Aços ferramenta

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Aços ferramenta

  1. 1. Aços paraFerramentas e Matrizes 1
  2. 2. Matriz abertaMatriz fechada 2
  3. 3. Características fundamentais dos aços para ferramentas e matrizes:• Dureza à temperatura ambiente: a dureza da ferramenta ou matriz deveser superior à dureza da peça sobre a qual exercerão sua ação de corte,usinagem ou conformação. A dureza depende essencialmente do teor decarbono. A maioria das ferramentas e matrizes, tais como ferramentas decorte, matrizes para estampagem profunda, etc., é usada à máximadureza que se pode obter.•Resistência ao desgaste: requisito muito importante, pois o desgastepode causar falhas em muitos tipos de ferramentas. O carbono é oelemento de maior influência; nos aços altamente ligados, os elementosde liga podem influir, devido à dureza e à distribuição dos carbonetos quese formam. 3
  4. 4. Temperabilidade: requisito indispensável, pois uma maior penetraçãode dureza garante perfeita uniformidade de características mecânicasem seções apreciáveis. Nos aços-carbono comuns, é difícil alcançaralta profundidade de endurecimento: uma pequena adição de cromoresultará em temperabilidade completa. O aumento do teor deelementos de liga tem a tendência de diminuir a diferença de durezaentre a superfície e o centro e permite a utilização de meios maisbrandos de têmpera.Resistência mecânica: elevada resistência mecânica é indispensável,pois os aços para ferramentas e matrizes devem apresentar acapacidade de suportar esforços estáticos sem o aparecimento defalhas ou de deformação permanente. 4
  5. 5. Dureza à quente: característica altamente desejável em certos açospara ferramentas e matrizes, utilizados em altas temperaturas, devidoao calor das próprias condições de serviço ou ao que se desenvolvedurante as operações de usinagem; é a propriedade que os açospodem apresentar de reter alta dureza a temperaturas elevadas (daordem de 600°C para os aços rápidos).Fundamental para os "aços rápidos" e os "aços de matrizes paratrabalho a quente";A composição química do aço é fator determinante dessa característica,sendo os elementos responsáveis diretamente por essas propriedades,o tungstênio em primeiro lugar, o molibdênio a seguir, o cobalto, ocromo e o vanádio. 5
  6. 6. Usinabilidade: não se pode associar propriedades como alta dureza eresistência ao desgaste à uma usinabilidade satisfatória. Ausinabilidade é tanto menor quanto maior o teor de elementos de liga,visto que se forma um apreciável número de carbonetos duros. Fatores que possibilitam os requisitos dos aços para ferramentas e matrizes: • Composição química; • Tratamento térmico. 6
  7. 7. Principais elementos de liga presentes nos aços para ferramentas ematrizes: carbono, silício, manganês, cromo, vanádio, tungstênio,molibdênio e cobalto.Carbono - é o elemento essencial, pois é ele, por intermédio doscarbonetos que se formam, que confere dureza e resistência aodesgaste; seu teor é geralmente alto — em torno do eutetóide ouacima — podendo atingir, em alguns casos, valores superiores a 2%.Silício - geralmente em teores baixos (0,10 a 0,30%), é adicionadocomo desoxidante; se dissolve na ferrita.Manganês - também desoxidante (até 0,5%) e dessulfurante. Emteores mais elevados, melhora a temperabilidade apreciavelmente. Aadição de cerca de 1,60% de Mn em aço-carbono com 0,90% C,permite a têmpera em óleo. 7
  8. 8. Cromo - adicionado principalmente para aumentar a temperabilidade,tornando, com o Mn, o aço temperável em óleo. Aumenta a resistênciaao desgaste, porque aumenta a dureza.Teores muito variados, desde baixos até muito altos; 5% de cromo,juntamente com 1% de molibdênio compõem um aço endurecível ao ar.O cromo pode atingir teores de 11,0% a 14,00%, com carbono tambémelevado (1,50% a 2,20%): notável resistência ao desgaste e sãotemperáveis em óleo ou ao ar.Também nos aços rápidos, encontra-se cromo em torno de 4%: juntocom tungstênio e vanádio - objetivo aumentar a temperabilidade e adureza a quente. 8
  9. 9. Vanádio - desoxidante e controlador do tamanho de grão. Formacarbonetos estáveis e melhora a temperabilidade dos aços. O principalefeito é impedir o crescimento do grão, refinando-o. Os carbonetos queforma são muito estáveis, mesmo a temperaturas elevadas o que resultana melhora da dureza a quente do aço.Tungstênio - é essencialmente um formador de carbonetos, melhorando adureza do aço à temperatura ambiente. Tungstênio mais elevado — entre12% e 20% — sobretudo juntamente com o cromo, confere a maisimportante propriedade dos aços para ferramentas e matrizes: dureza aquente (capacidade de retenção da dureza até temperaturas da ordem de600°C), grande importância nas operações de corte a alta velocidade oude conformação a altas temperaturas.O tungstênio é o elemento mais eficiente na "dureza a quente", aobtenção desta característica é mais efetiva ainda quando se adicionajuntamente com ele, molibdênio, cobalto, vanádio ou cromo, emcombinação de dois, três ou mais desses elementos: formação de umcarboneto complexo (Fe,W,Cr,V)6C. 9
  10. 10. Cobalto - utilizado somente em alguns tipos de aços (certos açosrápidos); aumenta a dureza a quente e diminui a temperabilidade.Molibdênio - contribui no sentido de melhorar a dureza a quente, além deaumentar a resistência e a ductilidade. Muito ativo no sentido de melhorar atemperabilidade. Seu uso mais importante é como substituto parcial dotungstênio. Tratamento térmicoEm todos os aços não comuns, o seu tratamento térmico constituitalvez a mais importante fase de fabricação; tal fato cresce deimportância nos aços para ferramentas e matrizes, devido às condiçõesextremamente especiais de serviço e utilização desses materiais edevido, nos tipos altamente ligados, à complexidade de suacomposição química e estrutura. 10
  11. 11. As temperaturas empregadas nos tratamentos térmicos dos aços paraferramentas e matrizes abrangem a mais larga faixa, dentre todos osprodutos metalúrgicos: as mais elevadas são aplicadas nos açosrápidos e tornam os aços suscetíveis de adquirirem granulaçãogrosseira.Essas elevadas temperaturas não podem ser evitadas porque énecessário garantir completa solução dos carbonetos complexosexistentes nesses tipos de aços, no ferro gama.No que se refere ao resfriamento, observa-se também nos aços paraferramentas e matrizes todas as velocidades comercialmentedisponíveis de resfriamento, como salmoura, água, óleo, ar, etc. 11
  12. 12. A faixa de temperaturas de revenido nos aços para ferramentas ematrizes é muito extensa. Os aços-carbono ou contendo baixo teoresde elementos de liga são freqüentemente revenidos a temperaturasrelativamente baixas, da ordem de 120 a 350°C, ao passo que osaços rápidos e os aços para trabalho a quente podem ser revenidos atemperaturas muito elevadas, da ordem de 600°C ou 650°C. 12
  13. 13. Classificação dos aços para ferramentas e matrizes(AISI-SAE) •Aços temperáveis em água (W); •Aços resistentes ao choque (S); •Aços ferramenta para moldes (P); •Aços ferramenta para trabalho a frio (O, A, D); •Aços ferramenta para trabalho a quente (H); •Aços rápidos (T e M). 13
  14. 14. Aços Temperáveis em águaaços tenazes e resistentes à abrasão;para obter estas propriedades trabalha-se com o teor decarbono (%C entre 0,50 a 1,40);Aços carbono simplesmente, ou com pequenas adições decromo e vanádio;0,5%-0,6%C muito tenaz; 0,8%C boa tenacidade; 1,2%Cgrande dureza aliada a certa tenacidade; 1,4% C grandedureza. 14
  15. 15. Aplicações:C até 0,75% - martelos, ferramentas de ferreiro, etc. –grande tenacidade, dureza conveniente;C de 0,75% a 0,9% - punções, lâminas de tesoura, matrizespara estampagem profunda, etc. – superfície dura comconsiderável tenacidade;C de 0,9% a 1,10% - fresas, mandris, matrizes para corte,limas, etc. – grande dureza;C de 1,1% a 1,4% - ferramentas de tornos, plainas, brocas,matrizes para estiramento, etc. – máxima dureza. 15
  16. 16. 16
  17. 17. 17
  18. 18. Tratamento térmico 18
  19. 19. Razões pelas quais os aços-carbono ainda desempenham um papelimportante na indústria de ferramentas são, entre outras, asseguintes:- custo mais baixo que os outros materiais para ferramentas;- disponibilidade mais fácil;- usinabilidade melhor;- na têmpera, utilizam um meio de resfriamento simples e de grandedisponibilidade (água), que permite atingir durezas da ordem de 65Rockwell C. 19
  20. 20. Aços para trabalho a frioEstes aços são recomendados, em peças que exigem cuidadoso controledimensional, como matrizes para trabalho a frio.De um modo geral, são indicados para matrizes de estampagem,forjamento, corte, punções, matrizes para compressão de pós metálicos,etc.Apresentam alto teor de carbono, o qual pode chegar, para os tipos maisaltamente ligados (com 12% de cromo), a 2,35% e teores de elementosde liga desde valores relativamente baixos até valores elevados.Sua temperabilidade é geralmente elevada e apresenta elevadaresistência ao choque; a resistência ao calor é regular e a usinabilidadevaria de pequena a boa. 20
  21. 21. Segundo classificação AISI e SAE, tem-se 4 grupos:• de baixa liga e temperáveis em óleo (grupo O);• de média liga e temperáveis ao ar (grupo A);• de alta liga e temperáveis em óleo ou ao ar(grupo D). 21
  22. 22. Grupo OAs durezas finais de serviço variam de 57 a 62 Rockwell C para ostipos 01 e 02 e de 58 a 64 para o tipo 07.As principais aplicações dos aços desse grupo são: matrizes decorte, matrizes de conformação, punções, pequenas lâminas detesouras, serras circulares, brocas e matrizes de estiramento. 22
  23. 23. Grupo ASão aços caracterizados por apresentarem grande capacidade deendurecerem ao ar, de modo que são indicados para aplicações emmatrizes de forma complicada que devem manter sua forma inalteradaapós a têmpera e o revenido.Caracterizam-se ainda por boa resistência ao desgaste e regulartenacidade, portanto aplicáveis em matrizes de corte, conformação eestiramento. 23
  24. 24. 24
  25. 25. Grupo DSão caracterizados por altos teores de carbono e de cromo; têmexcelente resistência ao desgaste: numerosos carbonetos de cromoduros, e portanto são aços de grande utilidade no emprego emmatrizes.O alto teor de cromo presente confere resistência à oxidação a altastemperaturas, muito mais acentuada do que nos aços ao carbono oucontendo baixos teores de elementos de liga.As aplicações são feitas em: matrizes de corte, matrizes decunhagem, matrizes para estampagem profunda, matrizes paraestiramento e trefilação, matrizes de conformação, punções, matrizespara extrusão, etc. 25
  26. 26. 26
  27. 27. Aços Resistentes ao ChoquePodem ser divididos em três grupos: ao Cr-V, sendo L2, o tiporepresentativo; ao Si, representado pelos tipos S2, S4 e S5 e ao W, sendoS1 o tipo representativo. 27
  28. 28. Possuem tenacidade de muito boa a excelente, com regular resistência aodesgaste; aplicações sujeitas a choque: punções, ferramentas pneumáticas,talhadeiras, etc.L2 é empregado onde se exige alta resistência mecânica e elevadatenacidade, sendo a resistência ao desgaste secundária;Os tipos ao silício (S2, S4 e S5) apresentam tenacidade ligeiramentesuperior;O tipo ao W é o que apresenta a melhor resistência ao desgaste.O tipo ao Cr-V é o que apresenta a menor temperabilidade. 28
  29. 29. Aplicações:• L2 são empregados em chaves inglesas, lâminas de tesoura,talhadeiras, eixos propulsores, dispositivos de aperto, matrizes paraforjamento em matriz, mandris, matrizes para fundição sob pressãode metais e ligas de baixo ponto de fusão;• S2 a S5 são empregados em talhadeiras, manuais oupneumáticas, punções, cortadores de carvão, lâminas de tesoura,matrizes de cunhagem, etc.• S1 são aplicados em ferramentas resistentes ao choque para usotanto a frio como a quente, tais como talhadeiras quer manuais,quer pneumáticas, lâminas de tesoura para corte a frio e a quente,brocas de concreto, punções, ferramentas de ferreiro, brocas derocha, etc. 29
  30. 30. Aços para trabalho a quentePropriedades mais importantes são:— resistência à deformação, às temperaturas de trabalho;— resistência ao choque, tanto de natureza mecânica como denatureza térmica;— resistência à erosão, às temperaturas de serviço;— resistência à deformação, durante o tratamento térmico;— usinabilidade. 30
  31. 31. 31
  32. 32. Os tipos ao Cr-Mo (H11, H12, H13 e H15) são os mais utilizados,devido sua extraordinária resistência ao choque, principalmentequando é necessário resfriar as matrizes em serviço com água ououtro fluido de resfriamento.Aplicações típicas desses aços: matrizes para fundição sob pressão,matrizes de forjamento, punções, mandris para trabalho a quente,ferramental para extrusão a quente, lâminas de tesoura para corte aquente, e todos os tipos de matrizes para trabalho a quente queenvolvam a aplicação de choque. 32
  33. 33. Os tipos de aços ao Cr-W (H14 e H16) caracterizam-se por conterem osmesmos teores de cromo e de tungstênio.Aplicações típicas desses aços: matrizes de extrusão de aço, cobre oulatão, moldes permanentes para fundição de latão, punções paratrabalho a quente, dispositivos de aperto de matrizes, etc.Tais aços foram criados para tirar proveito dos efeitos benéficos, tanto dotungstênio como do cromo. 33
  34. 34. Os tipos ao W são os que apresentam a melhor dureza a quente, dentre todos os tipos de aços para trabalho a quente, somente sendo superados nesse sentido por alguns aços rápidos. São aplicados onde os requisitos exigidos são máxima resistência a quente e resistência ao amolecimento a altas temperaturas, sendo a resistência ao choque relativamente secundária. Aplicações típicas desses aços incluem matrizes de extrusão para latão, bronze e aço, matrizes para prensagem a quente, matrizes para forjamento a quente, punções para trabalho a quente, etc.Os tipos Mo (H41, H42 e H43), desenvolvidos durante a guerra devidoà carência de tungstênio, são os menos usados dentre osconsiderados. 34
  35. 35. Aços RápidosPrincipais tipos de aços utilizados em ferramentas, devido às suascaracterísticas de alta dureza no estado temperado e retenção dadureza a temperaturas em que o gume cortante da ferramenta se tornavermelho, devido ao calor gerado na operação de usinagem.Todos os tipos de aço rápido contêm cromo e vanádio. Sua característica principal é a capacidade de operar em velocidades e outras condições de corte que podem elevar a temperatura do gume cortante da ferramenta a cerca de 550°C- 600°C, durante a operação de usinagem. 35
  36. 36. Nessas temperaturas, esses aços retêm a dureza que lhes permiteainda continuar na operação de usinagem; ao resfriar, após realizadaessa operação readquirem a dureza original.Essa característica é chamada "dureza a quente" e constitui a maisimportante propriedade dos aços rápidos.Além disso, devido ao alto teor de carbono e ao elevado teor deelementos de liga formadores de carbonetos, forma-se um elevadonúmero de carbonetos de liga, o que confere ao aço uma resistênciaao desgaste superior a de outros tipos de aços para ferramentas,tornando sua durabilidade maior. 36
  37. 37. 37
  38. 38. 38

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