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Índice
Página 2 – Resumo
Página 3 – Aço Rápido
Página 3 - Composição Química; Página 3 - História
Página 5 – Metal Duro
Página 6 – Cobertura
Página 7 – Interessante
Página 7 - Até que ponto as pastilhas de metal duro são aplicáveis? Página 7 - Como se chegou a tanto nas duas últimas décadas? Página 8 - Os processos de fabricação estão mudando muito? Página 9 - É possível desenvolver mais os conceitos já existentes? Página 10 - Isso garante os meios para a usinagem sem refrigeração?
Página 10 - Por que se quer tanto usinar sem refrigeração?
Página 12 – Conclusão
Página 13 – Bibliografia
Resumo:
Vimos através deste trabalho mostrar o que é Aço Rápido e
Metal Duro, desde as suas características Físicas, Químicas,
aplicações e beneficiamento.
Em meados de 1899, Frederick Taylor e Maunsel White, trabalhando na Bethlehem Steel, PennsylvaniaEUA, fizeram extensivos testes com os melhores aços ferramenta, aquecendos a temperaturas muito mais altas do que as utilizadas na industria. Taylor elaborou estudos para determinação das velocidades e profundidades de corte da usinagem de metais.
O aço rápido revolucionou a prática de usinagem naquela época, dando um grande aumento na produtividade. As velocidades de corte puderam ser aumentadas em uma ordem de grandeza: de 3 a 5m/min com ferramentas de aço carbono para 30 a 35 m/min com os aços rápidos. Exatamente por isso, estes aços levaram este nome.
Metal duro
Metal duro é o nome dado a uma liga de carboneto de tungstênio, produzido por metalurgia do pó, Metal duro é o nome dado a uma liga de carboneto de tungstênio, produzido por sinterização de uma mistura de pós de carboneto e outros materias de menor ponto de fusão, chamados aglomerantes (cobalto, cromo, níquel ou uma combinação deles).
Após a prensagem, o composto já tem consistência suficiente para ser usinado na forma desejada, ou bem próximo dela. Ocorre a seguir o processo de sinterização, aquecimento a uma temperatura suficiente para fundir o aglomerante, que preenche os vazios entre os grãos dos carbonetos. O resultado é um material de dureza elevada, entre 75 e 90 HRa, dependendo do teor de aglomerante e do tamanho de grão do carboneto. A maiores durezas são conseguidas com baixos teores de aglomerante e tamanho de grão reduzido. Por outro lado maior tenacidade é obtida aumentando o teor de aglomerante e/ou aumentando o tamanho de grão.
As ferramentas de corte, onde a propriedade desejada é elevada dureza, tem teores baixos de aglomerante, menos de 5%. Já em discos de laminação, onde a resistência ao impacto passa a ser vital, é necessário perder um pouco da dureza para conseguir um mínimo de tenacidade. Nesse caso, dependendo da aplicação, o teor de aglomerante pode chegar a 30 ou 35%.
Seu advento no final da decada de 20, na Alemanha, quando Karl Schröter conseguiu produzir em laboratório WC em pó pela primeira vez, provocou o segundo grande impulso na área dos materiais de ferramenta de corte (o primeiro foi com o surgimento do aço rápido). Com os metais duros, as velocidades de corte puderam ser aumentadas na usinagem de aço comum, e passou a ser possível a usinagem de materiais endurecidos como cilindros de ferro fundido para laminação.
Na época, quando foram verificadas as excelentes propriedades de dureza e resistência ao desgaste desse material, os alemães logo o batizaram de widia (de wi e dia mant do alemão, como diamante ), fazendo referência à semelhança das propriedades desse material com as do diamante, o que até certo ponto é um exagero. Materiais descobertos posteriormente como o CBN (nitreto cúbico de boro) merecem mais essa honraria.
As ferramentas de metal duro revolucionaram a indústria, pois permitem avanços e velocidades de corte maiores no processo de usinagem, e a fabricação de discos e anéis para cilindros de laminação com capacidade de laminar até 10 vezes mais entre reusinagens que os equivalentes em ferro fundido, reduzindo assim os câmbios de cilindros que interrompem a produção. Devido sua alta dureza, elas tendem a quebrar, submetidas a paradas repentinas ou esforços muito grandes, para minimizar o problema, várias soluções foram apresentadas novas coberturas e geometrias de corte para seu maior rendimento e vida útil.
O segundo grande impulso na área dos materiais de ferramenta de corte aconteceu com o aparecimento do metal duro (o primeiro foi com o surgimento do aço rápido). Com os metais duros, novamente, as velocidades de corte puderam ser aumentadas em praticamente uma ordem de grandeza: de 35 m/ min com os aços rápidos para 250 a 300 m/min com os metais duros. O advento desta classe aconteceu no final da decada de 20, na Alemanha, quando Karl Schröter conseguiu produzir em seu laboratorio WC em pópela primeira vez. A mistrura deste pó principalmente com o cobalto, também em pó. trouxe ao mercado, na decada de 30, um dos mais fantásticos grupos de materias de ferramentas de corte: o metal duro.
A grande aplicação dos metais duros, que são fabricados por processo de metalurgia em pó, se deve ao fato deles possuírem a combinação de resistência ao desgaste, resitência mecânica e tenacidade em altos níveis.
performance em cada umas principais áreas de aplicação em usinagem. Tais classes também abrangem aquelas desenvolvidas para usinar materiais adicionais, sendo, por isso, otimizadas para aplicações ainda mais específicas. As classes de pastilhas assim desenvolvidas já provaram ser, de longe, o melhor caminho para que o usuário obtenha reduções significativas de custos de produção em razão de produtividade mais alta, qualidade melhorada do produto e uma vida útil confiável e previsível das ferramentas.
Como se chegou a tanto nas duas últimas décadas?
À primeira vista, o rápido desenvolvimento das classes de metal duro com revestimento pode parecer surpreendente, uma vez que as coberturas multicamadas usadas hoje permaneceram as mesmas por mais de uma década. Uma pastilha moderna com cobertura é feita de combinações de óxido de alumínio (Al2O3), carboneto de titânio (TiC), nitreto de titânio (TiN) e carbonitreto de titânio (TiCN). Isso implica novas tecnologias de processo e um contínuo aperfeiçoamento dos métodos de fabricação. É esta a chave para o sucesso das atuais classes. Esse tipo de evolução é o mesmo que tem sido bem sucedido em muitos outros ramos da engenharia, e um bom exemplo disso é o desenvolvimento de um motor de carro standard.
O óxido de alumínio, também chamado de alumina, é ideal para muitas aplicações dentro da usinagem porque é, como a cerâmica, muito duro, portanto resistente ao desgaste; com baixa condutividade térmica, ou seja, oferece boa barreira térmica; e alta estabilidade química, não reagindo prontamente com os materiais das peças. Embora sua resistência às altas temperaturas seja digna de nota, sua maior vantagem é ser pouco quebradiço em volume. As cerâmicas são por natureza quebradiças e não mostram evidências de deformação plástica antes da quebra.
Como cobertura, porém, o óxido de alumínio tem bom desempenho uma vez que é suportado por um tenaz substrato de metal duro. A cobertura de alumina tem sido aplicada em várias gerações de classes tipo GC e também é o principal material da cobertura das classes série GC 4000, que hoje lideram a usinagem em termos de performance.
Os processos de fabricação estão mudando muito?
Certamente. A maioria dessas classes de pastilhas é revestida com Al2O3 pelo processo CVD (Chemical Vapour Deposition, ou Deposição Química de Vapor) e é bom lembrar uma antiga desvantagem sua: a alta temperatura durante o processo de revestimento poderia prejudicar o metal duro. Este problema já foi completamente superado e a cobertura CVD pode ser aplicada com alta sofisticação, permitindo um controle total das propriedades da classe. Hoje há também novos processos, como, por exemplo, o CVD por plasma em temperatura ambiente, que pode ser usado para aplicação de coberturas a baixas temperaturas.
Atualmente, mesmo nossa classe mais tanto com refrigeração quanto sem ela.
O motivo de o desenvolvimento de novas tecnologias de processo ser tão importante para a melhoria da capabilidade de performance das classes com cobertura é que isso permitiu novos graus de controle da estrutura, do estado de tensão e das interfaces de ligação entre o substrato e a cobertura. Com isso, o óxido de alumínio, com todas as suas vantagens, tem sido até mais aplicável enquanto cobertura, já que os antigos efeitos adversos relativos ao substrato e à qualidade da adesão foram superados. Coberturas mais espessas podem, assim, ser aplicadas, gerando maior proteção para a pastilha e possibilitando que ela suporte temperaturas mais elevadas em tempos de corte mais longos. O substrato de metal duro não ficou à margem desses desenvolvimentos tão positivos. Ao contrário, também se beneficiou deles. Sendo deformação plástica e, consequentemente, mais apropriada para trabalhar sem refrigeração.
De que forma esse desenvolvimento chega às indústrias?
Hoje nós trabalhamos muito perto das fábricas usuárias para o desenvolvimento de classes, porque esta é a melhor maneira de nos certificarmos de que obtivemos as especificações corretas do produto e de que os resultados finais dos nossos próprios métodos de testes são confiáveis. As necessidades das fábricas e a direção para a qual elas irão no futuro são um “input” muito importante. Nossos métodos de testes em laboratório estão em constante evolução, para garantir que o desenvolvimento de nossas classes atenda a essas necessidades. A posição e abrangência global de nossa empresa, como líder de mercado, juntamente com seus técnicos especializados em diferentes mercados, fundamentam o sucesso deste trabalho. Muitos usuários finais nos perguntam sobre as classes apropriadas para a usinagem sem refrigeração. E esta pergunta nos dá a oportunidade de falar muito direta e positivamente das nossas novas classes. A vantagem de ter desenvolvido a capacidade de aplicar coberturas de óxido de alumínio mais espessas da melhor maneira em substratos melhores e mais resistentes à deformação plástica nos proporcionou classes idealmente apropriadas também para usinagem sem refrigeração.
É possível desenvolver mais os conceitos já existentes?
Dispomos de uma gama de tecnologias de fabricação com as quais podemos trabalhar para otimizar as propriedades de cada classe para uma certa área de usinagem. Partimos delas para refinar os conceitos que já existem ao mesmo tempo em que desenvolvemos novas tecnologias a serem incluídas nessa gama. Isso é um desafio e tanto, porque a exigência básica para que uma nova classe seja validada é que ela tenha uma performance pelo menos 30% melhor na usinagem que as classes já disponíveis. Embora haja a possibilidade de inúmeros materiais de ferramentas e conceitos novos serem introduzidos no futuro, o principal material para ferramentas de usinagem continuará a ser o metal duro, e é possível refinar as suas propriedades usando novas tecnologias de processo e de pó. A completa inovação nessa área não corre o risco de estar descartada.
Além de aspectos referentes ao meio ambiente, à saúde humana e ao custo, o uso de refrigerantes na usinagem a altas velocidades (HSM) nas atuais máquinas CNC é questionável também no que se refere à performance. Primeiro, para que ocorra o efeito de resfriamento na zona de corte é necessário aplicar uma grande quantidade de líquido, sempre no ponto certo, durante a rápida movimentação da ferramenta. Em segundo lugar, uma zona de corte com temperatura mais baixa não é necessariamente algo vantajoso, tanto do ponto de vista da aresta de corte quanto da formação de cavacos. Um terceiro ponto é que a oscilação da temperatura durante a usinagem não faz bem à aresta de corte, como, por exemplo, no processo de fresamento, em que as pastilhas entram e saem do corte. A maior parte dos materiais das peças pode ser usinada sem refrigeração se as operações forem adaptadas para isso. Inicialmente é possível que os resultados sejam diferentes, mas também é bastante possível que se obtenha similaridade de resultados. Além da performance significativamente melhorada das classes de metal duro convencionais, houve um desenvolvimento considerável de outros materiais para ferramentas — cermets, cerâmicas, nitreto cúbico de boro e diamante — para a otimização de várias áreas, algumas das quais incluem o torneamento sem refrigeração. Os avanços tecnológicos dos revestimentos também são importantes para essas áreas. Como já tem ocorrido nessas últimas décadas na indústria metalúrgica, novos desafios surgirão, demandando novas soluções mas não necessariamente novos conceitos. A variação da temperatura é mais negativa para o metal duro que a temperatura alta porém constante.
A variação na temperatura é mais negativa para o metal duro que uma temperatura alta mas constante
Conclusão
Nosso grupo conclui que a
