Os aços para ferramentas e matrizes são projetados para fins especiais que dependem da composição. Alguns aços ferramenta são projetados para produção de blocos de matrizes, alguns para moldes de produção e outros para trabalho a quente, e ainda outros para aplicações de corte de alta velocidade.
Classificação dos Aços Ferramenta pelo tipo de aplicação
Existe uma classificação dos aços para ferramentas e matrizes de acordo com o tipo de trabalho a ser executado, freqüentemente referenciado em textos técnicos. Reproduz-se abaixo esta classificação:
- Classe I - aços usados para ações de cisalhamento ou corte, como matrizes de corte, ferramentas de corte em geral, matrizes de conformação de blanks, matrizes de aparar etc...
- Classe II - aços usados na confecção de ferramentas para conformação de peças através de fluxo do material sob tração, por trabalho a frio ou a quente. Aqui se incluem matrizes de estampagem e dobramento, matrizes de forjamento etc... Esta classe inclui moldes para plásticos e moldes para fundição.
- Classe III - aços para trabalhos de transformação de materiais atuando na modificação da forma, sem mudança das dimensões originais. Incluem-se aqui matrizes de flexão, matrizes de dobramento e matrizes de torção.
- Classe IV - aço para matrizes que trabalham sob alta pressão e que produzem fluxo do metal ou outro material até a forma desejada, por efeito de compressão. Esta classe inclui matrizes de embutimento, de gravação, de recalque, de extrusão, de fendilhamento, etc... É importante ter suficiente informação a respeito da composição do material da ferramenta ou da matriz, do tipo de tratamento térmico usado e do tipo de trabalho que a ferramenta vai executar.
A organização em classes é apenas uma indicação geral de uso, não representando sozinha uma diretriz para a seleção de aços ferramenta.
Parâmetros a serem considerados na seleção de um aço ferramenta
Os parâmetros a considerar na seleção do melhor aço para uma determinada finalidade devem levar em conta um equilíbrio entre tenacidade, resistência ao desgaste e tensão limite de compressão (associada à dureza). Os aspectos de cada um destes fatores são apresentados abaixo:
Tenacidade
A tenacidade de um aço tende a decrescer com o aumento do teor de elementos de liga. A tenacidade é afetada também pelo processo de produção do aço. A metalurgia do pó em geral fornece tenacidade mais alta do que o processo convencional. Observe as diferenças na figura abaixo, para alguns aços ferramentas de uso comum.
Figura comparativa das três propriedades para vários aços
Resistência ao desgaste
O aumento de teores de elementos de liga tipicamente aumenta a resistência ao desgaste (ver figura acima). Os carbonetos têm importante papel na resistência ao desgaste do aço. A maioria dos carbonetos é formada quando os elementos de liga como vanádio, molibdênio e cromo combinam-se com o carbono durante a solidificação do aço. Porcentagens mais altas de carbonetos melhoram a resistência ao desgaste mas reduzem a tenacidade.
Tensão limite de compressão
Dois fatores afetam a resistência compressiva: o teor de liga e a dureza. Elementos de liga como o molibdênio e o tungstênio são benéficos para o aumento da resistência à compressão. Normalmente quanto mais alta a dureza de um dado aço mais alta também o seu limite de compressão.
Considerações sobre os tratamentos superficiais e o aumento da dureza
Os tratamentos superficiais tem o objetivo de prolongar a vida das ferramentas, como já visto. Estes tratamentos aumentam a dureza superficial e a resistência ao desgaste e reduzem o coeficiente de atrito. A dureza fornece uma indicação da resistência ao desgaste e lubrificidade para um dado tratamento. Tipos de tratamentos superficiais são portanto também considerados critérios de escolha.
O processo PVD, por exemplo, pode aumentar a vida de uma ferramenta de precisão de aço rápido com alto teor de liga, mas não resolve o problema de desgaste de uma matriz com tolerâncias estreitas nem impede a flexão de punções submetidos a altas cargas. Tratamentos que produzem maiores valores de dureza , como o revestimento com carboneto de titânio e a difusão térmica produzem camadas superficiais mais espessas, mas exigem uma grande quantidade de calor, o que inviabiliza seu uso em muitas aplicações.
A figura abaixo lista os valores de durezas para vários tipos de revestimentos superficiais. Os valores são expressos em escala Vickers devido à pequena espessura das camadas.
Durezas para tratamentos superficiais
Outras considerações para a escolha do aço ferramenta
Além dos critérios apresentados, existem outros fatores, como a temperatura de trabalho e o grau de deformação durante a têmpera, quando aplicável. O quadro abaixo especifica de forma resumida, indicações gerais para a escolha de aços ferramenta.
Critérios qualitativos de seleção do aço
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 relativamente reduzida de opções. São preferidos aqueles que possuem suas propriedades e desempenhos consagrados ao longo do tempo, como, por exemplo, os aços H13, D2 e M2.
De qualquer forma a escolha de um aço requer uma análise detalhada de toda a gama de fatores incluindo ainda parâmetros como volume de produção, vida útil da ferramenta e custos associados, etc...
Tabela de aços – equivalência internacional
Uma tabela de equivalência de aços para moldes e matrizes é mostrada abaixo. Nela são apresentadas as denominações para diversos países.
Tabela de edquivalência internacionais
Os fabricantes especializados têm desenvolvido aços patenteados com características especiais, conseguidas através de métodos de procesamento , incluindo desoxidação controlada, desgaseificação a vácuo (VAD) ou refusão em vácuo (VAR), que produzem aços mais uniformes e limpos. Algumas das propriedades incluem possibilidade de polimento com qualidade ótica, aumento da resistência ao desgaste e à corrosão, melhor usinabilidade e resistência à deformação, dureza uniforme, etc...