Seleção de aços-ferramenta para conformação a frio e extrusão
Matrizes de conformação a frio e extrusão suportam tensões tribológicas e mecânicas extremas. O processo realiza o deslocamento do metal por meio de fluxo plástico sob pressões transitórias não uniformes, com pressões internas da matriz tipicamente superiores a 1895 MPa (275 ksi) e pressões do punção atingindo até 2370 MPa (344 ksi).
Nessas condições de operação, os principais modos de falha incluem desgaste abrasivo, fratura, recalcamento ou deformação e fadiga de alto ciclo. Para suportar altas pressões unitárias e evitar o travamento entre a peça e a ferramenta, os aços para ferramentas de trabalho a frio excedem as classes padrão — como DC53 e Aço rápido M2—devem ser selecionados. Essas classes apresentam alta resistência à compressão e à fadiga, resistindo eficazmente à deformação permanente e retardando o início de trincas.
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Estratégia de seleção de materiais
Os materiais para ferramentas de conformação a frio de alta resistência são normalmente selecionados entre aço rápido M2 (HSS) e aços para ferramentas de trabalho a frio de alto desempenho, como o DC53.
M2 (HSS): Quando as cargas de compressão excedem a resistência ao escoamento de D2, Selecione M2 para punções e matrizes. Este aço oferece alta resistência à compressão, tornando-o adequado para aplicações que exigem pressão da ferramenta superior a 2100 MPa. Além disso, o M2 apresenta dureza a quente, neutralizando os efeitos do aquecimento adiabático nas ferramentas durante a extrusão rápida.
DC53 (8% Cr): Para aplicações onde o D2 falha devido a lascamento ou fissuras, selecione o DC53 (8% Cr modificado). Seus carbonetos finamente distribuídos proporcionam tenacidade superior ao D2, mantendo a dureza entre 62 e 64 HRC, aumentando a resistência ao desgaste adesivo e à formação de riscos em superfícies de contato com metal.
Tratamento térmico e resistência à compressão
As propriedades do aço ferramenta são determinadas pelo tratamento térmico. Para evitar a deformação plástica, a dureza do aço ferramenta deve garantir que seu limite de escoamento exceda a tensão de processo aplicada. O aço rápido e o DC53 requerem revenido em alta temperatura para promover a transformação completa da austenita retida. Se a transformação for incompleta, a austenita retida pode sofrer transformação de fase induzida por deformação sob tensão cíclica, convertendo-se em martensita não revenida. Isso leva à instabilidade dimensional e fragilização da ferramenta.
Tabela de comparação
| Grau de aço | Resistência à compressão | Robustez | Resistência à fadiga | Aplicação típica |
| M2 (SKH51) | Muito alto (>2200 MPa) | Moderado/Bom | Excelente (Alto limite de elasticidade) | Punções de extrusão para serviço pesado, matrizes de laminação de roscas, |
| DC53 | Alto (Superior ao D2) | Alto (Carbetos mais finos que D2) | Alta resistência (resistente a microlascas) | Matrizes de forjamento a frio, Estampagem de alta carga, Matrizes de corte |
| D2 (1,2379) | Moderado/Alto (até 2000 MPa) | Baixo (Propenso a lascar) | Moderado (limitado por carbonetos grosseiros) | Matrizes de conformação e corte de uso geral |
Perguntas frequentes
Os principais modos de falha incluem desgaste abrasivo, fratura, recalcamento e falha por fadiga de alto ciclo devido a pressões transitórias não uniformes. Matrizes de laminação de roscas também podem apresentar descamação e lascamento na crista da rosca.
O aço rápido M2 é adequado para aplicações com pressões de ferramentas superiores a 2100 MPa. Oferece alta resistência à compressão e apresenta dureza a quente para neutralizar os efeitos do aquecimento adiabático durante a extrusão rápida.
Selecione DC53 quando o D2 falhar devido a lascamento ou fissuras. O DC53 apresenta carbonetos finamente distribuídos que proporcionam tenacidade superior em comparação com o D2, mantendo uma dureza de 62–64 HRC.
A dureza superficial deve ser superior a 60 HRC para resistir a riscos. Além disso, o núcleo requer alta resistência ao impacto para inibir a propagação de trincas causadas por tensões de impacto durante o recalque de fios ou barras.
O aço da matriz deve resistir às tensões de cisalhamento subsuperficiais para suprimir o início de trincas. Para ligas endurecidas por trabalho a frio, assegure-se de que a dureza da matriz exceda 64 HRC para manter as tolerâncias do perfil da rosca e evitar lascamento da borda.
O revenido em alta temperatura promove a transformação completa da austenita retida. Se incompleta, a austenita retida pode se converter em martensita não revenida sob tensão, levando à instabilidade dimensional e fragilização da ferramenta.
Os insertos de matriz são normalmente pré-tensionados usando um anel de contração para suprimir fissuras causadas por ciclos de pressão interna. Os insertos requerem alta resistência à fadiga para suportar as tensões radiais e circunferenciais geradas durante a operação.