Uma certa combinação de fase dura e ligante é chamada de uma classe. Classes duras oferecem maior resistência ao desgaste para melhor desempenho e vida útil da ferramenta em ambientes de corte a quente do que classes mais macias, mas classes duras podem suportar impactos e tensões para alcançar altas taxas de avanço.
Para qualquer aplicação específica, há um equilíbrio ideal de dureza e tenacidade, portanto, escolher uma classe adequada para uma aplicação específica é o que os fabricantes de ferramentas estão buscando.
Por um lado, a dureza representa a resistência ao desgaste, que se traduz na capacidade de uma ferramenta de suportar o calor. A resistência à temperatura que se correlaciona com a dureza desempenha um papel importante no comportamento e na seleção da ferramenta de corte. Na zona de corte, as temperaturas podem subir acima de 760° C (1.400° F). O metal duro resiste e dissipa esses altos níveis de temperatura e, portanto, lida com o alto calor gerado no corte contínuo. No entanto, altos níveis de dureza podem tornar o metal quebradiço, o que explica por que as ferramentas de metal duro resistentes ao calor tendem a lascar em situações que produzem grandes quantidades de pressão ou vibração.
Por outro lado, a tenacidade representa a resistência à pressão e ao impacto, que se correlacionam com a capacidade de uma ferramenta de suportar altas taxas de avanço e os impactos repetitivos associados ao corte interrompido. Mas, em troca da durabilidade, as classes duras tornam-se vulneráveis ao calor, tornando-as impróprias para corte contínuo e de alta velocidade.
Tanto a dureza quanto a tenacidade estão intimamente relacionadas aos elementos primários que compõem um grau: tungstênio, carbono e cobalto. O tungstênio promove dureza e tenacidade, enquanto o carbono aumenta a dureza, e a combinação dos dois produz moléculas de carboneto de tungstênio. Enquanto isso, o cobalto, que tem um ponto de fusão mais baixo que o tungstênio e o carbono, contribui para a tenacidade e intensifica as características de desempenho de outros elementos. No carboneto de tungstênio, o cobalto serve como aglutinante, a cola essencial que mantém os grãos de carboneto juntos.
O tamanho do grão também pode determinar o nível de dureza e tenacidade. As classes de metal duro têm grãos menores e as classes duras têm grãos maiores. Classes duras precisam de menos ligação de cobalto para manter seus grãos juntos, o que promove melhor resistência ao calor para maior vida útil da ferramenta durante o corte contínuo do que com classes mais macias. Classes resistentes incluem mais ligação de cobalto, o que dá aos grãos de metal duro melhor aderência para ajudar a ferramenta a lidar com pressão e vibração com menos resistência ao calor.
O estado atual da metalurgia significa que nenhuma classe oferece extrema dureza e extrema tenacidade. As melhorias de desempenho atuais geralmente se concentram em duas áreas: a adição de superligas ou outros materiais aprimorados à ligação de cobalto e a produção e deposição de revestimentos aprimorados para aumentar a resistência ao desgaste.
Com base nas teorias, existem algumas diretrizes gerais para selecionar uma classe adequada para aplicações específicas
• classes com pequenas quantidades de aglutinante de cobalto – 3% a 5% – são muito duras. Eles são capazes de fornecer longa vida útil de corte mesmo em materiais muito abrasivos, como materiais compósitos à base de madeira de alta pressão.
• classes com teor moderado de cobalto – 6% a 12% – fornecem uma área intermediária onde o desgaste abrasivo não é a principal consideração, mas a proteção da ferramenta contra fratura por impacto é o principal fator.
• classes com mais de 12% de cobalto, as preocupações são estender o desgaste da ferramenta enquanto protege a ferramenta contra danos por impacto e lida com temperaturas elevadas da ponta da ferramenta.
• classes com mais de 20% de cobalto têm características de desgaste semelhantes ao aço rápido, mas ainda podem suportar temperaturas de operação elevadas sem danos, principalmente aplicado para rolos de laminação de aço e matrizes de puncionamento.