Aço ferramenta

 

 

Aços-carbono e aços-liga capazes de serem temperados e revenidos.

Algumas propriedades desejadas são:

-alta resistência ao desgaste;

-dureza;

-boa resistência ao calor;

-resistência ao trabalho dos materiais;

-estabilidade dimensional;

-econômicos;

-capacidade de serem forjados e usinados para a forma final.

No entanto, para algumas aplicações, especialmente alta velocidade de corte, outros materiais de ferramenta como carbetos sinterizados dão alternativas mais econômicas.

O sistema de classificação adotado aqui será o AISI (do inglês instituto americano do ferro e do aço). O sistema AISI é baseado no método de t6empera, aplicação, características especiais e composição.

 

W - Aço ferramenta temperado em água;

S - Aço ferramenta resistente ao choque;

O - Aço ferramenta trabalho a frio temperado em óleo;

A - Aço ferramenta trabalho a frio temperado em ar, liga média;

D - Aço ferramenta trabalho a frio alto carbono, alto cromo;

H1-H19 - Aço ferramenta trabalho a quente tipo cromo;

H20-H39 - Aço ferramenta trabalho a quente tipo tungstênio;

H40-H59 - Aço ferramenta trabalho a quente tipo molibdênio;

T - Aço ferramenta alta velocidade tipo tungstênio;

M - Aço ferramenta alta velocidade tipo molibdênio;

L - Aço especial baixa liga;

P - Aço ferramenta para molde.

 

W - Aço ferramenta temperado em água

 

São usualmente aço carbono com 0,6 a 1,4% de carbono (0,88-1,1%). Um apresenta 0,25%V, outro 0,5%Cr.

 

Tratamento térmico e microestruturas

 

Aço ferramenta temperado em água são os materiais para ferramenta mais baratos, e os menos resistentes ao desgaste por causa da sua composição relativamente simples. Apresentam baixa temperabilidade, e mesmo com resfriamento drástico, exceto para finas amostras, apenas a parte externa da ferramenta apresenta martensita, enquanto o interior mais  macio apresenta perlita. O Gráfico TTT e as microestruturas apresentadas são do W1 (0,6-1%C; TTT 1,05%C; 0,25%Mn, 0,2%Si, micrografias 0,94%C; 0,21%Mn). Que é uitlizado para ferramenta de ferreiro.

9-2-a – W1: 1,10%C; 0,31%Mn, Austenitizado a 9270C e resfriado ao ar perlita lamelar e preciptados de cementita.

9-2-b - W1: 0,94%C; 0,21%Mn, Austenitizado a 7880C e temperado em “Brine” Rc65 martensita não revenida com partículas de carbeto não dissolvidas.

9-2-c - W1: 0,94%C, Austenitizado a 7880C e temperado em “Brine” Rc58, martensita revenida, pontos brancos são carbetos precipitados.

9-2-d - W1: 0,94%C; 0,21%Mn, Austenitizado a 8570C e temperado a 1630C martensita  revenida grossa  austenita retida (branco, superaquecimento).

 

Na série W2 é acrescentado 0,25%V para inibir o crescimento de grão durante a austenitização. Vanádio dissolve no carbeto M3C, diminui sua solubilidade e os torna estáveis . O crescimento de grão será inibido por causa da estabilidade dos carbetos. No entanto, como estes são nucleantes da perlita, a temperabilidade diminui. Esta série,juntamente com a W1, é utilizada para confecção de ferramentas, cavidades de forja, laminas, punções, cavidade de jóias.

 

Na série W5 cromo é adicionado em 0,5%. Cromo entra no carbeto (Fe, Cr)3C, mas tem pouca influência na solubilidade. Assim, quando o carbeto dissolve na austenitização, a austenita é enriquecida em cromo (ccc). Uma vez que o cromo inibe a reação perlítica, aumenta a temperabilidade da série W5. Utilizada para estampagem profunda, mandris para extrusão de tubos e grandes punções.

 

S - Aço ferramenta resistente ao choque

 

Composição química e principais aplicações

 

São utilizados em ações de impacto repetitivo, na qual tenacidade é a mais importante propriedade, sendo dureza secundária. Estes aços têm uma menor quantidade de carbono (0,5%) Rc=>56-60. A série S5 (0,55%C, 0,4%Mo, 0,8-2%Si) é utilizada para mandris, cortadores de tubo, fusos, estampos, punções. A série S7 (0,50%C, 1,4%Mo, 3,25%Cr) é utilizada em punções, moldes para plástico, cavidades de fundição.

 

Tratamento térmico e microestruturas

 

A série mais importante é a S%, baixo preço para propósitos gerais, possui alto teor de Silício e relativamente baixo carbono, para assegurar completa austenitização esta é realizada a 9270C. A série S7 tem maior profundidade de tempera. A série S1 (0,50%C, 2,5%W, 1,5%Cr) tem caído em desuso por causa do preço do tungstênio.

 

9-4-a - S5 normalizado por austenitização a 9270C por 1h e resfriado ao ar, mistura de martensita e perlita grossa.

9-4-b - S5 normalizado por austenitização a 8990C e resfriado ao óleo. Martensita fina e não revenida.

9-4-c - S5 normalizado por austenitização a 8990C, resfriado ao óleo e revenido a 399. Martensita fina e não revenida0C. microestrutura de martensita revenida fina.

Aço ferramenta trabalho a frio

 

São amplamente utilizados para trabalho em cavidades e a frio, onde resistência ao desgaste e tenacidade são importantes. Os principais grupos são: temperado em óleo, em ar e alto carbono e alto cromo.

 

O - Aço ferramenta trabalho a frio temperado em óleo

 

Composição química e principais aplicações

 O tipo O é o mais utilizado dos aços para trabalho a frio. Alta dureza quando temperado, alta temperabilidade de baixas temperaturas de tempera, livre de trincas em secções intrincadas, e manutenção da ponta afiada para propósito de cortes. Não podem ser utilizados em alta velocidade ou em trabalho a quente.

 

Tratamento térmico e microestruturas

 

A série O1 (0,90%C, 0,5%W, 0,5%Cr, 1%Mn) é a mais utilizada pode sr aplicada em cavidades de molde para plástico, cavidades de extrusão, facas para papel, ferramental, escovas e punções. O alto teor de Mn, juntamente com 0,5%Cr e 0,5%W aumentam a temperabilidade do aço tão drasticamente que o resfriamento em água pode ser evitado.

 

Quando se uso resfriamento a óleo, há menor mudança dimensional, distorção e risco de trinca que com resfriamento a água. Contudo ainda maiores que aquelas obtidas com resfriamento ao ar.

 

9-6-a O1 (0,94%C, 1,2%Mn, 0,5%W, 0,5%Cr, 0,3%Si) plenamente recozido, partículas esféricas de carbetos em matriz de marensita revenida.

9-6-b O1 (0,94%C, 1,2%Mn, 0,5%W, 0,5%Cr, 0,3%Si) normal, plenamente recozido - austenitizado a 815C, resfriamento a óleo, revenido a 150C por 2h , carbetos em matriz de marensita revenida.

9-6-c O1 (0,94%C, 1,2%Mn, 0,5%W, 0,5%Cr, 0,3%Si) como temperado,  austenitizado a 815C, resfriamento a óleo, carbetos em matriz de marensita não-revenida e alguma austenita retida (branco).

9-6-b O1 (0,94%C, 1,2%Mn, 0,5%W, 0,5%Cr, 0,3%Si) superaquecimento, austenitizado a 927C, resfriamento a óleo, revenido a 150C por 2h, poucos carbetos devido a alta temperatura de austenitização,e estrutura grosseira de marensita não revenida, alguma bainita e austenita retida.

 

 

A - Aço ferramenta trabalho a frio (liga média) temperado em ar

 

Composição química e principais aplicações

 

Os aços ferramenta para trabalho a frio temperado em ar são indicados especialmente para aplicações que exigem tenacidade e boa resistência a abrasão como estampagem, moldagem e extrusão. Podem ser utilizados em cavidades de geometria intrincada pois sua mudança dimensional é ¼ dos aços tipo O ao manganês.

 

Os principais elementos de liga junto a 1 a 2%C, são Cromo, manganês, molibdênio,  vanádio e níquel. As ligas mais importantes são A2 (5%Cr, extrusão, estampagem, prensa) e A4 (1%Cr, 2-3%Mn).

 

 

Questionário:

  1. Defina aço ferramenta:
  2. Quais são as propriedades desejáveis para os aços ferramentas?
  3. Cite algumas aplicações para os aços ferramentas:
  4. Como funciona o método de classificação AISI?
  5. Quais são as limitações em se utilizar aço baixo carbono?
  6. Qual a finalidade de se utilizar vanádio no aço ferramenta temperado a água? Porque o vanádio diminui a temperabilidade?
  7. Qual o propósito de utilizar cromo em aço ferramenta temperado a água?
  8. Qual é a composição química do aço ferramenta temperado resistente ao choque modificado para a resistência ao choque?  Para aumento de temperabilidade?
  9. Quais os principais tipos de aço ferramenta para trabalho a frio?
  10. Qual a vantagem do aço ferramenta para trabalho a frio temperado em óleo, para o aço ferramenta temperado em água? Que elementos são adicionados para aumentar a temperabilidade?