Os materiais típicos de ferramentas de metal duro incluem principalmente metal duro à base de carboneto de tungstênio, metal duro à base de TiC(N), metal duro com adição de TaC (NbC) e metal duro de grãos ultrafinos. O desempenho dos materiais de metal duro é determinado principalmente pelas fases de reforço adicionadas.
Carboneto cimentado com adição de TaC (NbC)
A adição de TaC (NbC) ao carboneto cementado é um método eficaz para melhorar seu desempenho. Em ligas de TiC/Ni/Mo, a substituição parcial do TiC por carbonetos como WC e TaC, que oferecem maior tenacidade, melhora o desempenho do carboneto cementado e amplia sua gama de aplicações. A adição de WC e TaC aprimora:
● Resistência
● Módulo de elasticidade
● Resistência à deformação plástica
● Resistência a altas temperaturas
Além disso, melhora a condutividade térmica e a resistência ao choque térmico, tornando a ferramenta mais adequada para cortes interrompidos. Em ligas de WC-Co, o desempenho pode ser aprimorado com a adição de 0,5% a 3% (fração em massa) de carbonetos como TaC, NbC, Cr3C2, VC, TiC ou HfC. Os principais objetivos incluem:
● Refinamento de grãos
● Manter uma estrutura cristalina uniforme sem recristalização significativa
● Aumento da dureza e da resistência ao desgaste sem comprometer a tenacidade
Além disso, esses aditivos melhoram:
● Dureza em altas temperaturas
● Resistência a altas temperaturas
● Resistência à oxidação
Durante o corte, forma-se uma película de óxido resistente e autocompensadora, que resiste ao desgaste adesivo e difusivo na usinagem de certos metais ou ligas. Isso melhora a resistência ao desgaste da ferramenta e aumenta sua capacidade de resistir ao desgaste de cratera e ao desgaste de flanco. Esses benefícios tornam-se mais pronunciados à medida que o teor de cobalto no metal duro aumenta.
● O carboneto cimentado com 1% a 3% (fração de massa) de TaC (NbC) pode usinar vários ferros fundidos, incluindo ferro fundido extra-duro e ferro fundido ligado.
● Ligas com baixo teor de cobalto, contendo de 3% a 10% (fração em massa) de TaC (NbC), como YG6A, YG8N e YG813, são versáteis. Elas podem ser utilizadas nos seguintes processos:
Ferro fundido refrigerado
Ferro fundido dúctil
Metais não ferrosos
Materiais de difícil usinagem, como aço inoxidável, aço temperado e ligas de alta temperatura.
Essas ligas são comumente conhecidas como ligas de uso geral (YW). O aumento adequado do teor de cobalto melhora a resistência e a tenacidade desse tipo de metal duro, tornando-o adequado para usinagem de desbaste e corte interrompido de materiais de difícil usinagem. As aplicações incluem:
● Revestimento de peças fundidas e forjadas de aço de grandes dimensões
● Torneamento, aplainamento e fresagem de aço austenítico e ligas resistentes ao calor
● Usinagem com grandes ângulos de ataque, grandes seções de corte e velocidades médias a baixas
● Torneamento de desbaste em tornos automáticos, semiautomáticos e multiferramentas
● Fabricação de brocas, fresas de engrenagem e outras ferramentas com alta resistência de corte**
Em ligas WC-TiC-Co, o excesso de TiC aumenta a sensibilidade à fissuração térmica, resultando em maior fragilidade. A adição de TaC a ligas WC-Ti-Co com baixo teor de TiC e alto teor de cobalto melhora:
● Resistência
● Resistência ao calor
● Resistência à oxidação
Embora o TiC reduza a resistência ao choque térmico, o TaC compensa essa desvantagem, tornando a liga adequada para operações de fresagem. Alternativas mais baratas, como carbonetos de NbC ou Hf-Nb (fração mássica: Hf-60%, Nb-40%), podem substituir o TaC. Em ligas TiC-Ni-Mo, a adição simultânea de TiN, WC e TaC aumenta significativamente:
● Dureza
● Resistência à flexão
● Resistência à oxidação
● Condutividade térmica
em altas temperaturas (900–1000°C).
Carboneto cimentado de grão ultrafino
O refinamento dos grãos de carboneto cementado reduz o tamanho da fase dura, aumentando a área superficial dos grãos dessa fase e a resistência da ligação entre eles. A fase ligante se distribui de maneira mais uniforme ao redor dos grãos, melhorando:
Dureza
Resistência ao desgaste
Aumentar adequadamente o teor de cobalto também aumenta a resistência à flexão. O carboneto cimentado de grãos ultrafinos, composto por partículas extremamente pequenas de WC e Co, combina:
A alta dureza do carboneto cementado
A resistência do aço rápido
Comparação do tamanho dos grãos:
Carboneto cimentado comum: 3–5 μm
Carboneto cimentado de grão fino geral: ~1,5 μm
Ligas com grãos submicrométricos: 0,5–1 μm
Carboneto cimentado de grãos ultrafinos: tamanho de grão de WC inferior a 0,5 μm
O refinamento dos grãos melhora:
Dureza
Resistência ao desgaste
Resistência à flexão
Resistência a lascas
Dureza em altas temperaturas
Em comparação com o carboneto cimentado comum da mesma composição, o carboneto cimentado de grãos ultrafinos oferece:
Aumento da dureza superior a 2 HRA
Aumento da resistência à flexão de 600 a 800 MPa
Propriedades típicas:
Teor de cobalto: 9%–15%
Dureza: 90–93 HRA
Resistência à flexão: 2000–3500 MPa
As classes produzidas na China incluem YS2 (YG10H, YG10HT), YM051 (YH1), YM052 (YH2), YM053 (YH3), YD05 (YC09), YD10 (YG1101), B60, YG610, YG643 e YD05. Devido aos seus grãos extremamente finos, o metal duro de grão ultrafino pode ser retificado para obter arestas de corte muito afiadas com baixa rugosidade superficial, tornando-o ideal para ferramentas de precisão como:
Broches
Reamers
Fresas de precisão
É excelente para usinagem com pequenas profundidades de corte e taxas de avanço. Também é adequada para ferramentas de pequeno porte, como:
Brocas pequenas
Fresas de pequeno porte
Broches pequenos
Fogões pequenos
Substituindo ferramentas de aço rápido, sua vida útil é de 10 a 40 vezes maior, podendo ultrapassar 100 vezes. As ferramentas de metal duro de grão ultrafino são especialmente adequadas para usinagem de:
Ligas de alta temperatura à base de ferro e níquel
Ligas de titânio
Aços inoxidáveis resistentes ao calor
Materiais pulverizados, soldados e revestidos (por exemplo, pós de liga auto-fluxantes à base de ferro, níquel, cobalto e superduros, série cobalto-cromo-tungstênio)
Aços de ultra-alta resistência
Aços endurecidos
Materiais de alta dureza, como ferros fundidos temperados com alto teor de cromo e níquel.
Ao usinar materiais de difícil usinagem, sua vida útil é de 3 a 10 vezes maior do que a do carboneto cementado comum.
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Data da publicação: 14 de julho de 2025
