Seleção de aço ferramenta para matrizes de corte a quente
O corte a quente é uma operação secundária na forjaria e fundição sob pressão, utilizada para remover rebarbas, canais de alimentação e excessos de material imediatamente após a conformação, enquanto a peça ainda está quente. Isso melhora a eficiência do corte, mas expõe a matriz a cargas mecânicas e ciclos térmicos simultâneos.
A temperatura de corte depende do material. Ligas não ferrosas podem ser processadas próximas a 150 °C, enquanto aços e ligas ferrosas frequentemente ultrapassam 980 °C. Nessas condições, três mecanismos de dano interagem: desgaste abrasivo da camada de óxido, fadiga térmica devido ao aquecimento e resfriamento repetidos e deformação da aresta por amolecimento térmico. Na maioria dos casos, a vida útil da ferramenta é limitada pelo mecanismo que se desenvolve mais rapidamente em um determinado ciclo.
Fatores de seleção
A seleção do aço ferramenta é determinada pelo modo de falha predominante sob condições específicas de corte.
A resistência ao desgaste e a tenacidade representam o principal equilíbrio a ser considerado. Um alto teor de carbonetos melhora a resistência à formação de carepa abrasiva e retarda o arredondamento da aresta de corte, mas reduz a resistência ao impacto e aumenta o risco de lascamento. Em operações com excesso de rebarba, desalinhamento ou carga instável, a tenacidade insuficiente leva à falha prematura da aresta de corte antes que o desgaste se torne crítico.
A resistência à fadiga térmica controla o início e a propagação de trincas sob aquecimento cíclico. Quando o corte envolve ciclos curtos repetidos com rápidas variações de temperatura, trincas superficiais se formam e gradualmente se interligam, formando redes. Uma vez estabelecidas, essas trincas aceleram a remoção de material e reduzem a estabilidade das bordas. Aços com maior tenacidade e estabilidade ao revenido retardam esse processo.
A dureza a quente torna-se decisiva quando o tempo de contato ou a entrada de calor aumentam. Se o aço amolecer durante o uso, a aresta de corte deforma-se plasticamente, mesmo que a resistência ao desgaste seja adequada. Isso é típico em ciclos mais lentos, seções mais espessas ou condições em que o calor se acumula em vez de se dissipar entre os golpes.
Aços para ferramentas recomendados
Aço ferramenta AISI D2 |1.2379 | SKD11
O aço D2 é utilizado em cortes a quente quando o desgaste abrasivo é o principal modo de falha e a exposição térmica é curta. Seu alto teor de carbono e cromo produz um grande volume de carbonetos duros, o que retarda o desgaste da aresta de corte e mantém o poder de corte.
Sua limitação reside na baixa tenacidade e na resistência moderada ao amolecimento térmico. Portanto, seu uso é restrito a cortes de rebarba fina, operações de alta velocidade ou casos em que o tempo de contato entre a ferramenta e a peça é breve. A dureza típica é de 58 a 60 HRC, escolhida para manter a resistência ao desgaste e, ao mesmo tempo, limitar o risco de fratura frágil.
Aço ferramenta AISI H11 | 1.2343 | SKD6
O aço H11 é selecionado quando a falha é causada por impacto ou fadiga térmica. Comparado ao D2, ele oferece menor resistência ao desgaste, mas significativamente maior tenacidade e resistência à propagação de trincas.
É adequado para condições gerais de corte a quente onde a carga varia ou os impactos são significativos, como na forjagem por recalque. Nessas condições, a falha da borda é mais frequentemente causada por trincas do que por desgaste. A dureza típica é de 46–50 HRC, equilibrando resistência com resistência à fratura e ao trincamento térmico.
Aço ferramenta AISI H21 | 1.2581 | SKD5
O H21 é utilizado quando o amolecimento térmico limita a vida útil da ferramenta. O teor de tungstênio melhora a resistência a altas temperaturas, permitindo que a aresta mantenha sua geometria sob calor contínuo.
É ideal para cortes de rebarbas em grande quantidade, seções espessas ou ciclos mais lentos nos quais o calor se acumula durante a operação. Comparado ao H11, oferece melhor resistência ao amolecimento, porém menor tenacidade. A dureza típica é de 50–52 HRC, escolhida para manter a estabilidade da aresta sob carga térmica.
Aço ferramenta AISI S7 | DIN 1.2355
O aço S7 é selecionado quando o impacto é a principal causa de falhas e o lascamento das bordas é o principal risco. Sua alta resistência permite absorver choques repetidos sem rachar.
Sua resistência ao desgaste e dureza a quente são limitadas, portanto, não é adequado para condições dominadas por abrasão ou alta temperatura. Seu desempenho é melhor em operações de corte com carga instável ou choque mecânico severo. O revenimento acima da temperatura de serviço esperada é necessário para reduzir o risco de amolecimento em serviço.
Aços de baixa liga 6G ou 6F2
Esses aços são usados em punções e componentes de suporte onde a falha é causada por fratura volumétrica em vez de desgaste nas bordas. Sua composição de Ni-Cr-Mo proporciona alta tenacidade no núcleo e resistência a cargas compressivas e de impacto elevadas.
Não são projetados para lâminas de corte. Em vez disso, são aplicados onde a confiabilidade estrutural e a resistência a fissuras são mais importantes do que a dureza. A dureza típica varia de 41,8 a 45,7 HRC, proporcionando um equilíbrio entre resistência e ductilidade.
Tabela Resumo
| Classe de aço ferramenta | Dureza típica | Principal vantagem do corte a quente |
|---|---|---|
| D2 | 58–60 HRC | Resiste ao desgaste abrasivo em cortes de contato curto. |
| H11 | 46–50 HRC | Resiste a rachaduras sob impacto e ciclos térmicos. |
| H21 | 50–52 HRC | Mantém a resistência das bordas sob calor contínuo. |
| S7 | — | Absorve impactos e evita lascas nas bordas. |
| 6G / 6F2 | 41,8–45,7 HRC | Proporciona resistência estrutural para componentes de alta resistência. |