiC, TiCN e TiN e TiC, AL2O3 e TiN, mas existe registro (Lindstron e 
Johannesson, 1976 e Reiter e Kolaska, 1986, citado por Quinto et alli, 1988) de 
ferramentas com até 12 camadas de diferentes revestimentos. Os fabricantes 
explicam que cada camada tem a sua função específica e a associação de camadas 
permite oferecer um produto com todas as vantagens possíveis de se obter com a 
técnica. 
 
 
Figura 7.2 - Ferramentas de Metal Duro Revestidas. 
 
O TiC é um revestimento que é muito utilizado como a primeira camada, pois este 
garante uma coesão muito boa com o substrato. Além disso, o TiC é um dos 
revestimentos mais duros atualmente utilizados, sua dureza é de HV3000, o que 
garante alta resistência ao desgaste. Já a alumina (Al2O3) tem várias vantagens, as 
principais são a inércia química, a dureza e portanto, resistência ao desgaste, e um 
fato ocorrente é a redução de sua condutividade térmica com o aumento da 
temperatura. Isto garante uma barreira térmica interessante para a superfície da 
ferramenta. O TiN se apresenta, normalmente como a camada externa, por 
proporcionar baixos coeficientes de atrito entre a ferramenta e o cavaco, isto na 
usinagem dos metais ferrosos. Este material garante menores comprimentos de 
contato cavaco-ferramenta devido a menor tendência de adesão dos ferrosos neste 
material. No caso da usinagem dos não ferrosos, como o Al e Cu e suas ligas, 
fenômeno inverso ocorre, devido à elevada afinidade química do Ti com esses 
metais e neste caso, predomina-se a adesão e a difusão, o que reduz a vida das 
ferramentas. 
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Um outro revestimento que vem sendo usado ultimamente é o TiNAl ou (TiAl)N que 
é um nitreto à base de Ti e Al. Este revestimento tem se mostrado excelente para a 
usinagem de ferros fundidos. 
A espessura total das camadas revestidas podem variar de 4 a 12 µm e camadas 
muito espessas podem fragilizar a aresta. 
Existem hoje no mercado ferramentas de metal duro revestidas com diamante 
policristalino (PCD) obtidas pelo processo CVD - Deposição Química de Vapor 
(Clark e Sem, 1998). Neste caso, com camada única, com espessuras maiores que 
as normais, mas inferiores a 30 µm, elas são aplicadas em ferramentas positivas 
para desbaste de materiais não ferrosos, como o alumínio, polímeros e compósitos. 
 
7.4 – Ferramentas de Cermets 
 
O Cermet é um produto com duas fases: metálica e cerâmica e por esta razão ele 
situa-se, na classificação entre o Metal Duro e as Cerâmicas. A sua formulação 
básica é constituída por TiC, TiN e Ni como aglomerante. 
Devido a elevada quantidade de Ti na sua formulação, que apresenta grande 
afinidade química com a maioria dos metais não ferrosos, este material tem o seu 
campo de aplicação limitado à usinagem dos ferrosos. Outros fatores importantes 
são as suas propriedades térmicas, indesejadas na usinagem: baixa condutividade 
térmica e grande coeficiente de expansão volumétrica. Com isto, as elevadas 
temperaturas geradas na interface cavaco-ferramenta promovem grande expansão 
do material na região termicamente afetada. Os ciclos inerentes ao processo, 
mesmo no corte contínuo, em que a ferramenta inicia o corte e depois de 
determinado período ela sai, ocorre o fenômeno de “aquece-esfria” e 
conseqüentemente “expande-retrai”, promovendo a falha da ferramenta, 
normalmente por trincas originadas por fadiga de origem térmica. Isto faz com que 
ele seja utilizado em operações de acabamento e superacabamento de ferrosos, 
principalmente dos ferros fundidos. Ou seja, nas condições em que a região 
aquecida da ferramenta é pequena, devido à pequena área de contato cavaco 
ferramenta (baixos “f” e “ap”). 
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Recentemente estas ferramentas estão sendo recobertas com finas camadas de TiN 
e em testes preliminares tem apresentado bons desempenhos em relação às sem 
revestimentos. 
 
7.5 - Ferramentas de Cerâmica 
 
Os materiais de ferramentas de cerâmicas convencionais podem ser divididos entre 
óxidos e nonóxidos. O primeiro grupo compreende a alumina (inclusive alumina 
reforçada com zircônio), alumina mista e alumina reforçada com SiC (Whisker). A 
principal cerâmica monóxida para ferramenta de corte é baseada em nitreto de 
silício, e suas propriedades variam de acordo com o processo de manufatura do 
mercado. 
 
7.5.1 - Composição, Propriedades e Fabricação 
A comparação entre metal duro e alguns materiais cerâmicos em relação ao 
resistência mecânica tenacidade (ao corte interrompido), choque térmico 
(comportamento no corte com refrigerante), afinidade química e dureza a quente 
(indicada por resistência ao desgaste), pode-se dizer que enquanto os metais duros 
se mostram superior em relação aos choques térmicos e mecânicos, as cerâmicas 
se mostram superiores quanto a afinidade química e resistência ao desgaste (Abrão, 
1995). 
As cerâmicas de um modo geral, possuem algumas propriedades melhores e outras 
piores que os cermets e os metais duros. Na Figura 7.3 mostra-se 
esquematicamente a comparação das principais propriedades destas ferramentas de 
corte. O cermet sempre ocupa uma posição intermediária entre o metal duro e a 
cerâmica, considerando qualquer uma destas propriedades (Machado e Da Silva, 
1999). 
 
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Figura 7.3 – Algumas Propriedades do Metal Duro, Cermet e Cerâmica (Smith,1989). 
 
a. Cerâmica à Base de Al2O3 
 
Podem ser puras ou com adições. As cerâmicas puras são ferramentas constituídas 
basicamente de finos grãos de Al2O3 sinterizados. É comum adicionar MgO para 
inibir o crescimento do grão. Outros constituintes, tais como oxido de cromo, titânio e 
níquel são as vezes adicionados para aumentar a resistência mecânica. Estas 
ferramentas possuem um alto grau de dureza, resistência ao desgaste e excelente 
estabilidade química, mas deixam a desejar na tenacidade.As primeiras ferramentas com adições apareceram nos anos 70, com altos 
percentuais (podendo chegar a 30%) de ZrO2 e ou TiC principalmente, podendo 
ainda conter TiN, TiO2 e WC. Estas adições conferem a matriz de Al2O3 um maior 
grau de tenacidade para suportar maiores impacto e choques térmicos, inerente a 
certos processos de corte. 
A adição de TiC (cerâmica mista ou preta), além de melhorar ligeiramente a 
tenacidade e a condutividade térmica, aumenta consideravelmente a dureza e a 
resistência da ferramenta (Machado e Da Silva, 1999) 
Outra introdução no mercado nos anos 80, que teve grande receptividade, é a 
ferramenta de cerâmica, também a base de Al2O3, reforçada com SiC (Whiskers). 
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Estes carbonetos são adicionados em até 20% na alumina, na forma de longos 
cilindros, de 0,5 a 6 µm de diâmetro e 10 a 80 µm de comprimento. A ferramenta 
resultante apresenta exelente tenacidade, inclusive superior às demais cerâmicos 
(Smith, 1986). 
 
b. Cerâmicas a Base de Si3N4 
Hepworth (1991), relatou que existem duas características principais para distinguir 
nitretos (e carbonetos) dos óxidos cerâmicos : primeiro os materiais crus requerem 
extensos processos termoquímicos, assim, são mais caros : segundo eles são 
materiais covalentes (não são como óxidos, ao qual são iônicos), seus 
comportamentos se caracterizam pela orientação, ao qual confere alta dureza, 
resistência e tenacidade a temperaturas elevadas. Cerâmicas a base de nitretos de 
silício, são usadas como ferramentas de corte devido ao baixo coeficiente de 
expansão térmica, elas tem excelentes resistência ao choque térmico, no entanto 
não e tão fácil sinterizar devido sua alta densidade. 
Este grupo apareceu no mercado nos anos 80. Tratam-se de cristais de Si3N4 com 
uma fase intergranular de SiO2 (cristais de vidro) que são sinterizados na presença 
de Al2O3, Y2O3, MgO e outros. Com esses materiais tem-se conseguido excelentes 
resultados nas usinagens das ligas de alumínio e ferro fundidos, entretanto devida a 
grande interações químicas com o ferro e elevadas temperaturas, este grupo de 
material não tem tido sucesso na usinagem de aços (Buljan e Sarin,1985). A 
condição de Al e O a aresta da ferramenta reduziu as interações quimicas com o Fe, 
o que possibilitou as suas aplicações aos ferrosos. A nova ferramenta gerada é 
comercializada com o nome de SIALON, originada das letras originais dos principais 
elementos químicos presentes na liga (Si, Al, O e N). 
As cerâmicas à base de nitreto de silício, possuem boa resistência ao desgaste, com 
tenacidade superior as cerâmicas de base de Al2O3. Isto faz com que a aplicação 
destes materiais chegue ao fresamento, o que há pouco tempo atrás (10 anos) era 
inadmissível para as cerâmicas. 
 
 
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7.5.2 - Aplicações e Dados Técnicos 
 
Uma boa faixa de materiais e componentes podem ser usinados com ferramentas de 
cerâmica. A Tabela 7.2 sintetiza as aplicações típicas seguindo da descrição das 
aplicações para cada tipo particular de cerâmica. 
As aplicações típicas de ferramentas de alumina/zircônio, inclui o torneamento de 
ferros fundidos cinzento, nodulares e maleáveis (discos e tambores de freios, e 
cilindros) com velocidades de corte acima de 900 m/min, onde a grande solução e a 
resistência ao desgaste da dupla Al2O3 e ZrO2. Ligas de carbono e aços ferramentas 
com dureza acima de 300HB (eixos e mandris para aplicação automotivas), podem 
também ser usinadas com velocidades acima de 1080 m/min e faixa de avanços em 
torno de 0.25mm/rev. 
Desgastes das ferramentas com base de alumina foi estudado por Tönshoff e 
Bartsch, (1987), quando usinando aço Ck45N (equivalente AISI 1040), e por Kim e 
Durham (1991) quando usinado aço AISI 1045 e AISI 4340. Os resultados indicaram 
que a natureza do desgaste de flanco mudava consideravelmente com a 
composição química do aço, ao qual em muitos casos apresentaram a formação de 
uma camada de óxido na ferramenta. 
Estudos indicam que a cerâmica mista, com adição de TiN e TiC, são empregadas 
para melhorar a resistência ao choque térmico com o aumento da condutibilidade 
térmica, que dissipa melhor o calor gerado na interface, reduzindo os gradientes 
térmicos e consequentemente a tensão termicamente induzida. Isto a habilita para o 
uso em altas velocidades de corte, comparados com as ferramentas de cerâmica 
branca, com menor risco de fraturas. A dureza a quente (em 100° C) é superior a da 
cerâmica pura, 800 contra 650 HV, conforme Grearson e Jack (1984). Aplicações 
típicas, incluem torneamento de ferro fundido abaixo de 35 HRC e acabamento de 
aços endurecidos de 35 a 65 HRC, e o fresamento de ferro fundido cinzento em 
componentes de máquinas e pequenas peças automotivas. 
 
 
 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 101
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de Corte 
 
Tabela 7.2 – Aplicações típicas de ferramentas de cerâmica convencional 
(Kennametal, 1985) 
Material da 
Peça 
Dureza 
(HBN) 
Operação Material 
da ferramenta 
Velocidade 
de Corte 
(m/min) 
Avanço 
(mm/rev) 
Profundi- 
dade de 
Corte (mm)
Aço 
Carbono 
(0.2-
0.5%C) 
125-225 Acabamento 
Torneamento 
CC620 
CC650 
550 
750 
0.4 
0.1 
0.1-1.0 
Aço 
Ferramenta 
560-740 Desbaste 
Torneamento 
K090 65-145 0.08-0.35 0.08-1.5 
Ferro 
Fundido 
Maleável 
110-145 Acabamento 
Torneamento 
CC620 
CC650 
800 
460 
0.1 
0.4 
0.1-1.0 
Ferro 
Fundido 
Cinzento 
250-280 Fresamento 
Faceamento 
SH1 200-700 0.008-0.15 
mm/z 
0.1-0.5 
Ligas a 
Base de 
Níquel 
200-450 Desbaste 
Torneamento 
Kyon 
2000 
90-215 0.1-0.24 1.5-6.3 
A aplicação de ferramentas de nitreto de silício, foi demostrada por Tonshoff e 
Bartsch (1987) e Buljan e Wayne (1985). Eles mostraram que as ferramentas de 
nitreto de silício podem ser empregadas com sucesso para usinagem com corte 
interrompido de aços AISI 1045 (167HB). Isto porque estas ferramentas não obtém a 
mesma faixa de temperatura do que no corte continuo, minimizando no entanto o 
comportamento do desgaste, principalmente provocado por difusão. 
Assim como no caso do metal duro, as cerâmicas estão passando por uma grande 
evolução tecnológica na sua fabricação. Desde 2002, estão em testes ferramentas 
fabricadas a partir de grãos da ordem de nanômetros, e essas ferramentas foram 
então denominadas por “cerâmicas com nanogrãos”. Acredita-se que em pouco 
tempo esses materiais já estarão totalmente difundidos em utilização pelo mundo 
afora. 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 102
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7.6 - Materiais de Ferramentas Ultra-Duros 
 
São denominados materiais ultra-duros ou super duros os materiais com dureza 
superior a 3000 HV. Nesta categoria estão enquadrados o PCBN (Nitreto Cúbico de 
Boro Policristalino) e o PCD (Diamante Sintético Policristalino). O surgimento destes 
materiais para aplicações na usinagem é considerado o terceiro marco evolutivo no 
desenvolvimento das ferramentas de corte. 
 
a. O Nitreto Cúbico de Boro Policristalino – PCBN 
 
O Nitreto Cubico de Boro é o próximo material mais duro depois do diamante. Ele foi 
sintetizado pela primeira fez com sucesso em 1957 pela General Eletric Co. USA, 
seguindo o desenvolvimento do diamante sintetizado. A fabricação do PCBN na 
combinação do boro e nitrogênio formando a seguinte reação. 
BCl3 + NH3 BN + 3HCl 
Como o carbono, o nitreto de boro existe em três formas: hexagonal na forma de 
grafite e na forma cúbica (CBN) também chamada hexagonal duro (wurtzite). Na 
Figura 7.4, mostra-se as três possibilidades de arranjo dos átomos do nitreto de 
boro.Boro Nitrogênio 
Figura 7.4 – Arranjo dos átomos do nitreto de boro (Heath,1986). 
 
O pó de CBN é fabricado submetendo o Nitreto de Boro Hexagonal (HBN) à 
extremas pressões e temperaturas. O pó obtido neste método e geralmente muito 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 103
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fino. A estrutura hexagonal pode ser transformada em Wurtzite (WBN). 
Portanto, como no diamante sinterizado, a adição de solventes catalisadores reduz a 
faixa de temperatura e pressões necessárias para a transformação de 
HBN para PCBN Valores típicos estão em torno de 6000 MPa e 1500 °C. 
Tabuchi (1983), descreveu a tecnologia usada para obtenção de altas pressões e 
temperaturas para a fabricação do CBN mostrado na Figura 7.5. 
 
 
Figura 7.5 – Dispositivo para obtenção de altas pressões e temperatura para 
transformação de HBN para CBN (De Vries, 1972) 
 
Um segundo dispositivo que também é usado, chamado de presurizador cúbico é 
mostrado na Figura 7.6. O pressurizador cúbico emprega seis punções para aplicar a 
pressão simultaneamente, em todas as seis faces no cubo, do qual tem um tubo 
aquecido e encapsula o HBN para a sinterização. 
O PCBN que é comercializado no mercado pela GE, leva a marca registrada de 
Borazon e é principalmente usado para produzir rebolos de Borazon. O PCBN 
produzido pela De Beers, é chamado de Amber Boron Nitride (Amborite). Pontas 
únicas de Policristalinos de Nitreto de Boro Cúbico (PCBN), são produzidos em 
blanks da mesma forma dos PCBN, de modo a formar uma massa densa de 
policristalino 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 104
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Figura 7.6 – Presurizador cúbico (Abrão,1995). 
 
O Amborite é formado por uma única camada solida de nitreto de boro cubico 
policristalino. É um inserto intercambiável, pronto para utilização, ao contrário do 
PCD que requer processos de brasagem e lapidação. 
O Amborite possui uma alta condutibilidade térmica, transferindo rápida e 
intensamente, o calor gerado na usinagem para o porta-ferramenta. O Amborite é 
capaz de usinar materiais de alta dureza, a altas velocidades de corte e com grande 
economia. 
 
Constituição 
A constituição clássica da ferramenta de CBN ou PCBN é: 
1) Partículas de CBN; 
2) Partículas de material de segunda fase ou aglomerante; 
3) Substrato. 
Podem ser utilizadas partículas de CBN de diversos tamanhos variando para cada 
fornecedor, combinado, através da sinterização, a uma segunda gama de materiais 
denominados aglomerantes ou materiais de segunda fase que também podem ser 
encontrados em diversos tamanhos de grãos. Estas ferramentas podem ser 
encontradas apenas com uma camada de 0,5 a 1,0 mm, que são brasadas 
geralmente num substrato de Metal Duro (WC + Co), ou então, muito raramente 
como ferramentas totalmente sólidas. 
Os materiais da segunda fase ou aglomerantes podem ser: Metal ou Cerâmico 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 105
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A percentagem de CBN e o tamanho do grão é que irão caracterizar os tipos de 
ferramentas de CBN, conforme apresentados nas Figuras 7.7 a 7.9. 
 
Figura 7.7 – Ferramenta de PCBN integral (De Beers, 1999). 
 
 
Figura 7.8 – Plaqueta de PCBN brasada sobre substrado de Metal Duro (De Beers, 
1999). 
 
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Figura 7.9 – Plaqueta de PCBN brasada sobre substrado de Metal Duro (De Beers, 
1999). 
 
Propriedades 
Dentre as propriedades do CBN, algumas são muito vantajosas no que diz respeito à 
sua utilização em ferramentas de usinagem, são elas: 
 Dureza: Possui altíssima dureza, somente superada pelo diamante, sendo quase 
duas vezes a dureza da alumina. 
 Tenacidade: Sua tenacidade é similar ao material cerâmico baseado em nitretos 
e cerca de duas vezes a da alumina. 
 Estabilidade Termoquímica: O CBN é quimicamente mais estável que o 
diamante, podendo, portanto, usinar ligas ferrosas sem o problema de grande 
desgaste por difusão. O CBN é estável até temperaturas da ordem de 1200°C. 
 
TIPOS 
 
Quanto à Fixação e às Formas 
Nas Figuras 7.10 e 7.11 mostram-se, respectivamente, os principais tipos de fixação 
disponíveis e formas comercialmente disponíveis. 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 107
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Figura 7.10 – Tipos de fixação. 
 
Figura 7.11 – Formas de ferramentas disponíveis (De Beers, 1999). 
 
Quanto à Aplicação 
Existem diversos tipos de PCBN no mercado, cada fabricante usa diferentes 
materiais e quantidades de aglomerantes e diferentes tamanhos e distribuição de 
partículas. Mas, de uma maneira geral, pode-se dividir os PCBN’s em duas 
categorias, segundo suas aplicações: 
1) PCBN para usinagem em desbaste (ap entre 0,5 e 8,0mm) 
2) PCBN para usinagem em acabamento (ap menor que 0,5mm) 
 
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PCBN para Usinagem em Desbaste 
 
Os PCBN’s para desbaste possuem maior concentração de Nitreto Cúbico de Boro 
(90% em volume) o que aumenta a ligação cristal com cristal e faz sua tenacidade 
aumentar. Além disto, devido ao alto teor de CBN, estes materiais são os que 
apresentam maior dureza dentre os PCBN. Dada estas propriedades, estes PCBNs 
são muito eficientes quando o mecanismo predominante de desgaste é a abrasão 
e/ou onde estão presentes forças de corte muito altas ou corte interrompido. 
 
PCBN para Usinagem em Acabamento 
 
Os tipos de PCBN’s anteriores não se comportam tão bem quando se necessita de 
algumas características químicas e térmicas. Por outro lado, ferramentas cerâmicas 
não possuem tamanha tenacidade e dureza, mas tem resistências química e térmica 
excelentes. Os PCBN’s próprios para acabamento são aqueles onde uma fase 
cerâmica é adicionada, de tal maneira que as ferramentas resultantes possuem 
menor tenacidade e dureza, mas melhor estabilidade química e térmica que os 
PCBN’s para desbaste, combinando as propriedades das duas fases presentes 
(CBN e cerâmica). Em operações de acabamento os cavacos produzidos são 
pequenos, devido aos pequenos avanços e profundidades de usinagem. A pequena 
massa de cavaco gerada não é suficiente para levar embora todo o calor gerado 
pelo corte e, por isso, a ferramenta atinge altas temperaturas, o que faz com que 
propriedades como estabilidade térmica e química (para impedir a difusão que é 
incentivada pela alta temperatura) sejam imprescindíveis. Embora menores, a 
tenacidade e dureza ainda são suficientes para manter a integridade da aresta de 
corte, tornando possível a obtenção de tolerâncias apertadas e bom acabamento 
superficial ao longo da vida da ferramenta. 
Aplicações 
 Aços Temperados; 
 Ferro fundido cinzento; 
 Ferro fundido branco; 
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 Sinterizados; 
 Ligas para recobrimento de alta resistência; 
 Superligas. 
 
Advertência 
Em aços moles, que formam cavacos longos, o PCBN não se comporta bem devido 
à excessiva craterização, mesmo em condições difíceis (corte interrompido, por 
exemplo). Em geral, as aplicações onde o PCBN é utilizado são aquelas onde o 
diamante Policristalino não pode ser usado e o metal duro não possui dureza 
suficiente para poder realizar a tarefa, ou quando possui, a velocidade de corte que 
deve ser usada é muito menor que a que pode ser usada com PCBN. O PCBN 
compete então com o processo de retificação (substituição da retificação por 
torneamento, por exemplo) e, nos processos de fresamento, torneamento e 
mandrilamento,com as ferramentas de material cerâmico. 
A totalidade do mercado mundial para operações de acabamento com ferramentas 
de PCBN, foi estimado em £60 milhões Esterlinas em 1994, ao qual 50% envolve a 
usinagem de aços duros, (Kohno, 1994). O primeiro blanck de ferramenta de PCBN 
foi produzido pela GE, nos meados de 1970, com a marca de BZN Compact™ e este 
produto é ainda disponível no mercado com o nome de BZN-6000 ™, produzida 
sobre uma placa de metal duro para dar maior tenacidade, com uma camada de 0,6 
mm. Em 1977 a Sumitomo Eletric desenvolveu o Sumiboron BN200™, sendo a 
primeira ferramenta de PCBN produzida no Japão e em 1980 a De Beers lançou o 
Amborite™. Portanto, a faixas de PCBN, produzidas e fabricadas, são limitadas a um 
pequeno número de companhias no mundo e existe um grupo restrito de empresas 
que formam a rede mundial de fornecedores de PCBN. O PCBN é fornecido 
principalmente pela De Beers Industrial Diamond Division, General Electric 
Superabrasive e Sumitomo Electric Industries. Na Tabela 2.5 pode-se verificar as 
principais classes de PCBN comercializadas no mundo (Abrão, 1995). 
 
 
 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 110
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Quadro Comparativo entre os Fabricantes de PCBN 
Os principais fabricantes de PCBN no mundo são: 
1) General Eletric Co.; 
2) De Beers Industrial Diamond Division; 
Na Tabela 7.3 mostra-se a comparação entre esses fabricantes e as respectivas 
composições químicas dos seus produtos. 
 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 111
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Tabela 7.3 – Tabela de comparação dos fabricantes de PCBN. 
QUADRO COMPARATIVO: CARACTERÍSTICAS DE CADA CBN DE ACORDO COM SEU FABRICANTE 
CBN 
FABRICANTE CLASSE
QUANT. (%) TAM. GRÃO (µm)
AGLOMERANTE 
DUREZA KNOOP
(kg/mm2) 
BZN-6000 93 2,0 METAL 2800
BZN-8100 65 2,0 TiN 2500
BZN-8200 65 2,0 TiN 2600
GE 
BZN-7000S 82 15,0 Cerâmica 3200
AMBORITE 90 9,0 Cerâmica Al -
DBC80 80 6,0 Cerâmica Ti/Al -DE BEERS 
DBC50 50 2,0 Cerâmica Ti/Al 2750
• As Informações sobre o fabricante SUMITOMO não estão disponíveis. 
 
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Cuidados a Serem Tomados Quando se Utiliza Ferramentas de PCBN 
1) Materiais fáceis de serem cortados por outros materiais de ferramenta como 
aços não endurecidos, não devem ser usinados com CBN; 
2) O sistema máquina-ferramenta-dispositivo de fixação-peça deve ser o mais 
rígido possível; 
3) A geometria da ferramenta deve ser negativa (normalmente γ = -5°) para 
garantir a resistência aos choques, com ângulo de folga α = 5 - 9° e o maior 
possível ângulo lateral de posição (no mínimo 15°) para minimizar trincas na 
aresta; 
4) A aresta de corte deve ser chanfrada (chanfro de 0,1a 0,3mm x 15 a 25°) o 
que direciona os esforços de corte para o centro da ferramenta e, assim, 
diminui a possibilidade de quebra da aresta, conforme esquematizado na 
Figura 7.12. 
 
Figura 7.12 – Detalhe do chanfro da aresta da ferramenta. 
 
5) Sempre que possível fluido de corte deve ser utilizado. Na usinagem do 
ferro fundido cinzento, onde a utilização de óleo de corte não é 
recomendada, pode-se tentar a utilização de ar comprimido. 
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6) Ao especificar a compra de uma determinada classe de ferramenta, 
observar que, não existe uma equivalência perfeita entre as classes dos 
diversos fabricantes, portanto os parâmetros de corte e a expectativa de 
vida da ferramenta devem ser reavaliados. 
7) O custo do inserto de PCBN é mais alto que o de material cerâmico, mas 
devido à maior vida da ferramenta de PCBN, o custo do ferramental muitas 
vezes é compensado não somente pelo maior número de peças usinadas 
por aresta de corte, como também pela consequente diminuição do tempo 
em que a máquina permanece parada para retirada da ferramenta gasta e a 
ajustam da nova. 
 
b. Diamante Sintético Policristalino (Polycrystaline Compact Diamond - 
PCD). 
 
O diamante é conhecido como o material mais duro que existe na natureza 
(Abrão, 1995 e Machado e Da Silva, 1999). 
Os diamantes são uma forma cristalina de Carbono. Por muitos séculos e até 
hoje é apreciado como a mais perfeita das pedras preciosas. 
Os diamantes são encontrados em quase todos os grandes continentes. É um 
mineral relativamente pesado, com uma densidade de 3.52 g/cm3 e portanto, 
tende a se acumular em cacimbas, em leitos e margens de rios, principalmente 
em suas curvas. Os depósitos desta natureza são chamados depósitos de 
aluvião e na realidade, foram os primeiros a ser minerados e explorados. 
Como ferramentas de corte temos: 
• Diamantes naturais (dureza acima de 8000 HV); 
• Diamantes sintéticos monocristalinos (dureza acima de 6000 HV); 
• Diamantes sintéticos policristalinos (Polycrystaline Compact 
Diamond - PCD); 
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Obtenção 
O diamante sintético é obtido sujeitando o carbono, na forma de grafite a 
temperaturas e pressões extremamente altas. Como o grafite, os átomos de 
carbono estão arranjados na forma hexagonal. Após o tratamento térmico ele 
se transforma em diamante, possuindo uma estrutura cristalina cúbica de face 
centrada (CFC). 
A transformação é muito difícil, envolvendo temperaturas da ordem de 2000°C 
a pressões de 7GPa. Para tornar o processo mais econômico, o processo é 
realizado na presença de um metal solvente (normalmente o Cobalto). 
Síntese do Policristalino 
Quando uma massa de partículas metálicas é aquecida ocorre a sinterização 
nas pontas de contato entre partículas e superfícies adjacentes. O processo 
consiste em obter uma uniforme distribuição dos constituintes em toda a 
massa. Numa prática similar, é possível fazer cristais de Diamante sinterizem 
juntos de tal modo a gerar uma massa policristalina. 
 
Obtenção da Pastilha de PCD 
As pastilhas e insertos de PCD são fabricados por processo de alta pressão e 
alta temperatura e consiste em uma capa de PCD ligado integralmente a um 
substrato de carbeto de tungstênio por meio de brasagem, conforme 
esquematizado na Figura 7.13. 
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Partículas de Diamante
Carbeto de Tungstênio
Alta Pressão
Alta Temperatura
 
Figura 7.13 – Esquema do processo físico de obtenção do diamante sintético. 
 
Constituição 
A composição química dos diversos PCD’s encontrados no mercado pra-
ticamente não varia, mas suas propriedades variam com o tamanho das 
partículas de diamante do material, que variam de 2 a 25 µm de diâmetro. Na 
Figura 7.14 mostra-se algumas granulometrias comercialmente disponíveis. 
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a) Grão Grosso (25 µm de diâmetro), b) Grão Médio (10 µm de diâmetro) e, c) 
Grão Fino (2 µm de diâmetro). 
Figura 7.14 - Tamanhos de grãos do diamante encontrados comercialmente. 
 
Uma camada de PCD de aproximadamente 0,5 mm de espessura ou é 
aplicada diretamente sobre uma pastilha de metal duro ou então é ligada ao 
metal duro por meio de brasagem. A este conjunto de PCD e metal duro dá-se 
o nome de plaqueta. Normalmente o comprimento da camada de diamante é 
de alguns milímetros, pouco maior que a profundidade de usinagem que será 
utilizada, a fim de se economizar material. 
 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 117
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Tipos - Quantoàs Formas 
Nas Figuras 7.15 a 7.17 mostram-se diversas formas comercialmente 
disponíveis do PCD. 
Figura 7.15 – Esquema de modos de utilização do PCD. 
 
 
Figura 7.16 – Formas comercialmente disponíveis (De Beers, 1999). 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 118
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Figura 7.17 – Produtos comercialmente disponíveis. 
 
Propriedades 
Dentre as propriedades do PCD, algumas são muito vantajosas na que diz 
respeito à sua utilização em ferramentas de usinagem e outras limitam esta 
utilização. Dentre as propriedades positivas, tem-se: 
 Condutividade: Alto valor de condutividade térmica (de 1 a 5 vezes o valor 
do metal duro classe K) o que dificulta a formação de pontos quentes na 
ferramenta. 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 119
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de Corte 
 
 Dureza: Altíssima dureza (cerca de 4 vezes a do metal duro classe K e 3 
vezes a da alumina). 
 Resistência ao Desgaste por Abrasão: Altíssima resistência ao desgaste 
por abrasão. 
 Tenacidade: Sua tenacidade pode ser considerada alta se considerar-se 
sua alta dureza (maior que a dos cerâmicos baseados em nitretos e menor 
que a do metal duro). 
 
Seleção do Grão de Diamante 
Em geral, quanto maior for o tamanho do grão de diamante sinterizado maior 
será a resistência ao desgaste. Por outro lado, quanto menor for o tamanho do 
grão, melhor será qualidade da aresta de corte, conforme mostrado na Figura 
7.18. 
a) Grão Grosso (25 µm de diâmetro), b) Grão Médio (10 µm de diâmetro) e, c) 
Grão Fino (2 µm de diâmetro). 
Figura 7.18 - Aspectos da superfície de saída para diversas granulometrias. 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 120
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de Corte 
 
Outro ponto a ser observado é que não só o tamanho do grão influenciará no 
comportamento de desgaste da ferramenta, mas também a configuração da 
união desses grãos, conforme esquematizado na Figura 7.19. 
 
Figura 7.19 – Possíveis tipos de ligações granulares. 
 
Aplicações 
 Metais não Ferrosos 
 Alumínio e ligas de Al/Si; 
 Cobre e suas ligas; 
 Carbeto de Tungstênio; 
 Sinterizados não ferrosos. 
 
 Não Metálicos 
 Madeira natural e compostos de madeira; 
 Plásticos reforçados com fibras; 
 Cerâmicos; 
 Compostos de Grafite-epoxy; 
 Pedras Naturais; 
 Concreto. 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 121
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de corte 
 
Fabricantes 
Na Tabela 7.4 são mostrados os principais fabricantes mundiais de PCD, as suas 
classes e respectivos tamanhos de grãos. 
 
Tabela 7.4 – Principais fabricantes, respectivas classes e tamanho de grão. 
FABRICANTES CLASSES TAMANHO DO GRÃO 
(µm) 
Série 1500 25 
Série 1300 5 General Eletric Co. 
Série 1600 4 
Syndite 002 2 
Syndite 010 10 
De Beers Industrial Diamond 
Division 
Syndite 025 25 
DA150 5 
Sumitomo Electric Carbide, Inc 
DA200 0,5 
 
 
Cuidados a Serem Tomados Quando se Utiliza Ferramentas de PCD 
• sistema máquina-ferramenta-dispositivo de fixação da peça deve ser o mais 
rígido possível; 
• A máquina deve ter potência e velocidades compatíveis às exigências 
impostas; 
• Pode ser usada com ou sem refrigerante; 
• Usar pequeno ângulo da ponta sempre que possível e o ângulo de saída deve 
ser positivo; 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 122
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de corte 
 
• Nas aplicações de desbastes interrompidos afiar a ferramenta com um 
“honeamento” suave (0,03mm); 
• Ao especificar a compra de uma determinada classe de ferramenta, observar 
se existe uma equivalência perfeita entre as classes dos diversos fabricantes, 
caso contrário, os parâmetros de corte e a expectativa de vida da ferramenta 
devem ser reavaliados. 
• Um grande problema para uma mais larga utilização do PCD na indústria é o 
seu custo. Uma ferramenta de PCD simples custa cerca de 20 a 30 vezes mais 
que o metal duro, enquanto que uma ferramenta de forma mais complexa 
custa de 50 a 150 vezes mais que uma ferramenta equivalente de metal duro. 
Porém, deve-se levar em conta outros fatores quando se pensa em custos, 
principalmente se tem-se uma produção com lotes grandes. O primeiro fator é 
a qualidade da peça usinada que é muito boa, devido ao fato do pequeno 
desgaste da ferramenta, o que gera boas tolerâncias e baixa rugosidade 
superficial. Além disto, porque a vida da ferramenta é muito maior, economiza-
se o tempo de parada da máquina para retirada da ferramenta gasta e 
ajustagem da nova, fazendo com que, muitas vezes, o custo por peça usinada 
seja menor quando e utiliza o PCD como ferramenta. 
 
Considerações sobre a Usinagem da Liga de Alumínio-Silício 
A mais larga utilização do PCD na indústria manufatureira é na usinagem de ligas 
de alumínio-silício, quando se deseja tolerâncias apertadas e ótimo acabamento 
superficial da peça. Este tipo de liga tem substituído outros materiais (em especial 
o ferro fundido) em muitas aplicações da indústria automobilística, com o fim de 
redução de peso do veículo. O alumínio puro é um material de fácil usinagem, 
quando se pensa em termos de desgaste da ferramenta e esforços de corte e seu 
corte tem sido realizado de maneira satisfatória pelo aço rápido e pelo metal duro. 
Quando se pensa em termos de ligas alumínio silício, deve-se notar que o silício, 
que se encontra dissolvido na matriz de alumínio da liga e também disperso no 
material formando pontos de silício puro, é cerca de 6 a 7 vezes mais duro que o 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 123
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de corte 
 
alumínio. Assim, devido a estes pontos duros do material, sua usinagem se torna 
difícil com as ferramentas tradicionais, fazendo com que a velocidade de corte 
tenha que cair bastante. Pontos duros na peça não são problemas para o 
diamante dada a sua alta dureza. Outro fator que dificulta a usinagem de qualquer 
liga de alumínio é sua tendência à geração da aresta postiça de corte. Isto não 
acontece com o diamante, dado ao fato de que o alumínio não se solda facilmente 
no PCD. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 124
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de corte 
 
 
Tabela 7.5 - Comparativo dos materiais como características mecânicas, propriedades físicas e custos (Abrão,1995). 
Propriedades Aço Rápido
M2 
Metal Duro 
M20 
Cerâmica 
Branca 
Cerâmica 
Mista 
Whisker 
Reforçada 
Nitreto de 
Silício 
PCBN Diamante
Natural 
PCD 
Composição 0,85wt%C
4wt%Cr 
5wt%Mo 
6,5wt%W 
2wt%V 
 
89,5wt%WC 
10wt%Co 
0,5wt% 
 
90-95% 
Al2O3 
5-10% ZrO2 
 
Al2O3 
30%Tic 
5-10% ZrO2 
 
75% Al2O3 
25% SiC 
 
77% Si3N4 
13% Al2O3 
10% Y2O3 
 
98% PCBN 
2% AlB2/ 
AlN 
PCD 
2-8% Co 
Densidade - (g/cm3) 7,85 14,5 3,8 - 4,0 4,3 3,7 3,2 3,1 3,5 3,4 
Dureza a RT - (HV) 850 1600 1700 1900 200 1600 4000 10000 9000 
Dureza a - 1.000°C(HV) n.a 400 650 800 900 900 1800 Na Na 
Tenacidade - (Mpa m1/2) 17 13 1.9 2 8 6 10 3.4 7.9
Cond. Térmica - (W/m °C) 37 85 8 – 10 12 – 18 32 23 100 900 560 
Mod. Young’s - (kN/mm2) 250 580 380 420 390 300 680 964 841
Coef. Expansão Térmica 
(x 10-6 / K) 
 
12 
 
5,5 
 
8,5 
 
8 
 
6,4 
 
3,2 
 
4,9 
 
1,5 - 4,8 
 
3,8 
Custo Aprox. 
por Aresta (£) 
40,3 0,34 0,46 0,6 2,5 1,25 40 – 60 125 – 140 30 - 50 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 125
 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Materiais para Ferramentas de Corte 
 
Após a leitura deste capítulo observa-se a grande variedade de materiais para 
ferramentas disponíveis no mercado. À primeira vista pode-se imaginar que à 
medida que se desce na lista de materiais isto se torna vantajoso.Mas deve-se 
lembrar que cada material tem o seu nicho de mercado e a seleção do material 
“ideal” para a situação específica depende de inúmeros fatores, como: material da 
peça, condições de corte, tamanho do lote, processo de usinagem, rigidez da 
máquina-ferramenta, entre outros. De nada vai adiantar se o PCBN ou o PCD for 
selecionado para operar numa máquina cheia de folgas e consequentemente 
grandes vibrações. Concluindo, o caso específico da operação deve ser 
incessantemente ponderado e a discutida relação custo/benefício jamais poderá ser 
esquecida. 
Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 126
	Capítulo 7
	7.1 - Aços Carbono e Aços Liga \(Ferraresi, 19�
	7.2 - Aços-Rápidos \(Ferraresi, 1977 e Machado�
	Ferramentas de Aço-Rápido Revestidas
	
	b. Ferramentas de Aço-Rápido Fabricadas pela Met
	7.3 - Ligas Fundidas (Machado e Da Silva, 1999)
	
	Classe P
	Classe K
	Constituição
	Propriedades
	
	
	
	
	
	
	
	TIPOS
	Quanto à Fixação e às Formas
	Quanto à Aplicação
	PCBN para Usinagem em Desbaste
	PCBN para Usinagem em Acabamento
	Aplicações
	Advertência
	Quadro Comparativo entre os Fabricantes de PCBN
	Cuidados a Serem Tomados Quando se Utiliza Ferramentas de PCBN
	Obtenção
	Síntese do Policristalino
	Obtenção da Pastilha de PCD
	Constituição
	Tipos - Quanto às Formas
	
	
	
	
	Nas Figuras 7.15 a 7.17 mostram-se diversas forma
	Propriedades
	Seleção do Grão de Diamante
	Figura 7.19 – Possíveis tipos de ligações granu�
	Metais não Ferrosos
	Não Metálicos
	Fabricantes
	
	
	
	
	
	De Beers Industrial Diamond Division
	Sumitomo Electric Carbide, Inc
	Cuidados a Serem Tomados Quando se Utiliza Ferramentas de PCD
	Considerações sobre a Usinagem da Liga de Alumí�