Materiais ultra duro e revestimentos

Resumo: O presente trabalho visa ampliar nossos conhecimentos a respeito das ferramentas de trabalho de materiais ultraduros. Tais ferramentas serão analisadas de acordo com suas propriedades de fabricação e seus revestimentos. As ferramentas de corte de metais ultraduros, têm como principal objetivo o aumento da vida útil da ferramenta. O aumento da velocidade de trabalho, a redução das forças de corte e a redução da tendência à adesão também são objetivos quando se trabalha com essas ferramentas. Este trabalho será apresentado no 3º Seminário em Usinagem de Metais do IFMG – Governador Valadares/MG.

Palavras-chave: ultraduro, revestido, torneamento, ferramenta.

1. INTRODUÇÃO

Nos dias atuais podemos dizer que existe uma grande variedade de propriedades mecânicas desejáveis para uma ferramenta de corte. Dentre elas podemos citar alguma do tipo: dureza, tenacidade, resistência ao desgaste, compressão, cisalhamento, choque térmico, impacto e ser inerte quimicamente. Para que se possa aproveitar de forma adequada cada mecanismo citado acima, e com um custo menor que metais ultraduros como o diamante e outros da classe, foi preciso a criação de revestimentos que torna a ferramenta de metais simples em elevada propriedade mecânica.

O Revestimento de ferramentas de corte tem como principal objetivo o aumento da vida útil da ferramenta, o aumento da velocidade de corte, a redução de custo da ferramenta e uma menor geração de APC.

2. COMPOSIÇÃO DOS MATERIAIS

São considerados ultraduro os materiais com 3000 HV, como exemplo podemos citar:

• Diamante natural:

• Diamante sintético monocristalino;

• Diamante sintético policristalino (PCD);

• Nitreto cúbico de boro sintético monocristalino (CBN);

• Nitreto cúbico de boro sintético policristalino (PCBN);

Devido à sua fragilidade, risco de falha sob impacto e também seu alto custo, o diamante natural tem a sua aplicação limitada como ferramenta de corte, principalmente após o surgimento dos diamantes e CBN sintéticos, que podem substituí-lo com bastante eficiência. Tanto os PCDs como os CBNs podem ser encontrados apenas como uma camada de 0,5 a 1,0 mm, que são brasadas geralmente no metal duro (WC + Co), ou então, mais raramente, como ferramentas totalmente sólidas. O diamante sintético policristalino (PCD) não é usado para usinar materiais ferrosos, há desintegração química quando as temperaturas ultrapassam 700 °C. Ao contrário, o CBN tem-se mostrado excelente na usinagem dos aços, ligas de níquel, titânio, FoFo, etc. Ele mantém sua estabilidade química até a temperaturas da ordem de 1200 °C. O PCBN apresenta uma tenacidade melhor, chegando próxima à do metal duro.

2.1 Revestimentos

A deposição de revestimentos em ferramentas de corte tem como principal objetivo o aumento da vida das ferramentas. Outros efeitos positivos, tais como o aumento da velocidade de corte (o que resulta em uma maior produtividade), redução de forças de corte (menor potência consumida) e redução da tendência à adesão, também podem ser obtidos.

As primeiras referências sobre o estudo dos revestimentos para ferramentas de corte datam da segunda metade da década de 1960. As principais ferramentas revestidas são compostas por um substrato relativamente tenaz de metal duro ou aço-rápido sobre o qual é aplicada uma fina camada de material resistente ao desgaste com granulometria extrafina (carbonetos, nitretos, carbonitretos e óxidos). De forma geral, a utilização de revestimentos confere certas características às ferramentas de corte como:

• Resistência ao calor e ao desgaste;

• Diminuição do choque térmico no substrato;

• Usinagem com velocidades e avanços mais altos;

• Possibilidade de corte a seco ou com mínima quantidade de fluido de corte;

• Melhor acabamento superficial da peça;

• Redução do atrito;

• Redução e até mesmo ausência da aresta postiça de corte;

• Redução do desgaste de cratera e de flanco.

A baixa condutividade térmica dos revestimentos funciona como uma barreira entre o material da peça e o substrato da ferramenta. Devido a esta barreira, a carga térmica no substrato, o atrito, a adesão, a difusão e a oxidação podem ser reduzidos e a resistência à abrasão aumentada.

Quais materiais podem ser revestidos?

• Metal duro sólido (WC);

• Todos os grãos: C2, C5, micro grão, grão ultrafino, etc;

• Todas da Série M e Série T: M2, M42, T15, etc

• Aços Rápidos (HSS);

• HSS sinterizado;

• Entre outros.

As ferramentas podem ser revestidas basicamente por dois processos.

2.1.1 CVD

Processo de deposição química a vapor - CVD (Chemical Vapour Deposition): a deposição dos revestimentos ocorre por meio de reações químicas em uma faixa de temperatura entre 900º. Chemical vapor deposition (CVD) é um processo químico utilizado para a produção de materiais sólidos de alta pureza e de alto desempenho.

O processo é frequentemente utilizado na indústria de semicondutores para produzir filmes finos.

Num processo típico de CVD, a pastilha (substrato) é exposta a um ou mais precursores de voláteis, que reagem e / ou decompõem-se na superfície do substrato para produzir o depósito pretendido. Os gases reagentes são introduzidos numa câmara de reação e são decompostas e reage a uma superfície aquecida de modo a formar a película fina.

2.1.2 PVD

O processo de revestimento em PVD (do inglês Physical Vapour Deposition – deposição física de vapor) foi um dos primeiros processos de revestimento a entrarem no mercado, inicialmente desenvolvidos para ferramentas de corte