Metal duro

O metal duro é o mais importante material para ferramentas de corte utilizado na indústria moderna, devido a sua combinação de dureza a temperatura ambiente, dureza a quente, resistência ao desgaste e tenacidade, combinação essa possível de obter-se pela variação da sua composição . É um produto da metalurgia do pó feito de partículas duras finamente divididas de carbonetos de metais refratários, sinterizados com um ou mais metais do grupo do ferro (ferro, níquel ou cobalto – o mais usual é o cobalto) formando um corpo de alta dureza e resistência à compressão. As partículas duras são carbonetos de tungstênio, usualmente em combinação com outros carbonetos, como carbonetos de titânio, tântalo e nióbio. O tamanho destas partículas varia geralmente entre 1 a 10 µm e ocupam de 60 a 95% do volume do material (SANDVIK COROMANT, 2003).
Dureza em altas temperaturas e tenacidade (ou capacidade de resistência ao choque) são propriedades que se exigem de qualquer material utilizado em ferramentas de usinagem e que encontram um compromisso bastante bom no metal duro. Podem se ter metais duros de elevada tenacidade, como também metais duros com alta resistência ao desgaste ou dureza a quente. Outras características que são normalmente controladas, pois afetam a capacidade de corte do metal duro, são a porosidade e a microestrutura.

A tabela 1.0 apresenta a composição química e algumas características correspondentes a diversas classes de metal duro. Pode-se ver nesta tabela que à medida que a quantidade de carbonetos sobe, a densidade cai e a dureza aumenta. Quando se introduz TaC (com ou sem nióbio), melhora-se tenacidade em relação às composições isentas deste carboneto. A substituição de TiC pelo TaC aparentemente não traz vantagens apreciáveis sob o ponto de vista de melhora da capacidade de corte. Entretanto, é certo que o aumento simultâneo dos dois carbonetos produz melhores resultados na usinagem, provavelmente devido à dureza a quente dessas composições. Vê-se também nesta tabela que à medida que o volume de cobalto cresce (e, com isso, diminui o volume de carbonetos) a tenacidade (medida pela resistência à ruptura transversal) aumenta.

Tabela 1.0 - Composição química do Metal Duro (SANDVIK COROMANT, 2003)

Atualmente, já são produzidos metais duros com partículas com cerca de 0,1 µm, o que melhora várias das características desejáveis a um material para ferramenta. Estes metais duros com micro grãos micrométricos ou sub-micrométricos podem ser classificados de acordo com o tamanho do grão de sua estrutura com: fino (0,8 a 1,3 µm), sub-micrométrico (0,5 a 0,8 µm), ultrafino (0,2 a 0,5 µm) e nanométrico (menor de 0,2 µm). Devido ao maior fator de empacotamento que grãos muito pequenos propiciam, à medida que se diminui o tamanho de grão do metal duro aumenta-se a dureza, resistência ao desgaste e tenacidade do material (DINIZ et al., 2008). Como exemplo, pode-se citar que um metal duro com grão fino e teor de cobalto de 6% tem dureza Vickers da ordem de 1600 HV30, enquanto os metais duros submicrométrico e ultrafino com o mesmo teor de cobalto têm dureza da ordem de 1800 e 2050 HV30, respectivamente. Exemplo similar pode ser dado com relação à tenacidade. Um metal duro com grão fino e 6% de cobalto têm resistência à ruptura transversal (propriedade que estima a tenacidade de um material) na casa de 2150 N/mm², enquanto que os metais duros submicrométrico e ultrafino tem esta propriedade na casa de 2950 e 3450 N/mm², respectivamente. Também a condutividade térmica do metal duro diminui quando se diminui seu tamanho de grão, o que faz com que uma menor porcentagem do calor gerado no processo flua pela ferramenta, o que torna adequada à utilização em processos com altas velocidades de corte (DINIZ et al., 2008).
O metal duro do grupo K (usinagem de ferro fundido) foi o primeiro tipo de metal duro a ser desenvolvido. O metal duro desta classe é composto de carbonetos de tungstênio aglomerados pelo cobalto. Este tipo de metal duro não é resistente ao mecanismo que gera o desgaste de cratera e, assim, os metais duros desta classe são indicados para a usinagem de materiais frágeis, que formam cavacos curtos (ferros fundidos e latões), e que não atritam muito com a superfície de saída da ferramenta, pois ao sofrerem uma pequena deformação, já se rompem e pulam fora da região de corte (DINIZ et al., 2008).

Referência bibliográfica

DINIZ, A.E.; MARCONDES, F.C.; COPPINI,N.L. Tecnologia da Usinagem dos
Materiais, 6° edição São Paulo: Artiliber Editora, 2008. 262p.

Abraço e até a próxima.

Mcs. Sander Gabaldo