O metal duro, também conhecido como carboneto de tungstênio, é um material composto por partículas de carboneto de tungstênio (WC) dispersas em uma matriz de cobalto (Co). Ele é conhecido por sua excepcional resistência e dureza, tornando-o um material amplamente utilizado em aplicações industriais que exigem alta resistência ao desgaste.
A história do metal duro remonta ao final do século XIX, quando cientistas começaram a explorar a combinação de tungstênio e carbono para criar materiais extremamente duros. O tungstênio é um metal extremamente denso e resistente, enquanto o carbono é conhecido por formar compostos duros, como o diamante. A combinação desses elementos mostrou-se promissora para a criação de um novo material com propriedades superiores.
O metal duro foi desenvolvido no início da década de 1920 nos laboratórios da Osram, que então buscava um material para trefilar o filamento das lâmpadas. O desenvolvimento do novo material é atribuído a Karl Schroter. Em 1925, a Krupp adquiriu a patente. No ano seguinte foi criada a Widia (que no ano passado comemorou seus 90 anos de atividades e que hoje pertence à Kennametal) e, em 1927, os primeiros produtos eram lançados. Primeiramente, o material foi utilizado na produção de rolos para trefilar e, em seguida, para a produção de ferramentas de corte.
O metal duro ganhou popularidade rapidamente, especialmente na indústria de ferramentas de corte. Suas propriedades de alta dureza, resistência ao desgaste e tenacidade o tornaram ideal para a fabricação de brocas, fresas, pastilhas de usinagem e outras ferramentas de corte de alta performance. O metal duro permitiu avanços significativos na produtividade e eficiência do corte de metais, sendo amplamente adotado em diversos setores industriais.
Ao longo dos anos, houve avanços contínuos na tecnologia do metal duro. Foram desenvolvidos novos métodos de produção, como a sinterização a vácuo, que resultaram em materiais ainda mais duros e resistentes. Além disso, foram feitas pesquisas para otimizar a proporção de carboneto de tungstênio e cobalto, bem como para introduzir outros materiais de liga, visando melhorar ainda mais as propriedades do metal duro.
Atualmente, o metal duro é utilizado em uma ampla gama de aplicações, além das ferramentas de corte. É usado na indústria de mineração, perfuração de poços de petróleo, fabricação de moldes, componentes de máquinas, equipamentos de perfuração e muitas outras aplicações industriais que exigem alta resistência e durabilidade.
Existem diferentes processos produtivos envolvidos na usinagem de metal duro. Aqui estão alguns exemplos:
- Torneamento de metal duro: É um processo em que uma peça de metal duro é girada em torno do seu eixo enquanto uma ferramenta de corte remove o material indesejado, criando a forma desejada.
- Fresamento de metal duro: É o processo de remoção de material usando uma ferramenta de corte rotativa, chamada fresa. O fresamento de metal duro pode ser realizado em máquinas fresadoras convencionais ou em centros de usinagem CNC.
- Retificação de metal duro: É um processo de usinagem de precisão que utiliza uma roda abrasiva para remover pequenas quantidades de material da superfície do metal duro, resultando em uma peça com alta precisão dimensional e acabamento de superfície.
- Furação de metal duro: É o processo de perfurar um orifício em uma peça de metal duro utilizando uma broca. Existem diferentes tipos de brocas disponíveis para a usinagem de metal duro, como brocas helicoidais e brocas de centro.
- Eletroerosão por penetração de metal duro: Também conhecida como EDM, é um processo de usinagem que utiliza descargas elétricas para remover material do metal duro. Isso é especialmente útil para peças complexas ou com detalhes finos.
A usinagem de metal duro geralmente envolve o uso de ferramentas de corte revestidas com metal duro, como brocas, fresas, pastilhas de torneamento, pastilhas de fresamento, entre outras. Essas ferramentas são projetadas para cortar, fresar, furar ou dar forma ao material de trabalho de maneira precisa e eficiente.
A usinagem de metal duro apresenta alguns desafios em comparação com materiais mais macios. A alta dureza do metal duro exige velocidades de corte e alimentações adequadas, bem como uma boa refrigeração para evitar o superaquecimento da ferramenta. Além disso, o material pode ser quebradiço, o que requer técnicas de usinagem adequadas para minimizar o risco de lascamento ou quebra.
Para usinar metal duro, são utilizadas máquinas-ferramenta de alta precisão, como tornos CNC, centros de usinagem ou retificadoras. Essas máquinas fornecem controle preciso sobre a velocidade de corte, alimentação e avanço da ferramenta, permitindo a obtenção de acabamentos de alta qualidade e tolerâncias apertadas.
Além da usinagem tradicional, a usinagem de metal duro também pode ser realizada por meio da EDM (Electrical Discharge Machining), ou Eletroerosão, em português. A EDM é um processo de usinagem não convencional que utiliza descargas elétricas para remover material de uma peça.
Na usinagem de metal duro por EDM, a peça é imersa em um fluido dielétrico e uma ferramenta de eletrodo, geralmente feita de cobre ou grafite, é posicionada em proximidade com a superfície da peça. Ao aplicar uma tensão elétrica entre a peça e o eletrodo, ocorre a formação de uma faísca elétrica em alta frequência que ioniza o fluido dielétrico e remove pequenos fragmentos de material da peça.
A EDM é especialmente adequada para a usinagem de materiais duros e quebradiços, como o metal duro, que podem ser difíceis de cortar usando técnicas convencionais de usinagem. A vantagem da EDM é que ela pode criar formas complexas e detalhes precisos, mesmo em materiais com alta dureza.
A usinagem de metal duro por EDM é amplamente utilizada em aplicações que exigem alta precisão, como na fabricação de moldes, matriz de estampagem, peças de precisão para a indústria aeroespacial e de dispositivos médicos. A EDM permite a criação de detalhes finos, cantos afiados e cavidades complexas, tornando-a uma opção valiosa para a usinagem de materiais duros e de alta dureza, como o metal duro.
Ao realizar a usinagem de metais duros, é importante tomar alguns cuidados específicos devido às características desse material. Aqui estão alguns cuidados a serem considerados:
- Ferramentas adequadas: Utilize ferramentas de corte específicas para metais duros, como pastilhas de metal duro, que sejam projetadas para suportar a alta dureza do material.
- Velocidade de corte: Opte por velocidades de corte mais baixas, pois metais duros tendem a ser mais difíceis de serem usinados e altas velocidades podem levar a desgaste excessivo da ferramenta.
- Refrigeração adequada: Utilize fluidos de corte ou lubrificantes refrigerantes para resfriar a ferramenta e a peça durante a usinagem, ajudando a controlar a temperatura e reduzir o desgaste.
- Alimentação suave: Evite forçar a ferramenta na peça. Opte por alimentações mais suaves e constantes para evitar a quebra ou danos na ferramenta.
- Avanço controlado: Ajuste os avanços de acordo com as características do metal duro e as especificações da operação. Avanços excessivos podem causar vibrações e prejudicar a qualidade da usinagem.
- Atenção ao desgaste da ferramenta: Monitore regularmente o desgaste da ferramenta e faça substituições quando necessário. Usar uma ferramenta desgastada pode levar a resultados imprecisos e prejudicar a qualidade da usinagem.
- Estabilidade da peça: Assegure-se de que a peça esteja devidamente fixada e estável durante o processo de usinagem, evitando vibrações e minimizando a possibilidade de danos ou erros na usinagem.
- Proteção contra calor excessivo: O metal duro é sensível ao calor excessivo. Evite altas temperaturas durante a usinagem, pois isso pode afetar negativamente suas propriedades e desempenho.
- Manuseio adequado: Ao lidar com peças de metal duro, tome cuidado para evitar quedas ou impactos, pois podem resultar em danos ou trincas no material.
- Conhecimento técnico: Certifique-se de que a equipe envolvida na usinagem de metais duros possua conhecimento técnico adequado para lidar com esse material específico, incluindo as características, propriedades e técnicas de usinagem corretas.
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