Catálogo de Aços para Ferramentas de Trabalho a Quente
Catálogo de Aços para Ferramentas de Trabalho a Quente
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O que é aço para ferramentas de trabalho a quente?
O aço para ferramentas de trabalho a quente é normalmente utilizado em temperaturas acima de 200 °C (390 °F). Em altas temperaturas, mantém sua dureza e estabilidade dimensional. Em contraste, o aço comum perde dureza em ambientes de alta temperatura.
Composição e Elementos de Liga
Aços para ferramentas de trabalho a quente normalmente apresentam teor médio de carbono, variando de 0,35% a 0,45%. Esse teor de carbono relativamente menor, em comparação com os aços trabalhados a frio, promove maior tenacidade. Sua resistência ao amolecimento em temperaturas elevadas é alcançada pela adição de elementos de liga como cromo, tungstênio, molibdênio e vanádio, que coletivamente variam de 6% a 25% na composição.
- Cromo (Cr): Um elemento de liga primário, normalmente 3% a 5%, contribui para a dureza a quente, resistência ao desgaste e melhora a temperabilidade e a resistência à oxidação.
- Tungstênio (W): Oferece resistência ao amolecimento em altas temperaturas (dureza ao vermelho) e resistência ao desgaste, formando carbonetos estáveis. Também contribui para a dureza a quente e pode estar presente em quantidades substanciais (por exemplo, 9% a 19%) em aços para trabalho a quente à base de tungstênio. No entanto, o alto teor de tungstênio pode reduzir a tenacidade e a resistência ao choque térmico, tornando-os inadequados para resfriamento a água durante a operação.
- Molibdênio (Mo): Semelhante ao tungstênio, é crucial para a dureza a quente, maior resistência à têmpera e forma carbonetos resistentes ao desgaste. O molibdênio tem cerca do dobro da potência do tungstênio em seu efeito sobre a dureza a quente.
- Vanádio (V): Forma carbonetos muito duros (tipo MC) que aumentam significativamente a resistência ao desgaste e a dureza a quente.
- Cobalto (Co): Quando adicionado, aumenta principalmente a dureza a quente, melhorando a eficiência de corte em altas temperaturas da ferramenta. Aços que contêm cobalto geralmente apresentam maior dureza a quente.
Propriedades
- Dureza Quente (Dureza Vermelha). Esta é a propriedade mais importante, referindo-se à capacidade de manter a dureza em temperaturas elevadas, muitas vezes até 650°C (1200°F) ou mais por breves períodos.
- Resistência ao desgaste. Ferramentas para trabalho a quente são submetidas à ação abrasiva de metais quentes e exigem resistência ao desgaste, incluindo desgaste erosivo (lavagem) em altas temperaturas.
- Robustez. Trata-se da capacidade de resistir a lascas, quebras e propagação de trincas sob choques mecânicos e térmicos. A tenacidade costuma ser equilibrada com a dureza e a resistência ao desgaste, pois o aumento de uma pode diminuir a outra.
- Resistência à fadiga térmica (verificação de calor). Refere-se à capacidade de suportar ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento rápidos sem desenvolver redes de finas trincas na superfície da ferramenta. A verificação por aquecimento é um modo de falha comum em matrizes de fundição sob pressão.
- Resistência a altas temperaturas. Capacidade de suportar cargas sustentadas em temperaturas elevadas sem sofrer deformação plástica.
- Temperabilidade. Aços para trabalho a quente são projetados para endurecimento profundo, geralmente por resfriamento a ar, o que ajuda a minimizar a distorção durante o tratamento térmico.
Classificação
Aqui, classificamos de acordo com o padrão americano AISI padrão (Série H AISI). Os aços para ferramentas de trabalho a quente são classificados principalmente na série H AISI. Eles são subdivididos em três grupos principais com base em seus principais elementos de liga:
- Aços de cromo para trabalho a quente (H10-H19): Estes são os mais utilizados, especialmente H11, H12 e H13. Eles oferecem um bom equilíbrio de propriedades, incluindo excelente tenacidade e resistência ao choque, boa resistência ao amolecimento pelo calor e alta temperabilidade. Caracterizam-se por baixa distorção durante o endurecimento e podem frequentemente ser resfriados a água em serviço sem apresentar fissuras.
- Aços de tungstênio para trabalho a quente (H21-H26): Conhecidos por sua altíssima resistência ao amolecimento e à lavagem em altas temperaturas devido ao alto teor de tungstênio. No entanto, geralmente apresentam menor tenacidade e são mais suscetíveis à fratura frágil e ao choque térmico, tornando o resfriamento rápido com água em serviço arriscado.
- Aços para trabalho a quente com molibdênio (H42, H43): Esses aços têm características e aplicações semelhantes aos aços de tungstênio para trabalho a quente, oferecendo resistência comparável ao amolecimento em temperaturas elevadas. Geralmente, são mais resistentes à corrosão por calor do que os aços de tungstênio, mas requerem tratamento térmico cuidadoso para evitar a descarbonetação.
Tratamento térmico
Para atingir o desempenho ideal, o aço para ferramentas de trabalho a quente deve passar por tratamento térmico, incluindo têmpera e revenimento. A maioria dos aços para ferramentas de trabalho a quente são endurecidos ao ar, o que ajuda a reduzir o risco de deformação do material.
Aplicativos
Aços para ferramentas de trabalho a quente são amplamente utilizados em operações de fabricação que envolvem conformação, conformação ou corte de materiais em altas temperaturas. Aplicações comuns incluem:
- Matrizes de forjamento a quente: Para peças forjadas de aço, alumínio e magnésio.
- Matrizes de extrusão: Para alumínio, magnésio, latão e aço.
- Matrizes de fundição sob pressão: Para alumínio, zinco e magnésio, e para latão.
- Lâminas de corte a quente: Para cortar materiais aquecidos.
- Rolos de laminação a quente: Para tiragens médias a longas e materiais especiais em altas temperaturas.
- Moldes de injeção de plástico: Onde as temperaturas operacionais podem atingir até 250°C (480°F).
- Outras ferramentas: Mandris, punções e pontas de perfuração para aplicações de trabalho a quente.
Distinção de outros aços para ferramentas
- Vs. Aços para ferramentas de trabalho a frio: Os aços para trabalho a quente são projetados para temperaturas acima de 200°C (390°F), enquanto aços para ferramentas de trabalho a frio são para aplicações tipicamente abaixo de 200 °C (390 °F), frequentemente à temperatura ambiente. Aços para trabalho a quente geralmente têm menor teor de carbono e sua dureza final é geralmente determinada pela tenacidade desejada, em vez da resistência máxima ao desgaste (40-50 HRC vs. ~60 HRC para aços para trabalho a frio). O uso de aços trabalhados a frio para aplicações a quente levaria ao recozimento ou à fissuração devido ao choque térmico.
- Vs. Aços para ferramentas de alta velocidade (HSS): Enquanto aços rápidos Além de apresentarem excelente dureza a quente (mantendo um fio de corte afiado até 650 °C/1200 °F ou mais), são desenvolvidos principalmente para operações de corte de metais em altas velocidades. Os aços para trabalho a quente são especificamente projetados para aplicações de conformação e conformação, oferecendo um equilíbrio entre dureza a quente, tenacidade e resistência à fadiga térmica. Os aços rápidos geralmente apresentam maior resistência ao desgaste e dureza a quente, mas podem apresentar menor tenacidade em comparação com muitos aços para trabalho a quente.
Perguntas frequentes
Aços para ferramentas de trabalho a quente são uma classe de aços de liga projetados para resistir ao amolecimento em temperaturas elevadas, normalmente usados em processos de conformação de metais onde as próprias ferramentas atingem temperaturas entre 315 e 650 °C (600 e 1200 °F).
Não existe um único aço “melhor”; a seleção depende do equilíbrio entre dureza a quente (resistência ao amolecimento), tenacidade (resistência à quebra) e resistência ao desgaste para a aplicação específica.
Os aços para ferramentas são categorizados em vários grupos com base em sua composição, aplicação ou tratamento térmico, incluindo aços para ferramentas de alta velocidade (séries M e T), trabalho a quente (série H), trabalho a frio (séries A, D, O), resistentes a choques (série S), de baixa liga para fins especiais (série L), de baixo carbono para moldes (série P) e endurecimento em água (série W).
A retificação em si gera calor significativo na superfície da peça, o que pode afetar as propriedades da superfície e causar tensões residuais. Embora a retificação envolva calor, ela é diferente de processos de trabalho a quente em grandes quantidades, como forjamento ou laminação, nos quais toda a peça é aquecida a um estado plástico para deformação.
Aços para ferramentas de trabalho a quente são usados para aplicações em que a temperatura operacional da ferramenta excede 200 °C (390 °F), exigindo resistência ao amolecimento, fadiga térmica e desgaste em alta temperatura53…. Aços para ferramentas de trabalho a frio são para operações abaixo de 200 °C (390 °F), necessitando principalmente de alta dureza, resistência ao desgaste e tenacidade à temperatura ambiente14….
Os graus comuns incluem aços à base de cromo (H10, H11, H12, H13, H14, H19), aços à base de tungstênio (H21, H22, H23, H24, H25, H26) e aço para trabalho a quente com molibdênio (H42).
As desvantagens podem incluir oxidação da superfície e formação de incrustações, dificuldades no controle dimensional devido à contração não uniforme durante o resfriamento, potencial para crescimento de grãos ou degradação de propriedades em temperaturas excessivamente altas e vida útil mais curta da ferramenta devido ao aquecimento e incrustações abrasivas108….
Aços para ferramentas de trabalho a frio são utilizados em operações de usinagem onde a temperatura de trabalho é geralmente inferior a 200 °C (390 °F), normalmente à temperatura ambiente. São selecionados por sua alta dureza, boa tenacidade e alta resistência ao desgaste sob choque, pressão ou abrasão.
É chamado de aço para ferramentas porque essas ligas são projetadas e processadas especificamente (geralmente com tratamentos térmicos especiais, como têmpera e revenimento) para fabricar ferramentas, matrizes e moldes que cortam, moldam ou formam outros materiais, incluindo metais, plásticos, madeira e concreto, sob condições severas de serviço.
