Escolhendo seu grau de metal duro:um guia

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Enquanto o termo metalúrgico “graus de metal duro” se refere especificamente ao carboneto de tungstênio (WC) sinterizado com cobalto, o mesmo termo tem um significado mais amplo na usinagem:carboneto de tungstênio sinterizado combinado com revestimentos e outros tratamentos. Por exemplo, duas pastilhas de torneamento feitas do mesmo material de metal duro, mas com um revestimento ou pós-tratamento diferente são consideradas classes diferentes. As combinações de metal duro e revestimento carecem de padronização de classificação, no entanto, diferentes fornecedores de ferramentas de corte usam nomes e métodos de classificação diferentes para suas tabelas de classificação. Isso pode dificultar a comparação de classes para o usuário final, um problema especialmente difícil, uma vez que a adequação da classe de metal duro para uma determinada aplicação afeta drasticamente as condições de corte e a vida útil da ferramenta.

Para navegar nesse labirinto, os usuários devem primeiro entender o que constitui uma classe de metal duro e como cada elemento influencia os diferentes aspectos da usinagem.

O que é o substrato?

O substrato é o material nu do inserto de corte ou ferramenta sólida sob os revestimentos e pós-tratamentos. Normalmente, é composto por entre 80 e 95 por cento de WC. Para dar ao substrato as propriedades desejadas, os fabricantes de materiais adicionam vários elementos de liga. O principal elemento de liga é o cobalto (Co) – níveis mais altos de cobalto levam a uma maior tenacidade, enquanto níveis mais baixos de cobalto levam a uma maior dureza. Substratos muito duros podem atingir uma dureza de 1800 HV e oferecem excelente resistência ao desgaste, mas são muito frágeis e são adequados apenas para condições muito estáveis. Substratos muito resistentes têm uma dureza de cerca de 1300 HV. Esses substratos podem usinar apenas em velocidades de corte mais baixas e se desgastam mais rapidamente, mas apresentam melhor resistência a cortes interrompidos e condições desfavoráveis.

O equilíbrio certo entre dureza e tenacidade é o fator mais crucial ao selecionar uma classe para uma aplicação específica. Escolher uma classe muito dura pode levar a micro quebras ao longo da aresta de corte ou até mesmo a falhas catastróficas. Ao mesmo tempo, uma classe muito tenaz se desgastará rapidamente ou exigirá a diminuição da velocidade de corte, reduzindo assim a produtividade. A Tabela 1 fornece algumas diretrizes básicas para selecionar a dureza correta:

Tabela 1 - Fonte:MachiningDoctor.com

Material	Tornar			Fresagem
	Contínuo	Luz interrompida	Pesado interrompido
Aço	Difícil	Médio	Difícil	Difícil
Aço inoxidável	Difícil	Médio	Difícil	Difícil
Alumínio	Difícil	Médio-difícil	Médio	Médio
Inconel	Muito difícil	Difícil	Médio	Difícil
Titânio	Muito difícil	Difícil	Médio	Médio

O que são revestimentos de metal duro?

A maioria das pastilhas de metal duro modernas e ferramentas de metal duro são revestidas com um filme fino (entre 3 e 20 mícrons, ou 0,0001 a 0,0007 polegada). O revestimento é tipicamente composto por camadas de nitreto de titânio, óxido de alumínio e nitreto de carbono de titânio. Este revestimento aumenta a dureza e cria uma barreira térmica entre o corte e o substrato.

Os revestimentos de ferramentas de corte são adicionados por meio de uma das duas tecnologias principais:

1. CVD (Deposição de Vapor Químico) —As camadas de revestimento CVD podem ter até 25 mícrons de espessura. Essa espessura garante uma barreira térmica eficaz e permite velocidades de corte mais altas em comparação com os revestimentos PVD. Por outro lado, essa mesma espessura impossibilita o revestimento de arestas de corte muito afiadas, e o revestimento é mais propenso a rachaduras e quebras.
2. PVD (Deposição de Vapor Físico) — Os revestimentos PVD variam em espessura de 1 a 8 mícrons. Pastilhas com cobertura PVD precisam operar em velocidades de corte mais baixas quando comparadas com CVD; no entanto, eles são mais resistentes, podem ser aplicados em arestas de corte afiadas e têm superfícies mais lisas que geram menos atrito.

A Tabela 2 fornece um guia básico para selecionar o revestimento mais adequado para diferentes aplicações.

Tabela 2 - Fonte:MachiningDoctor.com

Material	Girando		Corte e ranhura	Fresagem
	Alta velocidade de corte	Baixa velocidade de corte
Aço	CVD	PVD	PVD	PVD / CVD fino
Aço inoxidável	CVD fino	PVD	PVD	PVD / CVD fino
Alumínio	Não revestido	Não revestido	Não revestido	Não revestido
Inconel	PVD fino	PVD fino	PVD fino	PVD
Titânio	PVD fino/sem revestimento	PVD fino/sem revestimento	PVD fino/sem revestimento	PVD / Não revestido

O que são pós-tratamentos?

Apesar de apenas ganhar força há cerca de uma década, adicionar um pós-tratamento após o revestimento tornou-se um padrão da indústria. Esses tratamentos geralmente são jateamento ou outras técnicas de polimento que suavizam a camada de revestimento superior, reduzindo o atrito e, como resultado, o calor gerado. As diferenças de preço são tipicamente pequenas e, na maioria dos casos, recomenda-se favorecer as notas com pós-tratamento.

Tabelas de seleção de notas

Para escolher a classe de metal duro correta para uma aplicação específica, consulte o catálogo ou o site do fornecedor para obter orientação. Embora não haja um padrão internacional formal, a maioria dos fornecedores usa gráficos que descrevem os envelopes de trabalho recomendados para as notas com base em sua "faixa de aplicação", expressa em uma combinação de letras e números de três caracteres, como P05-P20.

A primeira letra representa o grupo de materiais de acordo com a norma ISO. Uma letra e uma cor correspondente são atribuídas a cada grupo de materiais.

Carta	Material	Cor
P	Aço	Azul
M	Aço inoxidável	Amarelo
K	Ferro fundido	Vermelho
N	Não ferrosos	Verde
S	Superligas	Laranja
H	Aço temperado	Cinza

Os dois números a seguir representam o nível de dureza relativa do grau em uma escala de 05 a 45 em incrementos de 5. Uma aplicação 05 requer um grau muito duro adequado para condições favoráveis ​​e estáveis. Uma aplicação 45 requer uma classe muito tenaz adequada para condições desfavoráveis ​​e instáveis.

Novamente, não há um padrão para esses valores, portanto, eles devem ser interpretados como um valor relativo dentro da tabela de notas específica em que aparecem. Por exemplo, um grau marcado como P10-P20 em dois catálogos de fornecedores diferentes pode ter uma dureza diferente.

As tabelas de seleção de grau geralmente são mostradas separadamente para quatro aplicações principais diferentes:

1. Girando
2. Fresagem
3. Ranhuras/separações
4. Perfuração

Uma classe marcada como P10-P20 na tabela de classes de torneamento pode ter dureza diferente de uma classe marcada como P10-P20 na tabela de classes de fresamento, mesmo no mesmo catálogo. Essa diferença se deve ao fato de que as condições favoráveis ​​variam entre as diferentes aplicações. As aplicações de torneamento são melhor abordadas com classes muito duras, mas no fresamento, as condições favoráveis ​​exigem alguma tenacidade devido à sua natureza interrompida.

A Tabela 3 mostra uma tabela hipotética de classes e seus usos em diferentes dificuldades de aplicações de torneamento, como pode aparecer em um catálogo de fornecedores de ferramentas de corte. Neste exemplo, a classe A seria recomendada para uma ampla gama de condições de torneamento, mas não para cortes interrompidos pesados, enquanto a classe D seria recomendada para torneamento interrompido pesado e outras condições altamente desfavoráveis. Ferramentas como o Grades Finder do MachiningDoctor.com podem procurar por notas de acordo com este sistema de designação.

Designações de classe de metal duro

Assim como não existe um padrão oficial para faixas de aplicação de grau, não existe um padrão formal para designações de grau. Dito isso, a maioria dos principais fornecedores de pastilhas de metal duro seguem diretrizes comuns em suas designações de classe. A designação "clássica" segue um formato de seis caracteres BBSSNN, onde:

• BB — Código da marca: Cada grande fornecedor tem suas próprias letras associadas a ele.
• SS — Número da série de notas: Os números da série de notas são geralmente representados por dois dígitos aleatórios. Uma série é geralmente um grupo de classes projetadas para uma determinada matéria-prima e compartilhando um tipo de revestimento comum. Alguns exemplos de séries de notas podem ser:
  • BB85 — Classes CVD para torneamento de aço.
  • BB64 — Graus de PVD para ligas à base de níquel.
  • BB23 — Classes CVD para fresamento de ferro fundido.
• NN — Nível de dureza: Os dois últimos dígitos, na maioria dos casos, refletem o nível de dureza dos diferentes graus de uma série. O número geralmente varia de 05 a 45 de acordo com o mesmo sistema explicado acima sobre as tabelas de notas. Por exemplo:
  • BB8505 — Uma classe muito dura para torneamento de aço em condições estáveis.
  • BB8540 — Uma classe muito tenaz para torneamento de aço em cortes interrompidos pesados.

A explicação acima está correta em muitos casos. Mas como este não é um padrão ISO/ANSI, alguns fornecedores fazem seus próprios ajustes no sistema, e é aconselhável estar atento a essas mudanças.

Grau de conversão

As classes desempenham um papel vital em aplicações de torneamento, mais do que em qualquer outra aplicação. Por isso, ao consultar o catálogo de qualquer fornecedor, a seção de torneamento apresentará a maior seleção de classes.

Por que as notas são tão importantes no torneamento?

Esta extensa gama de classes de torneamento deriva da extensa gama de aplicações de torneamento. Tudo, desde a usinagem contínua, onde a aresta de corte está constantemente engajada com a peça e não sofre impacto, mas gera muito calor, até cortes interrompidos, que causam fortes impactos, se enquadram nesta categoria.

A ampla gama de classes de torneamento também se relaciona com a vasta gama de diâmetros na fabricação, de 1/8 polegada (3 mm) para máquinas do tipo suíço a 100 polegadas para fins industriais pesados. Como a velocidade de corte também depende do diâmetro, há a necessidade de diferentes classes otimizadas para velocidades de corte baixas ou altas.

Os principais fornecedores geralmente fornecem séries separadas de classes para cada grupo de material. Em cada série, as classes variam de duras para cortes interrompidos a duras para usinagem contínua.

Níveis de fresamento

No fresamento, a gama de classes oferecidas é menor. Devido à natureza fundamentalmente interrompida da aplicação, as ferramentas de fresamento requerem classes difíceis com alta resistência ao impacto. Pelo mesmo motivo, a camada de revestimento deve ser fina – caso contrário, não suportará os impactos.

A maioria dos fornecedores usará um substrato resistente e uma variedade de revestimentos para fresar diferentes grupos de materiais.

Níveis de corte e ranhura

Em aplicações de cortes ou canais, a seleção de classes é limitada devido aos fatores de velocidade de corte. Ou seja, o diâmetro diminui à medida que o corte se aproxima do centro. Assim, a velocidade de corte diminui gradualmente. No corte ao centro, a velocidade finalmente chega a zero no final do corte, e a operação torna-se cisalhamento em vez de corte.

Portanto, uma classe para corte deve ser compatível com uma ampla faixa de velocidades de corte, e o substrato deve ser resistente o suficiente para suportar o cisalhamento no final da operação.

Ranhuras rasas são uma exceção a outros tipos. Como compartilha semelhanças com o torneamento, os fornecedores com uma grande variedade de pastilhas para canais geralmente oferecem uma variedade maior de classes para grupos e condições de materiais específicos.

Níveis de Perfuração

Na furação, o centro da broca tem sempre uma velocidade de corte zero, enquanto a periferia tem uma velocidade de corte que depende do diâmetro da broca e da velocidade do fuso. Classes otimizadas para altas velocidades de corte falharão e, portanto, não devem ser usadas. A maioria dos fornecedores oferecerá apenas um punhado de notas.