UTENSILI RIVESTITI

Ottenuti riportando su inserti in carburo metallico (recentemente anche su utensili in HSS) uno o più strati di materiale molto duro per aumentare:

• La resistenza all’usura.
• La resistenza alle sollecitazioni termiche senza ridurne la tenacità.

Requisiti dei materiali da ricoprimento:

• Elevata durezza ad alta temperatura.
• Stabilità chimica rispetto al materiale in lavorazione.
• Bassa conducibilità termica.
• Buon legame con il substrato per evitare scheggiature.
• Porosità molto bassa.
• Basso coefficiente d’attrito col truciolo.

PRINCIPALI MATERIALI UTILIZZATI PER IL RIVESTIMENTO

• Nitruro di titanio (TiN)

Basso coefficiente di attrito, elevata durezza e resistenza alle alte temperature, buona adesione al substrato.

• Carburo di titanio (TiC)

Elevata resistenza ad usura sul fianco nella lavorazione di materiali abrasivi.

• Ossido di alluminio (Al²O³)

Resistenza alle alte temperature, bassa conducibilità termica, elevata resistenza all’usura sul fianco e per craterizzazione, difficoltà di adesione al substrato poiché chimicamente poco reattivo.

RIVESTIMENTI MULTISTRATO

Inserti rivestiti a strato doppio e triplo (spessori: 2÷12 μm) per combinare le diverse proprietà di ciascun materiale di rivestimento.

Esempi:

• Substrato + TiC + TiN
• Substrato + TiC + Al²O³
• Substrato + TiC + Al²O³ + TiN

• Strato interno: deve garantire buona adesione al substrato.
• Strato esterno: deve garantire buona resistenza all’usura e fungere da barriera termica.
• Strato intermedio: deve essere compatibile per la realizzazione di un legame stabile con gli altri strati.

MATERIALI CERAMICI

Componente principale: Al²O³ con tenori anche > 99%.

Altri componenti eventualmente presenti: TiC e ZrO per incrementare alcune proprietà fisiche e meccaniche (conducibilità termica, tenacità, resistenza agli shock termici).

Ceramica bianca:

• Composta quasi esclusivamente da Al²O³
• Ottenuta con pressatura delle polveri a freddo e successiva sinterizzazione a temperature elevate (1600 – 1800 °C)

Ceramica nera (CERMET):

• Composta indicativamente dal 70% di Al2O3 e dal 30% di TiC
• Altri CERMET contengono MoC, NbC e TaC
• Ottenuta mediante pressatura e sinterizzazione a temperature elevate

Collegamento al corpo dell’utensile mediante bloccaggio a staffa (inserto privo di foro centrale) per la minore resistenza al taglio.

Caratteristiche:

• Elevatissima durezza a caldo.
• Ottima resistenza all’usura che consente di lavorare ad altissime Vt.
• Stabilità chimica maggiore degli altri materiali per utensili.
• Elevata fragilità che provoca un degrado prematuro dell’inserto (attenuato con MU rigide e taglio non interrotto).
• Non idonei alla lavorazione di Al, Ti e rispettive leghe per la marcata affinità chimica di alcuni dei loro componenti.

Campi di impiego:

• Lavorazione di semifinitura o finitura di parti in ghisa ed in acciaio adottando valori elevati di Vt e bassi di a.
• Lavorazione di acciai dopo trattamenti termici di indurimento superficiale evitando successive operazioni di rettificatura.

MATERIALI CERAMICI A BASE DI NITRURO DI SILICIO

• Ricadono nella famiglia dei ceramici anche se hanno proprietà meccaniche e tecnologiche che differiscono sostanzialmente da quelli a base di Al²O³.
• Componente principale: Si³N4 a cui vengono aggiunti Al²O³, TiC e Y²O³.
• Processo produttivo: sinterizzazione.

Esempio: Sialon (Silicon – Aluminum – Oxygen – Nitrogen):

• Conserva elevata durezza a temperature superiori a quelle dei carburi metallici.
• È più tenace della ceramica a base Al²O³ e presenta migliore resistenza agli shock termici.

Campi di impiego:

• Lavorazioni su ghise e superleghe a base Ti (non sugli acciai).

NITRURO DI BORO CUBICO (Cubic Boron Nitride, CBN)

• Caratteristiche:
  • Elevatissima durezza (inferiore solo al diamante).
  • Ottima resistenza all’usura per abrasione.
  • Buona stabilità chimica (chimicamente inerte rispetto a Fe e Ni).
• Processo produttivo:
  • Sintesi a temperature e pressioni elevate.
• Utilizzo: costruzione di inserti e di mole abrasive:
  • Inserti prodotti riportando, sopra un inserto in carburo, in prossimità del tagliente, uno strato sottile di CBN mediante brasatura.
  • Soluzioni più recenti prevedono la realizzazione di inserti con riporto di CBN realizzato durante la sinterizzazione del carburo o in CBN integrali ma più piccoli.
• Ottime prestazioni in operazioni di finitura su acciaio temprato (Ra=0.3 μm e tolleranze molto contenute) ed una durata del tagliente più elevata rispetto agli inserti in carburo e in ceramico.
• Operano, come i ceramici, prevalentemente in condizioni di taglio a secco.

DIAMANTE POLICRISTALLINO (Poly Crystalline Diamond, PCD)

Caratteristiche:

• Elevatissima durezza (seconda solo al diamante naturale).
• Basso attrito.
• Elevata resistenza all’usura.
• Capacità di mantenere a lungo l’affilatura del tagliente.

Utilizzo: costruzione di inserti e di mole

• Inserti ottenuti riportando, mediante sinterizzazione, uno strato di particelle di diamante a grana molto fine su un substrato in carburo.

Campi di impiego:

• La forte affinità con il Fe non consente di lavorare parti in ghisa o acciaio.
• Lavorazione di leghe non ferrose e di materiali non metallici fortemente abrasivi.
• Ottenimento di tolleranze dimensionali molto strette e finiture superficiali elevate.

PROPRIETÀ E CAMPI DI IMPIEGO DEI MATERIALI PER UTENSILI

EVOLUZIONE TEMPORALE DEI PRINCIPALI MATERIALI PER UTENSILI

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