Por que a usinagem de ligas de titânio é difícil e quais ferramentas são adequadas?

O titânio é alotrópico. Abaixo de 882 °C, apresenta uma estrutura alfa hexagonal compacta; acima de 882 °C, apresenta uma estrutura beta cúbica centrada no corpo. A ligação altera a temperatura de transformação e o equilíbrio de fases, produzindo ligas de titânio alfa, beta e alfa-beta.

Propriedades que influenciam a usinagem

Por que o titânio é difícil de cortar

• O coeficiente de deformação de corte é próximo de 1 ou inferior a 1, o que aumenta o deslizamento da limalha ao longo da face de corte e acelera o desgaste.
• A temperatura de corte é alta porque o calor se concentra próximo a uma zona curta de contato entre a ferramenta e a limalha. Em condições comparáveis, o Ti-6Al-4V pode operar a uma temperatura de corte mais de duas vezes superior à do aço carbono de grau 45.
• Embora a força de corte principal possa ser cerca de 20% menor do que no caso do aço estrutural, a pressão de contato pode atingir 130–150% da pressão do aço de grau 45, concentrando a tensão na borda.
• A absorção de gás e os produtos da reação criam uma camada superficial dura, frágil e não uniforme que prejudica a resistência à fadiga e favorece a formação de entalhes, lascas e descamação.
• A alta afinidade, a temperatura e a pressão causam forte aderência e acúmulo de material na ferramenta.
• A baixa rigidez permite a deflexão da peça e a recuperação elástica, reduzindo o ângulo de folga efetivo e prejudicando a precisão.

Escolha dos materiais para ferramentas

As opções mais comuns são o aço rápido com cobalto, alumínio ou vanádio; o carboneto cimentado de tungstênio-cobalto, às vezes com pequenas adições de outros carbonetos; e carbonetos selecionados com revestimento PVD/CVD. As classes de carboneto de tungstênio-titânio e muitas pastilhas revestidas geralmente não são adequadas para essa aplicação.

As ferramentas de diamante e de nitreto de boro cúbico policristalino apresentam bom desempenho em trabalhos de acabamento e de ultraprecisão. O diamante oferece dureza de até cerca de 10.000 HV e excelente condução de calor, mas deve ser mantido a temperaturas inferiores a aproximadamente 700–800 °C, com resfriamento e lubrificação adequados. O PCBN apresenta menor dureza, mas estabilidade térmica acima de 1.200 °C e alta inércia química em relação ao titânio, o que o torna adequado para corte a seco em altas temperaturas.