MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA II (EM307) falves/ falves@fe.up.pt, falves MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA II (EM307) 2 Semestre 2005/06 6. Materiais para Ferramentas F. Jorge Lino Alves

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    MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA II (EM307)2 Semestre

    2005/06

    6. Materiais para Ferramentas

    F. Jorge Lino Alves

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    Resumo

    6. Materiais para ferramentas de corte.

    Materiais cermicos para abrasivos.

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    Materiais para Ferramentas de Corte

    Caractersticas dos materiais utilizados em ferramentas de corte:

    1. Elevada resistncia ao desgaste

    2. Elevada dureza a frio e a quente

    3. Elevada tenacidade

    4. Baixo coeficiente de atrito

    5. Elevada condutibilidade trmica

    6. Baixo coeficiente de dilatao trmica

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    Materiais para Ferramentas de Corte

    Desafios deste tipo esto prestes a dar resultados na indstria automvel, no para ferramentas, mas sim chapa de ao, mas.....

    Ser que estes aos no exigem novos tipos de ferramentas!!!!!

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    Utilizao dos carbonetos sinterizados ultrapassou os aos rpidos

    Cermicos tm aplicao crescente medida que se contorna o problema da fragilidade

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    1. Aos Rpidos (T e M)

    Elevada tenacidade (at 500C)

    Revestimentos de TiN, TiC, WC, Al2O3, HfN por tcnicas de PVD aumentam a vida do material base

    2. Ligas Fundidas (estelites)

    Tf: 2800C, cadinho de grafite e vazamento em coquilha (peas obtidas s so rectificadas)

    Composio:Composio: 38-53% Co, 30-32% Cr, 10-18% W, >1.5% C, Mn, N

    Dureza mantm-se constante at 700-800C

    Velocidades de corte superiores s utilizadas com os aos rpidos

    Maior tenacidade, menor dureza a quente e resistncia ao desgaste do que os carbonetos sinterizados

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    3. Carbonetos Sinterizados (metal duro)

    Taxa de remoo de apara superior dos aos rpidos (velocs. corte superiores - at 100 %), maior vida da ferramenta (13 a 15x) e melhor acabamento superficial

    Pulverometalurgia Metal duro

    Ps + Prensagem + Sinterizao em fornos de atmosfera controlada + Corte + Rectificao

    Carbonetos muito duros (WC, TiC, V4C3, NbC, TaC) Boa dureza a quente e resistncia ao desgaste

    Ligante (normalmente o Co) Tenacidade

    Factores que afectam as propriedades dos carbonetos sinterizados

    1. % de carbonetos - ligante

    2. Tamanho de gro

    3. Porosidade

    4. Outros factores

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    Carbonetos sinterizados revestidos

    Revestimento de TiC (5-7 m) muito resistente ao desgaste

    4. Cermets

    Materiais formados por agregados cermicos numa matriz metlica

    Cermicos Cermicos - TiC, TiN, WC, TaC, NbC

    Aglomerado metlicoAglomerado metlico - Co, Ni ou Mo (baixo ponto de fuso)

    Utilizados em operaes de acabamento ou desbaste ligeiro de aos

    Comparao com os carbonetos sinterizados

    1. Menor coeficiente de atrito devido ao elevado teor de TiN

    2. Maior resistncia oxidao (elevada estabilidade qumica do TiC)

    3. Maior dureza a quente (TiC - 3200HV)

    4. Menor solubilidade do TiC no ao menor tendncia para a adeso

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    5. Cermicos

    No devem ser utilizados com baixas velocidades de corte (probe a utilizao nas ligas de Al, Ti e Mg)

    Arestas de corte chanfradas (robustecer o gume garantindo maior tenacidade) e polidas (evitar o lascamento)

    5.1. Alumina

    Desvantagens

    Baixa condutibilidade trmica

    Elevado coeficiente de dilatao trmica

    Baixa tenacidade

    Al2O3 (85 %) - ZrO2 (tetragonal)(15 %) - utilizados no desbaste e acabamento dos f.f. e desbaste de aos de cementao

    tetragonalmonoclnica (V = 4%)

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    5.1.1. Alumina branca

    Velocidade de corte 500 m/min. bom acabamento superficial o que elimina por vezes a rectificao

    Contm aditivos - MgO, Cr2O3, TiO2

    Aplicada no acabamento de aos e f.f.

    5.1.2. Alumina preta

    Contm TiC (30%) + TiN (necessita HIP)

    Aplicada no acabamento mdio e fino de aos, desbaste de f.f. cinzentos e superligas de Ni

    Possibilita o corte interrompido

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    5.2. Nitreto de Silcio

    Vantagens

    Estabilidade trmica at 1900C

    Boa resistncia oxidao

    Baixo coeficiente de dilatao trmica (resistncia ao choque trmico)

    Melhor dureza a temperaturas elevadas do que a alumina e tem tenacidade superior dos cermicos tradicionais

    Propriedades obtidas por prensagem a quente ou sinterizao sem presso com adio de xidos (Li2O, MgO, CaO, Y2O3)

    Si3N4 + Al2O3+ Y2O3 numa matriz de TiC

    Si3N4 + revestimento de Al2O3

    Aplicaes: torneamento e fresagem de f.f., aos e superligas de Ni

    5.3. SIALON

    Nos SIALONS a fase intergranular parcialmente cristalina resistncia a altas temps.

    Vantagens relativamente ao Nitreto de Silcio Mais baixo coeficiente de dilatao trmica

    Aplicaes: maquinagem de f.f., aos e superligas. Corte de f.f.

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    5.4. Cermicos Reforados com Fibras

    xidos e nitretos reforados com fibras

    Alumina reforada com whiskers de SiC (10-20 % de monocristais)

    Relativamente aos cermicos correntes maior tenacidade (em direco aos valores dos carbonetos sinterizados)

    Aumento da tenacidade por propagao das fissuras ao longo das fibras

    Desvantagens

    Inalao de fibras (problemas de sade)

    Aplicaes: maquinagem de aos e f.f.

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    5.5. Cermicos Ultra Duros

    Ligaes com carcter fortemente covalente

    Simetria da rede cristalina

    5.5.1. Nitreto de Boro Cbico (CBN)

    Gros muito finos de nitreto de boro (hexagonal) misturados com o metal (ligante) sinterizados com presso - Nitreto de boro cbico policristalino

    Utilizado na rectificao e mais recentemente em pastilhas para torneamento e fresagem

    Tambm pode ser utilizado como revestimento de substratos de carbonetos sinterizados

    Vantagens Dureza a frio e a quente superior dos outros cermicos Tenacidade superior generalidade dos carbonetos Elevada condutibilidade trmica Boa estabilidade qumica (resistncia oxidao)

    Aplicaes: Corte de aos tratados e f.f. branco Torneamento de f.f.c. (velocs. corte 800m/min) Utilizado a seco com avanos e descontinuidades superiores aos admitidos pelos outros cermicos ngulos de ataque negativos elevadas velocs. corte, elevada gerao de calor no plano de corte (amaciamento do

    material a cortar)

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    5.5.2. Diamante Sinttico Policristalino (PCD)

    Material mais duro $ (30 a 50x o custo das pastilhas de carbonetos sinterizados)

    Duas redes cristalinas (CFC) interpenetradas, cada tomo de C tem 4 ligaes covalentes com os outros tomos de C

    Anisotrpicos 5.000 a 10.000 HV (1800 HV nos carbonetos ou alumina)

    Diamante sinttico com ligante (metal ou polmero) utilizado nas ms para rectificao

    Sinterizado a 1500C e elevadas presses - filmes de 0.5 a 1 mm (substratos de carbonetos)

    Vantagens Muito baixa taxa de desgaste

    Aplicaes:Maquinagem de ligas de Al e corte de materiais extremamente abrasivos:

    Compsitos de matriz metlica (CMM)

    Plsticos reforados com fibra de vidro (PRFV)

    Carbonetos de tungstnio

    Materiais cermicos

    No utilizado na maquinagem (a altas velocs.) dos aos, superligas, metais de elevado Tf e ligas em cuja maquinagem se desenvolvem elevadas temperaturas

    Diamante Grafite

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    Materiais Cermicos para Abrasivos

    Elevada dureza

    Corte Polimento Desbaste

    1. Alumina (mais tenaz e menos dura que o SiC)

    2. Zircnia + Alumina (75 % alumina + 25 % zircnia, 60 % alumina + 40 % zircnia)Maior dureza, resistncia e arestas mais vivas

    3. SiC

    4. Nitreto de boro cbico (Borazon)Quase to duro como o diamante, possuindo melhor estabilidade com o calor

    Discos AbrasivosPorosidade origina canais para a refrigerao (ar, lquidos)

    Constitudos por: Partculas cermicas Resinas orgnicas Borrachas

    MATERIAIS DE CONSTRUO MECNICA II (EM307)2 Semestre2005/066. Materiais para FerramentasResumo

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