Slides do livro "Usinagem para Engenharia"

1. Capítulo 5 - Materiais para Ferramentas
Usinagem para Engenharia
A.C. Araujo a
, A.L. Mougo b
e F.O. Campos c
.
a
araujo@insa-toulouse.fr, INSA-Toulouse, Institute Clément Ader, França
b
adriane.mougo@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil
c
fabio.campos@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil
Slides propostos
Setembro de 2020

2. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Requisitos ideais de materiais para ferramentas de usinagem [Grzesik 2016]1:
Possuir elevada dureza a quente;
Ter elevada resistência mecânica;
Apresentar alta tenacidade à fratura;
Ser quimicamente inerte;
Ter alta condutividade térmica;
Ser resistente à fadiga;
Ser resistente ao choque mecânico e térmico;
Ter alta rigidez;
Apresentar baixo coeficiente de atrito.
1
GRZESIK, W. - Advanced Machining Processes of Metallic Materials - Theory, Modelling and Applications. Elsevier, 2016.
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3. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Seleção do material
Como nenhum material tem todas estas características, cada um tem uma característica mais
presente. A escolha do material da ferramenta depende muito da aplicação, do material e do
custo-benefício.
A maior motivação para o desenvolvimento das ferramentas foi inicialmente o alcance
de velocidade de corte mais altas;
Aço rápido: aço endurecido desenvolvido para ferramentas de corte;
Metal duro: compósito microestrutural de base metálica e grãos abrasivos cerâmicos;
Nitreto cúbico de boro (CBN), diamante policristalino (PCD);
Desenvolvimento de materiais para ferramenta: recobrimento X refinamentos dos grãos.
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4. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Table 1: Tipo e os materiais de ferramentas
Tipo de ferramenta Materiais utilizados
Monobloco - Aço Ferramenta
- Aço Rápido
Inteiriça - Aço Ferramenta
- Aço Rápido
- Metal Duro
Insertos - Metal Duro
(intercambiáveis ou - Cerâmicas (Base de alumina ou nitreto de silício)
brasados) - Nitreto Cúbico de Boro (CBN e PCBN)
- Diamante (Monocristalino e PCD)
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5. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Tenacidade
Deformações plásticas
Resistência a flexão (Sf)
Material ideal
Resistência
ao
desgaste
Dureza
a
quente
Diamante, PCD
50-60HV
Sf=600 MPa
Aço Rápido
7-10 HV
Sf=2000 MPa
HSS + revestim.
Metal Duro
12-18 HV
Sf=1500 MPa
MD + revestim.
Cerâmicas
CBN 20-60HV
Sf=800 MPa
12-21HV
Sf=750 MPa
Valores médios para referência
Figura 1: Relação entre tenacidade (MPa) e dureza (HV) dos materiais de ferramentas de corte
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6. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Aço ferramenta
Foi um dos primeiros materiais de corte empregados na indústria e é basicamente uma
liga metálica de Fe-C (C<1,25%) com pequenas quantidades de Si e Mn
[Diniz, Marcondes e Coppini 2013]2;
Sua dureza é alcançada por tratamento térmico;
Apresentam maior dureza quanto maior for o teor de carbono;
Dureza a quente < 200o C.
2
DINIZ, A.; MARCONDES, F.; COPPINI, N. Tecnologia da Usinagem Dos Materiais. [S.l.]: Artliber Editora LTDA, 2013.
ISBN 9788587296016.
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7. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
As ferramentas comerciais de aço rápido podem ser classificadas em quatro grupos:
W - Aço rápido ao tungstênio: contém 18%W e entre 1-4%V.
W-Co - Aço rápido ao tungstênio-cobalto: contém entre 14-20%W, 1-2%V e 5-12%Co.
Mo - Aço rápido ao molibdênio-vanádio: contém entre 4.5-8%Mo, 1-4%V e até 6%W.
Mo-Co - Aço rápido ao molibdênio-cobalto: contém entre 5-8%Mo, 1-2%V, 5-12%Co e
5-8%W.
Table 2: Resumo sobre as características das ferramentas de aço rápido
Nomenclatura: Aço rápido (HSS)
Composição Química: Liga metálica de Fe-C + W, Mo, Cr, V, Ni
Microestrutura: Martensita com carbonetos
Classificação: Quatro classes:
ao W, ao W-Co, ao Mo e ao Mo-Co.
Principais propriedades: Média resistência a quente (aprox. 600o
C)
Dureza entre 60 a 70 HRC
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8. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Carbonetos
Metal
Poros
+
+
Figura 2: Microestrutura do metal duro [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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9. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Table 3: Resumo sobre as características das ferramentas de metal duro
Nomenclatura: Metal Duro
Composição Química: (WC, TaC, TiC) + (Co)
Microestrutura: Grãos de carbonetos em matriz metálica
Classificação: material: P, M, K, N, S e H
Solicitação mecânica de
01 (leve) a 50 (severo)
Principais propriedades: Alta dureza a quente
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10. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Ferramentas em cerâmica: são considerados materiais cerâmicos aqueles que são
não-metálicos e inorgânicos, com ligações covalentes e iônicas
Table 4: Resumo sobre as características das ferramentas de cerâmica
Nomenclatura: Cerâmicas
Composição Química: Átomos com ligações iônicas ou covalentes
Microestrutura: Cristalina cerâmica
Classificação: Base de óxido de alumínio ou nitreto de silício
Principais propriedades: Altíssima dureza a quente
tendência a propagar trincas
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11. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Nitreto cúbico de boro - CBN: são usados para usinar aços temperados com dureza
superior a 45 HRC, aços resistentes a altas temperaturas e aços-rápidos, ligas de níquel e
cobalto e materiais com revestimento duro;
Diamante Policristalino - PCD: O inserto de corte apresenta apenas uma pequena parte
de PCD, na região da aresta de corte. Este material é usado em ferramentas de
perfuração de petróleo em brocas PCD;
Table 5: Resumo sobre as características das ferramentas de diamante policristalino
Nomenclatura: PCD
Composição Química: Diamante em matriz de metal duro
Microestrutura: Estrutura cristalina cúbica /
Carbono alotrópico
Classificação: De acordo com tamanho
do grão dos diamantes
Principais propriedades: Maior dureza e capacidade de afiação
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12. Cap. 5 - Materiais para Ferramentas
Recobrimento de Ferramentas: Deposição por Vapor Químico(CVD - Chemical Vapor
Deposition) e Deposição Física de Vapor(PVD - Physical Vapor Deposition);
Ferramentas de retificação: são ferramentas de geometria não definida, utilizadas para
realizar os processos abrasivos. São formadas por grãos com alta dureza envolvidos por
um aglomerante resiliente para manter o corpo da ferramenta em altas temperaturas.
I Material abrasivo do rebolo;
I Tamanho do grão;
I Grau do Rebolo;
I Estrutura do Rebolo;
I Material Aglomerante.
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