O que é aço para ferramentas?
O aço ferramenta é um aço de alto carbono e alta liga, fabricado para cortar, conformar e moldar outros materiais. É o material utilizado na construção de ferramentas, matrizes e moldes, e é projetado para oferecer dureza, resistência ao desgaste e tenacidade, em vez da resistência e soldabilidade características do aço estrutural.
O que o diferencia é sua composição química. O teor de carbono varia de acordo com a aplicação: os aços para trabalho a frio e alta velocidade apresentam alto teor, de cerca de 0,8% a 2,5%, enquanto os aços para trabalho a quente e moldes plásticos apresentam teor mais baixo, em torno de 0,3% a 0,4%, para manter a tenacidade. Além do carbono, os aços-ferramenta contêm cromo, molibdênio, tungstênio, vanádio e cobalto. Parte dessa liga se dissolve na matriz e retarda o processo de têmpera, o que proporciona alta temperabilidade da superfície ao núcleo. O restante se combina com o carbono para formar carbonetos duros, e são esses carbonetos que resistem ao desgaste.
O que diferencia o aço para ferramentas?
Uma ferramenta precisa cortar, moldar ou manter a forma sob carga pesada sem rachar, desgastar ou perder o fio. Essa exigência de trabalho é o que norteia a engenharia do aço ferramenta, e é por isso que essas classes são avaliadas com base em um conjunto específico de propriedades:
- Alta dureza, que permite que uma ferramenta corte e molde materiais mais duros. Os aços para trabalho a frio e de alta velocidade normalmente atingem de 55 a 65 HRC, enquanto as matrizes para trabalho a quente e o aço para moldes pré-endurecido são fabricados com dureza menor propositalmente para manter a tenacidade.
- Resistência ao desgaste, fornecido por carbonetos duros de cromo, vanádio e tungstênio mantidos em uma matriz martensítica.
- Robustez, a resistência a fissuras e lascas sob cargas de impacto.
- Dureza quente, a capacidade de permanecer rígido em temperaturas elevadas, o que determina se um determinado tipo de aço pode ser usado para trabalhos a quente.
- Estabilidade dimensional, Baixa distorção durante o processo de têmpera, garantindo que as ferramentas acabadas mantenham suas dimensões originais.
- Temperabilidade, dureza total da superfície ao núcleo em seções espessas, não apenas uma camada dura sobre um centro macio.
Tipos de aço para ferramentas
Os aços para ferramentas são agrupados de acordo com sua aplicação e a temperatura a que são submetidos em serviço. O sistema AISI atribui um prefixo de letra a cada grupo, e escolher o grupo correto é o primeiro passo para selecionar o aço adequado para a aplicação.
Aços para ferramentas de trabalho a frio
Os aços para trabalho a frio operam abaixo de aproximadamente 200 °C na superfície da ferramenta, sendo projetados para resistência ao desgaste e à compressão, e não à resistência ao calor. A série D, com alto teor de carbono e cromo, como... D2 (1.2379 / SKD11) e D3 (1.2080 / SKD1), contém cerca de 12% de cromo para alta resistência ao desgaste. A série A de têmpera ao ar, liderada por A2 (1.2363 / SKD12) com 5% de cromo, sacrifica um pouco da resistência ao desgaste em troca de maior tenacidade e estabilidade. A série O de endurecimento em óleo, incluindo O1 (1,2510) e O2 (1.2842), opera com liga mais eficiente e é fácil de usinar. Os trabalhos típicos incluem matrizes de estampagem, punções, lâminas de corte, matrizes de extrusão e conformação a frio, matrizes de laminação de roscas, calibradores e ferramentas de corte.
Precisa de aços para trabalho a frio, como D2, A2 ou O1, em grandes quantidades para matrizes e punções?
Aços para ferramentas de trabalho a quente
Aços para trabalho a quente operam em temperaturas entre aproximadamente 300 e 700 °C e precisam resistir ao amolecimento, à fadiga térmica e ao trincamento por calor. A série H à base de cromo, como... H13 (1.2344 / SKD61) e H11 (1.2343 / SKD6), utiliza cerca de 5% de cromo com molibdênio e vanádio para manter a resistência quando aquecido. Um ramo separado de tungstênio, liderado por H21 (1.2581) com cerca de 9% de tungstênio, sacrifica um pouco de tenacidade em troca de maior resistência a altas temperaturas em ferramentas de trabalho a quente mais pesadas. Os trabalhos típicos incluem matrizes de fundição sob pressão, matrizes de extrusão de alumínio, matrizes de forjamento e estampagem a quente e lâminas de corte a quente.
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Aços para ferramentas resistentes a choques
As classes de resistência a impactos priorizam a robustez em detrimento da resistência ao desgaste para trabalhos que envolvem impactos repetidos. A série S, como... S7 e S1 (1.2550), é construído para absorver choques sem rachar. Os trabalhos típicos incluem cinzéis, brocas de ferramentas pneumáticas, punções de impacto e lâminas de corte.
Procura aço S7 ou S1 a granel para cinzéis, punções e ferramentas de impacto?
Aços para moldes
Os aços para moldes são fabricados para moldes de injeção de plástico e ferramentas similares, onde a usinabilidade, o polimento e a estabilidade dimensional são de extrema importância. A série P, como... P20 (1,2311) e o rolamento de níquel P20+Ni (1.2738), geralmente é fornecido pré-endurecido para que possa ser usinado e utilizado imediatamente, sem necessidade de tratamento térmico adicional. Os trabalhos típicos incluem moldes de injeção de plástico, moldes de sopro e moldes de compressão.
Aços de alta velocidade
Os aços rápidos são classes de aços para ferramentas de corte que mantêm o fio mesmo quando a aresta de corte atinge o ponto de incandescência. A série M, incluindo M2 (1.3343 / SKH51), M35, e M42, A dureza a quente é obtida utilizando tungstênio, molibdênio, vanádio e cobalto. As atividades típicas incluem brocas, fresas, fresas de engrenagem, brochas e machos.
Elementos de liga e suas funções
| Elemento | Faixa típica | Função principal |
|---|---|---|
| Carbono (C) | 0,5 a 2,5% | Forma martensita para dureza e carbonetos para resistência ao desgaste. |
| Cromo (Cr) | 0,5 a 12% | Formação de carbonetos e alta temperabilidade; confere resistência à corrosão apenas em aços inoxidáveis como... 440 °C, não em aço para trabalho a frio com alto teor de cromo, como o D2. |
| Molibdênio (Mo) | 0,2 a 10% | Dureza a quente, endurecimento secundário e formação de carbonetos. |
| Tungstênio (W) | 0,5 a 18% | Dureza a quente e resistência ao desgaste. |
| Vanádio (V) | 0,1 a 5% | Granulometria fina e resistência ao desgaste proporcionadas por carbonetos VC duros. |
| Cobalto (Co) | 5 a 12% | Dureza vermelha em aços rápidos. |
| Manganês (Mn) | 0,2 a 2% | Endurecimento e desoxidação. |
| Silício (Si) | 0,2 a 2% | Fortalecimento e desoxidação. |
Aço ferramenta comparado com outros tipos de aço
Muitas vezes, os compradores precisam decidir se um trabalho realmente exige aço ferramenta ou se um aço mais barato e comum será suficiente. A diferença reside no teor de carbono e liga, e nas capacidades que esses elementos conferem ao aço.
Aço ferramenta versus aço estrutural
Aços estruturais como o A36 e o S355 são fabricados para suportar cargas, serem soldáveis e apresentarem ductilidade. Eles contêm menos de 0,3% de carbono e pouca liga, e não são projetados para atingir a dureza necessária para aços-ferramenta. Já o aço-ferramenta possui um teor de carbono e liga muito maior, o que lhe permite atingir e manter alta dureza.
Aço ferramenta versus aço de engenharia ligado
Os aços de engenharia ligados, como o 4140 e o 4340, apresentam dureza moderada, geralmente entre 30 e 50 HRC, sendo que o 4140 pode atingir cerca de 55 HRC em seções finas. A sua deficiência reside na quantidade de carbonetos necessária para igualar a resistência ao desgaste do aço D2 ou a dureza a quente do aço H13, tornando-os mais adequados para eixos e engrenagens do que para matrizes e ferramentas de corte.
Aço ferramenta versus aço inoxidável
A maioria dos aços inoxidáveis prioriza a resistência à corrosão em detrimento da dureza. Os aços martensíticos representam uma ponte entre esses dois extremos. Aços como o 420 e o 440C são inoxidáveis por composição, mas também são utilizados como aços-ferramenta em facas e rolamentos, sendo que o 440C atinge uma dureza de 58 a 60 HRC, mantendo sua resistência à corrosão.
A seleção do aço ferramenta é sempre um equilíbrio. Uma maior resistência ao desgaste geralmente reduz a tenacidade, enquanto uma maior tenacidade pode reduzir a retenção do fio ou a vida útil sob desgaste abrasivo. O melhor tipo de aço é aquele que corresponde ao modo de falha real da ferramenta.
Formulários de Fornecimento
A Aobo Steel fornece aço ferramenta em barras redondas, barras chatas e chapas forjadas ou laminadas a quente, além de blocos forjados para aplicações em matrizes de grande porte. As superfícies estão disponíveis em acabamento preto, tanto na condição forjada quanto na laminada, descascada, torneada ou fresada. O material é enviado recozido e usinável, com disponibilidade de aço temperado e revenido sob encomenda para determinadas classes. Entre em contato conosco para consultar os tamanhos e a disponibilidade em estoque, incluindo perfis forjados de grandes dimensões.
Precisa de aço ferramenta para matrizes, moldes ou ferramentas de corte?
Envie à Aobo Steel suas especificações de grau, tamanho, condição e quantidade. Podemos cotar aços para ferramentas forjados ou laminados a quente disponíveis para fornecimento a granel.