Seleção do material da ferramenta de corte
Como selecionar o material correto da ferramenta de corte ao planejar uma operação de corte de metal bem-sucedida?
A seleção do material e da classe da ferramenta de corte é um fator crítico a ser considerado em uma operação de corte.
Uma compreensão básica de cada material da ferramenta de corte e seu desempenho é essencial para fazer a seleção correta.
Os fatores a serem considerados ao selecionar um material de ferramenta de corte incluem o material da peça a ser usinada, o tipo e o formato do componente, as condições de usinagem e o nível de qualidade da superfície necessário para cada operação.
Material de ferramenta de corte de carboneto cimentado revestido
Insertos de ferramentas de corte feitos de carboneto cimentado revestido dominam o mercado. As qualidades excepcionais deste material, incluindo alta resistência ao desgaste, tenacidade e a capacidade de ser moldado em formas complexas, são as razões de sua popularidade.
Ao revestir o carboneto cimentado com uma classe personalizada, o carboneto cimentado revestido é produzido, que é a escolha preferida para várias ferramentas e aplicações.
Revestimento - CVD
A deposição química de vapor (CVD) é um processo que gera revestimentos por meio de reações químicas em altas temperaturas (700-1050°C).
Os revestimentos CVD oferecem excelente resistência ao desgaste e adesão ao carboneto cimentado, e o primeiro carboneto cimentado revestido com CVD foi um revestimento de carboneto de titânio (TiC) de camada única.
Os revestimentos de alumina (Al2O3) e nitreto de titânio (TiN) foram introduzidos posteriormente, e os revestimentos mais recentes de carbonitreto de titânio (MT-Ti(C,N) ou MT-TiCN, também conhecido como MT-CVD) foram desenvolvidos para preservar a interface do carboneto cimentado.
Os revestimentos CVD modernos combinam esses revestimentos (revestimentos multicamadas) e suas propriedades foram aprimoradas por meio de otimização microestrutural e pós-tratamentos.
MT-Ti(C,N)- A dureza do material oferece resistência ao desgaste abrasivo, levando a uma diminuição do desgaste do flanco.
CVD-Al2O3 - Apresenta resistência ao desgaste de cratera devido à sua baixa condutividade térmica e inércia química. Além disso, ele aumenta a resistência à deformação plástica agindo como uma barreira térmica.
CVD-TiN- Este material aumenta a capacidade de resistir ao desgaste e é utilizado para detectar desgaste como uma camada superior.
Pós-tratamentos - Aumenta a tenacidade da aresta de corte durante cortes interrompidos e atenua a formação de manchas.
Os revestimentos CVD oferecem excelente resistência ao desgaste e adesão ao carboneto cimentado, e o primeiro carboneto cimentado revestido com CVD foi um revestimento de carboneto de titânio (TiC) de camada única.
Os revestimentos de alumina (Al2O3) e nitreto de titânio (TiN) foram introduzidos posteriormente, e os revestimentos mais recentes de carbonitreto de titânio (MT-Ti(C,N) ou MT-TiCN, também conhecido como MT-CVD) foram desenvolvidos para preservar a interface do carboneto cimentado.
Os revestimentos CVD modernos combinam esses revestimentos (revestimentos multicamadas) e suas propriedades foram aprimoradas por meio de otimização microestrutural e pós-tratamentos.
MT-Ti(C,N)- A dureza do material oferece resistência ao desgaste abrasivo, levando a uma diminuição do desgaste do flanco.
CVD-Al2O3 - Apresenta resistência ao desgaste de cratera devido à sua baixa condutividade térmica e inércia química. Além disso, ele aumenta a resistência à deformação plástica agindo como uma barreira térmica.
CVD-TiN- Este material aumenta a capacidade de resistir ao desgaste e é utilizado para detectar desgaste como uma camada superior.
Pós-tratamentos - Aumenta a tenacidade da aresta de corte durante cortes interrompidos e atenua a formação de manchas.
Aplicações:
Graus revestidos com CVD são preferidos em várias aplicações que exigem resistência ao desgaste, como torneamento e mandrilamento geral de aço, com revestimentos CVD espessos que fornecem resistência ao desgaste por craterização. As classes CVD também são adequadas para torneamento geral de aços inoxidáveis e para classes de fresamento em ISO P, ISO M e ISO K. Na furação, as classes CVD são usadas principalmente na pastilha periférica.
Revestimento - PVD
Os revestimentos PVD se formam em baixas temperaturas (400-600 °C) por meio da evaporação de um metal que reage com nitrogênio para criar um revestimento de nitreto duro na superfície da ferramenta de corte. Esses revestimentos aumentam a resistência ao desgaste e a dureza da classe, enquanto suas tensões compressivas aumentam a tenacidade da borda e previnem a formação de rachaduras.
PVD-TiN- O revestimento PVD inicial era nitreto de titânio, que tem uma cor dourada e propriedades de uso geral.
PVD-Ti(C,N)- O carbonitreto de titânio fornece maior resistência ao desgaste do flanco devido à sua maior dureza em comparação com TiN.
PVD-(Ti,Al)N-A combinação de alta dureza e resistência à oxidação em nitreto de alumínio e titânio aumenta a resistência geral ao desgaste.
PVD-óxido- É usado por sua inatividade química e resistência superior ao desgaste por cratera.
Aplicações:
Para obter arestas de corte afiadas e lidar com materiais abrasivos, classes com revestimento PVD são recomendadas.
Essas classes são amplamente utilizadas para fresas de topo sólidas, brocas, canais, rosqueamento, fresamento, furação e aplicações de acabamento, além de serem usadas como classe de inserto central em furação.
Essas classes são amplamente utilizadas para fresas de topo sólidas, brocas, canais, rosqueamento, fresamento, furação e aplicações de acabamento, além de serem usadas como classe de inserto central em furação.
Carboneto cimentado
O carboneto cimentado é um material metalúrgico composto de partículas de carboneto de tungstênio (WC) em pó e um ligante rico em cobalto.
Quando usados para corte de metal, os carbonetos cimentados contêm mais de 80% de WC em fase dura, e os carbonitretos cúbicos são componentes importantes, particularmente em graus sinterizados em gradiente.
O corpo de metal duro é criado por meio de técnicas de prensagem a pó ou moldagem por injeção e, em seguida, sinterizado para atingir a densidade total.
O ajuste da relação dureza/tenacidade de uma classe de metal duro é grandemente influenciado pelo tamanho de grão do carboneto de tungstênio (WC); um tamanho de grão mais fino significa maior dureza em um determinado teor de fase ligante.
A tenacidade e a resistência da classe à deformação plástica são controladas pela quantidade e composição do ligante rico em Co. Mais ligante em um tamanho de grão WC igual resulta em uma classe mais tenacidade, mais propensa ao desgaste por deformação plástica. Um teor insuficiente de ligante pode levar a um material quebradiço.
Para aumentar a dureza a quente e formar gradientes, carbonitretos cúbicos ou fase γ são comumente adicionados. Os gradientes combinam melhor resistência à deformação plástica com tenacidade da aresta.
Na aresta de corte, os carbonitretos cúbicos são concentrados para aumentar a dureza a quente, enquanto uma estrutura de ligante rica em carboneto de tungstênio evita rachaduras e fraturas por martelamento de cavacos além da aresta de corte.
Quando usados para corte de metal, os carbonetos cimentados contêm mais de 80% de WC em fase dura, e os carbonitretos cúbicos são componentes importantes, particularmente em graus sinterizados em gradiente.
O corpo de metal duro é criado por meio de técnicas de prensagem a pó ou moldagem por injeção e, em seguida, sinterizado para atingir a densidade total.
O ajuste da relação dureza/tenacidade de uma classe de metal duro é grandemente influenciado pelo tamanho de grão do carboneto de tungstênio (WC); um tamanho de grão mais fino significa maior dureza em um determinado teor de fase ligante.
A tenacidade e a resistência da classe à deformação plástica são controladas pela quantidade e composição do ligante rico em Co. Mais ligante em um tamanho de grão WC igual resulta em uma classe mais tenacidade, mais propensa ao desgaste por deformação plástica. Um teor insuficiente de ligante pode levar a um material quebradiço.
Para aumentar a dureza a quente e formar gradientes, carbonitretos cúbicos ou fase γ são comumente adicionados. Os gradientes combinam melhor resistência à deformação plástica com tenacidade da aresta.
Na aresta de corte, os carbonitretos cúbicos são concentrados para aumentar a dureza a quente, enquanto uma estrutura de ligante rica em carboneto de tungstênio evita rachaduras e fraturas por martelamento de cavacos além da aresta de corte.
Aplicações:
Tamanho de grão WC médio a grosso, fino ou Tamanho de grão WC submicrométrico e carboneto cimentado com gradiente.
Material de ferramenta de corte de carboneto cimentado não revestido
Uma pequena fração da gama de ferramentas de corte compreende classes de carboneto cimentado não revestidas, que podem ser WC/Co puro ou conter uma alta concentração de cúbico carbonitretos.
Aplicações:
Este material de ferramenta de corte é comumente usado para usinagem de HRSA ou ligas de titânio, bem como torneamento de materiais endurecidos em baixas velocidades.
Graus de metal duro não revestidos apresentam uma ação de autoafiação e uma taxa de desgaste controlada, porém rápida.
Aplicações:
Este material de ferramenta de corte é comumente usado para usinagem de HRSA ou ligas de titânio, bem como torneamento de materiais endurecidos em baixas velocidades.
Graus de metal duro não revestidos apresentam uma ação de autoafiação e uma taxa de desgaste controlada, porém rápida.
Material de ferramenta de corte de cermet
Cermet é um tipo de metal duro que consiste em partículas duras à base de titânio, com o nome cermet vindo de uma combinação de cerâmica e metal.
Originalmente, o cermet era composto de TiC e níquel, mas as versões modernas são isentas de níquel e possuem uma estrutura específica composta por partículas centrais de Ti(C,N) e uma segunda fase dura de (Ti,Nb,W)(C,N), com um ligante de cobalto rico em W.
O Ti(C,N) aumenta a resistência ao desgaste, a segunda fase dura melhora a resistência à deformação plástica e a quantidade de cobalto controla a tenacidade. Comparado ao carboneto cimentado, o cermet apresenta melhor resistência ao desgaste e menos espalhamento, porém menor resistência à compressão e ao choque térmico.
O cermet pode ser revestido com PVD para uma resistência ao desgaste ainda maior.
Aplicações:
O padrão de desgaste autoafiável dos graus de cermet os torna ideais para aplicações onde a aresta postiça é um problema.
Esta característica ajuda a manter baixas forças de corte mesmo durante longos períodos de uso, permitindo longa vida útil da ferramenta e tolerâncias estreitas, além de produzir superfícies brilhantes em operações de acabamento.
Os graus de cermet são frequentemente usados para acabamento de aços inoxidáveis, ferros fundidos nodulares, aços de baixo carbono e aços ferríticos, bem como para solução de problemas em todos os materiais ferrosos.
Originalmente, o cermet era composto de TiC e níquel, mas as versões modernas são isentas de níquel e possuem uma estrutura específica composta por partículas centrais de Ti(C,N) e uma segunda fase dura de (Ti,Nb,W)(C,N), com um ligante de cobalto rico em W.
O Ti(C,N) aumenta a resistência ao desgaste, a segunda fase dura melhora a resistência à deformação plástica e a quantidade de cobalto controla a tenacidade. Comparado ao carboneto cimentado, o cermet apresenta melhor resistência ao desgaste e menos espalhamento, porém menor resistência à compressão e ao choque térmico.
O cermet pode ser revestido com PVD para uma resistência ao desgaste ainda maior.
Aplicações:
O padrão de desgaste autoafiável dos graus de cermet os torna ideais para aplicações onde a aresta postiça é um problema.
Esta característica ajuda a manter baixas forças de corte mesmo durante longos períodos de uso, permitindo longa vida útil da ferramenta e tolerâncias estreitas, além de produzir superfícies brilhantes em operações de acabamento.
Os graus de cermet são frequentemente usados para acabamento de aços inoxidáveis, ferros fundidos nodulares, aços de baixo carbono e aços ferríticos, bem como para solução de problemas em todos os materiais ferrosos.
Material de ferramenta de corte de cerâmica
Uma ampla gama de As classes de cerâmica estão disponíveis para diferentes aplicações, todas oferecendo resistência excepcional ao desgaste em altas velocidades de corte.
Essas classes de cerâmica são:
Cerâmicas Mistas
As cerâmicas mistas são temperadas pela adição de carbonetos cúbicos ou carbonitretos (TiC, Ti(C,N)) como partículas de reforço, resultando em melhor condutividade térmica e tenacidade.
Óxido Cerâmicas
O óxido de alumínio (Al2O3) forma a base das cerâmicas de óxido, que são reforçadas pela adição de zircônia (ZrO2) para evitar trincas. Isso resulta em um material quimicamente estável, mas com baixa resistência ao choque térmico.
Cerâmicas reforçadas com whiskers
Para melhorar significativamente a tenacidade e permitir o uso de refrigerante, as cerâmicas reforçadas com whiskers incorporam whiskers de carboneto de silício (SiCw). Este tipo de cerâmica é bem adequado para cortar ligas à base de Ni.
Sialon
Os graus de Sialon (SiAlON) são bem adequados para operações de corte em superligas resistentes ao calor (HRSA), pois oferecem a resistência de uma rede de nitreto de silício auto-reforçada e melhor estabilidade química.
Cerâmicas de nitreto de silício
Silício Cerâmicas de nitreto (Si3N4) formam um material auto-reforçado com alta tenacidade devido aos seus cristais alongados. Embora essas classes sejam bem-sucedidas em ferro fundido cinzento, seu uso em outros materiais de peças de trabalho é limitado devido à sua falta de estabilidade química.
Aplicações:
A ampla gama de aplicações e materiais de peças de trabalho para classes cerâmicas inclui operações de torneamento, ranhuramento e fresamento de alta velocidade.
As propriedades específicas de cada classe cerâmica, quando aplicadas corretamente, permitem alta produtividade.
Portanto, é essencial entender quando e como usar classes de cerâmica para uma usinagem bem-sucedida.
Essas classes de cerâmica são:
Cerâmicas Mistas
As cerâmicas mistas são temperadas pela adição de carbonetos cúbicos ou carbonitretos (TiC, Ti(C,N)) como partículas de reforço, resultando em melhor condutividade térmica e tenacidade.
Óxido Cerâmicas
O óxido de alumínio (Al2O3) forma a base das cerâmicas de óxido, que são reforçadas pela adição de zircônia (ZrO2) para evitar trincas. Isso resulta em um material quimicamente estável, mas com baixa resistência ao choque térmico.
Cerâmicas reforçadas com whiskers
Para melhorar significativamente a tenacidade e permitir o uso de refrigerante, as cerâmicas reforçadas com whiskers incorporam whiskers de carboneto de silício (SiCw). Este tipo de cerâmica é bem adequado para cortar ligas à base de Ni.
Sialon
Os graus de Sialon (SiAlON) são bem adequados para operações de corte em superligas resistentes ao calor (HRSA), pois oferecem a resistência de uma rede de nitreto de silício auto-reforçada e melhor estabilidade química.
Cerâmicas de nitreto de silício
Silício Cerâmicas de nitreto (Si3N4) formam um material auto-reforçado com alta tenacidade devido aos seus cristais alongados. Embora essas classes sejam bem-sucedidas em ferro fundido cinzento, seu uso em outros materiais de peças de trabalho é limitado devido à sua falta de estabilidade química.
Aplicações:
A ampla gama de aplicações e materiais de peças de trabalho para classes cerâmicas inclui operações de torneamento, ranhuramento e fresamento de alta velocidade.
As propriedades específicas de cada classe cerâmica, quando aplicadas corretamente, permitem alta produtividade.
Portanto, é essencial entender quando e como usar classes de cerâmica para uma usinagem bem-sucedida.
Material de ferramenta de corte de nitreto de boro cúbico policristalino
O material de ferramenta de corte conhecido como nitreto de boro cúbico policristalino (PCBN) oferece excelente dureza a quente, tenacidade e resistência ao choque térmico, permitindo que seja usado em altas velocidades de corte.
Os graus modernos de CBN são compostos cerâmicos com um teor de CBN de 40-65%, e o ligante cerâmico aumenta a resistência ao desgaste.
Os graus de CBN com alto teor contêm 85-100% de CBN e podem ter um ligante metálico para maior tenacidade.
O CBN é normalmente soldado em um suporte de metal duro para criar um inserto, com a tecnologia de brasagem a vácuo fornecendo suporte de ligação adicional para pontas de corte de CBN em insertos negativos.
Aplicações:
Os graus de CBN são comumente utilizados para acabamento de torneamento de aços endurecidos com dureza acima de 45 HRCe. Em níveis de dureza superiores a 55 HRCe, o CBN é a única ferramenta de corte adequada que pode substituir os métodos convencionais de retificação.
Aços mais macios com dureza abaixo de 45 HRCE contêm um nível mais alto de ferrita, o que afeta negativamente a resistência ao desgaste do CBN.
O CBN também pode ser usado para desbaste de alta velocidade de ferro fundido cinzento em operações de torneamento e fresamento.
Os graus modernos de CBN são compostos cerâmicos com um teor de CBN de 40-65%, e o ligante cerâmico aumenta a resistência ao desgaste.
Os graus de CBN com alto teor contêm 85-100% de CBN e podem ter um ligante metálico para maior tenacidade.
O CBN é normalmente soldado em um suporte de metal duro para criar um inserto, com a tecnologia de brasagem a vácuo fornecendo suporte de ligação adicional para pontas de corte de CBN em insertos negativos.
Aplicações:
Os graus de CBN são comumente utilizados para acabamento de torneamento de aços endurecidos com dureza acima de 45 HRCe. Em níveis de dureza superiores a 55 HRCe, o CBN é a única ferramenta de corte adequada que pode substituir os métodos convencionais de retificação.
Aços mais macios com dureza abaixo de 45 HRCE contêm um nível mais alto de ferrita, o que afeta negativamente a resistência ao desgaste do CBN.
O CBN também pode ser usado para desbaste de alta velocidade de ferro fundido cinzento em operações de torneamento e fresamento.
Material de ferramenta de corte de diamante policristalino
O material de ferramenta de corte de PCD é composto de partículas de diamante sinterizadas com um ligante metálico.
O diamante é o material mais resistente à abrasão e mais duro disponível.
Apesar de sua boa resistência ao desgaste como material de ferramenta de corte, ele tende a se dissolver facilmente em ferro e não tem estabilidade química em altas temperaturas.
Aplicações:
O uso de ferramentas de PCD é restrito a materiais não ferrosos como MMC, alumínio com alto teor de silício e CFRP.
Com a aplicação de refrigerante de inundação, o PCD pode ser empregado para superacabamento de titânio.