Catálogo de produtos de aço para ferramentas
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O que é aço para ferramentas
É uma liga de aço especial usada especificamente para a fabricação de ferramentas, matrizes e moldes. Essas ferramentas, matrizes e moldes são usados para cortar, conformar, processar ou estampar outros materiais, incluindo metais ferrosos, metais não ferrosos, plásticos, madeira, papel, rocha ou concreto. O aço para ferramentas apresenta boa resistência, tenacidade, dureza, resistência ao desgaste e estabilidade de têmpera. Dependendo de sua aplicação, o aço para ferramentas pode ser dividido em aço de corte, aço para moldes e aço de medição. Com base em sua composição química, pode ser dividido em aço carbono, aço de liga e aço rápido.
As principais propriedades do aço para ferramentas incluem dureza, resistência ao desgaste, resistência mecânica, tenacidade, usinabilidade, faixa de temperatura de têmpera, temperabilidade, sensibilidade à descarbonetação, deformação por tratamento térmico, desempenho de retificação, etc. Dentre elas, a alta dureza e a resistência ao desgaste são as mais importantes. Por meio da têmpera e do tratamento térmico, a dureza e a resistência ao desgaste podem ser significativamente melhoradas.
Composição
É uma liga complexa à base de ferro que contém proporções variáveis de elementos de liga, incluindo carbono, cromo, vanádio, molibdênio, tungstênio, níquel, manganês e silício.
As principais funções desses elementos de liga incluem:
- Carbono (C): O principal elemento de liga, normalmente variando de 0,6% a 2,40% em aços de alto carbono e aços para ferramentas, é crucial para atingir alta dureza por meio da formação de martensita e influenciar a precipitação de carboneto.
- Cromo (Cr): Melhora a temperabilidade, a resistência ao desgaste, à corrosão e à oxidação, a polibilidade e as propriedades em altas temperaturas. É um excelente formador de carbonetos e aumenta as temperaturas de têmpera. Encontrado em vários tipos, incluindo aços com alto teor de cromo para trabalho a frio e aços com alto teor de cromo para trabalho a quente.
- Vanádio (V): Um formador de carboneto forte, forma especialmente carbonetos do tipo MC ricos em vanádio, que aumentam significativamente a resistência ao desgaste.
- Molibdênio (Mo): Adiciona resistência ao calor e temperabilidade. É um formador de carboneto e, juntamente com o tungstênio, previne o amolecimento durante o revenimento.
- Tungstênio (W): Semelhante ao molibdênio, é um formador de carboneto que contribui significativamente para a dureza a quente e a resistência ao desgaste. Carbonetos do tipo M6C ricos em tungstênio são comuns.
- Cobalto (Co): Confere resistência ao calor (dureza a quente) e é frequentemente adicionado a aços rápidos para melhorar a dureza em altas temperaturas.
- Manganês (Mn): Um desoxidante que aumenta a temperabilidade, mesmo em pequenas quantidades, para aços carbono para ferramentas.
- Silício (Si): Melhora a tenacidade em aços para ferramentas de baixa liga, eleva os pontos críticos em aços para ferramentas de trabalho a quente, reduz a formação de incrustações e aumenta a temperabilidade e a resistência ao revenimento. Também pode promover a formação de grafite para melhor usinabilidade.
Propriedades principais
A escolha do aço para ferramentas depende da aplicação específica, e nenhum aço para ferramentas pode atender a todos os requisitos. As principais propriedades do aço para moldes incluem:
- Alta dureza e resistência ao desgasteDureza é a capacidade de resistir à penetração ou à abrasão. Geralmente, é uma função da dureza da ferramenta e do seu teor específico de liga ou tipo de carboneto. Uma dureza mais alta normalmente melhora a resistência mecânica e a resistência ao desgaste, mas pode reduzir a tenacidade. A resistência ao desgaste é atribuída principalmente à dureza da matriz (principalmente martensita) e à presença de carbonetos duros e não dissolvidos.
- Robustez. É uma combinação de ductilidade e resistência elástica. É a capacidade de resistir à quebra ou lascamento sob cargas de impacto ou sobrecargas. Geralmente, há uma relação inversa entre resistência ao desgaste e tenacidade; melhorar uma frequentemente reduz a outra. Reduzir o teor de carbono e ligas pode melhorar a tenacidade, mas reduzirá a resistência ao desgaste.
- Dureza Quente/Dureza Vermelha. Trata-se da capacidade de manter alta dureza em altas temperaturas. O aço para ferramentas operando em altas velocidades de corte gera uma grande quantidade de calor, portanto, a resistência ao calor vermelho é muito importante. Isso ocorre principalmente porque elementos de liga como tungstênio, molibdênio e cobalto na composição formam carbonetos estáveis que resistem ao amolecimento em altas temperaturas.
- Estabilidade dimensional. Consegue manter alterações dimensionais mínimas durante o tratamento térmico. Alguns aços para ferramentas endurecidos ao ar apresentam ainda menos deformação durante o tratamento térmico.
- Usinabilidade e retificaçãoUsinabilidade é a facilidade ou dificuldade com que um material pode ser usinado até atingir o tamanho, formato e acabamento superficial desejados. Ela é influenciada pela microestrutura do aço, sendo as estruturas esferoidizadas (onde os carbonetos são globulares) geralmente preferidas para aços-ferramenta devido ao seu alto teor de carbono. A retificação também é essencial, especialmente após tratamento térmico, quando o aço-ferramenta é extremamente duro. Aços-ferramenta com menor teor de liga tendem a ser mais fáceis de usinar e retificar.
Classificação
Diferentes países e fabricantes possuem padrões e classificações diferentes. Neste artigo, usaremos o AISI americano como referência.
Os aços para ferramentas são classificados por AISI (Instituto Americano de Ferro e Aço), com base principalmente em seu uso pretendido, composição, propriedades mecânicas especiais ou método de tratamento térmico. Os principais grupos são:
- Aços W (endurecíveis por água): Aços de alto carbono (0,60-1,40% C) com baixo teor de liga. Têm têmpera superficial e devem ser temperados em água para atingir a dureza necessária. As aplicações incluem formões, limas, ferramentas para marcenaria, brocas, alargadores e machos.
- Aços S (Resistentes ao Choque): Aços de médio carbono (0,45-0,65% C) e baixa liga, projetados para alta tenacidade e resistência a choques e impactos. Eles contêm elementos como silício, cromo, molibdênio e tungstênio. Utilizados em formões, punções, lâminas de tesoura e ferramentas pneumáticas. Nossa empresa oferece S1 e Aço ferramenta S7.
- Aços O (Trabalho a Frio Endurecido em Óleo): Possuem temperabilidade aprimorada em relação aos aços W, permitindo a têmpera em óleo, o que minimiza a distorção. Oferecem boa resistência ao desgaste e propriedades não deformáveis. Utilizados em machos, alargadores, matrizes de corte e matrizes de conformação. Os aços O6 e A10 contêm grafite para melhor usinabilidade e vida útil da matriz. Nossa empresa oferece O1 e Aço para ferramentas O2.
- Aços A (Aço de média liga endurecível ao ar para trabalho a frio): O alto teor de liga permite o endurecimento ao ar, o que minimiza a distorção e promove a estabilidade dimensional. Oferecem excelente resistência à abrasão e boa resistência ao revenimento, sendo adequados para aplicações de trabalho a frio. As aplicações incluem facas de corte, punções, matrizes de corte, matrizes de conformação e calibradores. Nossa empresa oferece Aço para ferramentas A2.
- Aços D (Trabalho a Frio com Alto Teor de Carbono e Alto Teor de Cromo): Oferecem excelente resistência ao desgaste, propriedades antideformatórias e mínima alteração dimensional no endurecimento devido ao alto teor de carbono (até 2,25%) e cromo (12-14%). Utilizados em matrizes de corte e perfuração, matrizes de trefilação e lâminas de cisalhamento. Oferecemos D2, D3, e Aço para ferramentas D6.
- Aços H (Trabalho a Quente): Projetados para operações em temperaturas elevadas (200 °C a 800 °C), como forjamento a quente, estampagem a quente, extrusão e fundição sob pressão. Combinam dureza vermelha com boa resistência ao desgaste e ao choque. Exemplos incluem H10, H11, H12, H13, e H21.
- Aços rápidos M (à base de molibdênio): Contêm molibdênio como principal elemento de liga, frequentemente com tungstênio e cobalto. São utilizados em ferramentas de corte de alta velocidade, como brocas, alargadores e fresas, devido à sua excelente resistência ao desgaste e dureza a quente. M2, M35, e M42 são tipos comuns.
- Aços rápidos à base de tungstênio (T): Alta concentração de tungstênio, mas sem molibdênio. Aplicações semelhantes à série M, oferecendo excelente resistência, tenacidade, resistência ao desgaste e dureza a quente. T1, T4, T5, T8 e T15 são exemplos.
- Aços L (Baixa Liga para Uso Especial): Possuem composições semelhantes aos aços de liga AISI, mas com maior teor de carbono. Oferecem temperabilidade moderada e podem ser temperados em óleo, proporcionando maior tenacidade do que os aços de alto carbono endurecíveis em óleo. Utilizados em mandris, matrizes, pinos, punções e peças de máquinas-ferramenta. Oferecemos Aço para ferramentas L6.
- Aços P (Molde): Aços de baixo carbono, frequentemente cementados, utilizados em moldagem de plástico e aplicações de fundição sob pressão. Destacam-se pela polibilidade, baixa distorção e boa usinabilidade. Nossa empresa oferece P20, P20+Ni, e P20+S.
- Aços F (carbono-tungstênio para fins especiais): Amplamente utilizado para brocas de pequeno diâmetro.
Com base na sua utilização pretendida, também podem ser classificados como aços para ferramentas de trabalho a frio, aços para ferramentas de trabalho a quente, aços para moldes de plástico, e aços rápidos.
Tratamento térmico
O tratamento térmico é um processo fundamental para alcançar o melhor desempenho do aço para ferramentas. O processo geralmente é dividido em três etapas:
- Austenitização: O aço é aquecido a uma temperatura específica acima de sua faixa crítica por um período definido. Isso transforma a estrutura cristalina em austenita e dissolve carbonetos.
- Têmpera: Resfriamento rápido da temperatura de austenitização para transformar a austenita em martensita, que é a estrutura da matriz dura dos aços. O meio de têmpera (água, óleo, ar, sal) depende da temperabilidade do aço e da estabilidade dimensional desejada. Aços-ferramenta geralmente apresentam alta temperabilidade, permitindo a têmpera em óleo ou ar para minimizar a distorção em comparação com aços carbono temperados em água.
- Têmpera: Reaquecimento do aço temperado e endurecido a uma temperatura intermediária abaixo da faixa crítica para reduzir tensões internas, aumentar a tenacidade e ajustar a dureza. Isso também auxilia na transformação da austenita retida em martensita. Ciclos de revenimento duplo ou triplo são comuns para garantir a transformação completa e o alívio de tensões.
Para mais informações sobre este tópico, consulte “O tratamento térmico do aço para ferramentas“.
Aplicativos
São indispensáveis em uma ampla gama de aplicações industriais. São utilizados para:
- Ferramentas de corte: Ferramentas de torno de ponta única, brocas, alargadores, machos, fresas, fresas de topo, fresas dentadas, serras e brochas.
- Ferramentas de conformação e modelagem: Matrizes (corte, conformação, trefilação, extrusão, forjamento, forjamento a quente, cunhagem, recalque a frio, estampagem, aparagem), punções, lâminas de cisalhamento, rolos e mandris.
- Moldes: Para fundição sob pressão, moldagem de plástico (por exemplo, moldes de injeção de plástico) e moldagem de cerâmica.
- Componentes especializados: Componentes de máquinas-ferramentas, molas, fixadores de ultra-alta resistência, válvulas para fins especiais e rolamentos, onde são necessárias alta resistência ao desgaste, força, tenacidade e estabilidade de temperatura.
Perguntas frequentes
Aço para ferramentas é uma classe especial de aço carbono ou liga, projetado com alta dureza, resistência ao desgaste, tenacidade e, muitas vezes, resistência ao calor, especificamente para a fabricação de ferramentas, matrizes e moldes que cortam, modelam ou formam outros materiais, principalmente por meio de tratamentos térmicos precisos.
Aços para ferramentas são aços especializados, utilizados principalmente na fabricação de ferramentas de corte, matrizes e moldes para moldar outros materiais, incluindo metais, plásticos e madeira, sob diversas condições de temperatura. Também são utilizados em componentes de máquinas de alto desempenho e aplicações estruturais que exigem alta resistência ao desgaste, resistência mecânica e tenacidade.
Aços para ferramentas são ligas complexas à base de ferro que contêm quantidades significativas de carbono, cromo, vanádio, molibdênio ou tungstênio e, às vezes, cobalto. São projetados especificamente para ter carbonetos duros dispersos dentro de uma matriz de aço endurecido, a fim de obter propriedades como alta dureza e resistência ao desgaste.
Muitos aços para ferramentas são aços de alto carbono, com teor de carbono tipicamente superior ao da maioria dos aços estruturais de carbono, variando de 0,4% a 2,5%. Quando altos níveis de carbono e elementos de liga são combinados no aço para ferramentas, carbonetos de alta dureza e alta resistência ao desgaste podem ser obtidos após o tratamento térmico. No entanto, alguns aços para moldes são de baixo carbono (por exemplo, a série P) e são projetados para serem cementados para obter uma camada superficial dura, mantendo um núcleo tenaz.
Sim, a maioria dos aços para ferramentas enferruja por serem ligas à base de ferro. Embora alguns, especialmente os com alto teor de cromo, como a série D, ofereçam considerável resistência à corrosão devido ao seu teor de cromo após têmpera e polimento, isso geralmente não equivale à resistência total à corrosão dos aços inoxidáveis. Aços inoxidáveis martensíticos especializados são, às vezes, utilizados em moldes que exigem alta resistência à corrosão.
Os aços para ferramentas são projetados para alta dureza, geralmente variando de 50 a 70 Rockwell C (HRC), dependendo do tipo específico e do tratamento térmico.
Resistência é a capacidade de um material de suportar o estresse aplicado sem deformar ou quebrar, medida por propriedades como limite de escoamento e resistência à tração final.
Rigidez (módulo de elasticidade) é a resistência à deformação elástica (temporária) sob estresse, ou seja, o quanto ele se curva ou estica antes de retornar à sua forma original.
Ductilidade é a capacidade de se deformar plasticamente (permanentemente) antes de se fraturar, permitindo que seja esticado ou dobrado sem quebrar.
A flexibilidade, em termos de deformação elástica, está diretamente relacionada à rigidez (módulo de elasticidade), não à resistência. Embora os aços para ferramentas sejam muito resistentes, sua rigidez (em torno de 210 GPa ou 30 x 10^6 psi) é relativamente uniforme em todos os graus e diminui previsivelmente com a temperatura. A resistência, por outro lado, refere-se à carga máxima que um material pode suportar antes da deformação permanente ou fratura.
Alta dureza e resistência ao desgaste: para resistir à penetração e manter uma borda afiada contra materiais abrasivos, geralmente obtida por meio de alto teor de carbono e da presença de carbonetos de liga dura.
Alta dureza a quente (dureza vermelha): Capacidade de reter dureza em temperaturas elevadas geradas durante cortes em alta velocidade.
Tenacidade suficiente: para resistir a lascas e quebras sob cargas de choque ou impacto, o que geralmente é uma compensação pela dureza extrema.
O tratamento térmico do aço para ferramentas envolve uma série de etapas controladas de aquecimento e resfriamento, projetadas para transformar sua estrutura interna, aprimorando significativamente propriedades como dureza, resistência ao desgaste, tenacidade e dureza a quente para aplicações exigentes. O objetivo principal é transformar a estrutura macia e recozida de ferrita e carboneto em uma estrutura martensítica dura e resistente, com carbonetos bem distribuídos.
O revenimento é um tratamento térmico pós-têmpera crucial que aumenta principalmente a tenacidade e a ductilidade do aço, ao mesmo tempo que alivia as tensões internas causadas pela têmpera, que tornam o aço temperado muito frágil. Também ajuda a estabilizar a microestrutura, pode levar à dureza secundária em algumas ligas pela precipitação de carbonetos complexos e transforma a austenita retida em martensita fresca.
O revenimento é realizado imediatamente após a etapa de têmpera, assim que a peça esfria até uma temperatura segura (normalmente entre 50-75 °C ou 125-200 °F), para minimizar o risco de rachaduras devido a altas tensões internas no estado de têmpera.
Muitos aços-ferramenta de alta liga retêm uma quantidade significativa de "austenita retida" após a têmpera inicial, pois sua temperatura de acabamento de martensita (Mf) é inferior à temperatura ambiente. O primeiro ciclo de revenimento "condiciona" essa austenita retida, fazendo com que ela se transforme em uma "martensita fresca" nova, não revenida e quebradiça após o resfriamento. Ciclos de revenimento subsequentes (duplos ou triplos) são então necessários para revenir essa martensita recém-formada, aliviar suas tensões, aumentar a tenacidade geral, refinar a estrutura dos grãos e garantir a estabilidade dimensional.
O recozimento envolve o aquecimento do aço a uma temperatura elevada por um período definido (às vezes acima, próximo ou abaixo da temperatura crítica superior, tipicamente 749–760 °C para aços carbono), seguido de resfriamento muito lento, frequentemente dentro do forno (por exemplo, 10–38 °C por hora). O objetivo é amolecer o aço, geralmente para melhorar sua usinabilidade, homogeneizar sua microestrutura e aliviar tensões internas, resultando em uma microestrutura esferoidizada com carbonetos esféricos dispersos em uma matriz de ferrita. O recozimento é comum para aço no estado em que foi adquirido e para o retrabalho de ferramentas temperadas.
A perfuração bem-sucedida de aço para ferramentas endurecido depende principalmente de projetos de brocas especializadas, como brocas de metal duro ou brocas de liga resistente ao calor, combinadas com configurações de máquinas rígidas e velocidades e avanços cuidadosamente controlados.
Sim, fresas de topo de metal duro são frequentemente utilizadas para cortar aço para ferramentas, incluindo aços temperados. Elas oferecem desempenho superior, resistência ao desgaste e a capacidade de operar em velocidades de corte mais altas em comparação com fresas de aço rápido (HSS), frequentemente apresentando revestimentos avançados para maior durabilidade.
Sim, a retificação inadequada pode danificar significativamente a têmpera do aço para ferramentas endurecido, gerando calor localizado excessivo. Isso pode levar a efeitos indesejáveis, como superrevenimento (amolecimento da superfície) ou revenimento (formação de uma "camada branca" quebradiça e propensa a rachaduras).
Aços para ferramentas podem ser soldados, mas é um processo complexo que exige alta habilidade e controle meticuloso. Pré-aquecimento adequado, alívio de tensões pós-soldagem e ciclos precisos de revenimento são cruciais para evitar rachaduras, minimizar distorções e controlar as variações de dureza na zona afetada pelo calor.
Sim, o aço para limas é um tipo de aço para ferramentas, tipicamente um aço com alto teor de carbono, endurecível em água, como o W1. O W1 é conhecido por proporcionar um fio extremamente afiado e é usado em facas de cozinha finas. No entanto, esses aços apresentam menor dureza a quente e menor resistência ao desgaste em comparação com aços para ferramentas mais ligados.
Não, o aço 4140 é classificado como um aço de baixa liga e médio carbono, não um aço para ferramentas. É amplamente utilizado em componentes de máquinas e aplicações estruturais que exigem boa resistência e tenacidade.
Sim, os aços para ferramentas são geralmente muito mais duros do que a maioria dos outros aços comuns (como aço carbono simples ou aços de baixa liga) após o tratamento térmico. Eles são projetados para oferecer dureza, resistência ao desgaste e durabilidade altíssimas.
Os aços para ferramentas atingem sua resistência devido ao alto teor de carbono, que permite a formação de estruturas martensíticas muito duras durante a têmpera, e aos elementos de liga (como cromo, tungstênio, molibdênio e vanádio) que formam partículas de carboneto muito duras e resistentes ao desgaste, distribuídas por toda a matriz do aço. Essa combinação, otimizada por tratamentos térmicos específicos, resulta em alta resistência mecânica e ao desgaste.
As principais vantagens dos aços para ferramentas são sua alta dureza, excelente resistência ao desgaste, boa dureza a quente (resistência ao amolecimento em temperaturas elevadas), durabilidade e resistência, tornando-os ideais para cortar, conformar e moldar outros materiais sob condições severas.
Sim, os aços para ferramentas são uma família de ligas de ferro. Como todos os aços, são compostos principalmente de ferro, aos quais são adicionados diversos elementos de liga para obter propriedades específicas.
Todos os aços para ferramentas são um tipo de aço-liga (ou aço de alto carbono), mas nem todos os aços-liga são aços para ferramentas. Aços para ferramentas são uma categoria especializada, projetada especificamente para ferramentas que exigem extrema dureza, resistência ao desgaste, resistência mecânica e durabilidade sob condições severas de serviço. Aços-liga gerais são um grupo mais amplo usado para aplicações estruturais, de máquinas e outras, onde propriedades como temperabilidade, resistência mecânica e tenacidade são aprimoradas pela liga, mas não necessariamente aos níveis extremos ou equilíbrios específicos exigidos para ferramentas.
Os aços são amplamente categorizados, e as classificações comuns incluem: aços carbono, aços de liga, aços inoxidáveis e aços para ferramentas. Algumas classificações também podem incluir uma categoria separada para aços rápidos, que também são um subconjunto dos aços para ferramentas.
"Mais forte" pode se referir a diferentes propriedades (resistência à tração, resistência ao escoamento, resistência ao impacto e dureza). Aços de ultra-alta resistência, que podem ser aços de médio carbono e baixa liga (como o 4340 modificado, como o 300M) ou aços maraging, são projetados para resistência à tração muito alta, frequentemente excedendo 1380 MPa (200 ksi). Aços para ferramentas altamente ligados, particularmente certos aços rápidos (por exemplo, T15, M42) e aços para ferramentas de metalurgia do pó (P/M), também estão entre os mais fortes em termos de dureza e resistência ao desgaste, capazes de atingir valores de dureza Rockwell C muito altos (por exemplo, 66 HRC para alguns aços para ferramentas P/M, 69 HRC para a série M40). O "mais forte" depende da propriedade específica de interesse e da aplicação.
