O carboneto cementado é um material de liga feito de um composto duro de um metal refratário e um metal aglomerante, obtido por meio de um processo de metalurgia do pó. Possui uma série de excelentes propriedades, como alta dureza, resistência ao desgaste, boa resistência mecânica e tenacidade, resistência ao calor e à corrosão. Sua alta dureza e resistência ao desgaste, em particular, permanecem praticamente inalteradas mesmo a uma temperatura de 500 °C, mantendo-se elevadas a 1000 °C. O carboneto é amplamente utilizado como material para ferramentas, como ferramentas de torneamento, fresas, plainas, brocas, ferramentas de mandrilamento, etc., para corte de ferro fundido, metais não ferrosos, plásticos, fibras químicas, grafite, vidro, pedra e aço comum, podendo também ser utilizado para corte de materiais de difícil usinagem, como aço resistente ao calor, aço inoxidável, aço manganês, aço ferramenta, etc. A velocidade de corte das novas ferramentas de carboneto é atualmente centenas de vezes superior à do aço carbono.
Aplicação de carboneto cimentado
(1) Material da ferramenta
O carboneto é o material mais abundante em ferramentas, podendo ser usado na fabricação de ferramentas de torneamento, fresas, plainas, brocas, etc. Dentre eles, o carboneto de tungstênio-cobalto é adequado para usinagem com cavacos curtos de metais ferrosos e não ferrosos, bem como para usinagem de materiais não metálicos, como ferro fundido, latão fundido, baquelite, etc.; já o carboneto de tungstênio-titânio-cobalto é adequado para usinagem de metais ferrosos, como o aço, com cavacos longos. Entre as ligas similares, aquelas com maior teor de cobalto são adequadas para usinagem de desbaste, enquanto as com menor teor de cobalto são adequadas para acabamento. Os carbonetos cementados de uso geral apresentam uma vida útil de usinagem muito maior do que outros carbonetos cementados para materiais de difícil usinagem, como o aço inoxidável.
(2) Material do molde
O carboneto cementado é usado principalmente em matrizes de trabalho a frio, como matrizes de trefilação a frio, matrizes de estampagem a frio, matrizes de extrusão a frio e matrizes de perfuração a frio.
As matrizes de conformação a frio de metal duro devem apresentar boa resistência ao impacto, à fratura, à fadiga, à flexão e ao desgaste, mesmo sob condições de trabalho sujeitas a impacto ou impacto forte. Geralmente, são utilizadas ligas com teor médio ou alto de cobalto e grãos médios ou grossos, como a YG15C.
De modo geral, a relação entre resistência ao desgaste e tenacidade do metal duro é contraditória: o aumento da resistência ao desgaste leva à diminuição da tenacidade, e o aumento da tenacidade inevitavelmente leva à diminuição da resistência ao desgaste. Portanto, ao selecionar as ligas, é necessário atender aos requisitos específicos de uso, de acordo com o objeto de processamento e as condições de trabalho.
Se a classe selecionada for propensa a rachaduras e danos prematuros durante o uso, deve-se escolher a classe com maior tenacidade; se a classe selecionada for propensa a desgaste e danos prematuros durante o uso, deve-se escolher a classe com maior dureza e melhor resistência ao desgaste. As seguintes classes são: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C. Da esquerda para a direita, a dureza diminui, a resistência ao desgaste diminui e a tenacidade aumenta; inversamente, o oposto também é verdadeiro.
(3) Instrumentos de medição e peças resistentes ao desgaste
O carboneto é utilizado em revestimentos superficiais resistentes ao desgaste e em peças de ferramentas de medição, rolamentos de precisão de retificadoras, placas e hastes guia de retificadoras sem centros, tampos de tornos e outras peças resistentes ao desgaste.
Os metais aglutinantes são geralmente metais do grupo do ferro, comumente cobalto e níquel.
Na fabricação de carboneto cementado, o tamanho das partículas do pó da matéria-prima selecionada varia entre 1 e 2 micrômetros, e a pureza é muito alta. As matérias-primas são dosadas de acordo com a proporção de composição prescrita, e álcool ou outros agentes são adicionados para moagem úmida em um moinho de bolas úmido, garantindo completa mistura e pulverização. A mistura é peneirada. Em seguida, a mistura é granulada, prensada e aquecida a uma temperatura próxima ao ponto de fusão do metal ligante (1300-1500 °C), formando uma liga eutética entre a fase endurecida e o metal ligante. Após o resfriamento, as fases endurecidas se distribuem na malha composta pelo metal ligante, conectando-se firmemente para formar um sólido. A dureza do carboneto cementado depende do teor da fase endurecida e do tamanho dos grãos; ou seja, quanto maior o teor da fase endurecida e mais finos os grãos, maior a dureza. A tenacidade do carboneto cementado é determinada pelo metal ligante. Quanto maior o teor de metal ligante, maior a resistência à flexão.
Em 1923, Schlerter, na Alemanha, adicionou de 10% a 20% de cobalto ao pó de carboneto de tungstênio como aglutinante, inventando uma nova liga de carboneto de tungstênio e cobalto. Sua dureza era a segunda maior, perdendo apenas para a do diamante. Foi assim que o primeiro carboneto cementado foi produzido. Ao cortar aço com uma ferramenta feita dessa liga, a aresta de corte se desgastava rapidamente, podendo até mesmo rachar. Em 1929, Schwarzkov, nos Estados Unidos, adicionou uma certa quantidade de carboneto de tungstênio e carboneto de titânio à composição original, o que melhorou o desempenho da ferramenta no corte de aço. Essa foi mais uma conquista na história do desenvolvimento do carboneto cementado.
O metal duro possui uma série de excelentes propriedades, como alta dureza, resistência ao desgaste, boa resistência mecânica e tenacidade, resistência ao calor e à corrosão. Sua alta dureza e resistência ao desgaste, em particular, permanecem praticamente inalteradas mesmo a uma temperatura de 500 °C, mantendo-se elevadas a 1000 °C. O metal duro é amplamente utilizado como material para ferramentas, como ferramentas de torneamento, fresas, plainas, brocas, ferramentas de mandrilamento, etc., para corte de ferro fundido, metais não ferrosos, plásticos, fibras químicas, grafite, vidro, pedra e aço comum, podendo também ser utilizado para corte de materiais de difícil usinagem, como aço resistente ao calor, aço inoxidável, aço manganês, aço ferramenta, etc. A velocidade de corte das novas ferramentas de metal duro é atualmente centenas de vezes superior à do aço carbono.
O carboneto também pode ser usado para fabricar ferramentas de perfuração de rochas, ferramentas de mineração, ferramentas de perfuração, ferramentas de medição, peças resistentes ao desgaste, abrasivos metálicos, camisas de cilindro, rolamentos de precisão, bicos, moldes metálicos (como matrizes de trefilação de arame, matrizes de parafusos, matrizes de porcas e vários moldes de fixadores; o excelente desempenho do carboneto cementado substituiu gradualmente os moldes de aço anteriores).
Posteriormente, surgiram também as ferramentas de metal duro revestidas. Em 1969, a Suécia desenvolveu com sucesso uma ferramenta revestida com carboneto de titânio. A base da ferramenta é carboneto de tungstênio-titânio-cobalto ou carboneto de tungstênio-cobalto. A espessura do revestimento de carboneto de titânio na superfície é de apenas alguns mícrons, mas, em comparação com ferramentas de liga da mesma marca, a vida útil é triplicada e a velocidade de corte aumenta de 25% a 50%. Na década de 1970, surgiu uma quarta geração de ferramentas revestidas para o corte de materiais de difícil usinagem.
Como é feita a sinterização do carboneto cimentado?
O carboneto cimentado é um material metálico fabricado por metalurgia do pó a partir de carbonetos e metais aglomerantes, sendo um ou mais metais refratários.
Mprincipais países produtores
Existem mais de 50 países no mundo que produzem carboneto cementado, com uma produção total de 27.000 a 28.000 toneladas. Os principais produtores são os Estados Unidos, Rússia, Suécia, China, Alemanha, Japão, Reino Unido, França, entre outros. O mercado mundial de carboneto cementado está basicamente saturado e a concorrência é acirrada. A indústria chinesa de carboneto cementado começou a se desenvolver no final da década de 1950. Das décadas de 1960 a 1970, o setor se desenvolveu rapidamente. No início da década de 1990, a capacidade total de produção de carboneto cementado na China atingiu 6.000 toneladas, e a produção total chegou a 5.000 toneladas, ficando atrás apenas da Rússia e dos Estados Unidos, e ocupando o terceiro lugar no mundo.
cortador de WC
①Carboneto cimentado de tungstênio e cobalto
Os principais componentes são carboneto de tungstênio (WC) e cobalto (Co) como ligante.
Sua classificação é composta por “YG” (“duro e cobalto” em pinyin chinês) e pela porcentagem do teor médio de cobalto.
Por exemplo, YG8 significa que a média de WCo é de 8%, e o restante é carboneto de tungstênio-cobalto.
Facas TIC
②Carbeto de tungstênio-titânio-cobalto
Os principais componentes são carboneto de tungstênio, carboneto de titânio (TiC) e cobalto.
Sua classificação é composta por “YT” (dois caracteres do prefixo Pinyin chinês “duro, titânio”) e pelo teor médio de carboneto de titânio.
Por exemplo, YT15 significa WTi com teor médio de 15%, e o restante é carboneto de tungstênio e carboneto de tungstênio-titânio-cobalto com teor de cobalto.
Ferramenta de tungstênio, titânio e tântalo
③Carboneto cimentado de tungstênio-titânio-tântalo (nióbio)
Os principais componentes são carboneto de tungstênio, carboneto de titânio, carboneto de tântalo (ou carboneto de nióbio) e cobalto. Esse tipo de carboneto cimentado também é chamado de carboneto cimentado geral ou carboneto cimentado universal.
Sua classificação é composta por “YW” (o prefixo fonético chinês de “hard” e “wan”) mais um número de sequência, como YW1.
Características de desempenho
Pastilhas soldadas de metal duro
Alta dureza (86～93HRA, equivalente a 69～81HRC);
Boa dureza térmica (até 900～1000℃, mantém 60HRC);
Boa resistência à abrasão.
As ferramentas de corte de metal duro são de 4 a 7 vezes mais rápidas que as de aço rápido, e sua vida útil é de 5 a 80 vezes maior. Na fabricação de moldes e ferramentas de medição, a vida útil é de 20 a 150 vezes maior que a do aço-liga para ferramentas. Podem cortar materiais duros com dureza de aproximadamente 50 HRC.
No entanto, o metal duro é quebradiço e não pode ser usinado, sendo difícil fabricar ferramentas integrais com formatos complexos. Portanto, lâminas de diferentes formatos são frequentemente fabricadas e instaladas no corpo da ferramenta ou no molde por meio de soldagem, colagem, fixação mecânica, etc.
barra com formato especial
Sinterização
A moldagem por sinterização de carboneto cimentado consiste em prensar o pó em um tarugo, que então é colocado em um forno de sinterização para ser aquecido a uma determinada temperatura (temperatura de sinterização), mantido nessa temperatura por um certo período (tempo de manutenção) e, em seguida, resfriado para obter um material de carboneto cimentado com as propriedades desejadas.
O processo de sinterização de carboneto cimentado pode ser dividido em quatro etapas básicas:
1: Na etapa de remoção do agente formador e pré-sinterização, o corpo sinterizado sofre as seguintes alterações:
Na fase inicial da sinterização, com o aumento da temperatura, ocorre a remoção do agente de moldagem, que se decompõe ou vaporiza gradualmente, resultando na exclusão do material sinterizado. O tipo, a quantidade e o processo de sinterização variam.
Os óxidos na superfície do pó são reduzidos. Na temperatura de sinterização, o hidrogênio pode reduzir os óxidos de cobalto e tungstênio. Se o agente formador for removido a vácuo e a sinterização ocorrer, a reação carbono-oxigênio não será intensa. A tensão de contato entre as partículas de pó é gradualmente eliminada, o pó metálico aglomerante começa a se recuperar e recristalizar, a difusão superficial começa a ocorrer e a resistência à briquetagem é melhorada.
2: Etapa de sinterização em fase sólida (800℃ – temperatura eutética)
Na temperatura anterior ao aparecimento da fase líquida, além de continuar o processo da etapa anterior, a reação e a difusão na fase sólida são intensificadas, o fluxo plástico é aprimorado e o corpo sinterizado encolhe significativamente.
3: Etapa de sinterização em fase líquida (temperatura eutética – temperatura de sinterização)
Quando a fase líquida aparece no corpo sinterizado, a contração se completa rapidamente, seguida por uma transformação cristalográfica para formar a estrutura básica da liga.
4: Etapa de resfriamento (temperatura de sinterização – temperatura ambiente)
Nessa etapa, a estrutura e a composição de fases da liga apresentam algumas alterações com diferentes condições de resfriamento. Essa característica pode ser utilizada para aquecer o carboneto cementado e, assim, melhorar suas propriedades físicas e mecânicas.
Data da publicação: 11 de abril de 2022
