As ferramentas de metal duro predominam nas máquinas-ferramenta CNC. Em alguns países, mais de 90% das ferramentas de torneamento e mais de 55% das ferramentas de fresamento são feitas de metal duro. Além disso, o metal duro é comumente usado na fabricação de ferramentas gerais, como brocas e fresas de faceamento. O uso de metal duro também está aumentando em ferramentas complexas, como alargadores, fresas de topo, fresas de engrenagem de módulo médio e alto para usinagem de superfícies de dentes endurecidos e brochas. A eficiência de corte das ferramentas de metal duro é de 5 a 8 vezes maior que a das ferramentas de aço rápido (HSS). A quantidade de metal removido por unidade de teor de tungstênio é cerca de 5 vezes maior que a do HSS. Portanto, o uso generalizado de metal duro como material de ferramenta é uma das maneiras mais eficazes de utilizar recursos de forma eficiente, melhorar a produtividade de corte e aumentar os benefícios econômicos.
Classificação de materiais de ferramentas de metal duro
Com base na composição química principal, o carboneto cimentado pode ser dividido em carboneto cimentado à base de carboneto de tungstênio e carboneto cimentado à base de carbonitreto de titânio (Ti(C,N)), conforme mostrado na Tabela 3-1.
O carboneto cimentado à base de carboneto de tungstênio inclui:
Tungstênio-cobalto (YG)
Tungstênio-cobalto-titânio (YT)
Com adição de carbonetos raros (YW)
Cada tipo possui suas próprias vantagens e desvantagens. Os carbonetos adicionados incluem carboneto de tungstênio (WC), carboneto de titânio (TiC), carboneto de tântalo (TaC), carboneto de nióbio (NbC), etc., sendo o cobalto (Co) a fase ligante metálica mais comumente utilizada.
O carboneto cimentado à base de carbonitreto de titânio consiste principalmente em TiC (alguns com adição de outros carbonetos ou nitretos), com molibdênio (Mo) e níquel (Ni) como as fases ligantes metálicas comumente usadas.
Com base no tamanho do grão, o carboneto cementado pode ser classificado em:
Carboneto cimentado comum
Carboneto cimentado de grão fino
Carboneto cimentado de grãos ultrafinos
De acordo com a norma GB/T 2075—2007, os símbolos das letras são os seguintes:
HW: Carboneto cimentado sem revestimento, contendo principalmente carboneto de tungstênio (WC) com tamanho de grão ≥1μm
HF: Carboneto cimentado sem revestimento, contendo principalmente carboneto de tungstênio (WC) com tamanho de grão <1 μm.
HT: Carboneto cimentado sem revestimento, contendo principalmente carboneto de titânio (TiC) ou nitreto de titânio (TiN) ou ambos (também conhecido como cermet)
HC: Os carbonetos cimentados mencionados anteriormente com um revestimento
A Organização Internacional de Normalização (ISO) classifica o corte de carbonetos cementados em três categorias:
Classe K (K10 a K40):
Equivalente à classe YG da China (composta principalmente por navios WC-Co)
Classe P (P01 a P50):
Equivalente à classe YT da China (composta principalmente de WC-TiC-Co)
Classe M (M10 a M40):
Equivalente à classe YW da China (composta principalmente por WC-TiC-TaC(NbC)-Co)
As classes de cada categoria são representadas por um número entre 01 e 50, indicando uma série de ligas, da mais dura à mais resistente, para seleção em diversos processos de corte e condições de usinagem para diferentes materiais de peças. Se necessário, um código intermediário pode ser inserido entre dois códigos de classificação adjacentes, como P15 entre P10 e P20, ou K25 entre K20 e K30, mas não mais do que um. Em casos especiais, o código de classificação P01 pode ser subdividido adicionando-se um dígito separado por um ponto decimal, como P01.1, P01.2, etc., para distinguir ainda mais a resistência ao desgaste e a resistência dos materiais para operações de acabamento.
Desempenho de materiais de ferramentas de carboneto cimentado
1. Dureza: O metal duro contém uma grande quantidade de carbonetos duros (como WC e TiC), o que torna sua dureza muito superior à do aço rápido. Quanto maior a dureza do metal duro, melhor sua resistência ao desgaste, que geralmente é muito superior à do aço rápido.
Quanto maior o teor de cobalto na fase ligante, menor a dureza da liga.
Como o TiC é mais duro que o WC, as ligas WC-TiC-Co apresentam maior dureza do que as ligas WC-Co. Quanto maior o teor de TiC, maior a dureza.
A adição de TaC às ligas WC-Co aumenta a dureza em aproximadamente 40 a 100 HV; a adição de NbC aumenta em 70 a 150 HV.
2. Resistência: A resistência à flexão do carboneto cementado é apenas cerca de 1/3 a 1/2 da resistência dos materiais de aço rápido.
Quanto maior o teor de cobalto, maior a resistência da liga.
As ligas que contêm TiC apresentam menor resistência do que as que não contêm TiC; quanto maior o teor de TiC, menor a resistência.
A adição de TaC ao carboneto cimentado WC-TiC-Co aumenta sua resistência à flexão e melhora significativamente a resistência da aresta de corte a lascas e quebras. Com o aumento do teor de TaC, a resistência à fadiga também melhora.
A resistência à compressão do carboneto cementado é de 30% a 50% maior do que a do aço rápido.
3. Tenacidade: A tenacidade do carboneto cementado é muito menor do que a do aço rápido.
As ligas que contêm TiC apresentam menor tenacidade do que as que não contêm TiC; à medida que o teor de TiC aumenta, a tenacidade diminui.
Em ligas WC-TiC-Co, a adição de uma quantidade adequada de TaC pode aumentar a tenacidade em cerca de 10%, mantendo a resistência ao calor e ao desgaste.
Devido à sua menor tenacidade, o metal duro não é adequado para condições com fortes impactos ou vibrações, especialmente em baixas velocidades de corte, onde a adesão e o lascamento são mais severos.
4. Propriedades Termofísicas: A condutividade térmica do carboneto cementado é aproximadamente 2 a 3 vezes maior que a do aço rápido.
Como a condutividade térmica do TiC é menor que a do WC, as ligas WC-TiC-Co apresentam condutividade térmica inferior às ligas WC-Co. Quanto maior o teor de TiC, menor a condutividade térmica.
5. Resistência ao calor: O metal duro possui resistência ao calor muito superior à do aço rápido e pode realizar cortes a temperaturas de 800 a 1000 °C com boa resistência à deformação plástica em altas temperaturas.
A adição de TiC aumenta a dureza em altas temperaturas. Como a temperatura de amolecimento do TiC é maior que a do WC, a dureza das ligas WC-TiC-Co diminui mais lentamente com a temperatura do que a das ligas WC-Co. Quanto maior a quantidade de TiC e menor a de cobalto, menor será a diminuição da dureza.
A adição de TaC ou NbC (com temperaturas de amolecimento mais altas que o TiC) aumenta ainda mais a dureza e a resistência em altas temperaturas.
6. Propriedades antiaderentes: A temperatura de adesão do carboneto cementado é superior à do aço rápido, conferindo-lhe melhor resistência ao desgaste adesivo.
A temperatura de adesão do cobalto ao aço é muito menor que a do WC; à medida que o teor de cobalto aumenta, a temperatura de adesão diminui.
A temperatura de adesão do TiC é superior à do WC, portanto, as ligas WC-TiC-Co apresentam uma temperatura de adesão mais alta (cerca de 100 °C superior) do que as ligas WC-Co. O TiO₂ formado em altas temperaturas durante o corte reduz a adesão.
O TaC e o NbC possuem temperaturas de adesão mais altas do que o TiC, melhorando as propriedades antiaderentes. A afinidade do TaC com os materiais da peça de trabalho é apenas uma fração ou alguns décimos da afinidade do WC.
7. Estabilidade Química: A resistência ao desgaste das ferramentas de metal duro está intimamente ligada à sua estabilidade física e química nas temperaturas de trabalho.
A temperatura de oxidação do carboneto cementado é superior à do aço rápido.
A temperatura de oxidação do TiC é muito mais alta que a do WC, portanto as ligas WC-TiC-Co ganham menos peso por oxidação em altas temperaturas do que as ligas WC-Co; quanto mais TiC, maior a resistência à oxidação.
A temperatura de oxidação do TaC também é superior à do WC, e as ligas com TaC e NbC apresentam maior resistência à oxidação em altas temperaturas. No entanto, um teor mais elevado de cobalto facilita a oxidação.
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Data da publicação: 23/07/2025
