Image de microscopie confocale in vivo (IVCM). On observe la forme hexagonale des cellules endothéliales ainsi que leur agencement cellulaire serré

Existem muitos tipos de materiais para ferramentas de corte como mostrado na Figura 3. Uma ferramenta de corte ideal deveria apresentar o melhor conjunto de propriedades e características: durabilidade, resistência à flexão, capacidade de resistir a altas velocidades, resistência ao calor e resistência ao desgaste. O metal duro é um dos materiais mais utilizados atualmente devido ao seu conjunto de propriedades.

O metal duro é um cermet produzido por M/P constituído por pelo menos um composto duro e uma matriz que funciona como ligante. O composto duro é comumente o carboneto de tungstênio, mas pode conter outros elementos. O ligante mais utilizado e com as melhores características é o cobalto, sendo também utilizado o Ni. Durezas típicas do metal duro são: 800, 1300, 1800 HV (CREMONEZI et al., 2009).

Apesar das excelentes propriedades do metal duro, permanece a busca pela melhoria das propriedades dos aços rápidos, também denominados HSS - High Speed Steel, para aplicação em ferramentas de corte, devido ao seu menor custo e a abundância de Fe (GORDO et al., 2005; RUIZ NAVAS, 1999). O Co e Ni utilizados como ligantes no metal duro são escassos e, além disso, nocivos à saúde e ao meio ambiente (BOLELLI et al., 2012).

Os aços rápidos são assim denominados devido a sua capacidade de resistir a elevadas velocidades de corte e taxas de desbaste sem perder sua resistência mecânica, comparados às ferramentas de corte utilizadas no final do século XIX, constituídas basicamente de aço temperado (SILVA, 2003). Esses aços podem suportar altas temperaturas, como 400 e 600º C, sem perder dureza e mantendo a aresta afiada em boas condições durante operações de corte

(STEMMER, 1995). Apresentam uma dureza de 865 HV (FERNANDES, 2006) e são utilizados em ferramentas de usinagem, tais como machos, brocas e fresas.

Figura 3 – Classificação de materiais para ferramentas de corte

Fonte: Adaptado de Fritz Klocke (2011)

Há duas classificações importantes de aços rápidos segundo a AISI: aços ao molibdênio (grupo M) e aços ao tungstênio (grupo T). O aço rápido AISI/SAE M2 surgiu em 1949 (SERNA, 2008) substituindo o tungstênio gradualmente em decorrência de sua escassez. O elemento molibdênio aumenta a temperabilidade da peça e mesmo em pré-ligados, tem a vantagem de não prejudicar a compressibilidade. Seu custo elevado o indica para peças a serem tratadas (CREMONEZI et al., 2009).

Comparados aos aços do grupo T, os aços do grupo M têm menor custo (aproximadamente 40% inferior), apresentam maior resistência à abrasão, ligeiramente maior tenacidade para uma mesma dureza, menor tendência a distorções durante tratamento térmico. Entretanto, têm uma maior tendência a descarbonetação (ODÉRIZ, 1998).

A microestrutura dos aços rápidos é constituída por carbonetos primários, que são formados durante a solidificação, e carbonetos secundários, que precipitam durante o revenimento num processo de envelhecimento secundário. A principal função dos carbonetos primários é a resistência à abrasão. A microestrutura resultante do envelhecimento secundário tem a função de reter os carbonetos primários mesmo sob as altas temperaturas e tensões cisalhantes de usinagem (CREMONEZI et al., 2009).

A Tabela 2 apresenta a composição química de carbonetos primários em aços M2 fabricados por metalurgia convencional. Na Tabela 3 está apresentada a fração volumétrica de carbonetos encontrada no estado recozido por diferentes autores. Na denominação desses carbonetos, o M representa o elemento de liga.

Tabela 2 - Composição química dos carbonetos primários presentes no M2, a primeira linha refere-se à composição química expressa em % em peso e a segunda linha refere-se à composição química em % atômica

Composição química Carboneto W Mo V Cr Fe MC 33,0 14,5 46,3 5,1 1,1 13,2 11,1 67,8 7,2 1,5 M2C 49,3 21,3 14,7 7,6 7,2 25,4 21,1 27,4 13,9 12,2 M6C 38,3 20,3 4,3 3,0 34,1 17,8 18,0 7,2 4,9 52,1

* Valores apresentados por Ghomashchi e Sellar (1984). Fonte: Adaptado de Serna (2008)

Como a grande parte dos carbonetos primários não pode ser modificada com tratamento térmico posterior é desejável que estes sejam pequenos e bem distribuídos. A tecnologia convencional não consegue cumprir essa exigência, dentre métodos alternativos para se obter essas características em aços ferramentas encontra-se a metalurgia do pó e a conformação por spray. Aços para trabalho a quente do grupo M apresentaram carbonetos primários na ordem de 50 µm quando convencionalmente fabricados, mesmo após forjamento. Este mesmo

material fabricado por metalurgia do pó tem carbonetos com tamanho abaixo de 10 µm. Este refino da microestrutura melhora de forma apreciável as propriedades mecânicas e tribológicas (CREMONEZI et al., 2009).

Tabela 3 - Fração volumétrica de carbonetos no aço M2 no estado recozido

(% vol)

Kaiser e Cohen (1952)

13,0

2,5

2,5

18,0

Kulmburg (1998)

14,0

2,0

8,0

24,0

Fonte: Adaptado de Serna (2008)

Os carbonetos secundários obtidos no revenimento são nanométricos, na ordem de 3 a 10 nm, por isso não puderam ser estudados pelas técnicas de microscopia conhecidas até 1980. (SERNA, 2008).

Serna (2008) estudou os carbonetos secundários do M2 através de extração seletiva dos carbonetos utilizando técnicas de dissolução química e eletrolítica. A Figura 4 apresenta a microestrutura dos carbonetos extraídos de uma amostra de M2 M/P revenida a 550 °C por 3 vezes.

A composição dos carbonetos secundários é apresentada na Tabela 4 e Tabela 5; e a e a fração volumétrica dos mesmos, calculada a partir da massa específica ponderada é mostrado na Tabela 6.

Figura 4 - Micrografia obtida por microscopia eletrônica de varredura, com elétrons retroespalhados, dos carbonetos extraídos da amostra M2 revenida

Fonte: Adaptado de Serna (2008)

Tabela 4 - Composição química obtida por espectrometria de fluorescência de raios-x para os átomos metálicos do carboneto MC extraído por dissolução química do M2 M/P revenido

Composiçao Química do MC

W Mo V Cr Fe

% em peso

12,6

34,6

26,5

20,6

5,7

% atômica

27,6

39,7

16,1

12,8

3,8

Fonte: Adaptado de Serna (2008)

Tabela 5 - Composição química obtida por EDS do carboneto M6C extraído por dissolução química do M2 M/P revenido

Composiçao Química do M6C

W Mo V Cr Fe

% em peso

40,7

20,3

2,9

3,1

33,1

% atômica

19,4

18,5

5,0

5,2

51,9

Tabela 6 - Frações (% volumétrica) de precipitados extraídos do M2 M/P revenido

M2 M/P MC M6C Total

(% vol.) 5,8 6,5 12,3

Fonte: Adaptado de Serna (2008)

O trabalho de Serna (2008) comprovou que há razoável quantidade de carbonetos MC secundários ricos em Mo e V, como mostrado na Tabela 4 e Tabela 6.

Devido à utilização de um filtro com poros de 200 nm na separação dos carbonetos extraídos, é possível afirmar que os carbonetos que passaram por ele são secundários, tendo em vista que os carbonetos primários apresentam em média 10 µm.

Segundo Silva (2003) os carbonetos do tipo MC permanecem preferencialmente dentro da estrutura do grão, eles são os que melhor se distribuem na microestrutura do HSS e apresentam maior dureza, aproximadamente 2800 HV. Os do tipo M2C, M6C, M7C3 precipitam no contorno de grão de uma forma dispersa, coalescem e geram pontos de nucleação de trincas que reduzem a tenacidade do material.

2.2.2 Processo de difusão/deposição termorreativa ou