Na hora de escolher uma ferramenta de corte, o material é uma questão essencial para a seleção do equipamento. De acordo com as necessidades específicas, a escolha do material será diferente (confira quais são as Exigências básicas para um material de corte)
Abaixo estão os principais materiais e suas características:
Aço Ferramenta
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Apesar de pequena, a sua utilização ainda se dá pelo baixo custo do material, facilidade de obtenção de gumes vivos, tratamento térmico simples e, também, por obter elevada dureza e resistência ao desgaste se for bem preparado. No entanto, o aço ferramenta perde sua dureza quando submetido a uma temperatura de trabalho superior a 250°C.
O material possui em sua composição 0.8 a 1.5% de carbono. Foi o único aço empregado na confecção de ferramentas de corte até 1900. Após o surgimento do aço rápido, seu uso reduziu-se a aplicações secundárias, tais como reparos, uso doméstico e de lazer, ferramentas usadas uma única vez ou para fabricação de poucas peças e para ferramenta de forma.
Aço Rápido
Desenvolvido pelo norte-americano Frederick Taylor, foi apresentado publicamente em 1900 na Exposição Mundial de Paris. Sua composição original era feita de tungstênio, cromo e vanádio como elementos básicos de liga e uma pequena quantidade de manganês para evitar a fragilidade. Mas em 1942, devido a escassez de tungstênio provocada pela guerra, este elemento foi substituído pelo molibdênio.
A temperatura de trabalho deste material tem limite entre 520° e 600°C. Apesar de ter maior resistência a brasão que o aço ferramenta, seu preço é mais elevado e o tratamento térmico complexo.
Quando o aço rápido é produzido com Cobalto é denominado aço super-rápido. Entre suas principais características estão maior dureza a quente, maior resistência ao desgaste e menor tenacidade.
Quando com revestimento TiN, é caracterizado pela redução do desgaste na face e no flanco da ferramenta, proteção do metal de base contra altas temperaturas pelo baixo coeficiente de transmissão de calor do TiN, baixo atrito e por não ter formação de gume postiço.
Sua aparência dourada é devido ao processo PVD utilizado para aplicar o revestimento de Tin.
Ligas Fundidas
Desenvolvidas por Elwood Haynes, em 1922, tem na composição tungstênio, cromo e vanádio. No lugar de tungstênio ainda é possível utilizar, em partes, manganês, molibdênio, vanádio, titânio e tântalo e no lugar do níquel, o cobalto.
Tem elevada resistência a quente, temperatura de trabalho limite entre 700° a 800°C e qualidade intermediária entre o aço rápido e o metal duro.
Metal Duro
O metal duro (carbonetos sinterizados) surgiu em 1927, com o nome de Widia (wie diamant - como diamante em alemão). Inicialmente, sua composição era 81% de tungstênio, 6% de carbono e 13% de cobalto (confira mais informações sobre a fabricação e seleção do material).
Entre suas características estão elevada dureza, elevada resistência à compressão, elevada resistência ao desgaste, possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante e controle sobre a distribuição da estrutura.
É composto de carbonetos e cobalto, responsáveis pela dureza e tenacidade, respectivamente. O tamanho das partículas varia entre 1 e 10 microns e compreende geralmente 60 à 95% da porção de volume.
As primeiras ferramentas compostas unicamente de carbonetos de tungstênio(WC) e cobalto eram adequadas para a usinagem de ferro fundido, porém durante a usinagem do aço havia formação de cratera na face da ferramenta devido a fenômenos de difusão e dissolução ocorridos entre o cavaco da peça e a face. Para solucionar tais problemas, acrescentou-se outros carbonetos (TiC, TaC e NbC).
Com a adição de TiC (Carbonetos de Titânio), o material adquiri pouca tendência à difusão, resultando na alta resistência dos metais duros e redução da resistência interna e dos cantos. Já com TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) em pequenas quantidades diminuem o tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resistência dos cantos.
As propriedades do metal duro são determinadas pelo tipo e tamanho das partículas, tipo e propriedades dos ligantes, técnica de manufaturamento e quantidade de elemento de liga.
Cermet
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O Cermet é um composto formado por cerâmica e metal (de onde origina o nome). Quase tão antigo quanto o metal duro à base de tungstênio/cobalto, o cermet é à base de titânio. Durante a década de 1930, os primeiros (Ti/Ni) eram muito frágeis e pouco resistentes à deformação plástica.
Durante os anos quarenta e cinquenta, o metal duro WC-Co se desenvolveu consideravelmente, com grandes avanços em melhoria da performance. Enquanto isso, os cermets avançaram marginalmente com a adição de materiais, provavelmente pelo modo de tentativa e erro, e com o aprimoramento da tecnologia de sinterização.
Este material tem baixa tendência a formação de gume postiço, boa resistência a corrosão, boa resistência ao desgaste, resistência a temperatura elevada e alta estabilidade química.
Ao longo da história da usinagem, os cermets ganharam fama de suscetíveis à repentina e imprevisível falha das pastilhas e, como tal, não têm sido fáceis de compreender em sua aplicação.
As próprias recomendações dos fornecedores frequentemente são contraditórias. Alguns especificam o uso somente se os fatores operativos no torneamento de acabamento estiverem exatamente corretos, outros indicam uma área ampla de utilização, incluindo o exigente semi-acabamento. Além disso, os cermets são amplamente usados no fresamento de materiais de peças duras com êxito. Assim, parece não haver diretrizes bem definidas sobre onde os cermets se encaixam na usinagem.
Cerâmica
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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, sendo, hoje, um material muito diferente.
Hoje encontramos dois tipos básicos de cerâmica: a base de óxido de alumínio e base de nitreto de silício.
As principais características da cerâmica são a alta dureza à quente (1600°C), a não reação química com o aço, maior vida-útil da ferramenta, uso com alta velocidade de corte e a não formação de gume postiço.
No caso da cerâmica não metálica, em relação ao aço, tem 1/3 da densidade, alta resistência a compressão, muito quebradiça, módulo de elasticidade cerca de 2 vezes maior, baixa condutividade térmica, velocidade de 4 à 5 vezes a do metal duro e baixa deformação plástica.
A cerâmica deve ser utilizada na usinagem a seco para evitar choque térmico e deve-se evitar também cortes interrompidos. Não podem ser usinados materiais como o alumínio, pois reage quimicamente, ligas de titânio e materiais resistentes ao calor, pela tendência de reagir químicamente devido a altas temperaturas, e magnésio, berílio e zircônio, por inflamarem na temperatura de trabalho da cerâmica.
Nitretos de boros cúbicos cristalinos
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É um material relativamente jovem, introduzido nos anos 50 e mais largamente nos anos 80, devido a exigência de alta estabilidade e potência da máquina-ferramenta.
São mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação, possuem dureza elevada, alta resistência à quente, excelente resistência ao desgaste e oferecem qualidade superficial da peça usinada. No entanto, ainda são caros e relativamente quebradiços. Seu uso envolve elevada força de corte devido a necessidade de geometria negativa, alta fricção durante a usinagem e resistência do material da peça.
Sua aplicação é recomendada para usinagem de aços duros, desbaste e 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) e materiais duros (98HRC). Quanto mais macio (soft) for o componente, maior será o desgaste da ferramenta.
Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ou ligante metálico através de altas pressões e temperatura. As partículas orientadas a esmo conferem uma densa estrutura policristalina similar a do diamante sintético. As propriedades do CBN podem ser alteradas através do tamanho do grão, teor e tipo de ligante.
Diamante
Existem dois tipos de diamantes para ferramentas de corte, os monocristalino e os policristalino.
Os do primeiro tipo podem ser de carbonos, ballos e borts. São os materiais que apresentam maior dureza, empregados normalmente em usinagem de ligas de metais, latão, bronze, borracha, vidro, plástico, entre outros. Os parâmetros de corte permitidos, neste caso, são velocidade entre 100 e 3 mil m/min, avanço de 0,002 a 0,06 mm e profundidade de 0,01 a 1,0 mm.
As ferramentas de diamante não podem ser usadas na usinagem de materiais ferrosos devido a afinidade do carbono com o ferro e nem em processos com temperaturas acima de 900°C devido a grafitização do diamante.
Os diamantes monocristalinos são aplicados na usinagem fina, pois é o único material para ferramenta de corte que permite graus de afiação do gume até quase o nível de um raio atômico de carbono. É altamente recomendado, também, para usinagem onde é exigido ferramentas com alta dureza, como furação de poços de petróleo, por exemplo.
Já o diamante policristalino é um material sintético obtido em condições de extrema pressão e temperatura, com propriedades semelhantes ao encontrado no diamante natural, porém mais homogênio. São usados na usinagem de materiais não ferrosos e sintéticos.
Abaixo estão os principais materiais e suas características:
Aço Ferramenta
Apesar de pequena, a sua utilização ainda se dá pelo baixo custo do material, facilidade de obtenção de gumes vivos, tratamento térmico simples e, também, por obter elevada dureza e resistência ao desgaste se for bem preparado. No entanto, o aço ferramenta perde sua dureza quando submetido a uma temperatura de trabalho superior a 250°C.O material possui em sua composição 0.8 a 1.5% de carbono. Foi o único aço empregado na confecção de ferramentas de corte até 1900. Após o surgimento do aço rápido, seu uso reduziu-se a aplicações secundárias, tais como reparos, uso doméstico e de lazer, ferramentas usadas uma única vez ou para fabricação de poucas peças e para ferramenta de forma.
Aço Rápido
Desenvolvido pelo norte-americano Frederick Taylor, foi apresentado publicamente em 1900 na Exposição Mundial de Paris. Sua composição original era feita de tungstênio, cromo e vanádio como elementos básicos de liga e uma pequena quantidade de manganês para evitar a fragilidade. Mas em 1942, devido a escassez de tungstênio provocada pela guerra, este elemento foi substituído pelo molibdênio.
A temperatura de trabalho deste material tem limite entre 520° e 600°C. Apesar de ter maior resistência a brasão que o aço ferramenta, seu preço é mais elevado e o tratamento térmico complexo.
Quando o aço rápido é produzido com Cobalto é denominado aço super-rápido. Entre suas principais características estão maior dureza a quente, maior resistência ao desgaste e menor tenacidade.
Quando com revestimento TiN, é caracterizado pela redução do desgaste na face e no flanco da ferramenta, proteção do metal de base contra altas temperaturas pelo baixo coeficiente de transmissão de calor do TiN, baixo atrito e por não ter formação de gume postiço.
Sua aparência dourada é devido ao processo PVD utilizado para aplicar o revestimento de Tin.
Ligas Fundidas
Desenvolvidas por Elwood Haynes, em 1922, tem na composição tungstênio, cromo e vanádio. No lugar de tungstênio ainda é possível utilizar, em partes, manganês, molibdênio, vanádio, titânio e tântalo e no lugar do níquel, o cobalto.
Tem elevada resistência a quente, temperatura de trabalho limite entre 700° a 800°C e qualidade intermediária entre o aço rápido e o metal duro.
Metal Duro
O metal duro (carbonetos sinterizados) surgiu em 1927, com o nome de Widia (wie diamant - como diamante em alemão). Inicialmente, sua composição era 81% de tungstênio, 6% de carbono e 13% de cobalto (confira mais informações sobre a fabricação e seleção do material).
Entre suas características estão elevada dureza, elevada resistência à compressão, elevada resistência ao desgaste, possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante e controle sobre a distribuição da estrutura.
É composto de carbonetos e cobalto, responsáveis pela dureza e tenacidade, respectivamente. O tamanho das partículas varia entre 1 e 10 microns e compreende geralmente 60 à 95% da porção de volume.
As primeiras ferramentas compostas unicamente de carbonetos de tungstênio(WC) e cobalto eram adequadas para a usinagem de ferro fundido, porém durante a usinagem do aço havia formação de cratera na face da ferramenta devido a fenômenos de difusão e dissolução ocorridos entre o cavaco da peça e a face. Para solucionar tais problemas, acrescentou-se outros carbonetos (TiC, TaC e NbC).
Com a adição de TiC (Carbonetos de Titânio), o material adquiri pouca tendência à difusão, resultando na alta resistência dos metais duros e redução da resistência interna e dos cantos. Já com TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) em pequenas quantidades diminuem o tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resistência dos cantos.
As propriedades do metal duro são determinadas pelo tipo e tamanho das partículas, tipo e propriedades dos ligantes, técnica de manufaturamento e quantidade de elemento de liga.
Cermet
O Cermet é um composto formado por cerâmica e metal (de onde origina o nome). Quase tão antigo quanto o metal duro à base de tungstênio/cobalto, o cermet é à base de titânio. Durante a década de 1930, os primeiros (Ti/Ni) eram muito frágeis e pouco resistentes à deformação plástica.Durante os anos quarenta e cinquenta, o metal duro WC-Co se desenvolveu consideravelmente, com grandes avanços em melhoria da performance. Enquanto isso, os cermets avançaram marginalmente com a adição de materiais, provavelmente pelo modo de tentativa e erro, e com o aprimoramento da tecnologia de sinterização.
Este material tem baixa tendência a formação de gume postiço, boa resistência a corrosão, boa resistência ao desgaste, resistência a temperatura elevada e alta estabilidade química.
Ao longo da história da usinagem, os cermets ganharam fama de suscetíveis à repentina e imprevisível falha das pastilhas e, como tal, não têm sido fáceis de compreender em sua aplicação.
As próprias recomendações dos fornecedores frequentemente são contraditórias. Alguns especificam o uso somente se os fatores operativos no torneamento de acabamento estiverem exatamente corretos, outros indicam uma área ampla de utilização, incluindo o exigente semi-acabamento. Além disso, os cermets são amplamente usados no fresamento de materiais de peças duras com êxito. Assim, parece não haver diretrizes bem definidas sobre onde os cermets se encaixam na usinagem.
Cerâmica
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, sendo, hoje, um material muito diferente.Hoje encontramos dois tipos básicos de cerâmica: a base de óxido de alumínio e base de nitreto de silício.
As principais características da cerâmica são a alta dureza à quente (1600°C), a não reação química com o aço, maior vida-útil da ferramenta, uso com alta velocidade de corte e a não formação de gume postiço.
No caso da cerâmica não metálica, em relação ao aço, tem 1/3 da densidade, alta resistência a compressão, muito quebradiça, módulo de elasticidade cerca de 2 vezes maior, baixa condutividade térmica, velocidade de 4 à 5 vezes a do metal duro e baixa deformação plástica.
A cerâmica deve ser utilizada na usinagem a seco para evitar choque térmico e deve-se evitar também cortes interrompidos. Não podem ser usinados materiais como o alumínio, pois reage quimicamente, ligas de titânio e materiais resistentes ao calor, pela tendência de reagir químicamente devido a altas temperaturas, e magnésio, berílio e zircônio, por inflamarem na temperatura de trabalho da cerâmica.
Nitretos de boros cúbicos cristalinos
É um material relativamente jovem, introduzido nos anos 50 e mais largamente nos anos 80, devido a exigência de alta estabilidade e potência da máquina-ferramenta.São mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação, possuem dureza elevada, alta resistência à quente, excelente resistência ao desgaste e oferecem qualidade superficial da peça usinada. No entanto, ainda são caros e relativamente quebradiços. Seu uso envolve elevada força de corte devido a necessidade de geometria negativa, alta fricção durante a usinagem e resistência do material da peça.
Sua aplicação é recomendada para usinagem de aços duros, desbaste e 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) e materiais duros (98HRC). Quanto mais macio (soft) for o componente, maior será o desgaste da ferramenta.
Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ou ligante metálico através de altas pressões e temperatura. As partículas orientadas a esmo conferem uma densa estrutura policristalina similar a do diamante sintético. As propriedades do CBN podem ser alteradas através do tamanho do grão, teor e tipo de ligante.
Diamante
Existem dois tipos de diamantes para ferramentas de corte, os monocristalino e os policristalino.
Os do primeiro tipo podem ser de carbonos, ballos e borts. São os materiais que apresentam maior dureza, empregados normalmente em usinagem de ligas de metais, latão, bronze, borracha, vidro, plástico, entre outros. Os parâmetros de corte permitidos, neste caso, são velocidade entre 100 e 3 mil m/min, avanço de 0,002 a 0,06 mm e profundidade de 0,01 a 1,0 mm.
As ferramentas de diamante não podem ser usadas na usinagem de materiais ferrosos devido a afinidade do carbono com o ferro e nem em processos com temperaturas acima de 900°C devido a grafitização do diamante.
Os diamantes monocristalinos são aplicados na usinagem fina, pois é o único material para ferramenta de corte que permite graus de afiação do gume até quase o nível de um raio atômico de carbono. É altamente recomendado, também, para usinagem onde é exigido ferramentas com alta dureza, como furação de poços de petróleo, por exemplo.
Já o diamante policristalino é um material sintético obtido em condições de extrema pressão e temperatura, com propriedades semelhantes ao encontrado no diamante natural, porém mais homogênio. São usados na usinagem de materiais não ferrosos e sintéticos.
