Seleção de aço ferramenta para matrizes de conformação a frio
A conformação a frio é um processo de conformação em massa utilizado para produzir componentes de alto volume, como fixadores, por meio de deformação plástica à temperatura ambiente. As matrizes são submetidas a cargas de impacto cíclicas e tensões de compressão de até aproximadamente 2413 MPa (350 ksi).
Embora classificado como um processo a frio, as temperaturas localizadas na interface matriz-peça podem aumentar em várias centenas de graus Celsius devido à energia de deformação e ao atrito. Isso afeta a dureza da superfície e acelera o desgaste.
Nessas condições, a falha da matriz é governada principalmente por desgaste abrasivo, engripamento adesivo e fissuração por fadiga. Em aplicações de alta carga, a tenacidade insuficiente leva ao lascamento das bordas ou à fratura frágil repentina.
Fatores de seleção
A seleção do aço ferramenta para matrizes de conformação a frio é determinada pela interação entre resistência ao desgaste, tenacidade e resistência à compressão.
É necessária uma alta dureza superficial para resistir à abrasão, adesão e deformação plástica. Na maioria das aplicações, a dureza de trabalho varia de 56 a 62 HRC. No entanto, o aumento da dureza reduz a tenacidade, o que aumenta o risco de fissuração sob impacto cíclico.
Consequentemente, as matrizes de conformação a frio não são projetadas como componentes com dureza uniforme. Em vez disso, o desempenho depende de um gradiente de dureza: uma superfície dura e resistente ao desgaste, suportada por um núcleo mais resistente que absorve o impacto.
Este requisito é atendido por meio de duas abordagens:
Os aços de endurecimento superficial desenvolvem uma superfície dura com um núcleo relativamente resistente durante o tratamento térmico. São adequados para matrizes maciças sujeitas a alto impacto.
Os aços de alta liga e endurecimento profundo proporcionam alta dureza uniforme e, portanto, são usados como insertos, onde um revestimento externo mais resistente suporta a carga mecânica.
A seleção, portanto, não se baseia apenas no material, mas também depende de a matriz ser projetada como uma ferramenta sólida ou como um inserto.
Aços para ferramentas recomendados
Aço ferramenta AISI D2 |1.2379 | SKD11
O D2 é utilizado em aplicações onde o desgaste abrasivo é o principal mecanismo de falha e a carga de impacto é moderada.
Seu alto teor de carbono e cromo produz um grande volume de carbonetos duros, proporcionando forte resistência ao desgaste, com dureza de 58–60 HRC. No entanto, sua tenacidade relativamente baixa o torna inadequado para matrizes sólidas sujeitas a impactos severos.
Por esse motivo, o D2 é normalmente usado como um inserto, onde a estrutura da matriz circundante absorve a carga.
S1 e S7 (Aços para ferramentas resistentes a choques)
S1 e S7 são selecionados quando a fratura induzida por impacto é o modo de falha dominante.
O aço S7 é amplamente utilizado devido ao seu comportamento de endurecimento ao ar e à sua tenacidade estável. Normalmente, é empregado com dureza entre 56 e 58 HRC para reduzir o risco de fissuração por impacto. Comparado a aços de maior dureza, oferece menor resistência ao desgaste, mas resistência significativamente maior à fratura por fadiga.
S1 é preferível em matrizes com concentração de tensão, onde o início da fissuração deve ser controlado.
Esses aços são adequados para matrizes sólidas que operam sob condições de impacto severo, onde o desgaste não é o principal fator limitante.
Aço ferramenta AISI M2 | 1.3343 | SKH51
O M2 é utilizado em aplicações de alta carga que envolvem desgaste severo, alta tensão de contato ou materiais com endurecimento por deformação.
Oferece maior resistência à compressão e ao desgaste do que o D2 e é normalmente utilizado com dureza de 62–64 HRC. Ao contrário dos aços convencionais para trabalho a frio, o M2 mantém a dureza em temperaturas elevadas, o que ajuda a prevenir o amolecimento da superfície e a deformação plástica durante a conformação em alta velocidade.
Devido ao custo, o M2 é usado principalmente como inserto em zonas críticas de desgaste.
W1 e W2 (Aços para ferramentas de têmpera em água)
Os aços W1 e W2 são aços de endurecimento superficial utilizados em punções e matrizes maciças sujeitas a cargas de alto impacto.
Eles podem atingir uma dureza superficial acima de 60 HRC, mantendo um núcleo mais resistente, devido à sua temperabilidade limitada. Essa estrutura permite que a matriz absorva o impacto sem rachar.
No entanto, o resfriamento em água apresenta um alto risco de distorção e fissuras, o que limita seu uso a geometrias simples e seções menores.
Tabela Resumo
| Aço ferramenta de alta qualidade | Dureza típica | Função de Seleção Principal |
| W1 / W2 | Superfície: 60+ HRC / Núcleo: 40–50 HRC | Matrizes sólidas sob alto impacto com geometria simples |
| S1 / S7 | 56–58 HRC | Matrizes sólidas exigem máxima resistência a impactos e fadiga. |
| D2 | 58–60 HRC | Pastilhas para aplicações sujeitas a desgaste |
| M2 | 62–64 HRC | Pastilhas para condições de alta carga, alto desgaste e amolecimento térmico. |