Materiais Utilizados nas Ferramentas

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USINAGEM - CSEM4039
60 horas (4 créditos) 2017/2
Prof. César Gabriel dos Santos
Cachoeira do Sul, 2017. 1
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CAMPUS CACHOEIRA DO SUL
COORDENADORIA ACADÊMICA
Usinagem – 2017/2
Materiais utilizados nas Ferramentas
A ferramenta foi um dos primeiros instrumentos a ser utilizado pelo homem.
Na idade média, foram obtidos um ferro carbonetado pelo seu aquecimento em 
contato com carvão de madeira, resultando em ferramentas que podiam ser 
endurecidos por resfriamento em água.
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Em 1898, buscando maiores rendimentos na usinagem Taylor e White, por meio 
de inúmeros experimentos desenvolveram um tipo de aço para ferramentas de 
corte contendo 1,85% de C, 3,80% de Cr e 8% W.
Em 1903, desenvolveram um aço com 0,70% C e pelo menos 14% W, com isso 
esse passou a ser o primeiro protótipo dos modernos aços rápidos.
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Na década de 20, na Alemanha Voigtlander e Lohmann patentearam um novo 
processo para fabricação de ferramentas de usinagem, esse processo consistia 
na metalurgia do pó.
Em 1926, começou a produção industrial de das ferramentas de metal duro, com 
a marca Widia (Wie Diamant – como diamante).
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No período da segunda guerra mundial, os ingleses desenvolveram um novo tipo 
de material para ser utilizado nas ferramentas. Esse material passou a ser 
conhecido como óxidos cerâmicos, o que permitiu grandes velocidades de 
corte que até então não haviam sido atingidas.
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Requisitos desejados em uma ferramenta de corte
• Resistência à compressão;
• Dureza;
• Resistência à flexão e tenacidade;
• Resistência a quente;
• Resistência à oxidação;
• Resistência do gume de corte;
• Resistência à abrasão;
• Pequena tendência à fusão.
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Seleção de material para ferramentas
Fatores a serem considerados na escolha do material para as ferramentas:
• Material a ser usinado: a dureza e o tipo de cavaco formado devem ser 
levadas em consideração na escolha do material da ferramenta.
• Processo de usinagem: em torneamento por exemplo, em peças com 
pequenos diâmetros que necessitam de altas velocidades, ainda são 
utilizados ferramentas de aço rápido, visto que as ferramentas de metal duro 
necessitariam de altas velocidades.
• Condição da máquina operatriz: potência, faixa de velocidades disponível, 
estado de conservação, etc., presença de folgas, baixa potência. Necessitam 
desta forma de ferramentas mais tenazes.
• Forma e dimensões da ferramenta: ferramentas de forma não padronizadas 
geralmente são fabricadas em aço rápido, bem como ferramentas rotativas de 
pequenos diâmetros são de aço rápido, visto que se fossem se metal duro 
necessitariam de altas Vc.
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Seleção de material para ferramentas
• Custo do material da ferramenta: alguns materiais de ferramentas apesar 
de conseguirem maiores Vc e maior vida útil apresentam maiores custo, desta 
forma é preciso analisar o custo benefício.
• Condições de usinagem: usinagem de desbaste (baixa velocidade, alto 
avanço e profundidade), usinagem de acabamento (alta velocidade, baixo 
avanço e profundidade).
• Condições da operação: corte interrompido ou conjunto máquina-
ferramenta-dispositivo de fixação serem poucos rígidos, deve-se utilizar 
ferramentas com materiais mais tenazes.
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Seleção de material para ferramentas
Também é preciso levar em consideração quatro características dos materiais:
• Dureza a quente: dependendo do tipo de operação a temperatura da 
ferramenta pode ultrapassar 1000ºC, desta forma procuram-se ferramentas 
que possam suportar essas elevadas temperaturas sem perder o potencial de 
corte.
• Resistência ao desgaste: significa principalmente o desgaste por abrasão, 
estando ligado a dureza a quente do material.
• Tenacidade: representa a quantidade de energia necessária para romper o 
material, uma ferramenta tenaz resiste bem aos choques inerentes do 
processo.
• Estabilidade química: para evitar o desgaste por difusão,
sendo bastante importante em altas velocidades de corte.
Desgaste abrasivo é 
devido a partículas ou 
protuberâncias rígidas 
que são forçadas umas 
contra as outras, e 
movem-se ao longo de 
uma superfície sólida.
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA FERRAMENTAS
Não existe uma classificação geral, entretanto elas podem ser agrupadas da 
seguinte forma:
• AÇOS RÁPIDOS
• AÇOS RÁPIDOS COM COBERTURA
• METAL DURO
• METAL DURO COM COBERTURA
• METERIAL CERÂMICO
• NITRETO DE BORO CÚBICO
• DIAMANTE
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Materiais Metálicos Materiais de Ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-rápido
Metal duro
Cermets (TiC/TiN)
Cerâmica de Corte
Materiais de 
Altíssima Dureza
Cerâmica Óxida Cerâmica Não-óxida
Óxida Mista
Reforço com 
Wiskers
Al2O3
Al2O3 + ZrO2
Al2O3
Al2O3 + ZrO2 + TiC
Al2O3 + SiC - 
Wiskers
C/Si2N4
Si2N4 + Demais
Diamante CBN
Monocristalino
PoliCristalino
CBN
CBN + TiC
CBN + BN hexagonal
Principais materiais utilizados nas ferramentas
AÇOS RÁPIDOS
É uma ferramenta de alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio, 
cobalto e nióbio.
É um material tenaz, de elevada resistência ao desgaste e elevada dureza a 
quente (quando comparado com ferramentas de aços carbono).
As ferramentas de aços rápidos também podem ser fabricadas pela 
metalurgia do pó, sendo conhecidas como HSS-PM.
Brocas de Aço Rápido (HSS)
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AÇOS RÁPIDOS
As ferramentas HSS-PM apresentam como características:
• Facilidade de usinagem
• Melhor resposta ao tratamento térmico
• Maior resistência ao revenimento
• Excelente capacidade dimensional após beneficiamento
• Elevada tenacidade em durezas elevadas
• Alta resistência ao desgaste
• Melhor resposta ao recobrimento com TiN.
Brocas de Aço Rápido (HSS)
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AÇOS RÁPIDOS
Cobertura em ferramentas de aços rápidos começou na década de 60.
Utilizado em brocas, machos, brochas, alargadores, cortadores de dentes de 
engrenagens e alguns tipos de fresas.
A aplicação de uma camada de cobertura permite maior resistência ao desgaste 
como o Nitreto de Titânio (TiN), carbonitreto de titânio (TiCN), nitreto de titânio-
alumínio (TiNAl) e o nitreto de cromo-alumínio (AlCrN).
As ferramentas revestidas apresentam um custo maior do que as não revestidas.
Brocas de Aço Rápido (HSS)
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AÇOS RÁPIDOS
Cobertura em ferramentas de aços rápidos permite as seguintes características:
• Alta dureza, de 2300 a 3300 HV
• Evita a formação da aresta postiça
• Baixo coeficiente de atrito
• Alta estabilidade química
• Espessura de 1 a 4 micrometro.
Brocas de Aço Rápido (HSS)
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METAL DURO
Resultante do processo da metalurgia do pó feito de partículas duras de 
carbonetos de tungstênio, unidos por um aglomerante que na sua maioria das 
vezes é cobalto. Essa mistura proporciona alta dureza e resistência a 
compressão.
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METAL DURO
Atualmente são produzidos pastilhas de metal duro com partículas de cerca 
de 0,1 micrometro de diâmetro.
As pastilhas de metal duro podem ser classificadas quanto ao tamanho do 
grão:
• Fino – 0,8 a 1,3 micrometro
• Submicrométrico – 0,5 a 0,8 micrometro
• Ultra-fino – 0,2 a 0,5 micrometro
• Nanométrico – menor que 0,2 micrometro
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METAL DURO
A condutividade térmica diminui em pastilhas que utilizam grão menores, 
desta forma uma menor porcentagem do calor gerado pelo processo flua para a 
ferramenta, desta forma é possível usinar em maiores Vc.
Para melhorar as propriedades de resistência ao desgaste e diminuir o atrito 
as ferramentas de metal duro também podem ter cobertura de NiT e outros.
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Classes e critérios de seleção do metal duro
Os diversos tipos de metal duro são classificados pela norma ISO 513:2004 em 
6 grupos:
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Aços, aços fundidos,ferros maleáveis de cavacos longos
Aços inoxidáveis austeníticos, martensíticos e ferríticos, aços fundidos, aços-
manganês, ligas de ferros fundidos, ferros maleáveis, aços de corte livre.
Ferros fundidos, ferros fundidos coquilhados, ferros maleáveis de cavacos 
curtos.
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Metais não-ferrosos
Super ligas e ligas resistentes ao calor
Materiais endurecidos
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Ferramentas de metal duro são usadas com sucesso em operações de 
usinagem tais como torneamento, fresamento, mandrilamento e alguns casos de 
furação, aplainamento e serramento.
Outros fatores que influenciam na seleção do metal duro são:
• Severidade da operação de usinagem: operações com grandes avanços e 
profundidade de usinagem (desbaste) ou cortes interrompidos criam elevadas 
tensões na ferramenta.
• Velocidade de corte: a medida que a Vc aumenta necessitam ferramentas 
que suportam elevadas temperaturas e resistência ao desgaste.
• Tendência à vibração: sistema máquina-ferramenta-suporte não for rígido o 
suficiente deve-se utilizar ferramentas de metal duro mais tenazes.
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METAL DURO COM REVESTIMENTO
Ferramentas de metal duro com revestimento duras representam uma grande 
parte das ferramentas atualmente utilizadas no mercado mundial de usinagem.
A principal finalidade é aumentar a resistência ao desgaste. Existem pastilhas 
com duas ou até três camadas. 
As principais características de cada uma das camadas são:
• Carboneto de titâneo (TiC) e carbonitreto de titânio (TiCN): excelente 
resistência ao desgaste por abrasão.
• Óxido de alumínio: garante a estabilidade térmica para elevadas 
temperaturas, resistência ao desgaste por abrasão, resistência a oxidação.
• Nitreto de titânio: reduz o coeficiente de atrito entre a pastilhas e o cavaco. 
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METAL DURO COM REVESTIMENTO
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METAL DURO COM REVESTIMENTO
A principal aplicação das ferramentas multi-camadas é em operações de 
fresamento, torneamento.
A principal aplicação das ferramentas com uma só camada é no fresamento de 
aços temperado com dureza acima de 45 HRc. 
Outro tipo de cobertura que vem ganhando espaço são as coberturas para 
lubrificação, com a finalidade de reduzir a geração de calor e diminuir os 
esforços de corte. Sendo utilizado bissulfeto de molibdênio (MoS2), bissulfeto de 
molibdênio com titânio (MoS2/Ti) e o carboneto de tungstênio com carbono 
(WC/C), conhecido comercialmente como hardblue.
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CERMET
Cermet é um composto formado por cerâmica e metal (CERâmica/Metal).
Durante a década de 1930, os primeiros cermets (Ti/Ni) eram muito frágeis e 
pouco resistentes à deformação plástica.
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CARACTERÍSTICAS
• Baixa tendência a formação de gume postiço;
• Boa resistência a corrosão;
• Boa resistência ao desgaste;
• Resistência a temperatura elevada;
• Alta estabilidade química;
• Alta resistência a oxidação;
Principais aplicações:
Torneamento e fresamento leve, principalmente quando não utilizado fluído 
refrigerante, aços moles (antes da tempera) e aços inoxidáveis.
Fresamento em acabamento e semi-acabamento de aços moles e matrizes com 
dureza até 50 HRc.
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MATERIAL CERÂMICO
Surgiram na década de 50.
Inicialmente cerâmica era o nome atribuido a ferramentas de óxido de alumínio. 
Na tentativa de diminuir a fragilidade destas ferramentas, os insertos passaram 
por considerável desenvolvimento, diferindo atualmente dos iniciais.
• Possuem características únicas:
• Dureza a quente e a frio
• Resistência ao desgaste
• Excelente estabilidade química
• Baixa condutividade térmica (dificultando a transferência de calor)
• Baixa tenacidade (facilitando o aparecimento de trincas e quebras.
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MATERIAL CERÂMICO
Podem ser classificados em:
• Cerâmicas brancas: prensadas a frio, por isso apresentam a coloração 
branca, possuem ótima estabilidade química, porém apresenta baixa 
tenacidade e dureza a quente. Sendo utilizada somente para operações de 
acabamento.
• Cerâmica mistas: prensadas a quente, por isso apresentam coloração 
cinzenta. Apresenta melhor estabilidade química do que as cerâmicas 
brancas, porém a tenacidade é pior do que as brancas. Desta forma, são 
utilizados para acabamento de peças em aços altamente endurecidos.
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MATERIAL CERÂMICO
Podem ser classificados em:
• Os Sialons: apresentam ótima dureza a quente, boa resistência a choque 
térmico, e boa tenacidade, porém a estabilidade química é pior do que as 
brancas e cinzentas. Desta forma, são utilizadas para usinagem de ferro 
fundido, principalmente em operações de fresamento. 
• Cerâmicas reforçadas com Whiskers: Apresenta todos as propriedades em 
níveis intermediários, desta forma, são amplamente utilizados na usinagem de 
ligas de titânio e núquel.
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MATERIAL CERÂMICO
Tenacidade
Dureza a 
quente
Resistência ao 
choque 
térmico
Estabilidade 
química (Fe)
Estabilidade
química (Ni)
Cerâmica pura 2 2 1 5 5
Cerâmica mista 1 3 2 4 4
Cerâmica 
Whiskers
4 3 3 2 3
Sialon 3 5 4 1 2
Metal duro 5 1 5 3 1
Sandvik, 1990.
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DIAMANTE
Os diamantes naturais são os materiais mais duros encontrados na natureza. É 
o melhor material para ferramenta, se não fosse o elevado custo.
Com isso, somente são utilizados para usinagens de alta precisão de medidas e 
acabamentos brilhante, por exemplo, espelhos e lentes. 
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DIAMANTE
A partir da dificuldade em utilizar o diamante natural, foram desenvolvidos na 
década de 1973 os diamantes sintéticos em laboratórios.
Apresentam como principais características;
• Alto valor de condutividade térmica (1 a 5 vezes mais que o metal duro), 
dificultando pontos quentes na ferramenta;
• Elevada dureza (cerca de 4 vezes a mais que o metal duro)
• Elevada resistência ao desgaste por abrasão.
• Boa tenacidade
• Não podem ser utilizados em usinagem de metais ferrosos como aço ou ferro 
fundido
• São utilizados principalmente em usinagens de ligas de alumínio-silício.
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DIAMANTE
Cuidados com as ferramentas de diamante:
• A ferramenta deve possuir arestas afiadas e ângulos positivos
• Máquina-ferramenta-suporte devem ser muito estáveis, sem presença de 
folgas
• Utilizar fluido de corte
• Baixos avanços e profundidade de usinagem com alta velocidade de corte
• Não usinar onde ocorre corte interrompido e choques na ferramenta
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NITRETO DE BORO CÚBICO CRISTALINO - CBN
Material relativamente jovem, introduzido nos anos 50 e mais largamente nos 
anos 80, devido a exigência de alta estabilidade e potência da máquina-
ferramenta.
Característica 
• São mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação;
• Dureza elevada;
• Alta resistência à quente;
• Excelente resistência ao desgaste;
• Relativamente quebradiço;
• Alto custo;
• Excelente qualidade superficial da peça usinada;
• Envolve elevada força de corte devido a necessidade de geometria de corte 
negativa, alta fricção durante a usinagem e resistência oferecida pelo material 
da peça.
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NITRETO DE BORO CÚBICO CRISTALINO - CBN
Aplicação:
• Usinagem de aços duros;
• Usinagem de desbaste e de acabamento;
• Cortes severos e interrompidos;
• Peças fundidas e forjadas;
• Peças de ferro fundido coquilhado;
• Usinagem de aços forjados
• Componentes com superfície endurecida;
• Ligas de alta resistência a quente(heat resistant alloys);
• Materiais duros (98HRC). Se o componente for macio (soft), maior será o 
desgaste da ferramenta.
• Recomendações
• Alta velocidade de corte e baixa taxa de avanço (low feed rates);
• Usinagem a seco para evitar choque térmico. 
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Evolução das Vc
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06/03/17
http://www.tdc-tools.com.br/site/
06/03/17
http://www.shimatools.com.br
06/03/17
http://www.fermec.com.br/
06/03/17
http://www.korloy.com/06/03/17
http://www.sandvik.coromant.com/pt-pt