materiais para ferramenta. materiais cerÂmicos a característica fundamental do material cerâmico...

MATERIAIS PARA FERRAMENTA

MATERIAIS CERÂMICOS


• A característica fundamental do material cerâmico é sua resistência ao amolecimento pelo calor, além de sua elevada dureza e resistência à temperatura ambiente, alta resistência à formação de cratera e baixa condutividade térmica. A grande desvantagem do material cerâmico é sua excessiva fragilidade.


Mistura emoagem

Secagem

Compactação

Sinterização

Caracterização

MATRIZ - FERRAMENTA


• À base de óxido de alumínio ou alumina

• Podem ser de alumina pura, constituída basicamente de

finos grãos de Al2O3 sinterizados, podendo ter também

algum teor de MgO para inibir o crescimento do grão e óxido de cromo, titânio e níquel para aumentar a resistência mecânica, ou ainda alumina com baixos

teores de óxido de zircônio (ZrO2), que aumenta a

tenacidade do material.


• Apresentam estabilidade química comparada aos carbetos

e nitretos, porém as ferramentas de alumina possuem

baixa tenacidade à fratura e resistência aos choques

térmicos e mecânico, em relação ao metal duro, por isso a

necessidade da adição do ZrO2.

• Em função da fragilidade destas ferramentas, elas devem

ser usadas utilizando-se ângulo de saída negativo e aresta

chanfrada, a fim de melhorar sua resistência à fratura.


• Acabamento: pastilhas com pequenas quantidades de

ZrO2

• Desbaste: ferramentas com maiores quantidades de ZrO2

• Aplicações: Torneamento em desbaste e acabamento de

FoFo cinzento e nodular, aços cementados, aços

temperados e extrudados.


• Cerâmica Mista ou Cerâmica Preta

• Consistem de uma alumina com pequenas quantidades de carbeto ou nitreto de titânio (TiC-TiN).

• A adição de TiC-TiN na alumina eleva a resistência à transversal da matriz, além de melhorar a dureza e condutividade térmica, expandindo a área de aplicação destas ferramentas de corte.


• A presença de TiC e TiN na matriz de alumina faz com que estas ferramentas sejam empregadas em velocidades de corte mais elevadas do que alumina mais zircônio, com menor risco de fratura súbita.

• A cerâmica mista apresenta propriedades um pouco melhores do que a cerâmica branca em termos de dureza a quente e estabilidade química, porém possui baixa tenacidade.


• Assim, ferramentas são recomendadas para o torneamento em operações de acabamento, onde se necessita tanto de dureza a quente quanto de estabilidade química e, como este tipo de operação é geralmente acabamento fino, a tenacidade não é tão importante.

• Aplicações: torneamento e fresamento leves de FoFo cinzento, usinagem de aços cementados e temperados.


• Cerâmicas reforçadas por whiskers

• Ferramentas à base de Al2 O3 + 20 a 40 % de whiskers

de SiC.

• Whiskers – monocristais em formas de agulhas com alta

resistência mecânica.

• A presença do SiCw melhora a tenacidade (60 % maior

que cerâmicas mistas), produzindo uma boa resistência a

choques térmicos, possibilitando até corte com fluidos.


• Cerâmicas a base de Nitreto de Silício

• Essa classe de ferramentas de corte é mais recente,

surgiu no mercado nos anos 80 e foi desenvolvida para

possibilitar a fabricação de ferramentas com melhores

propriedades em relação às anteriores, maior tenacidade

à fratura e menos frágeis do que os óxidos e mantendo

sua boa resistência aos choques térmicos.


• O nitreto de silício é um composto covalente, com

excelentes propriedades a altas temperaturas.

Entretanto, o nitreto de silício mantém estável sua dureza

até a temperatura de 1200 C.

• Portanto nos processos de usinagem com velocidades de

corte elevadas, a temperatura pode chegar a 1200 C e

nessas temperaturas os metais possuem sua resistência

reduzida.


• As cerâmicas à base de nitreto de silício mantêm as

mesmas resistências ao desgaste que as cerâmicas

brancas (Al2O3), com uma tenacidade superior. Isto faz

com que a aplicação destes materiais chegue ao

fresamento, o que pouco tempo atrás era inadmissível

para as cerâmicas.

• Aplicações: usinagem de ferros fundidos cinzento em

desbaste e acabamento.


• Ferramentas Cerâmicas recobertas

• Apresentam um substrato de nitreto de silício com uma cobertura de alumina+ nitreto de titânio (1μm).


• Sialon

• Seu nome que tem origem nos símbolos dos elementos

que o formam, que são, Si, Al, O e N. Suas

características principais são um pouco diferentes do

Si3N4 puro, a presença de oxigênio faz com que seu

comportamento seja um intermediário entre as cerâmicas

covalentes e aquelas à base de óxidos.


• Os Sialons são ótimos em termos de dureza a quente e

resistência ao choque térmico e são bons com relação à

tenacidade, porém são péssimos com relação à

estabilidade química.

• Aplicações: usinagem de ferros fundidos, aços

endurecidos e ligas à base de níquel.


• Cermets

• Recebem este nome porque contém uma fase cerâmica

e uma fase metálica.

• Trata-se de um grupo de materiais intermediário entre os

metais duros e as cerâmicas. Suas principais

características são sua elevada dureza a altas

temperaturas e a grande estabilidade química, com

pouca tendência à difusão


• Possuem uma estrutura semelhante ao metal duro, isto é,

são feitos de partículas duras ligadas por um

aglomerante.

• As partículas duras são TiC, TiN e/ou TiCN e MoC (ao

invés do WC do metal duro), geralmente o Ni é o

elemento de ligação, ao invés do cobalto do metal duro.


• Pode também ser recoberto com nitreto de titânio (TiN), o

que reduz seu coeficiente de atrito e a tendência à

formação de aresta postiça de corte.

• Aplicações: ferramentas utilizadas principalmente no

superacabamento de aços, utilizando-se altas

velocidades de corte e baixos avanços, embora também

possam ser usados em operações de desbaste.

DIAMANTE POLICRISTRALINO - PCD

PCD

• O diamante policristalino (PCD - Polycrystalline

Diamond) é um material produzido através da

sinterização de partículas de diamante, sob condições de

elevada temperatura e pressão.

• As ferramentas de PCD combinam a elevada dureza, a

elevada resistência à abrasão mecânica e a excelente

condutividade térmica das ferramentas de diamante com

a tenacidade do metal duro.

PCD

• O ponto negativo de utilização do PCD como

ferramenta de torneamento é que ele não é bom para a

usinagem de qualquer material, pois prontamente

combina com o carbono contido em materiais como os

aços, superligas de níquel ou cobalto, etc., fazendo

com que o material da ferramenta difunda para o

material da peça, desgastando rapidamente a

ferramenta.

PCD

• Aplicações: usinagem de materiais não ferrosos e ligas

como: alumínio, cobre, latão e bronze. Também pode ser

utilizado para outros materiais como: compósitos

(MMC, ...), plásticos reforçados, ligas de titânio, grafite,

metal duro e cerâmicas. Sempre que for necessário alta

resistência ao desgaste, precisão dimensional e

acabamento superficial da peça usinada.

PCD

Recomendações gerais

• Para materiais não ferrosos e materiais compostos,

utilize ângulos de saída positivos ou neutros (ex.: 5-10).

• Ângulos de saída negativos devem ser usados em

materiais extremamente duros.

• Utilize arestas de corte agudas onde for possível. Em

aplicações de desbaste com cortes interrompidos pode

ser necessário utilizar arestas arredondadas.

NITRETO CÚBICO DE BORO - CBN

CBN

• O nitreto cúbico de boro policristalino (PCBN -

Polycrystalline Cubic Boron Nitride) é um material

sinterizado a elevada pressão/temperatura em uma

matriz altamente resistente ao desgaste, atingindo

propriedades muito próximas ao diamante.

CBN

• Como o material apresenta uma excelente dureza a

quente, elevada resistência a oxidação e boa

tenacidade, as pastilhas de PCBN oferecem, uma

excelente resistência de aresta e uma vida mais longa,

nas operações de usinagem de materiais ferrosos

duros.

CBN

• O CBN é quimicamente mais estável que o diamante, podendo, usinar ligas ferrosas sem o problema do desgaste por difusão e dificilmente oxida.

• A tenacidade do CBN é similar ao material cerâmico baseado em nitretos e cerca de 2 vezes a da alumina.

• Sua dureza só é superada pelo diamante, sendo quase duas vezes a da alumina, mantida à temperaturas acima de 1.000 ºC.

CBN

• Plaquetas de CBN são produzidas de forma análoga às de PCD. Os insertos de CBN são feitos pela deposição de uma camada de 0,5 mm deste material sobre um substrato de metal duro. A camada de CBN realiza o corte e o substrato de metal duro provê a tenacidade necessária à aresta de corte.

CBN

Aplicações: as pastilhas de PCBN são recomendadas para

aços endurecidos (incluindo ligas duras depositadas), ferros

fundidos cinzentos perlíticos, ferros fundidos brancos e ferros

fundidos coquilhados, aços manganês, metal duro, aços

sinterizados e Superligas a base de níquel ex.: Inconel 718.

CBN

Recomendações de geometria

Recomenda-se a utilização de geometrias bem protegidas:

• Geometrias de corte negativas.

• Arestas de corte chanfradas.

• Raios de ponta grandes.

CBN

Recomendações de geometria

Arestas positivas e agudas, podem ser vantajosas quando:

• Acabamento de furos pequenos, sem cortes interrompidos.

• Acabamento de componentes instáveis, sem cortes

interrompidos.

• Acabamento de ferros fundidos cinzentos perlíticos.

CBN

Teor de cBN(% em

volume)

Tamanho degrão de cBN

(microns)

Tipode

liganteFormato Microestrutura Características Aplicação

90 8 Al SólidoÓtima

dureza /Tenacidade.

Desbaste deaços duros.

80 6 Ti / AlCombase

de WC

Boacombinaçãode dureza /tenacidade.

Usinagem dedesbaste e de

semi-acabamento

de aços duros.

50 2 TiCCombase

de WC

Excelenteresistênciaaodesgaste.

Usinagem deacabamento c/leves cortesinterrompidos.

45 <1 TiN

Combase

de WC

Boacombinaçãodetenacidade /dureza .

Usinagem deacabamento c/cortesinterrompidos.

MATERIAIS PARA FERRAMENTA

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