Ligas duras e matérias de cerâmica mineral
ligas duras
Na constituição
das ligas duras entram os carbonetos refratários
(isto é, matais combinados com o carbono) que se distinguem pela sua grande dureza
e elevada resistência ao desgaste e ao trabalho a quente. Todas estas
características das ligas não se alteram mesmo quando aquecidas até 800 -
1000°C.
Classificação
das ligas duras
Quanto
as técnicas de obtenção das ligas duras, estas dividem-se em:
-Ligas duras fundidas;
-Ligas duras de cerâmica metálica.
As ligas
duras fundidas são obtidas por fundição de varas de 5 – 10 mm de diâmetro e 200
– 300 mm de comprimento, próprias para a sobrefundição e enchimento de defeitos
nas peças e ferramentas.
As
ligas de cerâmica metálica preparam-se aquecendo para aglomerar os carbonetos
de volfrâmio, titânio e tântalo,
misturados com o cobalto e reduzidos a pó.
Na
união soviética preparam-se em escala industrial as seguintes ligas de cerâmica
metálica: monocarboneto de volfrâmio (BK), bicarbonato de titânio e volfrâmio (TK)
e tricarboneto de titânio, tântalo e volfrâmio (TTK).
Ligas duras fundidas
Existem as três seguintes espécies fundamentais de ligas duras,
utilizadas para o enchimento de defeitos de peças por sobrefundição: ligas moldadas, ligas em grãos (estalinite)
e ligas de eléctrodos. A não existência do volfrâmio na composição dessas
ligas constitui uma das suas características especificas.
As
ligas sormaite e BK2, BK3, ditas stelites, são obtidas sob a forma de varinhas
e pó e utilizadas para o enchimento de defeitos nas superfícies de trabalho de peças
e ferramentas, quer novas ou desgastadas: matrizes para estampagem, ferramentas
para cortar metais, pontos de tornos, etc.
O
enchimento de defeitos por sobrefundição faz-se à custa da chama de maçarico de
acetileno e oxigênio ou arco voltaico. As peças e ferramentas destinadas a sobrefundição
são fabricadas de aço carbono para poupar os aços de liga caros.
As
ligas referidas podem ser sobrefundidas quer nas superfícies de peças de aço,
quer das de gusa. A resistência ao desgaste das peças e ferramentas protegidas
com camada de ligas duras sobrefundidas e 12 vezes a das próprias peças de
base. A liga dura em grãos – estalinite - usa-se para suprir as ligas stelite
para elevar a resistência ao desgaste das peças escavadoras brocas de minas,
etc.
O enchimento por sobrefundição faz-se à
custa do arco voltaico segundo a técnica Bernardos
com um eléctrodo de carvão ou grafite. A ligas duras de eléctrodo são
utilizadas da mesma forma que de grãos, mas se obtém sob a forma de verguinhas
constituída por grafite, ferroliga,
carboneto de boro, etc.
Das ligas duras moldadas propostas para o enchimento
de defeitos por sobrefundição a primeira foi a chamada relite cuja composição química (em % ponderais) é a seguinte: 40%
de C; 91,5% de W; 3% de Mn; 1,5% de Fe. Possui a dureza de 89 HRA. Dado que na
sua composição entre o volfrâmio,
material refeitório, a relite, hoje em dia, é utilizada raramente.
Ligas duras de cerâmica metálica
Denominam-se cerâmica metálica as ligas constituídas por uma mistura de
metais, cuja técnica de preparação é semelhante a tecnologia de obtenção de
objetos cerâmicos (de barro, porcelana e materiais refratários).
Geralmente as ligas duras utilizam-se na preparação de navalhões para as
pontas cortantes de ferramentas (ferramentas de torno, brocas, fresas,
escareadores), sendo segurados nela quer por soldadura, quer mecanicamente.
Como
já foi dito, as ligas duras, no que diz respeito a composição química do
carboneto de base delas, dividem-se em ligas
duras de volfrâmio, de volfrâmio combinado com titânio, e de volfrâmio combinado com titânio e tântalo.
As
ligas duras de volfrâmio (BK3, BK3M, BK6, BK8, BK8B) são utilizadas para o
tratamento de materiais frágeis: a gusa,
os bronzes, a porcelana, os vidros.
A liga
dura BK6M serve para fabricar ferramentas utilizadas no acabamento ou
semiacabamento de gusas temperadas, aços resistentes ao calor, plástico,
enquanto que a liga BK8B se emprega no fabrico de instrumentos para perfuração
mineira, trefilacão, desbaste de aços resistentes ao calor e a corrosão.
As
ligas duras de titânio e volfrâmio (T5K10, T15K6, T30K4, etc.) servem para o
trabalho de metais tenazes: os aços e os
latões.
A liga
T5K10, por exemplo, é utilizada na preparação de navalhões a segurar nas
ferramentas destinadas ao desbaste dos aços (incluindo as peças de aço
prensadas e moldadas) sem eliminar a escória nem a carepa.
As ligas
T15K6 e T30K4 destinam-se ao acabamento e semiacabamento no trabalho mecânico
de metais.
As
ligas duras de volfrâmio, titânio e tântalo usam-se para desbastar pecas
forjadas de aço. As ligas TT7K12 e TT10K8B tem maior resistência a flexão do que
as de titânio e volfrâmio.
As
ligas duras de grão fino com elevado teor de cobalto (BK20, BK25, BK30) e as
novas ligas de grãos grossos (BK15B, BK20B e BK25B), por serem muito
resistentes a tração e a compressão e possuírem grande resiliência, são
utilizadas no fabrico de matrizes de ligas duras para estampagem, sujeitas a
golpes fortes durante o funcionamento.
A
duração dessas matrizes para estampagem é 30 – 50 vezes superior à das de aço,
o que produz grande efeito econômico.
Ligas duras de cerâmica mineral
Hoje
em dia além das ligas duras de cerâmica metálica, no fabrico de máquinas
utiliza-se um novo material barato para a preparação de ferramentas,
constituído por óxidos de metais de alto
ponto de fusão: Al2O3, Cr2O3, SiO2, ZrO2.
As ligas duras de cerâmica mineral
distinguem-se por não conterem elementos refratários caros: volfrâmio, cobalto, etc.
Atualmente usam-se com maior frequência os dois seguintes materiais de
cerâmica mineral: IIM-332, dita microlite,
e o termocorindo. No que diz respeito
a dureza (90 – 95 HRA) e a resistência ao desgaste e ao calor, esses materiais
tem vantagens evidentes sobre as outras ligas duras.
A cerâmica de microlite caracteriza-se por
grande resistência química e elevado limite de resistência a tração e a
compressão.
As
ferramentas com navalhões fabricados de cerâmica de microlite não perdem a sua
dureza mesmo quando aquecidos, durante a sua utilização, até 1200°C, sendo,
portanto, recomendável utiliza-los no trabalho para o torno no acabamento e
semiacabamento de peças moldadas de gusas, metais não ferrosos e suas ligas e
materiais não metálicos, com grande velocidade de rotação e pequenos valores de
profundidade de corte e do avanço.
A
tecnologia de obtenção de navalhões de microlite é a seguinte: tritura-se o mineral que, depois de reduzido
a pó, é lançado nos moldes apropriados, submete-se a, prensagem e, depois, a
aglomeração a 1750 - 1900°C.
Os
navalhões podem ser obtidos também por fundição e moldagem a quente sob pressão
(método dito escorificado). Nas ferramentas os navalhões obtidos são fixados
quer por soldadura, quer mecanicamente.
Atualmente foram elaborados e já são utilizados novos materiais muito
duros para a preparação de navalhões de ferramentas. Trata-se dos chamados elbor
(das marcas 01, 05 e 10) e diâmetros artificiais constituídos por
policristais de azoteto de boro.
Os
policristais de azoteto de boro que cristalizam no sistema cubico possuem uma
resistência ao calor (até 1300°C) superior a de todos os materiais utilizados
hoje em dia nas ferramentas correntes: em comparação a dos diamantes naturais –
1.9 vezes, do aço rápido – 2,3 vezes, com a da liga dura – 1,7 vezes.
A
tecnologia de obtenção desse materiais permite conferir aos policristais tanto
a forma cilíndrica, como a esférica, de 3,5 – 8mm de comprimento a de 3 – 5 mm
de diâmetro.
A
fixação dos policristais nos corpos das ferramentas faz-se por soldadura em
vazio ou pela prensagem a quente por meio de um casquilho de aço apropriado.
As
ferramentas com pontas cortantes constituídas por um navalhões preparado de
elbor servem para o torneamento de gusas e aços de qualquer dureza e a grandes
velocidades de corte.
A
duração das ferramentas com navalhões de azoteto de boro que cristalizam no
sistema cubico, utilizados para o trabalho mecânico dos aços temperados com dureza
de 63 – 66 HRC, é dezenas de vezes superior à das ferramentas fabricadas de
ligas duras.
O
emprego dessas ferramentas para o torneamento da gusa permite diminuir a
rugosidade das superfícies torneadas, além de se atingir grande precisão de
torneamento.
As ferramentas
cortantes com navalhões de diamantes artificiais policristalinos (por exemplo,
o chamado carboneto e o balas) são utilizadas para o trabalho mecânico de ligas
de titânio, cerâmica mineral, ligas duras.
Os diamantes
sintéticos de policristais são preparados a partir de grafite a temperatura de
ordem de 2500°C e sob grandes pressões.
Os diamantes
sintéticos obtidos são classificados segundo o seu tamanho e, depois,
utilizados no fabrico de diversas ferramentas cortantes a apropriadas.
Repara-se que as peças de aço e gusa prestam-se melhor ao trabalho por
esmerilagem com ferramentas abrasivas de elbor do que com as de diamantes
sintéticos, uma vez que o azoteto de boro não tem afinidade química com o ferro
nem a sua resistência ao trabalho a quente é superior a daquele.