Catálogo de Aços Rápidos
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O que é aço rápido
O aço rápido para ferramentas (HSS) é uma liga complexa à base de ferro, projetada especificamente para usinagem de materiais em altas velocidades de corte. Quando utilizado para corte de metais em alta velocidade, altas temperaturas são geradas, fazendo com que o aço comum perca sua dureza e capacidade de corte. No entanto, o aço rápido para ferramentas não perde sua dureza, mesmo quando aquecido a temperaturas próximas ao vermelho intenso, e mantém boa dureza de corte.
Composição e Elementos de Liga
Aços rápidos para ferramentas são compostos principalmente de carbono, cromo, vanádio, molibdênio ou tungstênio, ou combinações destes, e, às vezes, quantidades substanciais de cobalto. O teor total de liga em aços rápidos geralmente varia de 20% a 40%. Todos os aços rápidos, sejam eles de molibdênio ou tungstênio, contêm cerca de 4% de cromo. Os diversos elementos de liga presentes no aço rápido são os principais fatores que determinam sua temperabilidade, alta resistência ao desgaste, resistência ao amolecimento térmico e excelente tenacidade, tornando-o ideal para operações de corte industrial.
Os principais elementos de liga e seus efeitos incluem:
- Tungstênio (W)A série T de aços rápidos (HSS) contém tungstênio de 12% a 20%, além de cromo, vanádio e cobalto como outros principais elementos de liga. O tungstênio é um elemento formador de carboneto muito forte, e sua adição substancial produz grandes volumes de carbonetos de liga estáveis em altas temperaturas, aumentando significativamente a resistência ao desgaste e a "dureza ao vermelho". Uma das primeiras classes populares, 18-4-1 (T1), contém cerca de 18% de tungstênio.
- Molibdênio (Mo): A série M contém aproximadamente 3,5% a 10% de molibdênio, com cromo, vanádio, tungstênio e cobalto como outros elementos de liga. O molibdênio, assim como o tungstênio, é um forte formador de carbonetos e contribui significativamente para a resistência ao revenimento e para a manutenção de alta dureza em temperaturas de corte ("dureza vermelha"). Os tipos de molibdênio são geralmente mais baratos e apresentam maior resistência à abrasão e menos distorção no tratamento térmico do que os aços da série T.
- Cromo (Cr): Todos os aços rápidos contêm cerca de 4% de cromo. O cromo forma carbonetos (por exemplo, M23C6 e M7C3) que se dissolvem facilmente e são dissolvidos em temperaturas típicas de tratamento térmico, promovendo a temperabilidade. Também melhora a resistência à incrustação em altas temperaturas de usinagem.
- Vanádio (V)O teor de vanádio no aço rápido (HSS) varia e, normalmente, quando o teor de vanádio aumenta, o teor de carbono também aumenta. O vanádio é um formador de carboneto muito forte e forma carbonetos de tungstênio (MC) muito duros e resistentes à abrasão. O aumento do teor de vanádio proporciona maior resistência ao desgaste e dureza a quente. O carboneto de vanádio também atua como um agente de refino de grãos.
- Cobalto (Co): O cobalto é adicionado a alguns tipos de aço rápido rápido (HSS) para aumentar a capacidade de corte e é um importante elemento de liga em certos aços das séries T e M. Seu principal efeito é aumentar a dureza a quente, melhorando assim a eficiência de corte quando altas temperaturas da ferramenta são atingidas durante o corte. O cobalto eleva o ponto de fusão e pode aumentar as temperaturas de tratamento térmico. Embora aumente a dureza ao rubro, a adição de cobalto aumenta ligeiramente a fragilidade dos aços para ferramentas de alta velocidade. O cobalto não forma carbonetos, mas potencializa o efeito de endurecimento por precipitação de outros elementos de liga.
- Carbono (C): Alto teor de carbono é crucial para a produção de uma matriz martensítica dura e a formação de carbonetos primários, ambos os quais proporcionam resistência à abrasão. O teor de carbono varia tipicamente de 0,70% a 1,5%. Graus com baixo teor de carbono são mais tenazes, enquanto os com alto teor de carbono oferecem maior dureza e resistência ao desgaste.
- Nitrogênio (N): O nitrogênio geralmente está presente em HSS fundido ao ar em quantidades de 0,02% a 0,03%. Aumentar deliberadamente o nitrogênio para 0,04-0,05% com maior teor de silício pode aumentar ligeiramente a dureza máxima atingível e alterar a morfologia do carboneto.
Tratamento térmico
- AustenitizaçãoQuando o aço rápido é aquecido a aproximadamente 840 °C, a ferrita se transforma em austenita, e alguns carbonetos de liga podem se dissolver. Quando aquecido a 1120 °C ou mais, todos os carbonetos M23C6 se dissolvem, e até 50% de carbonetos M6C e MC também podem se dissolver. Isso dissolve o carbono na matriz de austenita, fornecendo o teor de liga e carbono necessários para temperabilidade, dureza a quente e resistência ao revenimento.
- ResfriamentoApós a austenitização, o aço rápido de alta velocidade pode ser resfriado ao ar parado até atingir a dureza máxima, mas frequentemente é temperado em óleo quente para uma remoção mais rápida do calor e níveis de dureza mais elevados. A têmpera transforma a maior parte da austenita com alto teor de carbono em martensita, mas parte da austenita pode ser retida.
- TêmperaA microestrutura final após o revenimento consiste principalmente de martensita revenida e carbonetos duros bem distribuídos. O aço rápido é um aço de têmpera secundária. Revenimentos múltiplos podem converter austenita residual em martensita.
Propriedades
- DurezaDureza é a resistência à penetração por um indentador de diamante, medida à temperatura ambiente. O aço rápido de alta velocidade (HSS) normalmente contém carbono suficiente para permitir o endurecimento até 64 HRC. Aços rápidos de alta velocidade (HSS) de uso geral, como M1 e M7, geralmente são tratados termicamente até 64-66 HRC, enquanto os aços rápidos de alta velocidade (HSS) contendo cobalto geralmente atingem 65-67 HRC. Aços super-rápidos, particularmente a série M40, podem ser tratados termicamente até 70 HRC.
- Dureza Quente (Dureza Vermelha). Trata-se da capacidade do aço de manter alta dureza em temperaturas elevadas. Ela é aumentada principalmente por cobalto, vanádio e molibdênio. Ferramentas de HSS podem manter um fio de corte afiado em temperaturas em torno de 650 °C (1200 °F).
- Resistência ao desgaste. Trata-se da resistência à abrasão. Ela é fortemente influenciada pela dureza e composição da matriz, pelos carbonetos secundários precipitados (M2C e MC) e pelo volume e natureza do excesso de carbonetos da liga. Maior dureza geralmente leva a maior resistência ao desgaste, especialmente em condições de corte abrasivo.
- RobustezO HSS geralmente possui boa tenacidade para uso eficaz em operações de corte industrial. É notavelmente mais tenaz do que os materiais de carboneto, especialmente em aplicações de corte interrompido. No entanto, a dureza extremamente alta e o alto teor de carboneto podem reduzir a tenacidade em comparação com outros aços para ferramentas. O HSS P/M oferece maior tenacidade devido à distribuição uniforme e fina do carboneto.
- Temperabilidade. O HSS endurece tão profundamente que quase qualquer seção encontrada comercialmente terá dureza uniforme do centro à superfície.
Classificações
Aqui, usamos o Instituto Americano de Ferro e Aço (AISI) classificação.
- Série T (Aços para Ferramentas de Alta Velocidade com Tungstênio): Esses aços contêm tungstênio de 12% a 20% e são designados pela letra "T". O T1, também conhecido como 18-4-1 (18% W, 4% Cr, 1% V), é um exemplo clássico. O tipo T1 não contém molibdênio ou cobalto. Os tipos de tungstênio à base de cobalto variam de T4 a T15 e contêm quantidades variadas de cobalto.
- Série M (Aços para Ferramentas de Alta Velocidade com Molibdênio): Esses aços contêm aproximadamente 3,5% a 10% de molibdênio e são designados pela letra "M". Os aços da série M são geralmente mais baratos e apresentam maior resistência à abrasão e menos distorção no tratamento térmico do que os aços da série T. Os aços com molibdênio de uso geral comuns incluem M1, M2 e M7.
Revestimentos
Aços para ferramentas de alta velocidade podem ser revestidos com nitreto de titânio, carboneto de titânio e outros revestimentos por técnicas de deposição física de vapor (PVD) para melhor desempenho e maior vida útil da ferramenta. A PVD é preferível ao antigo processo de deposição química de vapor (CVD) para aço rápido (HSS), pois opera em temperaturas mais baixas e elimina a necessidade de tratamento térmico subsequente.
Aplicativos
Aços rápidos para ferramentas são amplamente utilizados na maioria dos tipos comuns de ferramentas de corte. Entre eles, destacam-se:
- Ferramentas de torno de ponta única (brocas, ferramentas de corte, pastilhas).
- Brocas, alargadores, machos, fresas, fresas de topo, fresas dentadas, serras e brochas.
- Ferramentas para cortes pesados ou usinagem de alta velocidade.
- Ferramentas de formulário.
- Matrizes de conformação a quente, corte fino e outras aplicações de conformação a quente e a frio.
- Aplicações de rolamentos (por exemplo, rolamentos aeroespaciais).
- Componentes estruturais de alta carga e alta temperatura.
- Ferramentas especiais que exigem propriedades específicas, como a brochagem de estrias envolventes em peças brutas de engrenagens de transmissão de caminhões.
Perguntas frequentes
Aços rápidos para ferramentas são ligas complexas à base de ferro, compostas principalmente de carbono, cromo, vanádio, molibdênio ou tungstênio, frequentemente com adições de cobalto. Esses elementos formam partículas de carboneto muito duras dispersas por todo o material, contribuindo para suas propriedades.
Eles são assim chamados por sua capacidade de usinar materiais em altas velocidades de corte. Isso se deve à sua "dureza ao vermelho" ou "dureza a quente", que consiste na capacidade de manter alta dureza e resistência ao amolecimento em temperaturas elevadas geradas durante operações de corte em alta velocidade, tipicamente de até 540-600 °C (1000-1100 °F).
Aços rápidos podem atingir alta dureza à temperatura ambiente, tipicamente variando de 63 a 68 HRC ou mais após tratamento térmico. Seus valores de dureza endurecida geralmente variam de 60 a 69 HRC, dependendo do grau específico e do tratamento térmico.
HSS typically contains 0.70-1.5% carbon, and total alloy contents generally vary from 20-40%58. Common alloying elements and their ranges include Chromium (3.5-4.5%), Molybdenum (0-10.00%), Vanadium (0.9-4.2%), Tungsten (0-18.70%), and Cobalt (0-10.50%)5…. There are two main groups: M-types (molybdenum as primary alloying element) and T-types (tungsten as primary alloying element)2….
Aços rápidos são ligas à base de ferro e, diferentemente dos aços inoxidáveis, não possuem resistência inerente à corrosão, que tem como função principal a ferrugem (oxidação). Aços inoxidáveis, que possuem um mínimo de 10,5% de cromo, formam uma película protetora de óxido de cromo para resistir à corrosão33…. O aço rápido rápido não possui esse alto teor de cromo ou película protetora, o que o torna suscetível à ferrugem sem os devidos cuidados ou revestimentos.
O aço rápido pode ser muito bom para facas devido à sua alta dureza, excelente resistência ao desgaste (de carbonetos duros) e boa dureza a quente para retenção do fio, mesmo quando aquecido. No entanto, sua tenacidade pode ser menor em comparação com outros aços para ferramentas devido à sua extrema dureza e teor de carboneto, o que significa que pode ser propenso a lascas ou rachaduras sob impacto.
HSS é uma classificação de aços-ferramenta de liga. É categorizado principalmente em dois grupos principais: tipo molibdênio (série M) e tipo tungstênio (série T). Os graus específicos incluem M1, M2, M7, M10, M33, M42, T1 e T15.
As ferramentas de aço rápido (HSS) são utilizadas para cortar uma ampla variedade de materiais, incluindo aços carbono, aços ligados, ferros fundidos (como ferro cinzento e ferro maleável), aços inoxidáveis, alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas, bronze e magnésio. São particularmente eficazes na usinagem de aços tenazes e de alta resistência, além de materiais escamosos, como ferro fundido e aços fundidos.
Sim, o HSS é explicitamente projetado e amplamente utilizado para cortar e moldar outros metais. É um material comum para diversas ferramentas de corte de metal.
Não, o HSS não é aço carbono. O aço carbono é um aço de baixo carbono. O HSS é uma liga complexa à base de ferro com alto teor de carbono e ligas (por exemplo, tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio, cobalto), projetada para alta dureza, resistência ao desgaste e resistência ao amolecimento em altas temperaturas, ao contrário do aço carbono.
Não, HSS não é o mesmo que carboneto. Os carbonetos são uma classe diferente de materiais para ferramentas de corte que geralmente podem ser usados em velocidades de corte muito mais altas do que o HSS, às vezes de 4 a 10 vezes mais altas. Embora o HSS seja um aço de liga, os carbonetos (por exemplo, carbonetos cimentados) são normalmente compostos de carboneto de tungstênio em um ligante metálico.
HSS são ligas complexas à base de ferro. Seus principais elementos de liga incluem carbono, cromo, vanádio, molibdênio, tungstênio e, às vezes, quantidades substanciais de cobalto. Ferramentas de HSS podem ser produzidas a partir de ligas forjadas convencionalmente ou por processos de metalurgia do pó.
O aço rápido (HSS) é conhecido por sua alta dureza, normalmente variando de 60 a 66 HRC (Rockwell C). Alguns tipos, como o T15, podem atingir até 67 HRC.
O HSS (aço rápido) pode usinar materiais em altas velocidades de corte e possui alta resistência ao desgaste e ao amolecimento por calor (dureza vermelha). Além disso, possui boa tenacidade e, como material para muitas ferramentas de corte, tem custo relativamente baixo.
Sim, o HSS é adequado para usinagem de aços inoxidáveis, incluindo os tipos ferrítico, austenítico e martensítico, bem como aços tratados termicamente.
HSS é um material de ferramenta usado para cortar ligas de titânio. Ligas de titânio são geralmente difíceis de usinar, exigindo classes específicas de HSS ou outros materiais de ferramenta mais duros para um desempenho ideal.
O cobalto é um elemento de liga adicionado ao HSS (formando classes HSS-Co) para aumentar sua dureza a quente e capacidade de corte, especialmente em materiais difíceis de usinar. Não é um material independente diretamente comparável ao HSS em termos de resistência geral; em vez disso, ele melhora as propriedades do HSS.
Sim, brocas de aço rápido são comumente usadas para furar vários tipos de aço, incluindo aços carbono e baixa liga, e aços inoxidáveis. Para aços muito duros (por exemplo, acima de 50 HRC), brocas de metal duro são normalmente recomendadas.
Sim, ferramentas de aço rápido são capazes de cortar ligas de titânio, com velocidades de corte e avanços recomendados para várias condições de ligas de titânio15.
