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Aço Ferramenta

AÇO FERRAMENTA

O aço ferramenta representa uma importante fatia do segmento de aços especiais. Produzido e processado para atingir um alto grau de qualidade, o aço ferramenta é empregado na fabricação de matrizes, moldes, ferramentas de corte intermitente e contínuo, ferramentas para conformação de chapas, corte a frio e componentes de máquinas. Abastecem os segmentos de autopeças, automobilístico, eletro-eletrônico e extrusão de alumínio. Este tipo de aço se caracteriza pela elevada dureza e resistência à abrasão. Tem boa tenacidade e mantém as propriedades de resistência mecânica mesmo sob elevadas temperaturas. Tais características são obtidas com a adição de altos teores de carbono e ligas como tungstênio, molibdênio, vanádio, manganês e cromo. A maior parte dos aços ferramenta é forjada. Outra parte é produzida por fundição de precisão ou por metalurgia do pó. A fusão deste tipo de aço é realizada, geralmente, em quantidades pequenas em fornos elétricos. A seleção de matéria-prima é um fator de grande importância para o processo. Esse cuidado também pode ser verificado na utilização de sucata. Há ainda atenção especial com as tolerâncias de composição química e homogeneidade do produto final. Estas e outras particularidades tornam o aço ferramenta um material de custo mais elevado em comparação com os aços comuns. Villares e Grupo Gerdau são os responsáveis pela produção nacional de aço ferramenta.

Classificação

Os aços ferramenta são classificados de acordo com suas características metalúrgicas principais ou de acordo com seu nicho de aplicação. A classificação do American Iron and Steel Institute (AISI) é a mais utilizada pela indústria de ferramentaria e tem se mostrado útil para a seleção do produto.
Apesar de existirem mais de 100 tipos de aços ferramenta normalizados internacionalmente, para as mais diversas aplicações e solicitações, a indústria trabalha com uma gama reduzida de opções. São preferidos aqueles que possuem suas propriedades e desempenhos consagrados ao longo do tempo, como, por exemplo, os aços AISI H13, AISI D2 e AISI M2.
Os aços ferramenta são divididos em diferentes tipos, de acordo com sua aplicação e características.

Aço rápido

Desenvolvido para aplicação de usinagem em elevadas velocidades. Podem ser ao molibdênio (grupo M) e ao tungstênio (grupo T). Ambos possuem performance semelhante, entretanto os do grupo M apresentam menor custo inicial. O aço rápido ao molibdênio tem elevada dureza, resistência ao desgaste e boa tenacidade. Este tipo de aço é freqüentemente temperado em banhos de sais. Aplicação: ferramentas, brocas, perfuratrizes, alargadores de furos, machos para abertura de roscas e fresas helicoidais. Alguns tipos podem ser utilizados para determinadas aplicações a frio, como laminadores de rosca, punções e matrizes para corte de discos.

Aços para trabalho a quente

Indicado para utilização em operações de punçonamento, cisalhamento e forjamento de metais em temperaturas elevadas, condições de pressão e abrasão. São identificados como aço H, no sistema de classificação.
São divididos em três subgrupos: ao cromo (entre H10 e H19), ao tungstênio (de H21 a H26) e ao molibdênio (de H42 e H43). Aplicação: os aços ao cromo são utilizados em aplicações de transformações mecânicas a temperaturas elevadas. Os aços ao tungstênio são empregados como mandris ou matrizes de extrusão para aplicações de alta temperatura, como na extrusão de ligas de cobre, ligas de níquel e aço.

Para deformação a frio

Esse aço se restringe a aplicações que não envolvam aquecimentos repetidos ou prolongados em faixas de temperatura de 205℃ a 260℃. Isso porque não contém elementos de liga necessários para resistência à deformação a quente. São divididos em três grupos: aços temperáveis ao ar (grupo A), alto-carbono e alto-cromo (grupo D) e temperáveis em óleo (grupo O). Aplicação: os do grupo A são aplicados na produção de facas de cisalhamento, punções, corte de chapas para estampagem e matrizes para aparar. Os do grupo D são aplicados em ferramentas de forjamento, rolos de laminação de rosca, estampagem profunda, moldes de tijolo, calibres, operações de brunimento, rolos e facas para corte de tiras. Os do grupo O são utilizados em matrizes e punções para corte de chapas para estampagem, rebarbação, trefilação, flangeamento e forjamento.

Aços para moldagem

Esses aços possuem cromo e níquel como principais elementos de liga. Apresentam características de baixa resistência ao amolecimento em altas temperaturas. Aplicação: utilizados quase que exclusivamente em peças fundidas sob pressão ou em moldes para injeção ou compressão de plásticos e são classificados como grupo P.

Aplicações

Aços rápidos

AISI M2

O aço AISI M2 é o mais recomendado e o mais utilizado na fabricação de ferramentas para corte de metais, em condições de corte contínuo ou intermitente. Sua composição química, ligado ao tungstênio, molibdênio e vanádio lhe garante um nível de endurecimento elevado no revenimento, em torno de 64,5 HRc, e uma elevada manutenção de dureza a quente, garantindo uma excelente retenção do poder de corte em serviço.

O AISI M2 é utilizado em brocas, machos, fresas comuns e tipo caracol, facas, brochas, alargadores, pentes de laminação de rosca, etc. Também é utilizado em operações de corte e conformação a frio, em matrizes e punções, ferramentas nas quais pode ser utilizado com menor dureza de acordo com a particularidade de aplicação.

Trabalho a frio

AISI APT

O aço AISI APT, conhecido como “aço prata”, é um aço para trabalho a frio com excelente relação custo benefício na confecção de ferramentas e componentes mais simples, mas que requerem elevada dureza. Tem um ciclo de tratamento térmico simples sendo temperável em água ou em óleo –dos aços temperáveis em água é aquele que apresenta menor deformação.

APLICAÇÕES

Aplicado principalmente em pontas de lanças (para cavar), ferramentas para madeira, pinos guia, pinos extratores, alargadores, punções e instrumentos de medida. Em ferramentas de corte, sua aplicação é comum em serras, brocas, machos, gravadores, etc.

AISI O1

Apesar do elevado índice de carbono em sua composição, o aço AISI O1 possui os elementos de liga em baixa quantidade, possibilitando, portanto, que seja um aço temperável em óleo.

Além de atingir dureza entre 57 – 62 HRc após o revenimento, suas melhores características estão ligadas à usinabilidade, resistência ao desgaste e resposta ao polimento.

APLICAÇÕES

O aço AISI O1 é utilizado em aplicações de ferramental para corte, conformação a frio e em periféricos de ferramentais; onde se necessita de elevada resistência ao desgaste, principalmente no deslizamento.

Tipicamente empregado no trabalho de aços e metais não-ferrosos, ferramentas para trabalho em madeira, matrizes de porcelana, instrumentos de medição de grande estabilidade dimensional, tais como calibres, padrões de dureza, réguas, brocas, facas para guilhotinas, rebarbadores a frio, fresas, punções, machos e cossinetes.

AISI D2

Podendo ser tratado termicamente para durezas elevadas, mantendo boa resistência à fratura, é um aço com alta penetração de dureza na têmpera e excelente estabilidade dimensional e de forma. Por ser capaz de combinar dois ciclos de tratamento térmico diferentes, é permitido uso posterior de tratamentos superficiais, como a nitretação e o revestimento PVD.

Devido sua estrutura, que contém carbonetos duros de cromo, e sua elevada dureza após tratamento térmico, o aço AISI D2 possui excelente resistência ao desgaste – tanto abrasivo quanto adesivo.

APLICAÇÕES

O aço AISI D2 é um aço ferramenta para trabalho a frio com maior aplicação no segmento metal-mecânico, principalmente na indústria de conformação e corte a frio.

É utilizado em matrizes, punções de conformação e corte, ferramentas para dobramento, repuxo, extrusão, pentes laminadores para roscas e facas em geral, na confecção de moldes para formação de partes cerâmicas e em moldes para a injeção de plásticos técnicos de elevada abrasividade.

AISI D6

O aço AISI D6 é um aço para trabalho a frio com elevada fração de carbonetos e dureza após o tratamento térmico. Estas características conferem a este aço uma elevada resistência ao desgaste, superior à do AISI D2. Entretanto, este aço é mais frágil que o aço AISI D2.

APLICAÇÕES

Sua elevada dureza o torna especialmente adequado para aplicações de severo desgaste como em operações de conformação e corte a frio, em superfícies deslizantes e moldes para materiais cerâmicos. É utilizado em ferramentas de corte como facas, matrizes, punções, tesouras, escariadores, mandris, fieiras de trefilação, calibres, etc.

AISI S1

O aço AISI S1 tem como característica principal a elevada resistência ao choque em uma ampla faixa de dureza, além de boa resistência à fadiga e ao desgaste, podendo ser utilizado em aplicações de trabalho a quente ou a frio.

Em casos especiais pode ser cementado para otimizar o compromisso entre sua elevada tenacidade com a resistência ao desgaste superficial.

APLICAÇÕES

É utilizado na fabricação de formões, talhadeiras, facas para corte de chapas de aço, matrizes para cunhagem e estampagem à frio.

Em trabalho a quente é usado em punções, facas para rebarbação, suporte de martelos para forjaria, moldes para plástico, marteletes pneumáticos, ferramentas para recalque e brocas de concreto.

Trabalho a quente

AISI 2714

O aço AISI 2714 tem como característica principal sua elevada resistência ao choque na faixa de dureza recomendada. Na maioria dos casos é fornecido já no estado temperado e revenido, não necessitando de tratamento térmico posterior. Neste caso, a dureza pode ser adequada à necessidade do cliente.

APLICAÇÕES

É utilizado em ferramentas para trabalho a quente, principalmente em matrizes destinadas a forjamento em prensas do tipo martelo e em componentes periféricos. Também é utilizado em anéis de contenção de conjuntos de matrizes para a extrusão de ligas de alumínio e outras matrizes para trabalho de ligas não ferrosas, como fundição por gravidade.

AISI H13

O aço AISI H13 é um Aço Ferramenta para trabalho a quente com uma excelente combinação entre dureza e resistência à fratura, com a manutenção destas propriedades em temperaturas até 600ºC, resistência a choques térmicos e às trincas por fadiga térmica, este aço possui ainda níveis de usinabilidade, polibilidade e resposta à texturização importante para o segmento de confecção de moldes para injeção de plásticos.

APLICAÇÕES

A combinação das propriedades do aço AISI H13, principalmente em temperaturas elevadas, faz do aço AISI H13 adequado o uso nas mais diferentes aplicações como: matrizes de forjamento a quente em prensas, matrizes para extrusão de alumínio e suas ligas, fundição sob pressão ou gravidade de ligas não ferrosas e moldes para injeção de polímeros abrasivos – como os termofixos.

Moldes para plásticos

AISI P20

Os aços tipo AISI P20 e AISI 2738 são os mais utilizados para a confecção de moldes de injeção de plásticos em geral. Fornecido no estado beneficiado (temperado e revenido) possui excelente propriedades mecânicas.

Especialmente importante para este segmento, possui boa polibilidade e resposta a texturização. A confecção de moldes de grandes dimensões pode ser realizada com facilidade devido sua alta usinabilidade e homogeneidade de dureza ao longo de seções transversais elevadas.

Para espessuras acima de 400mm, é indicado o uso do W. Nr. 1.2738, principalmente para o aço AISI 2738.

APLICAÇÕES

É utilizado em moldes de injeção de plásticos dos mais variados tipos – mas de baixa ou média abrasividade – e moldes para formação por sopro.

*Nunca utilizar em moldes de plásticos clorados. Em certas circunstâncias pode ser utilizado em fundição de ligas não-ferrosas.

AISI 2711 M

O aço AISI 2711M é um aço especialmente desenvolvido para confecção de moldes de injeção de plásticos que requerem maior resistência mecânica. A composição química apresenta maiores teores de Cromo e Molibdênio quando comparado ao W.Nr 1.2711, garantindo assim melhor homogeneidade de dureza em toda a secção. Possui boa polibilidade e resposta à texturização.

Fornecido no estado Beneficiado (Temperado e Revenido) com dureza na faixa 38-42 HRc, apresenta maiores valores de propriedades mecânicas comparado com os aços AISI P20.

APLICAÇÕES

É utilizado em moldes de injeção de plásticos dos mais variados tipos, de média e alta abrasividade – especialmente em moldes que necessitam maior resistência mecânica – e para formação por sopro.

*Nunca utilizar em moldes de plásticos clorados.

AISI 420

O aço AISI 420 é um Aço Inoxidável Martensítico que possui excelente resposta ao tratamento térmico de têmpera e revenimento, podendo atingir uma dureza entre 48 e 52 HRC.

Quando destinado ao segmento de moldes para injeção de plásticos, seu processamento busca excelentes propriedades de polibilidade, resistência à corrosão em diferentes meios e a oxidação até temperaturas próximas de 500ºC, além de resistência ao desgaste.

APLICAÇÕES

A combinação de suas propriedades o torna adequado nas seguintes aplicações:

a) moldes de materiais corrosivos, por exemplo, na injeção de polímeros clorados como o PVC e de acetato;

b) moldes com câmara quente, sujeitos à umidade atmosférica intensa e na injeção de polímeros abrasivos, como, por exemplo, os termofixos (baquelite) e outros com reforço de carga.

Além dessas duas categorias, é também indicado para moldes na indústria óptica e vidro, cutelaria, instrumentação cirúrgicas, componentes de válvulas e bombas, eixos e outros componentes estruturais.