Seleção de aço ferramenta para corte de alta velocidade (HSC)
O corte de alta velocidade (HSC, na sigla em inglês) opera em velocidades de corte e taxas de remoção de material muito elevadas, gerando taxas de deformação e temperaturas extremas na interface ferramenta-peça. A deformação plástica produz deformações de cisalhamento de 2 a 5 e taxas de deformação de até 10⁻⁵ s⁻¹.5 s-1 (localmente atingindo 107 s-1), com temperaturas de interface frequentemente superiores a 1000℃.
Nessas temperaturas, o desempenho da ferramenta deixa de ser controlado pela dureza à temperatura ambiente. A falha da ferramenta é dominada pelo desgaste por difusão (formação de crateras), desgaste abrasivo da face de corte, lascamento da aresta de corte e amolecimento térmico rápido. Quando a dureza diminui em temperaturas elevadas, a deformação plástica e o desgaste aceleram, levando à perda de estabilidade da aresta de corte.
Principais fatores de seleção
No HSC, a seleção do material é limitada principalmente pelo desempenho em altas temperaturas, e não pela dureza ou resistência convencionais. O ponto-chave é manter a integridade do gume sob carregamento térmico e mecânico combinado. Para ferramentas de corte padrão, como fresas de topo e brochas, as opções de grau estão em Guia de seleção de ferramentas de corte de aço rápido.
Dureza Quente (Dureza Vermelha)
Essa é a principal restrição. O aço deve manter a dureza e resistir ao amolecimento por revenido acima de 600–1000 °C. Se a dureza cair abaixo da temperatura de corte, a aresta se deforma plasticamente e a taxa de desgaste aumenta drasticamente.
Resistência ao desgaste
A resistência ao desgaste depende da dureza da matriz e das características dos carbonetos. Carbonetos finos e uniformemente distribuídos (MC, M6C) melhoram a resistência ao desgaste por abrasão e difusão. No entanto, um volume excessivo de carbonetos ou carbonetos grosseiros aumentam a fragilidade e promovem o lascamento das arestas sob ciclos térmicos.
Robustez
Ciclos térmicos e cargas de corte intermitentes introduzem choques mecânicos repetidos. A tenacidade insuficiente leva a lascamento e falha da aresta de corte, especialmente em fresamento ou corte interrompido. O aumento da resistência ao desgaste pelo aumento do teor de liga normalmente reduz a tenacidade, portanto, o equilíbrio deve ser adequado às condições de corte.
Aços para ferramentas recomendados
Aço ferramenta AISI M42 | 1.3247 | SKH59
O aço M42 é utilizado em aplicações onde a temperatura de corte é o principal fator limitante. Seu teor de cobalto de aproximadamente 8% melhora o endurecimento secundário e retarda o amolecimento térmico, permitindo uma dureza de trabalho de 68–70 HRC.
É adequado para usinagem de ligas de titânio e superligas à base de níquel, onde as temperaturas de corte permanecem elevadas. Comparado ao M4, possui menor tenacidade, portanto, condições de corte estáveis e configurações rígidas são necessárias para evitar lascamento.
Aço rápido AISI T15 (Tungstênio-Vanádio-Cobalto)
O aço T15 é selecionado quando o desgaste abrasivo é o principal modo de falha. O alto teor de vanádio (~5%) forma um grande volume de carbonetos MC duros, melhorando significativamente a resistência à abrasão em comparação com os aços rápidos convencionais, como o M2.
É adequado para materiais de alta resistência e alta tensão onde o desgaste da aresta é predominante. No entanto, a menor tenacidade limita seu uso em cortes interrompidos.
AISI M4 (Aço rápido com alto teor de vanádio)
O aço M4 é utilizado em condições onde a resistência ao desgaste abrasivo é importante, mas ainda se exige alguma tenacidade. Com vanádio ~4%, ele proporciona boa resistência ao desgaste, mantendo uma tenacidade superior à do aço T15.
A dureza típica é de 62–64 HRC. É adequada para usinagem de ferro fundido, latão e aços temperados, onde são necessárias estabilidade de aresta e resistência a lascas.
Aços produzidos por metalurgia do pó (P/M) (ex.: ASP 60 / CPM Rex 76)
Os aços P/M resolvem o problema da segregação de carbonetos em aços rápidos convencionais, produzindo uma microestrutura uniforme. Isso permite um maior teor de liga, mantendo uma tenacidade adequada.
Esses aços normalmente atingem 67–69 HRC e oferecem desempenho mais estável sob condições combinadas de alta temperatura, desgaste e choque. São adequados para aplicações exigentes de aços de alta resistência (HSC) que requerem tanto dureza a quente quanto estabilidade de borda.
Tabela Resumo
| Aço ferramenta de alta qualidade | Dureza | Recurso principal | Vantagem primária |
|---|---|---|---|
| AISI M42 | 68–70 HRC | Alto Co (~8%) | Mantém a dureza em altas temperaturas de corte. |
| AISI T15 | Até 67 HRC | Alto V + Co | Alta resistência ao desgaste abrasivo |
| AISI M4 | 62–64 HRC | Conteúdo V equilibrado | Maior resistência com boa resistência ao desgaste |
| Aços P/M | 67–69 HRC | Microestrutura uniforme | Desempenho estável em condições combinadas |