Materiais de ferramentas de corte

Introdução

A seleção do material e da classe da ferramenta de corte é um fator importante a ser considerado ao planejar uma operação de usinagem bem-sucedida.

Um conhecimento básico sobre o material de cada ferramenta de corte e seu desempenho é importante para fazer a seleção correta. As considerações incluem o material da peça a ser usinada, o tipo e formato da peça, as condições de usinagem e o nível da acabamento superficial necessário para cada operação.

Esta seção fornece informações sobre os materiais das ferramentas de corte, as vantagens e a recomendações para melhor uso.

Os materiais da ferramenta de corte têm diferentes combinações de dureza, tenacidade e resistência ao desgaste e estão divididas em várias classes com propriedades específicas. Geralmente, o material de uma ferramenta de corte adequada para sua aplicação deve ser:

• duro para resistir ao desgaste de flanco e deformação
• tenaz para resistir à quebra
• não reativo com o material da peça
• quimicamente estável para resistir à oxidação e difusão
• resistente a mudanças térmicas repentinas

Ferramenta de corte de metal duro com cobertura

• Com cobertura – CVD
• Com cobertura – PVD
• Metal duro

O que é o material da ferramenta de corte de metal duro com cobertura?

Atualmente, o metal duro com cobertura representa 80-90% de todas as pastilhas das ferramentas de corte. Seu bom desempenho como material da ferramenta de corte se deve à sua exclusiva combinação de resistência ao desgaste e tenacidade, além de sua habilidade para conformidade com formatos complexos.

Metal duro combina com cobertura. Juntos, eles forma uma classe personalizada para sua aplicação.

As classes de metal duro com cobertura são a primeira escolha para uma variedade de ferramentas e aplicações.

Com cobertura – CVD

Definição e propriedades

CVD significa deposição química de vapor. A cobertura CVD é gerada por reações químicas em temperaturas de 700-1050 °C.

As coberturas CVD têm alta resistência ao desgaste e excelente adesão ao metal duro.

O primeiro metal duro com cobertura CVD era de uma única camada de cobertura de carboneto de titânio (TiC). As coberturas de óxido de alumínio (Al2O3) e de nitreto de titânio (TiN) foram introduzidas posteriormente. Mais recentemente, as coberturas de carbonitreto de titânio (MT-Ti(C,N) ou MT-TiCN, também chamado de MT-CVD, foram desenvolvidas para melhorar as propriedades da classe devido à sua habilidade em manter a interface de metal duro intacta.

As modernas coberturas CVD combinam MT-Ti(C,N), Al2O3 e TiN. As propriedades da cobertura foram melhoradas continuamente quanto às propriedades de adesão, tenacidade e desgaste em virtude de otimizações e tratamentos posteriores micro-estruturais. Consulte tecnologia Inveio™.

MT-Ti(C,N) - Sua dureza oferece resistência ao desgaste por abrasão, resultando na redução do desgaste de flanco.

CVD-Al2O3 - Quimicamente inerte com baixa condutividade térmica, tornando-o resistente a craterizações. Atua também como uma barreira térmica para melhorar a resistência à deformação plástica.

CVD-TiN - Melhora a resistência ao desgaste e é usada para detecção de desgaste.

Pós-tratamentos - Melhora da tenacidade da aresta emcortes interrompidos e reduz as tendências a abrasão.

Aplicações

As classes com cobertura CVD são a primeira escolha em uma ampla variedade de aplicações em que a resistência ao desgaste é importante. Tais aplicações são encontradas em torneamento geral e mandrilamento de aços, com resistência a craterização oferecida pelas coberturas CVD espessas; torneamento geral de aços inoxidáveis e para classes de fresamento em ISO P, ISO M, ISO K. Para furação, as classes CVD são geralmente usadas na pastilha periférica.

Com cobertura – PVD

Definição e propriedades

As coberturas por Deposição Física de Vapor (PVD) são formadas em temperaturas relativamente baixas (400-600°C). O processo envolve a evaporação de um metal que reage, por exemplo, com nitrogênio para formar uma cobertura de nitreto dura na superfície da ferramenta de corte.

As coberturas PVD agregam resistência ao desgaste a uma classe devido à sua dureza. As tensões de compressão das coberturas também agregam tenacidade à aresta e resistência contra trincas térmicas. Consulte a tecnologia Zertivo™.

Os principais constituintes da cobertura PVD estão descritos abaixo. As modernas coberturas são combinações destes componentes em camadas sequenciais e/ou em coberturas laminadas. As coberturas laminadas possuem várias camadas finas, na faixa de nanometro, que tornam a cobertura ainda mais dura.

PVD-TiN - A primeira cobertura PVD era nitreto de titânio. Ele possui propriedades de uso geral e uma cor dourada.

PVD-Ti(C,N) - O carbonitreto de titânio é mais duro do que TiN e agrega resistência ao desgaste de flanco.

PVD-(Ti,Al)N - O nitreto de titânio-alumínio possui maior dureza em combinação com resistência à oxidação, melhorando a resistência geral ao desgaste.

Óxido PVD - Usado por sua inerência química e resistência aprimorada à craterização.

Aplicações

As classes com cobertura PVD são recomendadas para arestas de corte tenazes e afiadas, bem como para materiais com tendência a abrasão. Existem muitas destas aplicações e elas incluem todas as fresas e brocas inteiriças e a maioria das classes para usinagem de canais, rosqueamento e fresamento. As classes com cobertura PVD também são amplamente usadas para aplicações de acabamento e como classe de pastilha central na furação.

Metal duro

Definição e propriedades

O metal duro é um material da metalurgia do pó; é um composto de partículas de carboneto de tungstênio (WC) e um ligante rico em cobalto metálico (Co). Os metais duros para aplicações de usinagem representam mais de 80% do carboneto de tungstênio (WC) fase dura. Os carbonitretos cúbicos adicionais são outros componentes importantes, especialmente, em classes com gradiente sinterizado. O corpo do metal duro é conformado através de prensagem do pó ou técnicas de molde por injeção, dentro de um corpo que é sinterizado até densidade total.

O tamanho do grão WC é um dos parâmetros mais importantes para ajustar a relação de dureza/tenacidade de uma classe; o tamanho do grão mais fino significa maior dureza a um determinado teor da fase ligante.

A quantidade e composição do ligante rico em cobalto (CO) controlam a tenacidade e a resistência da classe quanto à deformação plástica. Com um tamanho de grão igual ao WC, aumentar a quantidade de ligante resultará em uma classe mais tenaz, mais propícia ao desgaste por deformação plástica. Um teor de ligante muito baixo pode resultar em um material quebradiço.

Carbonitretos cúbicos, também conhecidos como fase γ, são adicionados para aumentar dureza a quente e formar gradientes.

Gradientes são usados para combinar melhor resistência à deformação plástica com tenacidade da aresta. O carbonitreto cúbico concentrado na aresta de corte melhora a dureza a quente quando necessário. Além da aresta de corte, um ligante rico em estrutura de carboneto de tungstênio inibe as trincas e quebras por martelamento de cavacos.

Aplicações

Tamanhos de grãos de carboneto de tungstênio (WC) médios a grossos

Os tamanhos de grãos de carboneto de tungstênio (WC) médios a grossos oferecem aos metais duros uma combinação superior de alta dureza a quente e tenacidade. Eles são usados em combinação com coberturas CVD ou PVD em classes para todas as áreas.

Tamanhos de grãos de carboneto de tungstênio (WC) fino ou submícron

Os grãos finos ou submícron de carboneto de tungstênio (WC) são usados para aresta de corte viva com uma cobertura PVD para melhorar ainda mais a resistência da aresta de corte. Eles também se beneficiam de uma resistência superior a cargas cíclicas térmicas e mecânicas. As aplicações típicas são brocas inteiriças de metal duro, fresas inteiriças de metal duro, pastilhas para corte e canais, fresamento e classes para acabamento.

Metal duro com gradiente

A dupla propriedade benéfica dos gradientes é aplicada com sucesso em combinação com coberturas CVD em muitas classes de primeira escolha para torneamento e cortes e canais em aços e aços inoxidáveis.

Ferramenta de corte de metal duro sem cobertura

O que é um material de ferramenta de corte de metal duro sem cobertura?

As classes de metal duro sem cobertura representam uma parte muito pequena do programa total de ferramentas de corte. Estas classes são carboneto de tungstênio (WC)/cobalto (Co) direto ou têm um alto volume de carbonitreto cúbico.

Aplicações

As aplicações típicas são usinagem de HRSA (superligas resistentes ao calor) ou ligas de titânio e torneamento de materiais endurecidos em baixa velocidade.

A taxa de desgaste de classes de metal duro sem cobertura é rápida, porém controlada, com uma ação autoafiante.

Material da ferramenta de corte Cermet

O que é o material da ferramenta de corte Cermet?

Cermet é um metal duro com partículas duras à base de titânio. O nome cermet combina as palavras cerâmica e metal. Originalmente, os cermets eram compostos por TiC e níquel. Os cermets modernos não contêm níquel e têm uma estrutura projetada de partículas-núcleo de carbonitreto de titânio Ti(C,N), uma segunda fase dura de (Ti,Nb,W)(C,N) e um ligante de cobalto rico em tungstênio (W).

Ti(C,N) agrega resistência ao desgaste à classe, a segunda fase dura aumenta a resistência à deformação plástica e a quantidade de cobalto controla a tenacidade.

Se comparado ao metal duro, o cermet possui melhor resistência ao desgaste e reduzida tendência a abrasão. Por outro lado, ele também possui menos força de compressão e resistência inferior a choques térmicos. Os cermets também podem ter cobertura PVD para melhorar a resistência ao desgaste.

Aplicações

As classes de cermet são usadas em aplicações com tendência à abrasão e a aresta postiça é um problema. Seu padrão de desgaste autoafiante mantém as forças de corte baixas mesmo após longos períodos em corte. Em operações de acabamento, elas permitem uma vida útil mais longa da ferramenta e tolerâncias estreitas, resultando em superfícies brilhantes.

As aplicações típicas incluem acabamento em aços inoxidáveis, ferros fundidos nodulares, aços com baixo teor de carbono e aços ferríticos. Os cermets podem também ser aplicados para solução de problemas em todos os materiais ferrosos.

Dicas:

• Use baixo avanço e baixa profundidade de corte
• Troque a aresta da pastilha quando o desgaste de flanco atingir 0,3 mm
• Evite trincas térmicas e fraturas ao usinar sem refrigeração

Material da ferramenta de corte cerâmica

O que é o material da ferramenta de corte cerâmica?

Todas as ferramenta de corte de cerâmica têm excelente resistência ao desgaste com altas velocidades de corte.

Há uma variedade de classes de cerâmica disponível para diversas aplicações.

Cerâmicas com óxido são à base de óxido de alumínio (Al2O3), com adição de zircônio (ZrO2) para inibição de trincas. para gerar um material quimicamente muito estável, mas que não tem resistência a choque térmico.

(1) Cerâmicas mistas são partículas reforçadas pela adição de carbonitretos ou carbonetos cúbicos (TiC, Ti(C,N)). para melhorar a tenacidade e a condutividade térmica.

(2) Cerâmicas reforçadas com Whisker usam whiskers de carboneto de silício (SiCw) para aumentar significativamente a tenacidade e permitir o uso de refrigeração. As cerâmicas reforçadas com Whisker são ideais para usinar ligas à base de Ni.

(3) Cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) representam outro grupo de materiais cerâmicos. Seus cristais alongados formam um material autorreforçado com alta tenacidade. As classes de nitreto de silício são bem-sucedidas em ferros fundidos cinzentos, porém, a baixa estabilidade química limita seu uso em outros materiais da peça.

As classes Sialon (SiAlON) combinam a resistência de uma rede autorreforçada de nitreto de silício com estabilidade química aprimorada. As classes Sialon são ideais para usinagem de superligas resistentes ao calor (HRSA).

(1) Cerâmicas mistas

(2) Cerâmicas reforçadas com Whisker

(3) Cerâmicas de nitreto de silício

Aplicações

As classes de cerâmica podem ser aplicadas em uma ampla variedade de aplicações e materiais, na maioria das vezes, as operações de torneamento em alta velocidade, mas também em operações de usinagem de canais e fresamento. As propriedades específicas de cada classe de cerâmica permitem alta produtividade quando aplicadas corretamente. Saber quando e como usar as classes de cerâmica é importante para uma operação bem-sucedida.

As limitações gerais da cerâmica incluem resistência a choques térmicos e tenacidade para fratura.

Material da ferramenta de corte nitreto cúbico de boro policristalino

O que é o material da ferramenta de corte nitreto cúbico de boro policristalino?

O nitreto cúbico de boro policristalino, CBN, é um material com excelente dureza a quente que pode ser usado em velocidades de corte muito altas e apresenta também boa tenacidade e resistência a choques térmicos.

As classes de CBN modernas são compósitos cerâmicos com um teor de CBN de 40-65%. A liga cerâmica aumenta a resistência ao desgaste do CBN, o qual, se não fosse por ela, teria tendência ao desgaste químico. Outro grupo de classes são as classes com alto teor de CBN, com 85% a quase 100% de CBN. Estas classes podem apresentar um ligante metálico para melhorar a tenacidade.

O CBN é soldado ao metal duro para formar a pastilha. A tecnologia Safe-Lok™ melhora ainda mais a ligação das pontas de corte em CBN nas pastilhas negativas.

Aplicações

As classes de CBN são amplamente usadas para torneamento de acabamento em aços endurecidos, com uma dureza superior a 45 HRc. Acima de 55 HRc, o CBN é a única ferramenta de corte que pode substituir os métodos de retificação tradicionalmente usados. Os aços mais macios, abaixo de 45 HRc, contêm uma quantidade maior de ferrita, o que causa um efeito negativo na resistência ao desgaste do CBN.

O CBN também pode ser usado para desbaste com alta velocidade de ferros fundidos cinzentos em operações de torneamento e de fresamento.

Material da ferramenta de corte diamante policristalino

O que é o material da ferramenta de corte diamante policristalino?

O PCD é um compósito de partículas de diamante sinterizado com um ligante metálico. O diamante é o mais duro, portanto, o mais resistente à abrasão de todos os materiais. Como um material de ferramenta de corte, ele tem boa resistência ao desgaste, porém, falta estabilidade química em altas temperaturas e se dissolve facilmente em ferro.

Aplicações

As ferramentas PCD são limitadas a materiais não-ferrosos, como alumínio com alto teor de alto silício, compósitos de matriz de metal (MMC) e plásticos reforçados com fibra de carbono (CFRP). O PCD com refrigeração abundante também pode ser usado em aplicações de superacabamento em titânio.

Classes da Sandvik Coromant

Informações sobre o programa de classes e pastilhas Sandvik Coromant podem ser encontradas aqui.

Com essas informações, você pode escolher sua pastilha ou classe com base no material de corte ou na área de aplicação.