BRPI0703665B1 - Liga de aço para ferramentas de corte e ferramenta para usinagem - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LIGA DE AÇO PARA FERRAMENTAS DE CORTE E FERRAMENTA PARA USINA- GEM". A presente invenção refere-se a uma liga de aço para ferramen- tas de corte.

Na usinagem de peças a trabalhar, a região de corte da ferra- menta é muitas vezes altamente carregada. O material da ferramenta, para resistir à soma de cargas, tem que apresentar simultaneamente alta dureza e tenacidade, bem como, do mesmo modo, resistência à abrasão, cujas ca- racterísticas devem ser mantidas até altas temperaturas, por exemplo, 550Ό e acima. Somente dessa maneira, podem ser obtidos alta vida em serviço da ferramenta e uma utilização econômica da mesma.

Uma carga, exposto melhor, o perfil de uma carga, de uma regi- ão de aresta de corte de uma ferramenta durante o corte ou na usinagem, depende essencialmente do tipo e das características do material da ferra- menta. Desse modo, por exemplo, foram desenvolvidos aços rápidos com diferentes composições químicas, especialmente ajustados para as solicita- ções específicas na usinagem de peças a trabalhar com diversas caracterís- ticas e incluídos no estado da técnica.

Todavia, aços rápidos apresentam principalmente altos teores de um ou mais elementos de liga onerosos, tais como molibdênio, Tungstê- nio, vanádio, nióbio e cobalto. Tungstênio e/ou molibdênio podem estar pro- vidos com teores de até 20 % em peso e mais, sendo que o vanádio pode ser ligado a aços rápidos de metalurgia do pó com teores de 1,2 até 15 % em peso.

Tal como é aludido acima, por meio de uma variante de produ- ção de metalurgia do pó, observa-se um problema na estrutura de solidifica- ção em função da composição química da liga. Na EP 1.469.094 A1 propõe- se, por exemplo, submeter um lingote de aço rápido a um tratamento de so- lubilização a longo prazo, devendo ser efetuado um resfriamento de 1200Ό até 1300Ό a uma temperatura de menos do que 900Ό com uma velocida- de de mais do que SO/minuto. Desse modo, são obten íveis pequenos ta- manhos de carboneto com distribuição uniforme do carboneto no material da ferramenta e, consequentemente, uma alta tenacidade do mesmo.

Um aço para ferramentas de corte com baixos custos para ele- mentos de liga é divulgado pela AT 412 285 B. Esse aço vantajosamente utilizável, especialmente para serras circulares, utiliza uma determinada pro- porção de alumínio para nitrogênio, para manter o baixo desgaste de aparas na ferramenta. Todavia, em uma usinagem, os dentes da serra trabalham, na maioria das vezes, a temperaturas mais baixas, de maneira que, na maio- ria das vezes, não é exigida uma resistência pronunciada à temperatura de revenido da ferramenta.

Agora, a invenção visa a produção de um aço para ferramentas de corte, o qual apresenta uma fina estrutura de solidificação e uma capaci- dade de trabalho a quente, possui uma alta endurecibilidade e estabilidade ao revenido e mostra uma alta economia ou uma proporção favorável de preço-desempenho.

Esse objetivo, que resolve sumariamente problemas técnicos de solidificação, técnicos de transformação, técnicos de endurecimento e eco- nômicos, é obtido de acordo com a invenção, com uma liga de aço para fer- ramentas de corte, constituído essencial mente dos elementos em % em pe- so, de: Fe bem como impurezas como resíduo. A composição da liga de aço de acordo com a invenção, tem vantagens técnico-metalúrgicas, que são sinérgicamente limitadas a uma faixa de concentração estreita dos elementos da liga. O teor de carbono ou a atividade do carbono está em interação com o elemento vanádio formador de monocarboneto, com os fortes forma- dores de carboneto molibdênio e Tungstênio, bem como com cromo, sendo que o elemento de liga alumínio, o qual concentra fortemente o campo da estrutura do átomo cúbico de face centrada da liga, também, como foi de- monstrado, influencia favoravelmente a estrutura de solidificação e desse modo, uma conformabilidade do material, bem como mostra efeito elevado de um poder de endurecimento e uma estabilidade ao revenido da ferramen- ta.

Na faixa entre 0,60 e 1,40 % em peso, de alumínio na liga de acordo com a invenção, é reduzida uma precipitação grosseira de carboneto com uma solidificação residual de ledeburita da massa fundida e é obtida uma formação de carboneto de granulação fina na estrutura de solidificação.

Em comparação com um lingote de aço rápido da liga HS 6-5-2 ou material DIN n° 1.3343, um bloco com as mesmas dimensões, porém, de uma liga de acordo com a invenção, mostra uma melhor conformabilidade com maiores reduções por pesagem.

Após um tratamento de recozimento pleno, verificou-se micros- copicamente uma distribuição amplamente uniforme dos carbonetos com pequeno tamanho de grão no material laminado de acordo com a invenção.

Ensaios com materiais, após um tratamento térmico com um en- durecimento de uma temperatura de 1190Ό até 123013 com posterior res- friamento em óleo e um revenido em uma faixa de temperatura de 500Ό até 580Ό, mostraram os seguintes resultados: Carbono a partir de um teor de 0,76 % em peso, com uma con- centração maior do que 0,8 % em peso de vanádio, bem como com mais de 1,5 % em peso de Tungstênio e pelo menos 2,0 % em peso de molibdênio na presença de pelo menos 3,60 % em peso de cromo, leva a uma aceita- ção de endurecimento desejada da peça a trabalhar, sendo que o alumínio com pelo menos 0,60 % em peso promove o endurecimento, provoca alta tenacidade do material e desloca, especialmente, a estabilidade ao revenido em relação a temperaturas mais elevadas e tempos mais prolongados. Teo- res mais elevados de carbono de 0,89 % em peso, de vanádio de 1,49 % em peso, de Tungstênio de 2,70 % em peso e de cromo de 4,60 % em peso, levam, também, com teores de 1,40 % em peso, de alumínio, a separações grosseiras de carboneto da massa em fusão e a grãos de carboneto desfa- voravelmente grossos no material, sendo que concentrações de alumínio maiores do que 1,40 % em peso, também podem causar uma formação ge- ral de grãos grossos. Foi verificado, também, que com os teores de alumínio, o nitrogênio, nos limites de concentração de 0,01 até 0,1 % em peso, atua refinando mais o grão e com melhores propriedades para a ferramenta. No entanto, teores de nitrogênio mais elevados formam, na maioria das vezes, de maneira desvantajosa, nitretos grossos distribuídos de maneira heterogê- nea no material.

Silício, nos limites estreitos de 0,41 até 0,59 % em peso, tem uma influência vantajosa sobre o teor de inclusões e a temperabilidade do material, sendo que o manganês atua apoiando. Uma aglutinação de enxofre a sulfeto de manganês pode ser assegurada por uma parte do teor de man- ganês na liga, o qual apresenta valores de 0,15 até 0,39 % em peso.

Formas de concretização preferidas da invenção, que podem aperfeiçoar ainda mais as propriedades da liga de aço, são obtidas, quando esta apresenta um ou mais dos elementos em uma faixa de concentração mais estreita de % em peso: Foi verificado, que é favorável para a tenacidade do material e vantajoso para a endurecibilidade do material, quando o molibdênio e Tungs- tênio estão contidos com teores mínimos de 2,00 % em peso e 1,50 % em peso, na liga de aço em uma proporção equilibrada. Em uma forma de con- cretização particularmente preferida, a liga de acordo com a invenção, apre- senta uma concentração de molibdênio mais a metade da concentração de Tungstênio, um valor entre 3,3 e 4,0, especialmente com um valor entre 3,4 e 3,9, pode ser obtido um perfil característico favorável acima da média da ferramenta tratada termicamente.

Uma ferramenta para usinagem, constando de uma liga de aço conformada preferentemente pelo menos 4,1 vezes mais e tratada termica- mente com uma composição química de acordo com a invenção, possui pelo menos na área de trabalho, uma dureza de material maior do que 63 HRC, tem uma microestrutura formada de martensita revenida, possui boas carac- terísticas de uso e alta tenacidade no funcionamento de usinagem. As van- tagens econômicas da liga de aço resultam de aproximadamente uma divi- são dos custos da liga para molibdênio, Tungstênio e vanádio.

Como um exemplo de concretização da invenção, o qual mostra ferramentas com diferentes composições do aço em comparação com aque- las do material HS 6-5-2 ou material DIN n° 1.3343, é detalhadamente des- crito a seguir: Lâminas de corte rotativas, que foram tratadas termicamente por têmpera e revenido três vezes, foram examinados na operação de teste com usinagem em uma peça do material St33 ou do material DIN n° 1.0035 no estágio interrompido. A composição química e a dureza das lâminas de corte rotativas, são indicadas na seguinte tabela 1 e 2.

Tabela 1 Tabela 2 Até a separação das lâminas de corte rotativas na operação de teste devido ao desgaste, realizaram-se observações da região de corte, cujos resultados são indicados de maneira comparativa na tabela 3, sendo que os valores da liga 1 HS 6-5-2 foram indicados com respectivamente 100 %.

Tabela 3 Nas amostras das ligas de ensaio S com a denominação S 419, em comparação com 2. HS 6-5-2, foram realizadas pesquisas, relativas à tenacidade e à dureza em função da temperatura de revenido. A figura 1 mostra a resistência flexural (bending strenght) medi- da com ensaio flexural de impacto conforme especificações de ensaio STA- HL-EISEN (STAHL-EISEN-Prüfblátter - SEP) após o endurecimento de uma temperatura de endurecimento TH de 120013 ou 1120Ό e um revenido na faixa de temperatura entre 500Ό e 58013 ou 540^ e 580Ό. Uma tenaci- dade essencial mente maior do material de acordo com a invenção, também é fundamentada por uma menor quantidade de carboneto de 4 % em volume (HS 6-5-2 cerca de 10 % em volume).

Na figura 2 está representada a dureza do material com um en- durecimento de 1200Ό ou de 112013 em função da tem peratura de reveni- do. Nas temperaturas de revenido crescentes superiores a δΟΟΌ, os valores de endurecimento da liga de ensaio aproximam-se por baixo àqueles do 2. HS 6-5-2 e a 580Ό alcançam o mesmo nível de 65 HRC.

Claims (4)

1. Liga de aço para ferramentas de corte, caracterizada pelo fato de que consiste essencial mente nos elementos em % em peso de: Fe, bem como impurezas como resíduo.

2. Liga de aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que contém um ou mais dos elementos em uma faixa de con- centração em % em peso de:

3. Liga de aço de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zada pelo fato de que a concentração de molibdênio adicionada à metade da concentração de Tungstênio apresenta um valor entre 3,3 e 4,0, preferente- mente um valor entre 3,4 e 3,9.

4. Ferramenta para usinagem, consistindo em uma liga de aço conformada e tratada termicamente, como definida em uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizada pelo fato de que apresenta uma dureza de materi- al, presente pelo menos na região de trabalho, maior do que 63 HRC e uma microestrutura formada de martensita revenida.