Aço ferramenta

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Aço ferramenta é qualquer um dos vários aços carbono e aços liga que são particularmente adequados para serem transformados em ferramentas e ferramentas, incluindo ferramentas de corte , matrizes , ferramentas manuais , facas e outros. Sua adequação vem de sua dureza distinta , resistência à abrasão e deformação e sua capacidade de manter uma aresta de corte em temperaturas elevadas. Como resultado, os aços para ferramentas são adequados para uso na modelagem de outros materiais, como por exemplo em corte , usinagem , estampagem ou forjamento .

Com um teor de carbono entre 0,5% e 1,5%, os aços ferramenta são fabricados sob condições cuidadosamente controladas para produzir a qualidade necessária. A presença de carbonetos em sua matriz desempenha o papel dominante nas qualidades do aço ferramenta. Os quatro principais elementos de liga que formam carbonetos no aço ferramenta são: tungstênio , cromo , vanádio e molibdênio . A taxa de dissolução dos diferentes carbonetos na forma austenita do ferro determina o desempenho do aço em altas temperaturas (mais lento é melhor, tornando o aço resistente ao calor). O tratamento térmico adequado desses aços é importante para um desempenho adequado. [1] Oo teor de manganês é frequentemente mantido baixo para minimizar a possibilidade de rachaduras durante a têmpera com água .

Existem seis grupos de aços para ferramentas: endurecimento a água, trabalho a frio, resistente a choques, alta velocidade, trabalho a quente e uso especial. A escolha do grupo a ser selecionado depende do custo, temperatura de trabalho, dureza da superfície necessária, resistência, resistência ao choque e requisitos de tenacidade. [2] Quanto mais severa a condição de serviço (maior temperatura, abrasividade, corrosividade, carregamento), maior o teor de liga e conseqüente quantidade de carbonetos necessários para o aço ferramenta.

Os aços ferramenta são usados ​​para cortar, prensar, extrudar e cunhar metais e outros materiais. Seu uso em ferramentas é essencial; moldes de injeção, por exemplo, exigem aços ferramenta para sua resistência à abrasão - um critério importante para a durabilidade do molde que permite centenas de milhares de operações de moldagem ao longo de sua vida útil.

As classes AISI - SAE de aço ferramenta é a escala mais comum usada para identificar vários graus de aço ferramenta. Ligas individuais dentro de uma classe recebem um número; por exemplo: A2, O1, etc.

Grupo de endurecimento da água

O aço ferramenta do grupo W recebe o nome de sua propriedade definidora de ter que ser temperado com água. O aço grau W é essencialmente aço carbono simples de alto carbono . Este grupo de aços-ferramenta é o aço-ferramenta mais utilizado devido ao seu baixo custo em comparação com os demais. Eles funcionam bem para peças e aplicações onde não são encontradas altas temperaturas; acima de 150 °C (302 °F), começa a amolecer em um grau perceptível. Sua temperabilidade é baixa, portanto, os aços ferramenta do grupo W devem ser submetidos a uma têmpera rápida, exigindo o uso de água. Esses aços podem atingir alta dureza (acima de HRC66) e são bastante frágeis em comparação com outros aços ferramenta. Os aços W ainda são vendidos, especialmente para molas, mas são muito menos usados ​​do que no século XIX e início do século XX. Isso ocorre em parte porque os aços W deformam e racham muito mais durante a têmpera do que os aços temperados em óleo ou endurecidos ao ar.

A tenacidade dos aços ferramenta do grupo W é aumentada pela liga com manganês, silício e molibdênio. Até 0,20% de vanádio é usado para reter tamanhos de grãos finos durante o tratamento térmico.

Aplicações típicas para várias composições de carbono são para aços W:

  • 0,60–0,75% carbono: peças de máquinas, cinzéis, parafusos de fixação; propriedades incluem dureza média com boa tenacidade e resistência ao choque.
  • 0,76-0,90% de carbono: matrizes de forjamento, martelos e trenós.
  • 0,91–1,10% carbono: aplicações de ferramentas de uso geral que exigem um bom equilíbrio entre resistência ao desgaste e tenacidade, como grosas, brocas, cortadores e lâminas de cisalhamento.
  • 1,11–1,30% carbono: limas, brocas pequenas, ferramentas de torno, lâminas de barbear e outras aplicações leves onde é necessária maior resistência ao desgaste sem grande tenacidade. O aço de cerca de 0,8% C fica tão duro quanto o aço com mais carbono, mas as partículas de carboneto de ferro livre em 1% ou 1,25% de aço carbono fazem com que ele mantenha uma borda melhor. No entanto, a borda fina provavelmente enferruja mais rápido do que se desgasta, se for usada para cortar materiais ácidos ou salgados.

Grupo de trabalho a frio

Os aços ferramenta para trabalho a frio incluem a série O (endurecimento do óleo), a série A (endurecimento ao ar) e a série D (alto carbono-cromo). São aços usados ​​para cortar ou formar materiais que estão em baixas temperaturas. Este grupo possui alta temperabilidade e resistência ao desgaste, e média tenacidade e resistência ao amolecimento térmico. Eles são usados ​​na produção de peças maiores ou peças que requerem distorção mínima durante o endurecimento. O uso de têmpera em óleo e têmpera ao ar ajuda a reduzir a distorção, evitando as maiores tensões causadas pela têmpera em água mais rápida. Mais elementos de liga são usados ​​nesses aços, em comparação com a classe de endurecimento à água. Essas ligas aumentam a temperabilidade dos aços e, portanto, requerem um processo de têmpera menos severo e, como resultado, são menos propensos a rachaduras. Eles têm alta dureza superficial e são frequentemente usados ​​para fazer lâminas de facas. A usinabilidade dos graus de endurecimento do óleo é alta, mas para os tipos de alto carbono-cromo é baixa.

Endurecimento em óleo: a série O

Esta série inclui um tipo O1, um tipo O2, um tipo O6 e um tipo O7. Todos os aços deste grupo são tipicamente endurecidos a 800°C, temperados em óleo e então revenidos a < 200°C. [3] [4] [5] [6] [7]

Grau Composição Notas
O1 0,90% C , 1,0-1,4% Mn , 0,50% Cr , 0,50% W , 0,30% Si , 0,20% V Um aço para trabalho a frio usado para medidores, ferramentas de corte, ferramentas para trabalhar madeira e facas. Pode ser endurecido a 66 HRC , normalmente usado em Rc61-63. Vanádio é opcional. Também vendido como Arne, [8] SKS3, 1.2510 e 100MnCrW4.
O2 0,90% C , 1,5-2,0% Mn , 0,30% Cr , 0,30% Si , 0,15% V Um aço para trabalho a frio usado para medidores, ferramentas de corte, ferramentas para trabalhar madeira e facas. Pode ser endurecido a 66 HRC , normalmente usado em Rc61-63. Também vendido como 1.2842 e 90MnCrV8. [9]
O6 1,45% C , 1,0% Mn , 1,0% Si , 0,3% Mo Um aço grafítico para trabalho a frio com excelente resistência ao desgaste por deslizamento metal-metal e ao desgaste. Normalmente usado para cames, buchas, mangas, mandris, rolos formadores, lâminas de cisalhamento, punções, matrizes e guias. [10]

Endurecimento ao ar: a série A

O primeiro aço ferramenta de grau de endurecimento ao ar foi o aço mushet , que era conhecido como aço endurecido ao ar na época.

Os aços endurecidos ao ar modernos são caracterizados por baixa distorção durante o tratamento térmico devido ao seu alto teor de cromo. Sua usinabilidade é boa e eles têm um equilíbrio entre resistência ao desgaste e tenacidade (ou seja, entre os graus D e resistente a choques). [11]

Grau Composição Notas
A2 [12] 1,0% C , 1,0% Mn , 5,0% Cr , 0,3% Ni , 1,0% Mo , 0,15-0,50% V Um aço ferramenta de uso geral comum; é a variedade mais comumente usada de aço endurecido ao ar. É comumente usado para estampagem e moldagem de punções, matrizes de corte, matrizes de laminação de roscas e matrizes de moldagem por injeção. [11]
A3 [13] 1,25% C, 0,5% Mn, 5,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9-1,4% Mo, 0,8-1,4% V
A4 [14] 1,0% C, 2,0% Mn, 1,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9-1,4% Mo
A6 [15] 0,7% C, 1,8–2,5% Mn, 0,9–1,2% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo Este tipo de aço ferramenta endurece ao ar a uma temperatura relativamente baixa (aproximadamente a mesma temperatura que os tipos de endurecimento a óleo) e é dimensionalmente estável. Portanto, é comumente usado para matrizes, ferramentas de conformação e medidores que não exigem extrema resistência ao desgaste, mas precisam de alta estabilidade. [11]
A7 [16] 2,00–2,85% C, 0,8% Mn, 5,00–5,75% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 3,9–5,15% V, 0,5–1,5 W
A8 [17] 0,5–0,6% C, 0,5% Mn, 4,75–5,50% Cr, 0,3% Ni, 1,15–1,65% Mo, 1,0–1,5 W
A9 [18] 0,5% C, 0,5% Mn, 0,95–1,15% Si , 4,75–5,00% Cr, 1,25–1,75% Ni, 1,3–1,8% Mo, 0,8–1,4% V
A10 [19] 1,25-1,50% C, 1,6-2,1% Mn, 1,0-1,5% Si, 1,55-2,05% Ni, 1,25-1,75% Mo Esta classe contém uma distribuição uniforme de partículas de grafite para aumentar a usinabilidade e fornecer propriedades autolubrificantes. É comumente usado para medidores, mandris, tesouras e punções. [20]

Alto carbono-cromo: a série D

A série D da classe de trabalho a frio de aços ferramenta, que originalmente incluía os tipos D2, D3, D6 e D7, contém entre 10% e 13% de cromo (o que é incomumente alto). Esses aços mantêm sua dureza até uma temperatura de 425 °C (797 °F). As aplicações comuns para esses aços-ferramenta incluem matrizes de forjamento, blocos de fundição sob pressão e matrizes de trefilação. Devido ao seu alto teor de cromo, certos aços-ferramenta tipo D são frequentemente considerados inoxidáveis ​​ou semi-inoxidáveis, no entanto, sua resistência à corrosão é muito limitada devido à precipitação da maioria de seus constituintes de cromo e carbono como carbonetos.

Grau Composição Notas
D2 1,5% C , 11,0–13,0% Cr ; adicionalmente 0,45% Mn , 0,030% P , 0,030% S , 1,0% V , 0,9% Mo , 0,30% Si O D2 é muito resistente ao desgaste, mas não tão resistente quanto os aços de baixa liga. As propriedades mecânicas do D2 são muito sensíveis ao tratamento térmico. É amplamente utilizado para a produção de lâminas de cisalhamento, lâminas de plaina e ferramentas de corte industriais; às vezes usado para lâminas de faca.

Grupo resistente a choques

A alta resistência ao choque e boa temperabilidade são fornecidas pela liga de cromo-tungstênio, silício-molibdênio e silício-manganês. Os aços ferramenta de grupo resistentes a choques (S) são projetados para resistir a choques em temperaturas baixas e altas. Um baixo teor de carbono é necessário para a tenacidade necessária (aproximadamente 0,5% de carbono). As ligas formadoras de carboneto fornecem as características de resistência à abrasão, temperabilidade e trabalho a quente necessárias. Esta família de aços apresenta tenacidade ao impacto muito alta e resistência à abrasão relativamente baixa e pode atingir dureza relativamente alta ( HRC 58/60). Nos EUA, a tenacidade geralmente deriva de 1 a 2% de silício e 0,5 a 1% de molibdênio. Na Europa, os aços de choque geralmente contêm 0,5-0,6%carbono e cerca de 3% de níquel. Uma faixa de 1,75% a 2,75% de níquel ainda é usada em alguns aços de baixa liga (HSLA) resistentes a choques e de alta resistência, como L6, 4340 e aço de serra sueco, mas é relativamente caro. Um exemplo de seu uso é na produção de brocas de britadeira .

Grupo de alta velocidade

Grupo de trabalho a quente

Os aços para trabalho a quente são um grupo de aços usados ​​para cortar ou moldar materiais em altas temperaturas. Os aços ferramenta do grupo H foram desenvolvidos para resistência e dureza durante a exposição prolongada a temperaturas elevadas. Esses aços ferramenta são de baixo carbono e liga moderada a alta que proporcionam boa dureza e tenacidade a quente e boa resistência ao desgaste devido a uma quantidade substancial de metal duro. [1] H1 a H19 são baseados em um teor de cromo de 5%; H20 a H39 são baseados em um teor de tungstênio de 9-18% e um teor de cromo de 3-4%; H40 a H59 são à base de molibdênio.

Exemplos incluem aço ferramenta DIN 1.2344 (H13).

Grupo de propósito especial

  • O aço ferramenta tipo P é a abreviação de aços para moldes de plástico. Eles são projetados para atender aos requisitos de fundição de zinco e matrizes de moldagem por injeção de plástico.
  • Aço ferramenta tipo L é a abreviação de aço ferramenta para propósitos especiais de baixa liga. L6 é extremamente difícil.
  • O aço ferramenta tipo F é endurecido com água e substancialmente mais resistente ao desgaste do que o aço ferramenta tipo W.

Comparação

Classes de aço ferramenta AISI-SAE [21]
Definindo propriedade Grau AISI-SAE Características significativas
Endurecimento da água C
Trabalho a frio O Endurecimento do óleo
UMA Endurecimento ao ar; liga média
D Alto carbono; alto cromo
Resistente ao choque S
Alta velocidade T Base de tungstênio
M base de molibdênio
Trabalho a quente H H1–H19: base de cromo
H20–H39: base de tungstênio
H40–H59: base de molibdênio
Molde de plástico P
Propósito especial eu Baixa liga
F Carbono tungstênio

Veja também

Referências

  1. ^ a b Verhoeven, John (2007). Metalurgia do Aço para Não Metalúrgicos . ASM Internacional. pág. 159. ISBN 978-0-87170-858-8. Recuperado em 9 de novembro de 2014 ..
  2. ^ Baumeister, Avallone, Baumeister (1978). "6". Manual Padrão de Marks para Engenheiros Mecânicos, 8ª ed . Monte McGraw. págs. 33, 34. ISBN 9780070041233.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  3. ^ "Carpinteiro O6 Graphitic Tool Steel (AISI O6)" . www.matweb.com . Recuperado 2017-11-20 .
  4. ^ "Aço Cadinho KETOS® Tool Steel, AISI O1" . www.matweb.com . Recuperado 2017-11-20 .
  5. ^ "Aço ferramenta de têmpera em óleo AISI tipo O2, temperado em óleo a 800°C, revenido a 260°C" . www.matweb.com . Recuperado 2017-11-20 .
  6. ^ "Aço ferramenta AISI Tipo O7" . www.matweb.com . Recuperado 2017-11-20 .
  7. ^ www.roberidesigns.com. "The Sousa Corp | Composição de Aço Ferramenta" . www.sousacorp.com . Recuperado 2017-11-20 .
  8. ^ http://www.uddeholm.com/files/PB_Uddeholm_arne_english.pdf [ URL simples PDF ]
  9. ^ http://www.ozct.com.tr/iframe/en/pdf/1.2842%2090MnCrV8.pdf [ link morto ]
  10. ^ "Aço Rápido - Aço Ferramenta - O6 - Dados Técnicos O6" . www.hudsontoolsteel.com .
  11. ^ a b c Oberg et al. 2004 , pp. 466-467.
  12. AISI A2 , Efunda, arquivado do original em 2012-04-02 , recuperado em 2010-12-25 .
  13. AISI A3 , Efunda, arquivado do original em 2012-04-02 , recuperado em 2010-12-25 .
  14. AISI A4 , Efunda, arquivado do original em 2012-04-02 , recuperado em 2010-12-25 .
  15. AISI A6 , Efunda, arquivado do original em 2011-08-19 , recuperado em 2010-12-25 .
  16. AISI A7 , Efunda, arquivado do original em 2011-09-16 , recuperado em 2010-12-25 .
  17. AISI A8 , Efunda, arquivado do original em 2011-09-09 , recuperado em 2010-12-25 .
  18. AISI A9 , Efunda, arquivado do original em 2012-04-02 , recuperado em 2010-12-25 .
  19. AISI A10 , Efunda, arquivado do original em 2012-04-02 , recuperado em 2010-12-25 .
  20. ^ A-10 Tool Steel Material Information , arquivado do original em 2004-04-04 , recuperado em 2010-12-25 .
  21. ^ Oberg et al. 2004 , pág. 452.

Bibliografia

Links externos