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.
- Chromium (Cr): Improves hardenability, wear and corrosion resistance, oxidation resistance, polishability, and high-temperature properties. It is an excellent carbide former and raises hardening temperatures. Found in various types, including high-chromium cold-work steels and chromium hot-work steels.
- Vanadium (V): A strong carbide former, especially forms vanadium-rich MC-type carbides, which significantly enhance wear resistance.
- Molibdênio (Mo): Adiciona resistência ao calor e temperabilidade. É um formador de carboneto e, juntamente com o tungstênio, previne o amolecimento durante o revenimento.
- Tungsten (W): Similar to molybdenum, it is a carbide former that significantly contributes to hot hardness and wear resistance. Tungsten-rich M6C-type carbides are common.
- 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.
- Silicon (Si): Improves toughness in low-alloy tool steels, raises critical points in hot-work tool steels, reduces scaling, and increases hardenability and resistance to tempering. It can also promote graphite formation, improving machinability.
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:
- High Hardness and Wear Resistance. Hardness is the ability to resist penetration or withstand abrasion. It is generally a function of the tool’s hardness and its specific alloy content or type of carbide. Higher hardness typically improves strength and wear resistance, but can lower toughness. Wear resistance is primarily attributed to the hardness of the matrix (chiefly martensite) and the presence of hard, undissolved carbides.
- Toughness. It is a combination of ductility and elastic strength. It is the ability to resist breaking or chipping under impact loading or overloads. There is usually an inverse relationship between wear resistance and toughness; improving one often reduces the other. Reducing carbon and alloy content can improve toughness, but will reduce wear resistance.
- Hot Hardness/Red Hardness. This is the ability to maintain high hardness at high temperatures. Tool steel operating at high cutting speeds generates a large amount of heat, so the red heat resistance is very important. This is mainly because alloying elements such as tungsten, molybdenum, and cobalt in the composition form stable carbides that resist softening at high temperatures.
- Dimensional Stability. It can maintain minimal dimensional changes during heat treatment. Some air-hardened tool steels exhibit even less deformation during heat treatment.
- Machinability and Grindability. Machinability is the ease or difficulty with which a material can be machined to a desired size, shape, and surface finish. It is influenced by the steel’s microstructure, with spheroidized structures (where carbides are globular) generally preferred for tool steels due to their high carbon content. Grindability is also essential, especially after heat treatment, when the tool steel is extremely hard. Tool steels with lower alloy content tend to be easier to machine and grind.
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:
- W (Water-Hardening) Steels: High-carbon steels (0.60-1.40% C) with low alloy content. They are shallow hardening and must be water quenched for necessary hardness. Applications include chisels, files, wood-working tools, drills, reamers, and taps.
- S (Shock-Resisting) Steels: Medium-carbon (0.45-0.65% C), low-alloy steels designed for high toughness to withstand shock and impact loads. They contain elements like silicon, chromium, molybdenum, and tungsten. Used for chisels, punches, shear blades, and pneumatic tools. Our company offers S1 e Aço ferramenta S7.
- O (Oil-Hardening Cold-Work) Steels: Possess improved hardenability over W-steels, allowing oil quenching, which minimizes distortion. They offer good wear resistance and non-deforming properties. Used for taps, reamers, blanking dies, and forming dies. O6 and A10 contain graphite for improved machinability and die life. Our company offers O1 e Aço para ferramentas O2.
- A (Air-Hardening Medium-Alloy Cold-Work) Steels: High alloy content allows air hardening, which minimizes distortion and promotes dimensional stability. They offer excellent abrasion resistance and good temper resistance, suitable for cold-work applications. Applications include shear knives, punches, blanking dies, forming dies, and gages. Our company offers Aço para ferramentas A2.
- D (High-Carbon High-Chromium Cold-Work) Steels: Offer superb wear resistance, nondeforming properties, and minimal dimensional change in hardening due to high carbon (up to 2.25%) and chromium (12-14%). Used for blanking and piercing dies, drawing dies, and shear blades. We offer D2, D3, e Aço para ferramentas D6.
- H (Hot-Work) Steels: Designed for operations at elevated temperatures (200°C to 800°C), such as hot forging, hot stamping, extrusion, and die casting. They combine red hardness with good wear and shock resistance. Examples include H10, H11, H12, H13, e H21.
- M (Molybdenum-based High-Speed) Steels: Contain molybdenum as their primary alloying element, often with tungsten and cobalt. Used for high-speed cutting tools like drills, reamers, and milling cutters due to excellent wear resistance and hot hardness. M2, M35, e M42 são tipos comuns.
- T (Tungsten-based High-Speed) Steels: Very high in tungsten concentration but contain no molybdenum. Similar applications to M-series, offering excellent strength, toughness, wear resistance, and hot hardness. T1, T4, T5, T8, T15 are examples.
- L (Low-Alloy Special-Purpose) Steels: Have compositions similar to AISI alloy steels but with increased carbon. They offer moderate hardenability and can be oil quenched, providing higher toughness than high-carbon oil-hardening steels. Used for arbors, dies, pins, punches, and machine tool parts. We offer Aço para ferramentas L6.
- P (Mold) Steels: Low-carbon steels, often carburized, used for plastic molding and die casting applications. They emphasize polishability, low distortion, and good machinability. Our company offers P20, P20+Ni, e P20+S.
- F (Carbon-Tungsten Special-Purpose) Steels: Extensively used for small-diameter drills.
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:
- Austenitizing: The steel is heated to a specific temperature above its critical range for a defined period. This transforms the crystal structure to austenite and dissolves carbides.
- Quenching: Rapid cooling from the austenitizing temperature to transform austenite into martensite, which is the hard matrix structure in steels. The quenching medium (water, oil, air, salt) depends on the steel’s hardenability and desired dimensional stability. Tool steels generally have high hardenability, allowing for oil or air quenching to minimize distortion compared to water-quenched carbon steels.
- Tempering: Reheating the quenched and hardened steel to an intermediate temperature below the critical range to reduce internal stresses, increase toughness, and adjust hardness. This also helps in the transformation of retained austenite to martensite. Double or triple tempering cycles are common to ensure full transformation and stress relief.
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:
- Cutting Tools: Single-point lathe tools, drills, reamers, taps, milling cutters, end mills, hobs, saws, and broaches.
- Forming and Shaping Tools: Dies (blanking, forming, drawing, extrusion, forging, hot forging, coining, cold heading, stamping, trimming), punches, shear blades, rolls, and mandrels.
- Molds: For die casting, plastic molding (e.g., plastic injection molds), and ceramic molding.
- Specialized Components: Machine tool components, springs, ultrahigh-strength fasteners, special-purpose valves, and bearings, where high wear resistance, strength, toughness, and temperature stability are required.
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.
Recozimento involves heating the steel to an elevated temperature for a defined period (sometimes above, near, or below the upper critical temperature, typically 749–760°C for carbon steels), followed by very slow cooling, often within the furnace (e.g., 10-38°C per hour). The purpose is to soften the steel, usually to improve its machinability, homogenize its microstructure, and relieve internal stresses, resulting in a spheroidized microstructure with dispersed, spherical carbides in a ferrite matrix. Annealing is common for as-purchased steel and when reworking hardened tools.
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.
“O termo "mais forte" pode se referir a diferentes propriedades (resistência à tração, limite de escoamento, resistência ao impacto e dureza). Os aços de ultra-alta resistência, que podem ser aços de baixo teor de carbono e baixa liga (como o 4340 modificado, como o 300M) ou aços maraging, são projetados para altíssima resistência, frequentemente ultrapassando 1380 MPa (200 ksi) em resistência à tração. Os aços-ferramenta de alta liga, particularmente certos aços rápidos (por exemplo, T15, M42) e aços-ferramenta produzidos por 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-ferramenta P/M, 69 HRC para a série M40). O que define um aço "mais forte" depende da propriedade específica de interesse e da aplicação.
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