CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA

ÁREA DE MATERIAIS

Disciplina de Materiais III Professor Dr. Paulo Borges

AÇOS - FERRAMENTA

Realizado por : Ricardo Adriano dos Santos

Jfjghfj

Curitiba, 26 de Outubro de 2001.

2

AÇOS FERRAMENTA

Trabalho de aços ferramenta

apresentado a disciplina de

Materiais III do curso de

tecnologia Mecânica do CEFET-PR.

CURITIBA

26/10/2001

3

SUMÁRIO INTRODUÇÃO .............................................................................................................4

CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS-FERRAMENTA........................................................6 AÇOS RÁPIDOS...........................................................................................................9

Efeito dos elementos de liga nos aços rápidos...........................................................10

Aços rápidos com cobertura.......................................................................................11 TRATAMENTOS TÉRMICOS NS AÇOS-FERRAMENTA E NOS AÇOS RÁPIDOS.......14

SELEÇÃO .....................................................................................................................15

CONCLUSÃO ..............................................................................................................18

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .........................................................................18

L

4

Introdução

Com o nome de aços para ferramentas, ou aços-ferramentas simplesmente, são designados os materiais ferrosos usados na confecção de ferramentas e matrizes. Trata-se de aços da mais alta qualidade, dos quais a indústria exige severos requisitos, muitos deles por vezes antagônicos. São produtos obtidos geralmente em fornos elétricos, através de técnicas as mais apuradas e sob rigoroso controle.

O material cortante deve ser evidentemente mais resistente e mais duro do que o material usinado. Deve ser também suficientemente forte e inquebrável para resistir aos choques da peça usinada. Além disto deve resistir à ação abrasiva do material cortado. Deve permitir a formação de uma aresta cortante viva. Finalmente, deve manter todas essas qualidades em temperaturas elevadas, próprias ao corte.

Os materiais cortantes atualmente usados apresentam estas qualidades de maneira variável. Infelizmente não se encontrou ainda um material que encerrasse todas essas qualidades.

Em consequência, na prática, aplica-se o material cortante de acordo com as necessidades particulares da operação, material usinado, parâmetros de corte, etc.

A escolha apropriada da ferramenta de corte só pode ser feita através de um perfeito conhecimento sobre as qualidades de cada material que deve ser empregado nessa ferramenta. Atualmente, cerca de 95% dos trabalhos de usinagem emprega três tipos de materiais na confecção das ferramentas de corte: aço rápido, carbonetos fundidos e metal duro (carbonetos sinterizados)

Além dos materiais acima especificados cerca de 5% da usinagem emprega nas ferramenta os materiais: aços-carbono, cerâmica, cermet, diamante, etc.

Os materiais empregados para a construção das ferramentas de corte são então, os seguintes:

Aços ordinários ao carbono (aço-ferramenta) O aço ao carbono para ferramenta é caracterizado principalmente pelo teor de

carbono que varia entre 0,7 e 1,35%. Para ser temperáveis deve conter no mínimo 0,4% de C. Quanto maior teor de

carbono, tanto mais duro se tomará depois da têmpera mas também tanto mais frágil e sensível aos choques. Os aços contêm sempre pequenas quantidades de outros elemen-tos como Mn, Si, P, S, etc. Geralmente os aços para ferramentas não admitem teores de P e S superiores a 0,05% de cada um desses elementos. O fósforo torna o aço frágil, a frio, e o enxofre a quente.

Aços ligas para ferramentas Com adições de tungstênio, cromo, silício e manganês em pequena quantidade

obtêm-se aço-liga para ferramenta que possui maior resistência ao corte e menor fragilidade quando temperado. A têmpera pode ser obtida com resfriamento em água, Óleo ou ar. O resfriamento na água não é muito bom porque às vezes empena a ferramenta. A dureza do aço-ferramenta bem temperado é muito alta mas diminui rapidamente com o crescimento da temperatura durante o trabalho. Esse aço-liga não suporta altas velocidades de corte. Apesar de seu baixo preço não muito indicado para

5

ferramentas de responsabilidade, isto é, para máquinas-ferramentas, entretanto, apresenta vantagens para machos, tarraxas, escareadores, etc.

Aços especiais Aços ternários - são aços ao carbono aos quais se adiciona um elemento que

modifica suas propriedades; para os aços ferramentas este elemento ~ o tungstênio ou o cromo. Há os dois tipos seguintes:

a) aço ao tungsténio: 0,8 a 1,5% C; 1 a 5% Wo (para serras, machos, punções, ferramentas de torno

para baixas velocidades); b) aço ao cromo: duros: de 0,5% a 0,8% de C ± 1 a 2% de Cr muito duros: 0,8 a 1% de C + 2 a

2,8% Cr extra duros: 1 a 1,6% de C + 3 a 4,5% de Cr A fragilidade do aço aumenta com o teor de cromo e carbono. Aços quaternários - são aqueles que além de C e Fe contêm os elementos

modificadores de suas propriedades. Há os seguintes: a) aço cromo-níquel 0,3 a 0,45 de C; 2,5 a 3% de Ni; 0,3 a 1% de Cr e Mn + Si nas proporções normais. Empregado nas ferramentas para trabalho em madeira, com grande velocidade. b) aços cromo-silício l a 1,4% de C ; l a 1,5% de Si; 3,5 a 4,5% de Cr. Empregados para machos, escareadores, puas e ferramentas de tomo para velo-

cidades moderadas. c) aços rápidos Estes aços têm a propriedade especial de conservar grande dureza em temperatura

elevada (até cerca de 700 ºC) produzida pelo trabalho de corte e que se conhece com o nome de dureza a quente. O trabalho com estes aços ~ muito mais rápido do que com outros aços de ferramenta, permitindo operações de torno, fresadora e plaina muitos mais velozes. Não é a elevada dureza do aço rápido a responsável por estas possibilidades.

kl

6

Classificação dos aços ferramenta

Nesta parte do presente trabalho abordaremos a classificação dos aços para ferramentas e seu agrupamento em famílias.

Ainda não adotamos no Brasil uma classificação dos aços para ferramentas; nossos desenhos e projetos costumam referir-se especificamente a determinado aço, por seu nome comercial, o que é uma prática condenável. Usaremos a classificação SAE para aços-ferramentas, no qual estes são agrupados em famílias, segundo suas propriedades principais, sendo dado a cada família uma letra designativa; a diferenciação entre eles faz-se por meio de um número, composto à letra. Ex. SAE–D1 é um aço para ferramentas, da série D, (aço indeformável de alto cromo e carbono ), de composição química padronizada 1% de carbono, 12% de cromo e 1% de molibdênio. Principais características das famílias de aços da classificação SAE SÉRIE “W” AÇOS DE CARBONO, PARA FERRAMENTAS Com efeito, na relação de materiais para ferramentas, os aços ao carbono devem constituir o ponto de partida das decisões; o uso de materiais ligados, é consequentemente bem mais caros, justifica-se somente quando a ferramenta em projeto exigir propriedades especiais, que justificam esse aumento de custo. Caracterizam-se os aços da série W, por uma temperatura superficial de alta dureza e resistência à abrasão, seguida de um núcleo macio e tenaz. Os aços ferramentas ao carbono aparecem no mercado norte-americano, em 4 graus de qualidade, classificados pela SAE nos 4 grupos abaixo: Grupo I ou especial - são aços obtidos através de apurada técnica, submetidos a rígidos testes de recebimento e fornecidos com certificado de temperabilidade. A composição química também obedece a limites rígidos. Grupo II ou extra - são aços também garantidos quanto a temperabilidade, submetidos a testes capazes de comprovar sua qualidade para fins de aplicação geral.

Grupo III ou standard - são recomendáveis para aplicação em que seja possível tolerar-se certa margem ou faixa de uniformidade, e não são controlados quanto à temperabilidade.

Grupo IV ou comercial - são os aços não sujeitos a testes especiais de

qualidade e sem garantia de temperabilidade. Os tipos contendo vanádio apresentam estrutura fina e uniforme; o cromo é por vezes adicionado nos aços SAE – W, para aumento de temperabilidade e garantia contra a formação de pontos moles na têmpera.

7

SÉRIE “S’’ AÇOS RESISTENTES AO CHOQUE Os aços da série S foram originalmente concebidos para uso de molas, sendo portanto de alta resistência à fadiga e ao choque; possuem além disso boas propriedades de resistência ao desgaste. Sua temperabilidade é intermediária; pode ser aumentada pelo cromo, quanto este aparece em sua composição, ou pelo molibdênio. SÉRIE “O” AÇO PARA TRABALHO FRIO DE TÊMPERA EM ÓLEO Os aços desta série, dado o seu teor em elementos de liga, tem maior temperabilidade que os da série W, dos quais se aproximam pelo teor em carbono elevado; o alto teor de carbono permite o seu uso em matrizes de dar forma ou de corte para pequenas produções. SÉRIE “A” AÇOS DE MÉDIA LIGA E TÊMPERA AO AR PARA TRABALHO A FRIO Os aços da série A tem como principais elementos de ligação o manganês, o cromo e molibdênio, com a finalidade de aumentar sua temperabilidade e permitir endurecimento ao ar como menores distorções e riscos de trinca, o alto teor de carbono garante-lhes grande resistência à abrasão. São mais que os aços da série D e apresentam o mesmo grau de deformação na têmpera, com maior resistência a choques e menores temperaturas de tratamento. SÉRIE “D” AÇOS PARA TRABALHO FRIO, DE ALTO CROMO E ALTO CARBONO Os aços da série D apresentam excepcional resistência à abrasão, devido ao alto teor de carbonetos, são altamente resistentes ao desgaste. São de têmpera ao ar, também graças ao alto teor de cromo, reforçado ainda por vezes com adições de molibdênio e tungstênio. A dosagem de seus elementos de liga, associada à característica de têmpera ao ar, empresta aos aços da série D grande estabilidade de dimensões e baixo empeno na têmpera. Tem baixa resistência ao choque. SÉRIE “H” AÇOS PARA TRABALHO QUENTE, AO CROMO, ( H-11 a H-16 ) E AO TUNGSTÊNIO, ( H-20 a H-26 ) Os aços para trabalho a quente série H-11 até H-16 tem como principal elemento de liga o cromo, podendo ainda conter vanádio, tungstênio e molibdênio. O carbono é baixo, bem coimo o teor em elementos de liga, o que lhes dá boa resistência ao choque, quando na dureza normalmente usadas, de 40 a 55 Rc. Os aços H-11, H-12 e H-13 foram inicialmente pesquisados para a fundição sob pressão, de ligas de alumínio. Os requisitos para tal eram: endurecimento ao ar, pouca distorção na têmpera, portanto baixa temperatura de austenitização, mínima tendência à formação de óxidos pelo resfriamento ao ar, resistência as trincas chamadas ‘’ fire

8

checkings ‘’ devidas ao aquecimento e resfriamento alternados, resistência à ação erosiva do alumínio, e baixo custo, isto é, relativamente baixo teor de elementos de liga. Mais tarde tornaram-se de uso geral em trabalhos a quente. SÉRIE “T” AÇOS RÁPIDOS AO TUNGSTÊNIO Os aços rápidos devem as suas excepcionais qualidades de resistência à abrasão, a grande quantidade de carboneto duros existentes em sua micro estrutura. Dado seu alto teor em elementos de liga são materiais de alto custo e relativamente difícil tratamento térmico; por esse motivo nos estenderemos um pouco mais na descrição de algumas propriedades e aspectos particulares da sua estrutura interna. SÉRIE “M” AÇOS RÁPIDOS AO MOLIBDÊNIO Os rápidos ao molibdênio são poucos usados no Brasil, motivo por que não nos deteremos muito em sua descrição; enquanto nos Estados Unidos seu preço alcança cerca de 30% menos que o dos aços rápidos ao tungstênio de mesma categoria, no Brasil ocorreria o inverso, pela escassez do molibdênio entre nós. A produção dos rápidos ao molibdênio, nos Estados Unidos alcança 85% do total. SÉRIE “L” AÇOS DE BAIXA LIGA, PARA FINS ESPECIAIS

Os aços L são em geral de têmpera em óleo, exceto para os L1 e L3 que normalmente são temperados em água. L6 e L7 são mais conhecidos; tem baixo teor de elementos de liga. O L6 é semelhante ao aço W de 0.70% de carbono, mas o maior teor em elementos de liga dá maior temperabilidade e maior resistência aos desgastes. É relativamente tenaz e de baixa deformação de têmpera, pois é de resfriamento em óleo. Tem emprego em punções, matrizes de rebarbar, etc. SÉRIE “F” AÇOS AO CARBONO TUNGSTÊNIO Nestes aços e carbono e o tungstênio combina-se para formar carbonetos complexos de ferro e tungstênio, o que lhe dá maior resistência ao desgaste que a encontradas em aços da série W, com os quais se parecem. A temperabilidade é baixa, exceto no caso F3, no qual o cromo é usado para permitir têmpera em óleo. A falta de resistência à abrasão dos aços da série F torna-os adequados a ferramentas sujeitas a desgastes elevado, como espátulas de odontologia, matrizes de extrusão, etc. SÉRIE “P” AÇOS DE BAIXO CARBONO, PARA MOLDES DE PLÁSTICOS A classificação SAE para os aços – ferramentas designa com as siglas P1 até P6, mais os aços P20 e PPT, estes produtos especiais para a fabricação de moldes para a

9

industria de plásticos. Estes aços, mais propriamente ferro, caracterizam-se pelo baixo teor de carbono, além de baixo silício e manganês. Alguns possuem cromo, níquel e molibdênio. O baixo teor de carbono torna-os suficientemente plásticos para que possam ser prensados e tomem a forma da estampa a ser usada na fabricação do objeto de plástico. Para essa operação, denominada “cold hubbing”, a dureza deve ser inferior a 90 BNH. Aços Rápidos O Aço Rápido é um aço ferramenta de alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio, cobalto e nióbio, assim designado pois quando do seu desenvolvimento, em 1905, era o material de ferramenta que suportava as maiores velocidades de corte. É um material tenaz, de elevada resistência ao desgaste e elevada dureza a quente (se comparado com os aços carbono usados para ferramentas), podendo ser utilizados até temperaturas de corte da ordem de 6000C. A estrutura metalográfica do aço rápido no estado temperado é martensítica básica com carbonetos encrustrados. A estrutura básica confere ao material a sua dureza a quente, a qual é tanto maior quanto mais elementos de liga são dissolvidos durante o tratamento térmico e permanecem dissolvidos depois. O tipo e o número de carbonetos duros que se formam são responsáveis pela resistência à abrasão. A tenacidade do aço rápido depende dos elementos de liga e do grau de dissolubilidade destes. Em geral os aços rápidos resistentes à abrasão são pouco tenazes e vice-versa. Outra propriedade do aço rápido é sua alta dureza em temperatura ambiente. Os tipos convencionais de aços rápidos estão representados na tabela 1. Em princípio, há duas categorias de aços rápidos: a categoria “T” que compreende os tipos predominantemente ao tungstênio e a categoria “M” que compreende os tipos predominantemente ao molibdênio. Estas categorias, por sua vez, são divididas em duas subcategorias contendo ambas cobalto. Tem-se pois os tipos ao W, indicados nas classificações AISI e SAE com a letra ‘T’, os tipos W-Co ainda indicados naquelas classificações com a letra ‘T’, os tipos ao Mo e ao Mo-Co, ambos indicados nas classificações AISI e SAE com a letra “M”. Como se pode verificar na tabela 1, todos os tipos de aço rápido contém ainda cromo e vanádio.

Tabela 1

10

Tabela 2

Efeito dos elementos de liga nos aços rápidos Carbono: Como nos aços carbono, atua no sentido de aumentar a dureza do material. Também possibilita a formação de carbonetos, que são partículas duras e resistentes ao desgaste. Os rápidos ao tungstênio tem um teor de carbono em torno de 0,7% esse teor de carbono, e o alto teor de elementos de liga, são suficientes para formar grande número de carbonetos resistentes ao desgaste. Um baixo teor de carbono nos aços rápidos ao tungstênio ou ao molibdênio causará o aparecimento de apreciáveis quantidades de ferrita, na temperatura de têmpera, resultando portanto em baixa dureza após o tratamento. É importante pois evita-se a descarbonetação do material no tratamento. Por outro lado, um aumento no teor de carbono causa decréscimo em sua temperatura de fusão; qualquer carbonetação superficial, especialmente nos rápidos de mais alto carbono, pode levar à formação de fusões superficiais localizadas, o que não raro acontece na prática.

11

Tungstênio e Molibdênio: O tungstênio está sempre presente nos aços rápidos. O molibdênio é introduzido como seu substituto, gerando a outra classe de aços rápidos. Ambos formam carbonetos responsáveis pela elevada resistência ao desgaste e dureza a quente destes aços. Como o molibdênio tem um peso atómico menor que o do tungstênio (cerca da metade), ao ser adicionado na mesma porcentagem em peso, produzirá o dobro de átomos para ligar-se ao carbono do aço. Nestas condições, usa-se 1% de molibdênio para substituir 1,6 a 2,0% de tungstênio. Cromo: Juntamente com o carbono é o principal responsável pela alta temperabilidade dos aços rápidos. O cromo aparece em quase todos os aços rápidos, num teor de 4%, esse exato teor parece ser aquele que resulta num melhor compromisso entre dureza e tenacidade da ferramenta. O cromo é o principal responsável pela alta temperabilidade dos aços rápidos, que devem a esse elemento de endurecimento ao ar. Vanádio e Nióbio: A cada 1% de vanádio acrescentado precisa-se aumentar o teor de carbono em 0,25% para a formação de carbonetos. O carboneto de vanádio é o carboneto mais duro encontrado nos aços rápidos. Os aços com alto teor de carbono e vanádio são os que possuem melhor resistência ao desgaste. O vanádio tem sido substituído pelo nióbio, que tem características semelhantes e, no Brasil, é mais barato.O vanádio aumenta também a dureza a quente dos aços rápidos. Cobalto: Seu principal efeito nos aços rápidos é aumentar-lhes a dureza a quente. A necessidade de cortar-se materiais com cavacos descontínuos, as altas velocidades e grandes profundidades de corte justifica o seu uso. A tendência à descarbonização aumenta com o teor de cobalto. A temperatura de fusão também aumenta, o que permite o uso de maiores temperaturas de têmpera, mas propicia maiores quantidade de austenita retida. Aços Rápidos com Cobertura Para diversas ferramentas de usinagem tais como brocas, machos, alargadores, brochas, cortadores de dentes de engrenagens e alguns tipos de fresas, a aplicação de materiais mais resistentes ao desgaste que o aço rápido, como o metal duro ou material cerâmico, é muito restrita devido à forma e dimensão destas ferramentas e às condições das operações de usinagem que as empregam. Assim, o desenvolvimento destas ferramentas tem caminhado no sentido da melhoria das condições do próprio aço rápido, através, principalmente, da aplicação de uma camada de cobertura de um material mais resistente ao desgaste, como o nitreto de titânio (mais utilizado) e o carbonitreto de titânio. Tal camada possui as seguintes características:

• alta dureza, da ordem de 2300 HV; • elevada ductilidade; • redução sensível do caldeamento a frio (evita a formação da aresta postiça

de corte); • baixo coeficiente de atrito; • quimicamente inerte; • espessura de 1 a 4 μm; • ótima aparência.

12

A aplicação em escala industrial de revestimentos de nitreto de titânio (TiN) em

ferramentas de usinagem começou na década de 60 quando, através do processo CVD (deposição química a vapor), começou-se a revestir ferramentas de metais duros. Tal revestimento não pôde na época ser aplicado ao aço rápido, pois este processo de revestimento é realizado em temperaturas da ordem de 1000 ºC, acima da temperatura de revenimento dos aços. Por volta de 1980 foi desenvolvido o processo PVD (deposição física a vapor) que é realizado em temperaturas na faixa de 450 a 500 ºC, temperatura esta que não prejudica o tratamento térmico já realizado nos aços rápidos. O PVD é realizado em uma câmara de alto vácuo com a presença de um gás inerte, o argônio. A presença da camada de revestimento de TiN faz com que o corte aconteça com esforços menores, devido ao seu baixo coeficiente de atrito. Devido ao fato desta camada possuir alta dureza (tanto a frio, quanto a quente) e também ao pequeno atrito, os desgastes são menores, principalmente o desgaste na superfície de folga da ferramenta. Existe uma menor tendência à formação da aresta postiça de corte, porque, como foi visto acima, uma das características desta camada é a redução do caldeamento a frio. Nas mesmas condições de corte então, a ferramenta revestida tem uma vida bem maior que a não revestida. Além disto, mesmo depois de reafiada, a ferramenta revestida ainda é ligeiramente mais eficiente que uma não revestida, pois com a afiação, a ferramenta perde a camada de revestimento somente em sua superfície de saída (ou de folga, dependendo da afiação), mantendo a camada na outra superfície. A figura 1 mostra duas curvas de profundidade total usinada durante uma vida de brocas de aço rápido versus velocidade de corte e avanço, mostrando a melhoria que o revestimento de TiN provoca no desempenho da ferramenta. A tabela 5.2 mostra que este revestimento também é eficiente quando aplicado em fresas.

Figura 1

13

Tabela 3

É lógico que uma ferramenta revestida é bem mais cara que uma não revestida. Mas quando se leva em conta que a vida da ferramenta é maior e que o tempo de corte é menor devido às maiores velocidades de corte e avanço que ela possibilita, tem-se que o tempo para a usinagem total de uma peça diminuir bastante, não só pela diminuição do tempo de corte, mas também diminuição do número de paradas da máquina para a troca de ferramentas. Assim, muitas vezes a utilização de uma ferramenta revestida se justifica economicamente, principalmente quando as máquinas que realizam a usinagem são caras, como é o caso de centros de usinagem a controle numérico que perfazem boa parte dos processos atuais que utilizam ferramentas de Aço Rápido. Também quando a ferramenta é cara, tanto no que diz respeito à sua produção, quanto à sua afiação (como é o caso dos cortadores de dentes de _ engrenagens e das brochas), o custo do recobrimento com T1N, relativamente não é tão alto e, assim, a maioria destas ferramentas é utilizada com cobertura.

Um outro ponto de interesse na utilização de brocas revestidas com TiN é a qualidade obtida no furo. Em ensaios realizados por Rauscher (1990) constatou-se que após o 50 ºC furo usinado por uma broca não revestida, a rugosidade do furo era Rt=27 μm e Ra= 10 μm, enquanto uma broca revestida obteve Rt= 8 μm Ra= 4 μm. Esta mesma broca conseguiu uma rugosidade superficial do 300 ºC furo de Rt= 13 μm e R = 6 μm.

Devido à formação diferente do cavaco e à utilização de maiores avanços e velocidades de corte, existe a necessidade de modificação da geometria da ferramenta quando o TiN é aplicado em brocas, a fim de que o maior volume de cavaco formado possa ser removido sem danos para a peça ou ferramenta. Assim, novas geometrias já foram desenvolvidas incorporando um maior ângulo de hélice (ou de saída) da broca e uma nova geometria dos canais da broca que facilitam esta remoção. Além disto, estas brocas com novas geometrias possuem aresta principal de corte convexa, ângulo de ponta de 130º (ao invés dos 118º da geometria convencional) e aresta transversal de corte afinada pela afiação em cruz. Este tipo de broca resulta em menores esforços de corte e maior vida da ferramenta.

Pode-se dizer que, atualmente, a grande maioria das ferramentas mais caras de aço rápido, como brochas e cortadores de dentes de engrenagens, são recobertas com TiN. Outros tipos de ferramentas, como brocas helicoidais e fresas de aço rápido também apresentam uma percentagem relevante de modelos já recobertas.

14

Tratamentos térmicos nos aços-ferramentas e aços rápido Os aços-ferramentas não raro elevado teor de carbono e de elementos de liga, embora isso não seja uma regra geral. Por isso mesmo, seus tratamentos térmicos são mais complexos, e mais sujeitos a riscos, devendo merecer especial atenção das oficinas em que são realizados. Por outro lado, a imensa variedade de tais aços, torna o seu trabalho de seleção e tratamento adequado uma tarefa por vezes difícil. A temperatura de têmpera varia segundo o teor de Wo e Cr encontra-se geralmente entre 1100 ºC e 1300 ºC, utilizando-se a última temperatura em ferramentas grossas e em aços que contenham grandes teores de Wo e Cr e teor de carbono superior a 0,7%. O aquecimento deverá ser feito lentamente até 850 ºC e alcançando a temperatura se elevará rapidamente com fim de evitara descarburação. Os banhos de têmpera empregados são: ar para resfriamento lento; banhos líquidos de chumbo ou de sais fundidos para resfriamentos rápido; azeite de baleia, porco, água fervendo, etc. para resfriamento mais rápido. O revenido é efetuado entre 400 e 500 ºC, Abaixo algumas curvas de revenido de aços rápidos.

Figura 2 Kljl; ioop

15

Seleção Para a seleção criteriosa do material da ferramenta, uma série de fatores devem

ser ponderados, dentre os quais podem ser mencionados os seguintes: • material a ser usinado - a dureza e o tipo de cavaco formado são duas das

características do material da peça que devem ser levadas em conta na escolha do material da ferramenta;

• processo de usinagem - alguns tipos de processo que utilizam ferramentas rotativas de pequeno diâmetro, ainda utilizam bastante materiais de ferramentas mais antigos (como o aço rápido), devido às altas rotações necessárias para se conseguir as velocidades de corte compatíveis com materiais mais nobres de ferramentas;

• condição da máquina operatriz (potência, gama de velocidades, estado de conservação, etc...) - máquinas-ferramentas antigas, com folgas, baixa potência e rotação exigem materiais de ferramentas mais tenazes e que não requeiram alta velocidade de corte;

• forma e dimensões da ferramenta - ferramentas de forma não padronizada, muitas vezes são feitas de aço rápido ou de um tipo de metal duro que possa ser soldado ao cabo (metal duro que suporte choques térmicos). Ferramentas rotativas de pequeno diâmetro são geralmente feitas de aço rápido devido ao fato de necessitarem de rotações muito altas para conseguirem velocidades de corte compatíveis com um material de ferramenta mais nobre;

• custo do material da ferramenta - alguns materiais de ferramenta, apesar de conseguirem maior vida da ferramenta e/ou maior produção, muitas vezes não apresentam uma relação custo/beneficio razoável;

• condições de usinagem - condições de usinagem típicas de acabamento (alta velocidade de corte, baixos avanço e profundidade de usinagem, em peças que já sofreram uma operação anterior de usinagem e, portanto, não apresentam excentricidade, casca endurecida, etc.) exigem ferramentas mais resistentes ao desgaste. Em operações de desbaste (baixa velocidade de corte, altos avanço e profundidade de usinagem, com peças que apresentam camada endurecida, excentricidade, etc..) a ferramenta deve apresentar maior tenacidade, em detrimento da resistência ao desgaste;

• condições da operação - se o corte for do tipo interrompido e/ou o sistema máquina-peça-ferramenta-dispositivo de fixação for pouco rígido, exige-se uma ferramenta mais tenaz.

Qualquer que seja o material para ferramenta em consideração, é necessário que ele apresente uma série de requisitos de menor ou maior importância, dependendo dos diversos fatores citados acima. Três das principais características são: a) dureza a quente - dependendo do tipo de operação, a temperatura da ferramenta pode ultrapassar 1000 ºC. Então, cada vez mais se procura materiais de ferramentas que possam atingir esta temperatura com dureza suficiente para suportar as tensões do corte; b) resistência ao desgaste - significa principalmente resistência ao desgaste por abrasão, isto é, resistência ao atrito. Esta propriedade está muito ligada à dureza a quente do material; c) tenacidade - que representa a quantidade de energia necessária para romper o material. Uma ferramenta tenaz resiste bem aos choques inerentes do processo; d) estabilidade química - para evitar o desgaste por difusão que, é bastante importante em altas velocidades de corte.

16

Para o caso de aços para ferramentas, pode-se acrescentar outras características como temperabilidade, tamanho de grão, etc.. Uma outra propriedade importante é a resistência aos choques térmicos (principalmente em processos com corte interrompido, como o fresamento). Não existe uma classificação geral de materiais para ferramentas. Entretanto, com base nas suas características químicas, eles podem ser agrupados da seguinte maneira: • aços rápidos; • aços rápidos com cobertura; • coronite ( ferramenta desenvolvida pela Sandivik Coromant ); • metal duro; • metal duro com cobertura; • material cerâmico; • nitreto de boro cúbico; • diamante. Os materiais citados acima estão em ordem crescente de dureza a quente e resistência ao desgaste por abrasão. Em geral, quando se aumenta a dureza a quente e a resistência ao desgaste por abrasão, cai a tenacidade do material. Data Material Dureza

HV Temperatura Crítica

<1900 Aço ferramenta 0,8 a 1,5 % de C

650-730 250

1900 Aço rápido comum (Mo) 750-800 520 - 600

1922 Ligas fundidas 700-800 1927 Carboneto de tungstênio 1500-1800 1100 Cerâmica 1600-2200 1400 1957 CBN 3500-4000 1500 1957/1973 Diamante policristalino 4000 800

Tabela 4

17

1

2

PKD

PCBN

CERÂMICAÓXIDA

CERÂMICAÓXIDA

METAL DURO REVESTIDO

METAL DUROCONVENCIONAL

AÇO RÁPIDO COM REVESTIMENTO (TiN)

AÇO RÁPIDO CONVENCIONAL

TENACIDADE E RESISTÊNCIA À FLEXAO

MATERIAL DECORTE IDEAL

RESISTÊNCIAAO DESGASTEE DUREZA ÀQUENTE

METAL DUROREFINADO

Figura 3 -Tenacidade x Dureza AÇO FERRAMENTA 0,8 a 1,5 % de C Vantagens Desvantagens Aplicações atuais • ⇓ Preço • ⇑Tenacidade • Trat. Térmico simples

• ⇓ vc 5 a 10 m/min

Brocas p/ madeira Ferramentas agrícolas

AÇO RÁPIDO Nome comercial: VW –Super (Villares), 18-4-1 Estrutura: Matriz de martensita com carbonetos encrustados Composição típica: W, Mo, Cr, V, Co, Ni

1. comum (1900) Vantagens Desvantagens Aplicações atuais • ⇑ vc = 20 a 28 m/min

⇓ tenacidade ⇑custo Trat. term. complexo

operações a baixa velocidade, cortes interrompidos máquinas com baixa potência

2. com cobalto (1921)

Vantagens Desvantagens Aplicações atuais • ⇑ vc • ⇑ Dureza a quente • ⇑ Resist. ao desgaste

⇓ tenacidade ⇑ forjamento

18

3 revestido com TiN (1980)

Vantagens Desvantagens Aplicações atuais • ⇑ Resist. ao desgaste

devido o TiN • ⇑ Reduz a formação de

aresta postiça • Isolante térmico

⇑ aumenta o arredondamento da aresta e da Fp

Conclusão Os aços-ferramenta atualmente são pouco utilizados para usinagem, devido a isso comentamos um pouco sobre os aços rápidos e algumas de suas características. Seu emprego após o aparecimento do aço rápido reduziu-se a aplicações secundárias como: ferramentas usadas em pequenas oficinas, oficinas de reparos, ferramentas utilizadas uma única vez ou para poucas peças, ferramentas de perfil para usinagem de forma na usinagem de latão e ligas de alumínio. Normalmente sua composição é modificada para melhorar sua qualidade, podendo ser adicionadas pequenas quantidades de cromo, vanádio e tungstênio. As qualidades que justificam o emprego dos aços ferramenta são: Preço, facilidade de usinagem, tratamento térmico relativamente simples, quando bem temperado eleva-se dureza e resistência ao desgaste. As características principais que um material utilizado para ferramenta deve Ter são: elevada dureza a frio bem superior a da peça, elevada dureza a quente, tenacidade, resistência a abrasão, estabilidade química. Os aços-ferramenta perdem sua dureza o que os limita, pelo fato de poderem operarem em temperaturas relativamente baixas. A seleção dos materiais para ferramenta normalmente é complexa devido ao grande número de variáveis que envolvem a usinagem, muitas delas muitas vezes randômicas, devido a isso fora somente citadas algumas dessa variáveis, e as exigências sob os materiais para ferramenta.

Referências Bibliográficas STEMMER, E. C., “Ferramentas de corte I”, Ed. UFSC, Florianópolis, 1995. SANDIVIK COROMANT, “Herramientas de tornear”, 1993/9. RAUTER, R. O., “Aços ferramenta”, Ed. UFSC , Florianópolis, 1985. ANSELMO E. DINIZ, FRANCISCO C. M. e NIVALDO L. COPPINI, “Tecnologia da usinagem dos materiais”, 2 ed., São Paulo, 2000/8. FREIRE, J.M., “Tecnologia do corte”, Rio de Janeiro, 1977. CASILLAS, A. L., “Ferramentas de corte”, São Paulo, 1968.