CAPÍTULO 1

Capítulo 1 – Introdução

2

1. INTRODUÇÃO

Atualmente existem estudos, tanto em nível de pesquisa como estudos de caso,

envolvendo o aço rápido ou metal duro para o desenvolvimento de ferramentas de corte.

Outro campo de desenvolvimento são os recobrimentos para ferramentas com o objetivo de

aumentar a sua vida útil. Também se visa cada vez mais a usinagem sem o uso de fluido de

corte. A pesquisa também é intensificada no desenvolvimento de novos materiais para

ferramentas de corte e de baixo custo. Uma ferramenta de corte tem que possuir boas

características como a resistência ao desgaste, a altas temperaturas de corte. Analisando as

fases iniciais, pode se concluir que a ferramenta deve resistir a condições severas de

usinagem e possuir baixo custo.

A indústria competitiva é aquela que atende as condições do mercado, os seus

produtos são de alta qualidade e possui também grande produtividade. Mas, sempre de

visando a redução de custo. A engenharia de fabricação, para ser eficiente, busca o

desenvolvimento de processos com alta velocidade, sem refrigeração ou mínima

quantidade de meios refrigerantes e lubrificantes, novas geometrias, materiais e

revestimentos para ferramentas.

Os processos de corte a seco atualmente são um dos tópicos mais relevantes nas

indústrias, tanto pela necessidade de redução de custos como por problemas ambientais

associados com o uso de fluidos de corte. Os fabricantes procuram desenvolver

ferramentas que consistem em usar substratos de aços rápidos sinterizados ou metal-duro,

recobertos com camadas duras e autolubrificantes [RECH, 2001].

As ferramentas de aço rápido têm a capacidade de manter um nível de dureza

elevada, mesmo quando submetidas em processos de corte rápido de materiais. Os aços

rápidos são basicamente agrupados em aço rápido comum, aço rápido com cobalto, aço

rápido com revestimento e aço rápido sinterizado. Às vezes é a única solução para

substituir os demais materiais de corte tais com a cerâmica, metal-duro e outros mais

frágeis. Outra vantagem é o seu baixo custo, principalmente em relação ao metal-duro.

Os aços rápidos podem ser obtidos convencionalmente (por fundição, lingotamento

Capítulo 1 – Introdução

3

e trabalho mecânico dos lingotes até a forma de barras) ou por metalurgia do pó, onde o pó

de determinada liga é compactado e sinterizado em formas muito próximas às do produto

final, obtendo inclusive uma maior isotropia de propriedades.

As ferramentas de aço rápido são de baixa velocidade de corte, normalmente entre

30 a 35 m/min. O aço rápido é utilizado principalmente na produção de brocas, cocinetes,

matrizes, serras, fresas, bits, em aplicações de torneamento de peças de diâmetro reduzido

e outros.

Na produção dos aços rápidos sinterizados, os processos que mais se destacam são:

ASP (Anti-Segregation Process), CPM (Crucible Particle Metallurgy Process), FULDENS

e MIM (Metal injection moulding).

O aço rápido sinterizado possibilita maior controle do tamanho dos grãos, a adição

controlada e bem distribuída de elementos de liga, proporcionando uma estrutura muito

uniforme e muito fina em toda a seção da ferramenta.

As ferramentas de corte participam também do custo produtivo em uma empresa. É

neste momento que se tem a necessidade de estudar uma ferramenta que tenha boa

produtividade e baixo custo, como as ferramentas de aço rápido.

Em estudos realizados por grupos de estudo na Universidade do Estado de Santa

Catarina, determinou-se que a melhor temperatura de sinterização do aço rápido AISI M2 é

entre 1270ºC a 1280ºC. O tratamento térmico de têmpera deve ser realizado entre as

temperaturas de 1190ºC a 1230ºC, seguido de um resfriamento em banho de sal, óleo e

água. As temperaturas de revenido para peças produzidas por metalurgia do pó são

similares aos outros processos. Dependendo das propriedades requeridas, as temperaturas

variam entre 540ºC a 595ºC. O resultado do tratamento térmico de tempera e de revenido é

uma matriz com frações de carbonetos não dissolvidos durante a austenitização com

fórmulas gerais MC, M6C, que são responsáveis pela resistência ao desgaste. Quando

temperado a 1200ºC e acompanhado de duplo revenido a 560ºC, o AISI M2 pode alcançar

durezas próximas à 800HV [FERNANDES, 2006; FERRARESI, 1982; HOYLE, 1988;

MAGNABOSCO, 2000; NOGUEIRA, 2004].

Capítulo 1 – Introdução

4

Nos aços rápidos são encontrados os carbonetos M6C e MC (ambos de estrutura

cúbica de face centrada), contendo também o carboneto M23C6 (cúbica de face centrada) ou

M7C3 (hexagonal), dependendo da quantidade de carbono.

As ocorrências do desgaste das ferramentas de corte dependem das condições de

corte como: o material envolvido no processo de usinagem, as dimensões da ferramenta,

refrigeração da ferramenta, a velocidade de corte, a profundidade de corte, o avanço da

ferramenta. Os principais tipos de desgaste e avarias são: Desgaste Frontal; Desgaste de

Cratera; Deformação Plástica da Aresta de Corte; Lascamento ou Microlascas; Trincas e

Quebra.

A Abrasão Mecânica é a ação de arrancar finas partículas do material da ferramenta

através de partículas duras do material usinado ou da própria ferramenta, em conseqüência

do escorregamento sob alta pressão e temperatura entre a peça e a ferramenta e ocorre na

superfície de folga e de saída da ferramenta. A aderência é a formação de um substrato

metálico entre as superfícies metálicas postas em contato sob cargas moderadas, baixas

temperaturas e baixas velocidades de corte. Quando há a tentativa de separação entre as

superfícies, ocorre ruptura em um dos metais e não da superfície de contato. Alguns

autores denominam o mecanismo de adesão como attrition, ou seja, mecanismo de adesão

e arrastamento, o que significa que fragmentos microscópicos são arrancados da superfície

da ferramenta e arrastados junto ao fluxo de material adjacente à interface. Nas ferramentas

de aço rápido, o desgaste por difusão não tem significação. Geralmente, não utilizam altas

velocidades de corte. A oxidação pode ser gerada para a maioria dos metais em

conseqüência de altas temperaturas e a presença de ar e água (contida nos fluidos de corte).

As ferramentas de aço rápido só formam carepas em temperaturas bem superiores à de

amolecimento do material. Se formam principalmente nas extremidades do contato cavaco-

ferramenta devido ao acesso do ar nesta região.

Este trabalho tem por objetivo o estudo de insertos sinterizados de aços rápidos

AISI M2 para torneamento retilíneo e a avaliação de seu desgaste. As propriedades

mecânicas desejadas são a elevada dureza acompanhada de boa tenacidade e resistência ao

desgaste. O processo de produção dos insertos é através da metalurgia do pó convencional,

por compactação e sinterização. Os insertos sinterizados foram tratados termicamente com

Capítulo 1 – Introdução

5

têmpera e duplo revenido. Após, passaram pelo processo de afiação. A análise de desgaste

foi executada no flanco da ferramenta, através de microscopia eletrônica de varredura

(MEV), tendo como critério de fim de vida o VBBmáx= 0,6mm, segundo a ISO 3685

[1993]. Os resultados são baseados no desgaste da ferramenta e na sua dureza. Utilizou-se

também um bits de aço rápido VWM2, com as mesmas características de corte, para

comparar com o inserto sinterizado AISI M2.

O Capítulo 2 é a revisão bibliográfica e tem o objetivo de estudar o que é aço

rápido, a metalurgia do pó, a produção de aços rápidos sinterizados, as propriedades e

estruturas dos aços rápidos, tratamentos térmicos este material e suas propriedades

mecânicas. O capítulo também estuda o que é uma ferramenta de corte para torneamento,

os principais tipos de avarias e de desgaste em ferramentas, o que é a aresta postiça, os

mecanismos causadores de desgaste, a medição de desgaste em ferramentas de corte, a

vida da ferramenta, as influências da geometria, da velocidade, do avanço e da

profundidade na vida da ferramenta. O Capítulo 3 demonstra a metodologia experimental

aplicada para os ensaios de usinagem, para a fabricação dos insertos de aço rápido AISI

M2 e do bits VWM2. Os resultados, análise e discussão se encontram no Capítulo 4. Este

capítulo tem o objetivo de analisar a eficiência dos tratamentos térmicos através dos

ensaios de dureza em HRC, os mecanismos de desgaste do bits na velocidade de corte de

50 m/min e dos insertos sinterizados nas velocidades de corte de 27, 45, 50 e 54 m/min. O

capítulo também compara os mecanismos de desgaste e o desempenho entre o inserto

sinterizado e o bits na velocidade de 50 m/min. Os Capítulos 5, 6 e 7 são as conclusões, as

sugestões para trabalhos futuros e as referências bibliográficas respectivamente. Todos os

capítulos citados serão explorados e detalhados neste trabalho.