No mundo da manufatura industrial, impulsionada pela precisão, o aço para ferramentas desempenha um papel fundamental. Assim como um artesão habilidoso deve entender as características de cada ferramenta, engenheiros e designers devem compreender completamente as diferentes propriedades do aço para ferramentas para selecionar o material mais adequado para aplicações específicas. O aço para ferramentas, um tipo especial de aço ligado, é amplamente utilizado na fabricação de ferramentas devido à sua excepcional dureza, resistência ao desgaste e capacidade de manter a forma em altas temperaturas. Este artigo apresenta sistematicamente a classificação, as características e as classes comuns de aço para ferramentas, fornecendo um guia de seleção de materiais abrangente e prático.

Visão Geral do Aço para Ferramentas

O aço para ferramentas é um aço ligado com alto teor de carbono, projetado especificamente para a fabricação de diversas ferramentas. Suas principais características incluem dureza excepcional, resistência ao desgaste e estabilidade dimensional em altas temperaturas. O aço para ferramentas normalmente contém de 0,5% a 1,5% de carbono, juntamente com elementos formadores de carboneto, como tungstênio, cromo, vanádio e molibdênio. Esses elementos de liga aprimoram significativamente as propriedades do aço, permitindo que ele atenda a vários requisitos de aplicação exigentes.

Com base nas diferentes necessidades de aplicação, o aço para ferramentas pode ser categorizado em seis tipos principais:

• Aço de endurecimento por água: Este tipo endurece por meio de têmpera em água e consiste principalmente em aço com alto teor de carbono. O aço de endurecimento por água é relativamente barato e adequado para aplicações com requisitos de desempenho modestos.
• Aço para trabalho a frio: O aço para trabalho a frio oferece alta temperabilidade e resistência ao desgaste, comumente usado na fabricação de componentes grandes. Com base nos métodos de endurecimento, ele pode ser dividido em aços de endurecimento em óleo, endurecimento ao ar e aços com alto teor de carbono e alto teor de cromo.
• Aço resistente a choques: Este tipo oferece excelente tenacidade ao impacto, mas resistência ao desgaste relativamente menor, tornando-o adequado para ferramentas sujeitas a cargas de alto impacto.
• Aço rápido: O aço rápido mantém alta resistência e dureza em temperaturas elevadas, tornando-o ideal para ferramentas de corte e implementos de usinagem.
• Aço para trabalho a quente: O aço para trabalho a quente mantém boa resistência e dureza em altas temperaturas, adequado para ferramentas que realizam operações de corte ou conformação em condições aquecidas.
• Aço para fins especiais: Também chamado de aço para moldes de plástico, esta categoria é projetada especificamente para aplicações de fundição sob pressão de zinco e moldagem por injeção de plástico.

A seleção do tipo de aço para ferramentas normalmente depende de fatores como temperatura de trabalho, dureza superficial necessária, resistência, resistência ao impacto, tenacidade e considerações de custo.

Características e Desempenho do Aço para Ferramentas

As propriedades mais proeminentes do aço para ferramentas incluem dureza, resistência ao desgaste e resistência à deformação. Além disso, muitos aços para ferramentas podem manter as arestas de corte em altas temperaturas, tornando-os adequados para a conformação de outros materiais por meio de operações de corte, usinagem, estampagem ou forjamento.

• Dureza: Um indicador chave da resistência do aço para ferramentas à deformação plástica e ao desgaste. A alta dureza permite maior capacidade de carga e vida útil prolongada.
• Resistência ao desgaste: A capacidade de resistir à abrasão. A alta resistência ao desgaste ajuda a manter a precisão dimensional e a precisão da forma.
• Tenacidade: A capacidade de absorver energia e resistir à fratura. A alta tenacidade permite que as ferramentas suportem cargas de impacto sem falha frágil.
• Propriedades de tratamento térmico: Afetam diretamente a dureza, resistência e tenacidade finais. Diferentes aços para ferramentas exigem processos de tratamento térmico específicos para obter o desempenho ideal.
• Usinabilidade: A facilidade com que o aço pode ser cortado, conformado e acabado. Boa usinabilidade reduz os custos de fabricação e encurta os prazos de entrega.

Classes Comuns de Aço para Ferramentas

A seguir, estão descrições detalhadas de várias classes comuns de aço para ferramentas, incluindo suas propriedades, aplicações, métodos de tratamento térmico e níveis de dureza.

Aço para Ferramentas D2

• Aplicações: Ideal para aplicações de ferramentas de longo prazo que exigem tolerâncias precisas, como matrizes de corte, punção e conformação.
• Tratamento térmico: Endurecido a 1800°F a 1875°F (982°C a 1024°C), normalmente revenido entre 900°F a 960°F (482°C a 516°C).
• Dureza: Atinge 62-64 HRC após endurecimento e revenimento.

Aço para Ferramentas O1

O O1 é um aço para ferramentas de endurecimento em óleo com usinabilidade relativamente fácil. Ele oferece um bom equilíbrio entre tenacidade e resistência ao desgaste, tornando-o uma escolha popular para ferramentas de uso geral.

• Aplicações: Comumente usado para facas, lâminas de cisalhamento e outras ferramentas que exigem arestas afiadas e duráveis.
• Tratamento térmico: Endurecido aquecendo a 1475°F a 1500°F (802°C a 816°C), seguido por têmpera em óleo.
• Dureza: Atinge aproximadamente 57-62 HRC após o revenimento.

Aço para Ferramentas S7

O S7 é um aço para ferramentas resistente a choques e de endurecimento ao ar, que oferece alta tenacidade e resistência ao impacto, tornando-o excelente para ferramentas que sofrem choques mecânicos significativos.

• Aplicações: Usado para cinzéis, punções e conjuntos de rebites que exigem alta resistência ao impacto.
• Tratamento térmico: Endurecido a 1725°F a 1850°F (941°C a 1010°C), revenido a 400°F (204°C) para aplicações de trabalho a frio ou até 1000°F (538°C) para aplicações de trabalho a quente.
• Dureza: Atinge 60-62 HRC após o endurecimento.

Aço para Ferramentas H13

O H13 é um aço para ferramentas de trabalho a quente com 5% de cromo, conhecido por manter a dureza em temperaturas elevadas, tornando-o ideal para aplicações de trabalho a quente.

• Aplicações: Amplamente utilizado para fundição sob pressão de alumínio e zinco, bem como extrusão de alumínio e matrizes de prensagem.
• Tratamento térmico: Endurecido aquecendo a 1825°F a 1900°F (996°C a 1038°C) e revenido entre 950°F a 1150°F (510°C a 621°C).
• Dureza: Normalmente atinge 56-57 HRC após o endurecimento e revenimento.

Aço para Ferramentas M2

O M2 é um aço para ferramentas de alta velocidade que oferece excelente tenacidade e resistência ao desgaste, particularmente eficaz para ferramentas que devem manter a nitidez em altas temperaturas.

• Aplicações: Comumente usado para ferramentas de corte, como brocas, machos e fresas.
• Tratamento térmico: Endurecido a aproximadamente 2200°F a 2250°F (1204°C a 1232°C) e revenido a 1000°F a 1050°F (538°C a 566°C).
• Dureza: Atinge cerca de 62-64 HRC após o revenimento.

Aço para Ferramentas A2

O A2 é um aço para ferramentas de endurecimento ao ar, conhecido por sua tenacidade e resistência ao desgaste equilibradas. Com 5% de teor de cromo, ele fornece alta dureza e excelente estabilidade dimensional após o tratamento térmico.

• Aplicações: Normalmente usado para punções de corte/conformação, aços de acabamento de matrizes e moldes de injeção.
• Tratamento térmico: Resfriado ao ar a partir da temperatura de endurecimento, geralmente revenido a 350°F a 400°F (177°C a 204°C) para atingir 63-65 HRC.
• Dureza: Atinge 63-65 HRC após o endurecimento.

Seleção de Aço para Ferramentas

A seleção da classe de aço para ferramentas apropriada depende dos requisitos específicos da aplicação, como necessidades de resistência ao desgaste, tenacidade ou retenção de dureza em altas temperaturas.

Considerações principais: Ao selecionar o aço para ferramentas, avalie estes fatores:

• Material da peça de trabalho: Materiais diferentes impõem requisitos variados nas propriedades do aço para ferramentas. Materiais mais duros exigem aços para ferramentas mais resistentes ao desgaste.
• Método de processamento: Várias operações (estampagem, forjamento, moldagem por injeção, etc.) exigem diferentes combinações de resistência, tenacidade e resistência ao calor.
• Volume de produção: Quantidades de produção mais altas exigem aços para ferramentas mais resistentes ao desgaste para prolongar a vida útil da ferramenta.
• Custo: Existem variações significativas de preço entre as classes, exigindo um equilíbrio cuidadoso entre desempenho e orçamento.

Processo de seleção: Siga estas etapas gerais:

1. Definir os requisitos da aplicação: Determine as cargas esperadas, temperaturas, impactos e outras condições de operação.
2. Avaliar o material da peça de trabalho: Compreenda a dureza, resistência e usinabilidade do material.
3. Selecionar o tipo de aço para ferramentas apropriado: Escolha entre trabalho a frio, trabalho a quente ou outras categorias com base nas necessidades da aplicação.
4. Escolher a classe específica: Selecione entre as classes disponíveis (D2, O1, H13, etc.) dentro da categoria escolhida.
5. Realizar o tratamento térmico: Aplique o tratamento térmico apropriado por especificações de classe para obter o desempenho ideal.

Conclusão

A compreensão das propriedades exclusivas de cada classe permite decisões informadas que garantem o desempenho ideal da ferramenta e a vida útil prolongada. Seja usando A2, D2, O1, S7, H13 ou M2, cada classe de aço para ferramentas oferece vantagens distintas. Ao alinhar essas propriedades com os requisitos da aplicação, os fabricantes podem obter resultados superiores.

Este guia fornece uma visão geral abrangente de várias classes de aço para ferramentas, ajudando a navegar pelas complexidades da seleção de materiais e a fazer as melhores escolhas para necessidades específicas.