Por que o aço ferramenta D2 lasca ou trinca?
aço ferramenta 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.
| Padrão de falha | O que isso geralmente significa |
| A borda se desgasta gradualmente | O desgaste abrasivo é o principal problema. |
| As lascas de borda são lançadas precocemente. | A resistência à fratura ou o suporte da borda são fatores que limitam o desempenho. |
| A rachadura começa em um canto ou buraco. | É provável que haja envolvimento da concentração de estresse. |
| A fissura começa a partir de uma superfície retificada ou eletroerosiva. | Danos na superfície podem ser a origem. |
| A ferramenta quebra antes de apresentar desgaste visível. | D2 pode estar enfrentando uma condição de carga além de sua faixa de segurança. |
D2 is not failing because it forgot how to resist wear. It is failing because the application has moved from a wear problem into a fracture problem. Reading the fracture surface back to the mechanism that produced it is covered in the gráfico de características da superfície 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.
Most chipping starts at the edge because the edge carries the highest stress in the smallest volume of steel. Reading that damage back to a mechanism is a classification step, and the six damage modes with what each one looks like at three scales of examination are collected in the gráfico de identificação de modos de dano.
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.