Do que é feita uma broca? Corpos de aço, cobalto e carboneto explicados

Pegue uma broca helicoidal de 3/16 de polegada em um pedaço de placa de aço inoxidável 304 e observe o que acontece. A ponta fica azul, a fumaça sobe e em um minuto a lâmina cortante está esfregando em vez de cortar. Não havia nada de errado com a broca, exceto isto: depois de aproximadamente 540°C, os carbonetos dentro do corpo de aço param de manter sua dureza. Para entender do que é feita uma broca é realmente entender qual material básico está entre você e aquele momento.

Uma broca é construída a partir de quatro materiais básicos

Cada broca é composta por duas partes: a ponta e o corpo que a carrega. A vanguarda vem de apenas quatro famílias de materiais. São aço rápido, aço rápido com cobalto, carboneto de tungstênio na forma sólida ou soldada e abrasivo de diamante. O aço carbono é a quinta opção, principalmente histórica, que agora sobrevive principalmente em peças baratas para marcenaria.

Essa definição é a razão pela qual a seleção do material segue a peça de trabalho e não o contrário. A madeira carboniza perto de 200 C. O agregado de concreto fica em torno de 7 na escala de Mohs. O aço inoxidável empurra a borda além de 600ºC. Cada condição aponta para um material de base diferente, e é exatamente por isso que nenhuma broca perfura tudo bem.

Aço rápido é o material de que a maioria das brocas é feita

Aproximadamente oito em cada dez brocas vendidas em todo o mundo são feitas de aço rápido, e M2 é a classe que realiza a maior parte desse trabalho. M2 não é uma marca. É uma classificação de aço ferramenta AISI, escrita como DIN 1.3343 nos catálogos europeus.

Um fundido M2 típico, medido em peso, contém:

• Carbono em 0,80 a 0,88 por cento, que forma os carbonetos duros
• Cromo em 3,8 a 4,5 por cento, para temperabilidade e resistência à corrosão
• Molibdênio em 4,7 a 5,2 por cento e tungstênio em 5,9 a 6,7 por cento, os dois elementos que carregam dureza a quente
• Vanádio em 1,7 a 2,0 por cento, o que limita o crescimento de grãos durante o tratamento térmico
• Ferro constituindo o equilíbrio do fundido

Após o endurecimento e duplo revenido, o M2 atinge entre 62 e 65 HRC. Isso é duro o suficiente para aço-carbono, alumínio, latão, plásticos e a maioria das madeiras, e resistente o suficiente para que a broca dobre antes de quebrar quando a broca agarrar.

O acabamento superficial não altera nada disso. Uma broca de óxido preto carrega uma camada de óxido de ferro com menos de dez mícrons de espessura. Ele retém o fluido de corte e impede a soldagem de cavacos na borda. Retire o revestimento e o aço por baixo ficará idêntico.

O aço rápido obtém sua dureza por meio de tratamento térmico, não por meio de química. Leve a ponta além de aproximadamente 600 C e ela se transformará em aço comum. A mudança de cor é o único aviso que você recebe.

A geometria de ponto dividido é a forma mais comum que você realmente comprará. As duas arestas de corte principais são retificadas em quatro facetas que se encontram em 135 graus. Em placas com menos de 10 mm, a ponta evita o desvio e precisa de menos pressão de alimentação do que uma ponta de 118 graus porque a borda do cinzel é mais curta.

Broca de metal com ponta dividida para mandris de haste rápida de 1/4 de polegada Uma broca de metal com geometria de ponta dividida, disponível nas dimensões L50, L70, DIN338 e DIN340; útil ao revisar opções de pontos de 135 graus e graus de HSS de cobalto. Ver Produto →

O cobalto é um aditivo, não um material de broca

O cobalto não é usado para construir o corpo de uma broca. É um elemento de liga fundido no aço rápido, com cinco a oito por cento em peso. M35 carrega cerca de 5% e M42 carrega cerca de 8%, e esses são os dois nomes que você verá impressos nas embalagens.

O que o cobalto faz é retardar o engrossamento dos carbonetos à temperatura. As partículas de carboneto de tungstênio em uma matriz de aço querem se aglomerar e crescer e, quando crescem, a borda fica macia. O cobalto retarda esse processo e aumenta a temperatura útil da borda. O ganho medido na dureza a quente é mais ou menos assim.

Você não pode distinguir um bit de cobalto de um bit sem cobalto olhando para ele. A mesma fábrica pode finalizar M2, M35 e M42 com óxido preto idêntico, provenientes do mesmo recipiente. Sem o tipo de aço impresso na embalagem, o único sinal que resta é o preço e quanto tempo a borda sobrevive ao aço inoxidável.

O carboneto de tungstênio é sinterizado, não derretido

O carboneto de tungstênio não é aço. É metalurgia do pó. Grãos de carboneto de tungstênio submicrométricos são ligados com cobalto ou níquel e sinterizados perto de 1400°C em uma peça sólida. Um tipo típico de WC-Co contém de 6 a 12 por cento de ligante de cobalto em peso.

A dureza fica em torno de 1.400 a 1.600 HV, que é cerca de 90 na escala HRA e muito além de qualquer coisa que uma lima possa tocar. Essa dureza é o que permite cortar agregado de concreto que simplesmente poliria uma borda HSS.

Ele chega em dois formatos. O metal duro significa que toda a broca é sinterizada, o que é padrão para microfuros de 0,3 mm em placas de circuito impresso e para centros de usinagem CNC. Ponta de metal duro significa que uma pequena pastilha sinterizada é soldada em uma haste de aço, que é a construção usada para alvenaria e trabalhos com martelo.

As brocas de martelo SDS-plus e SDS-max são quase todas soldadas. Uma ponta de metal duro com três cortadores é soldada em uma haste de aço ranhurada, e as três arestas de corte dividem a energia do martelo em três pontos de contato em vez de dois, o que mantém o furo redondo e reduz a aderência em concreto armado.

Broca de martelo com ponta de carboneto SDS-3-Cutter para perfuração em alvenaria Uma broca de martelo para alvenaria com ponta de carboneto de três cortadores e remoção de poeira de três canais, tamanho 3,45–18 mm; útil ao comparar brocas SDS soldadas para tijolo, concreto e pedra. Ver Produto →

A brasagem é o ponto fraco de cada broca com ponta de metal duro. As ligas de brasagem de prata e latão derretem entre 600 C e 700 C. Brilham um pouco de alvenaria em vermelho e a ponta cai, deixando uma haste de aço perfeitamente boa sem nada na extremidade.

Os revestimentos alteram a superfície, não o substrato

Os revestimentos PVD nas brocas são filmes finos, geralmente de 1 a 4 mícrons, que desaparecem após cerca de 30 furos no aço em taxas de avanço normais. Nitreto de titânio e nitreto de alumínio e titânio são os dois que você encontra com mais frequência e funcionam diminuindo o atrito e reduzindo as arestas postiças, em vez de endurecer o aço abaixo.

Uma broca M2 revestida de titânio e uma broca M2 simples têm a mesma dureza. O revestimento altera a forma como o chip desliza, e não a dureza da borda.

A cor é um teste ruim aqui, que é a armadilha em que a maioria dos compradores cai. Uma borda âmbar ou dourada geralmente é TiN, mas uma borda azul-acinzentada escura pode ser simplesmente óxido de vapor, e uma broca de aço cobalto genuína pode não ter cor alguma após um acabamento brilhante. Leia o tipo de aço impresso em vez da tonalidade.

As brocas para madeira são de aço carbono ou HSS, não de metal duro

A madeira carboniza a cerca de 200 C, o que não chega nem perto do ponto em que um corpo de aço recoziria, portanto, uma broca para marcenaria não precisa de cobalto ou carboneto de tungstênio. É feito de aço carbono ou M2 simples e a geometria carrega o desempenho.

Uma broca de madeira com ponta de brad tem três características de trabalho importantes:

• As pontas externas, que marcam as fibras da madeira de forma limpa e evitam que a superfície rasgue na borda
• O ponto central, que localiza a broca antes que os canais toquem a peça de trabalho
• As duas flautas principais, que retiram os resíduos do buraco em vez de empacotá-los

Remova as esporas e as lágrimas do buraco. É por isso que as brocas para marcenaria são avaliadas pela sua moagem e não pelo seu conteúdo de liga.

Broca padrão para madeira Brad Point com haste redonda Uma broca de ponta de aço carbono com ponta central de precisão e haste redonda, em diâmetros de 3–30 mm; adequado para perfuração de madeira onde o arrancamento é importante. Ver Produto →

As brocas para carpintaria raramente usam uma borda de metal duro porque o metal duro é quebradiço. A madeira é macia, mas um prego embutido é suficiente para tornar inútil uma ponta sinterizada.

Como identificar do que é feita uma broca

A cor restringe o campo, mas um arquivo resolve a questão. Uma lima de 60 HRC penetra em qualquer classe de aço rápido, seja M2, M35 ou M42, e desliza sobre o carboneto de tungstênio sem deixar marcas.

O teste de arquivo é confiável o suficiente porque não pode ser enganado pela liga. M35 e M42 estão próximos o suficiente de M2 ​​para que uma lima não os separe; portanto, em uma questão de cobalto, apenas o tipo de aço impresso fornece uma resposta.

Se uma broca não tiver qualidade de aço impressa, assuma M2. O aço cobalto custa dinheiro real, e nenhuma fábrica o coloca silenciosamente em uma peça sem rótulo.

Perguntas frequentes sobre materiais de brocas

As brocas são feitas de aço puro?

Uma broca HSS é aço, mas o aço rápido é uma liga de aço para ferramentas em que cerca de 15 a 18 por cento do peso é tungstênio, molibdênio, cromo e vanádio. Uma broca de carboneto de tungstênio não contém nenhum aço em sua estrutura de corte; são grãos de carboneto de tungstênio sinterizados mantidos juntos por um aglutinante de cobalto.

As brocas de cobalto realmente contêm cobalto?

Sim, mas menos do que o nome sugere. M35 contém cerca de 5% de cobalto e M42 cerca de 8%, sendo o restante ferro e carbonetos. O cobalto não forma uma camada separada. Ele se dissolve na matriz e retarda o engrossamento do metal duro à medida que a borda aquece.

Uma broca de carboneto de tungstênio pode cortar metal?

Uma broca de metal duro pode ser usada e é a escolha padrão para trabalhos de produção de ferro fundido, aço endurecido acima de 45 HRC e alumínio. Uma ponta de metal duro soldada não pode. Essa ponta é quebradiça, lasca facilmente em cortes interrompidos e sua junta de brasagem falha perto de 650°C, que é inferior à temperatura de borda gerada por um corte de aço.

O revestimento de ouro de uma broca é sempre de titânio?

Não. Uma tonalidade âmbar também pode vir do tratamento com óxido de vapor, e uma broca de aço cobalto pode não apresentar cor alguma. Os filmes TiN têm de 1 a 4 mícrons de espessura e são visíveis apenas como uma mudança de cor, não como uma camada distinta. Verifique o tipo de aço impresso em vez da tonalidade.