Desempenho de coberturas de ferramentas de corte no torneamento interno de implantes dentários de titânio ASTM F67

Abstract

O titânio e suas ligas são importantes em diversas aplicações das indústrias aeronáutica, aeroespacial, automobilística e biomédica devido às suas propriedades, tais como, boa relação resistência-peso, alta resistência a corrosão, baixo coeficiente de expansão térmica e biocompatibilidade. Embora essas características favoreçam a aplicação do titânio na fabricação de componentes biomédicos, a sua usinagem apresenta alguns problemas causados pela baixa condutividade térmica, baixo módulo de elasticidade, alta reatividade química em temperaturas elevadas e instabilidade termoplástica durante o processo de corte. Tendo em vista estas limitações, este trabalho buscou avaliar o desempenho de ferramentas de carboneto de tungstênio, com estrutura de micro grão, sem revestimento e com revestimentos monocamada de (AlCrN) e multicamadas (AlCrN sobre TiCN). Os desgastes de três ferramentas de corte sem cobertura e três de cada cobertura foram analisados nos intervalos de 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 e 1000 m de comprimento de corte. A usinagem das peças foi realizada com velocidade de corte de 25 m/min, avanço de 0,015 mm/rotação e profundidade de usinagem de 0,100 mm. Os degastes das ferramentas de corte e a rugosidade das peças usinadas, gerados no final de cada intervalo de comprimento de corte, foram avaliados por meio de microscopia óptica e microscopia laser 3D. Os resultados revelaram que o revestimento AlCrN proporciona uma redução significativa de 40% no desgaste de flanco das ferramentas de corte em comparação com as ferramentas sem revestimento. As ferramentas de corte revestidas com TiCN + AlCrN não apresentaram desgaste visível nos comprimentos de corte avaliados. A combinação das coberturas AlCrN sobre TiCN apresenta maior resistência ao desgaste, em relação as ferramentas sem revestimento e o revestimento mono camada AlCrN.

Titanium and its alloys are important in various applications within the aerospace, automotive, and biomedical industries due to their properties, such as a good strength-to-weight ratio, high corrosion resistance, low thermal expansion coefficient, and biocompatibility. Although these characteristics favor the application of titanium in the manufacturing of biomedical components, its machining presents some issues caused by low thermal conductivity, low modulus of elasticity, high chemical reactivity at elevated temperatures, and thermoplastic instability during the cutting process. Considering these limitations, this work aimed to evaluate the performance of tungsten carbide tools with micro-grain structure, uncoated and with monolayer (AlCrN) and multilayer (AlCrN over TiCN) coatings. The wear of three uncoated cutting tools and three of each coating type were analyzed at intervals of 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, and 1000 m of cutting length. The machining of the parts was performed with a cutting speed of 25 m/min, feed rate of 0.015 mm/revolution, and cutting depth of 0.100 mm. The wear of the cutting tools and the roughness of the machined parts, generated at the end of each cutting length interval, were evaluated using optical microscopy and 3D laser microscopy. The results revealed that the AlCrN coating provides a significant reduction of 45% in flank wear of the cutting tools compared to uncoated tools. The cutting tools coated with TiCN + AlCrN showed no visible wear at the evaluated cutting lengths. The combination of AlCrN coatings on TiCN presents greater wear resistance compared to uncoated tools and the single-layer AlCrN coating