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MATERIAIS PARA FERRAMENTA. MATERIAIS CERÂMICOS. MATERIAIS CERÂMICOS.
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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 e moagem Secagem MATRIZ - FERRAMENTA Compactação Sinterização Caracterização MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • Ferramentas Cerâmicas recobertas • Apresentam umsubstrato de nitreto de silício com uma cobertura de alumina+ nitreto de titânio (1μm).
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
MATERIAIS CERÂMICOS • 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.
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.
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.
