Por que o aço ferramenta D2 lasca ou trinca?

Aço para ferramentas D2 é frequentemente escolhida porque resiste ao desgaste abrasivo Muito bem. Em matrizes de estampagem, punções, lâminas de corte, facas de fenda, ferramentas de corte e ferramentas de conformação a frio, geralmente é por esse motivo que os compradores as escolhem. Eles querem que a ferramenta mantenha o fio de corte, conserve suas dimensões e resista ao desgaste superficial durante a produção.

Mas quando uma lasca ou rachadura se forma no D2, a ferramenta já falhou antes que o desgaste se torne o principal problema. Por que a ferramenta quebrou antes de ter tempo de se desgastar completamente?

Os motivos são: a estrutura de carboneto do D2; a forma como a aresta é carregada; a dureza selecionada; o tratamento térmico e a qualidade do acabamento; ou o projeto da ferramenta.

Lascamento significa que a ferramenta está falhando por fratura, não por desgaste.

Desgaste e lascas Parecem diferentes e apontam para problemas diferentes.

O desgaste é gradual. A aresta da ferramenta arredonda, a folga de corte muda gradualmente e a qualidade da peça diminui com o tempo. Este é o tipo de falha que o D2 foi projetado para resistir.

O lascamento é repentino e localizado. Pequenos pedaços se desprendem da aresta de corte. Trincas podem começar em um canto, um furo, uma superfície retificada ou uma seção fina sem suporte. A ferramenta não perde material simplesmente por atrito. Ela quebra porque a tensão localizada excede a tolerância à fratura do aço.

É por isso que aumentar a dureza não resolve automaticamente o problema. Uma dureza maior pode retardar o desgaste abrasivo, mas também pode tornar a aresta menos resistente a impactos ou cargas laterais. Se a falha for uma fratura, uma dureza maior pode empurrar a ferramenta na direção errada.

O D2 não está falhando porque se esqueceu de como resistir ao desgaste. Ele está falhando porque a aplicação passou de um problema de desgaste para um problema de fratura.

A estrutura de carboneto do D2 proporciona resistência ao desgaste, mas limita a tolerância à fratura.

O aço D2 contém aproximadamente 1,5% de carbono e cerca de 12% de cromo. Essa composição química produz uma grande quantidade de carbonetos duros ricos em cromo no aço. Eles conferem ao D2 sua alta resistência ao desgaste abrasivo. Quando a ferramenta opera sob condições controladas de trabalho a frio, os carbonetos ajudam a proteger a aresta de corte e a superfície de trabalho.

O custo é a tolerância à fratura. Grandes partículas de carboneto duro não se deformam facilmente com a matriz de aço circundante. Sob impacto, flexão ou carga concentrada na borda, a tensão aumenta ao redor dessas partículas. Uma trinca pode começar em um aglomerado de carboneto, na interface carboneto-matriz ou em uma área de alta tensão onde os carbonetos e a geometria atuam em conjunto contra a ferramenta. Ela pode manter uma aresta afiada e resistente ao desgaste em uma aplicação e lascar rapidamente em outra. O material tem a mesma composição. A diferença está no estado de tensão.

O aço D2 é mais resistente quando a carga é principalmente compressiva e abrasiva. Ele se torna vulnerável quando submetido a tensão de tração, flexão, carga lateral ou impacto repentino.

A lâmina de corte falha primeiro porque a tensão se concentra ali.

A maior parte do lascamento começa na borda, porque a borda suporta a maior tensão no menor volume de aço.

Em processos de puncionamento, corte, cisalhamento e fenda, a aresta de corte raramente é exposta a uma carga perfeitamente limpa. A produção real adiciona desalinhamento, variação de folga, vibração da máquina, alimentação instável e pressão lateral. Essas condições levam a aresta à fratura, em vez de simplesmente ao desgaste.

Uma lâmina D2 perfeitamente afiada é especialmente frágil sob esse tipo de carga. Ela pode cortar bem no início, mas há muito pouco material atrás da ponta de corte. Assim que a lâmina sofre um impacto ou é submetida a uma força lateral, pequenas lascas podem se desprender.

É por isso que um leve afiamento ou chanfro geralmente melhora o desempenho das ferramentas D2. O objetivo não é cegar a ferramenta, mas sim dar à aresta suporte suficiente para suportar a carga real, e não apenas as condições ideais de corte.

Quando ocorre repetidamente uma lasca de aresta D2, a condição da aresta deve ser verificada primeiro. A folga está correta? A ferramenta está alinhada? A aresta está muito afiada para a carga? A ferramenta está totalmente apoiada? O material da peça é mais espesso ou mais duro do que o esperado?

Se as respostas apontarem para impacto ou carga lateral, a falha é mecânica antes de ser metalúrgica.

A alta dureza torna pequenos defeitos mais perigosos.

O aço D2 é comumente utilizado com dureza entre 58 e 62 HRC para ferramentas de trabalho a frio. Essa faixa faz sentido quando a resistência ao desgaste é a prioridade. No entanto, o limite superior dessa faixa oferece menos margem para impactos, efeitos de entalhe e defeitos superficiais.

Com maior dureza, o aço resiste à deformação plástica. Isso ajuda a ferramenta a manter sua forma. Também significa que a aresta tem menor capacidade de perder o fio, ceder ou absorver sobrecarga localizada. Uma pequena marca de retificação, microfissura, canto vivo, aglomerado de carbonetos ou camada danificada por eletroerosão torna-se mais perigosa.

É por isso que uma ferramenta D2 pode lascar. A dureza para desgaste nem sempre é a mesma que a dureza para uma aresta sensível a lascas.

O erro mais comum é tratar a dureza como a principal métrica de desempenho. Ela é apenas uma parte do quadro geral de falhas. Uma ferramenta com dureza de 60 HRC, com bom suporte e acabamento limpo, pode funcionar bem. Outra ferramenta com a mesma dureza pode lascar rapidamente se a aresta estiver afiada, a folga estiver incorreta ou a superfície tiver sido danificada durante a retificação.

A dureza deve ser selecionada com base na carga. Para condições de desgaste estáveis, uma dureza maior pode ser benéfica. Para uma aresta de corte exposta a impactos ou forças laterais, a opção mais segura costuma ser uma dureza ligeiramente menor combinada com melhor preparação da aresta e melhor suporte.

Os danos causados pelo tratamento térmico e pela retificação podem criar fissuras antes mesmo do início da vida útil do produto.

Algumas ferramentas D2 entram em produção com a fissura já pronta para se agravar.

O tratamento térmico é uma das fontes de fragilidade. Durante o endurecimento, a liga D2 se transforma em martensita e desenvolve tensões internas. Formas complexas, cantos vivos, espessura irregular da seção transversal e pré-aquecimento inadequado agravam essas tensões. O revenimento reduz a fragilidade e estabiliza a estrutura, mas deve ser realizado corretamente e logo após o endurecimento.

O processo D2 também requer um revenido cuidadoso, pois a austenita retida pode permanecer após o endurecimento. Após o primeiro revenido, parte dessa austenita retida pode se transformar em martensita fresca. Se essa martensita fresca não for revenida novamente, a estrutura permanece tensionada e menos estável. Essa é uma das razões pelas quais o revenido duplo é comumente utilizado para o processo D2.

Tratamento térmico D2 inadequado Nem sempre se manifesta como uma falha óbvia de dureza. Uma ferramenta pode atender ao HRC exigido e ainda apresentar grãos grosseiros, alta tensão residual, austenita retida instável ou dureza irregular. Esses problemas reduzem a margem de segurança contra trincas.

Após o endurecimento, a retificação agressiva pode causar o superaquecimento da superfície. A camada danificada pode tornar-se quebradiça, endurecer novamente e ficar sob tensão de tração. Microfissuras finas podem se formar na superfície, especialmente quando a passada de retificação é intensa, o fluido de corte é inadequado ou a rebolo é imprópria para o uso.

A eletroerosão pode deixar uma camada refundida com riscos semelhantes. Se essa camada permanecer em uma aresta de corte ou em uma superfície de alta tensão, ela pode se tornar a origem de uma trinca durante o uso.

O projeto da ferramenta muitas vezes determina se o D2 sobrevive ou quebra.

O dispositivo D2 requer geometria limpa e suporte sólido. Um projeto inadequado pode transformar uma carga de trabalho normal em uma carga que inicia trincas.

Cantos internos vivos são o problema clássico. Eles concentram a tensão em uma área estreita. Um canto arredondado distribui a carga de maneira mais uniforme. Isso é mais importante no aço D2 do que em aços mais resistentes, porque o D2 tem menor capacidade de absorver tensões localizadas antes de fissurar.

Alterações repentinas na seção transversal criam um segundo risco. Uma seção fina próxima a uma seção espessa aquece e esfria de forma desigual durante o tratamento térmico. A mesma geometria também pode sofrer flexão desigual durante o uso. Ambas as condições aumentam o risco de fissuras.

Orifícios próximos às bordas de trabalho, marcas de estampagem profundas, paredes finas e insertos sem suporte criam problemas semelhantes. Eles reduzem a quantidade de aço disponível para suportar a carga e dão ao surgimento de trincas um ponto de partida.

O suporte é frequentemente subestimado. Uma pastilha ou lâmina de aço D2 pode ser suficientemente dura e ter recebido o tratamento térmico adequado, mas se não estiver totalmente apoiada, irá flexionar. A flexão repetida pode causar o surgimento de uma fissura a partir de uma pequena imperfeição. Calços irregulares ou contato inadequado com o suporte podem destruir uma ferramenta que, de outra forma, seria resistente.

Substitua D2 quando o modo de falha for fratura repetida.

O D2 continua sendo uma boa opção quando a ferramenta falha devido ao desgaste abrasivo gradual. É nessa condição que sua estrutura de carboneto oferece valor real.

A situação muda quando a ferramenta lasca ou trinca repetidamente antes que o desgaste se torne visível. Nesse ponto, a aplicação exige maior tolerância à fratura, e não apenas maior resistência ao desgaste.

Antes de substituir o aço, verifique as causas óbvias: preparação da aresta, folga, alinhamento, suporte, tratamento térmico, retificação e danos por eletroerosão. Muitas falhas em ferramentas D2 decorrem dessas áreas. Corrigi-las pode trazer a ferramenta de volta a uma faixa de trabalho segura.

Se a aresta ainda quebrar prematuramente mesmo após o controle desses fatores, D2 é a direção errada para essa tarefa.

A2 É frequentemente uma escolha prática quando a ferramenta precisa de maior resistência, mantendo ao mesmo tempo uma resistência razoável ao desgaste. S7 É a melhor direção quando o impacto é o problema dominante. DC53 Pode ser útil em algumas aplicações de trabalho a frio onde cavacos convencionais de D2 são usados com muita facilidade. Os graus de metalurgia do pó são usados quando a aplicação exige alta resistência ao desgaste e maior tenacidade, pois seus carbonetos são mais finos e distribuídos de maneira mais uniforme.