O documento discute as propriedades mecânicas e químicas desejáveis para aços ferramenta, incluindo alta dureza, resistência ao desgaste e fadiga. Também analisa os principais mecanismos de falha em ferramentas e a importância da seleção do material e do tratamento térmico correto para maximizar a vida útil e o desempenho da ferramenta.

1. Breves considerações
técnicas para aços
ferramenta
ISOFLAMA Indústria e Comercio de Equipamentos Ltda
João Carmo Vendramim, Eng.MSc

2. Causas de falhas determinadas em
várias investigações (350 casos)
Fonte: Universidade Estadual de Maringá, PR
Origem %
Seleção Incorreta de Materiais 38
Defeitos de Fabricação 15
Tratamento térmico inadequado / incorreto 15
Falha de Projeto 11
Condições imprevistas de operação 8
Controle inadequado das condições de
trabalho
6
Impropriedades na inspeção, ou controle de
qualidade
3
Troca equivocada de materiais 2

3. Mecanismos de Causas de Falhas em
Plantas Industriais
Mecanismo %
Corrosão 29
Fadiga 25
Fratura Frágil 16
Sobrecarga 11
Corrosão em Alta Temperatura 7
Corrosão sob Tensão / Fadiga
Corrosão / Fragilização por Hidrogênio
6
Fluência 3
Desgaste, Abrasão, Erosão 3
Fonte: Universidade Estadual de Maringá, PR

4. Evolução da Utilização dos Materiais

5. 5
Importância da Mecânica e da Metalurgia
Conexão Estrutural
Estrutura
do material MecânicaMetalurgia Comportamento
mecânico do material
Estrutura
do sistema
Fratura
Fadiga
Fluência
Fratura assistida pelo meio
Resistência dos materiais
Teoria da elasticidade
Teoria da plasticidade
Mecânica da fratura / fadiga
Mecânica do dano
Teoria de discordâncias
Mecanismos de deformação
Mecanismos de fratura
Eng. Mecânica, Civil, Naval, Aeronaútica,Eng. Metalúrgica, Materiais,

6. INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA
TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS
SELEÇÃO CUIDADOSA
(Fator CUSTO Secundário)
SELEÇÃO CUIDADOSA
(Fator CUSTO Primordial)
• Grande exigência
tecnológica
• Utilização de materiais
nos limites
• Produtos não
diferenciados
• Utilização de materiais
abaixo dos limites

7. Propriedades dos
Materiais
Composição e Processo
de Fabricação
Microestrutura
E
N
G
E
N
H
A
R
I
A

8. O número de materiais cresceu muito nas
últimas décadas e a tendência é de se
proliferarem mais num futuro próximo
• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de
extração de materiais da natureza
• Modificação de materiais naturais
• Combinação de materiais conhecidos para a formação
de novos materiais

9. Quantos Materiais diferentes existem ?
COMO ESCOLHER ??

10. Seleção de Materiais
Propriedades dos Materiais: Seleção de
materiais segundo:
• Resistência mecânica
• Resistência à temperatura
• Resistência ao desgaste
• Resistência à fadiga
• Resistência à corrosão

11. Seleção por Índice de Mérito
* PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono
Material Aço-Liga
Titânio
AA7074
Alumínio PRFC*
Resistência à Tração (MPa) 1000 800 500 700
Resistência Mecânica
Resistência Mecânica / Peso:
Material
Aço-Liga
Titânio
AA7074
Alumínio PRFC*
133 170 185 390
Custos / Kg (US$)
Material
Aço-Liga
Titânio
AA7074
Alumínio PRFC*
0,75 15 3 20

12. Critérios que Engenheiro deve adotar para selecionar
um material entre tantos outros
• Em raras ocasiões um material reúne uma combinação
ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário
reduzir uma em benefício da outra.
• Um exemplo clássico são Resistência e Ductilidade.
Geralmente, um material de alta resistência apresenta
ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que
se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou
mais propriedades.
• Menor custo de fabricação para uma dada qualidade
especificada

13. • Metais
• Cerâmicas
• Polímeros
• Compósitos
• Semicondutores
• Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação dos Materiais
A classificação tradicional dos materiais é, geralmente,
baseada na estrutura atômica e química destes.

14. Considerações sobre a necessidade de Materiais
Modernos
Materias que apresentam:
- Alto desempenho
- Baixo peso e alta resistência
- Resistência à altas temperaturas
- Desenvolvimento de materiais que sejam menos
danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem
reciclados ou regenerados

15. Seleção de Materiais e Projeto
• Criação de um novo produto, ou nova função;
• Modificações que visam a adaptação a novas
condições de serviço;
• Materiais inadequados ao serviço;
• Novos materiais e novos processos para
melhoria do desempenho;
• Redução de custos

16. Critérios de seleção de materiais
• Número de unidades;
• Disponibilidade de material;
• Custo;
• Existência de especificações e códigos;
• Viabilidade de reciclagem;
• Tipo de carregamento
• Processos térmicos / termoquímicos
• Revestimentos

17. Classificação Aços-Ferramenta

18. Propriedades Aços-Ferramenta

19. Aços-Ferramenta
Existe um elenco de propriedades desejáveis para os aços-
ferramenta:
• Dureza à temperatura ambiente
• Dureza à quente
• Resistência ao desgaste
• Resistência mecânica
• Tenacidade
• Usinabilidade
• Resistência ao revenido
• Tamanho de grão

20. Propriedades Aços-Ferramenta
Dureza à Temperatura Ambiente
• Dureza da ferramenta deve ser superior à dureza da peça
sobre a qual exercerá sua ação de corte, usinagem ou
conformação.
• A dureza depende essencialmente do teor de carbono, exceto
nos aços com elevados teores de elementos de liga. Para a
maioria das ferramentas, como as de corte e estampagem
profunda, usa-se a máxima dureza possível . Em outros casos,
entretanto, como nas matrizes para deformação a quente, ou
injeção de alumínio, a dureza não é o requisito essencial.
Portanto, nessas aplicações as durezas estão abaixo das
máximas que poderiam ser obtidas.

21. Propriedades Aços-Ferramenta
Dureza a Quente
É uma característica fundamental para ferramentas e matrizes
utilizadas em altas temperaturas, ou que pelas condições de
trabalho gerem muito calor. A dureza a quente é a propriedade
de manter alta dureza em temperaturas elevadas (da ordem de
600 °C para os aços rápidos). Também é desejável que esses aços
tenham alta resistência ao desgaste nestas temperaturas,
mantendo simultaneamente as formas e as dimensões das
ferramentas e matrizes. A composição química do aço, ou seja,
os elementos de liga são diretamente responsáveis por essas
propriedades (W, Mo, Co, Cr, V).

22. Propriedades Aços-Ferramenta
O desgaste pode ocasionar falhas durante a operação da ferramenta, provocando
ruptura ou perda de qualidade do produto final manufaturado. Há, aparentemente,
um grande número de fatores que afetam o desgaste:
 A composição do aço (que determina o tipo e a composição dos carbonetos);
 A suscetibilidade do aço em endurecer por tratamento superficial e resistência
mecânica do aço. O carbono é o elemento de maior influência no desgaste.
 Aços altamente ligados, os elementos de liga podem influir, devido à dureza e à
distribuição dos carbonetos que se formam.
 Tipo de lubrificante em serviço, o tipo de operação, o calor gerado durante a
operação, manutenção, etc.
• Resistência ao Desgaste por Abrasão ocorre quando se tem um grande atrito entre
a ferramenta e o material trabalhado, ou melhor, uma superfície rugosa e dura, ou
uma superfície mole contendo partículas duras, desliza sobre uma superfície mais
mole, e ocasiona uma série de ranhuras nesta superfície.
Resistência ao Desgaste

23. Propriedades Aços-Ferramenta
Resistência Mecânica
Uma elevada resistência mecânica é indispensável,
visto que os aços para ferramentas e matrizes devem
ter capacidade de suportar esforços sem o
aparecimento de falhas ou deformações permanentes.
Exigem-se altos valores tanto para o limite de
resistência como para o limite de escoamento.

24. Propriedades Aços-Ferramenta
• Tenacidade
A tenacidade é a capacidade de absorver energia e pequenas deformações
plásticas sem ruptura, em geral uma característica desejável para ferramentas
e matrizes. Uma confusão comum ao termo tenacidade é achar que um
material tenaz é também um material duro.
Fatores que afetam a tenacidade do aço: tensões internas (geradas por
têmpera drástica, por reaquecimento muito rápido dos aços temperados, por
retificação inadequada, etc.); encruamento; granulação grosseira; dureza
excessivamente alta; segregação anormal; teor de elementos de liga exigindo
maiores temperaturas de revenido e, em conseqüência, contribuindo para
maior tenacidade pela diminuição das tensões internas.

25. Propriedades Aços-Ferramenta
• Usinabilidade
A usinabilidade é o grau de facilidade de corte do material. A
usinabilidade depende do estado metalúrgico da peça, da dureza, das
propriedades mecânicas do material, de sua composição química, das
operações anteriores efetuadas sobre o material, e do eventual
encruamento.
Depende ainda das condições de usinagem, das características da
ferramenta, das condições de refrigeração, da rigidez do sistema
máquina-ferramenta-peça-dispositivos de fixação-ferramenta de corte
e dos tipos de trabalhos executados pela ferramenta
(operação empregada, corte contínuo ou intermitente, condições de
entrada e saída da ferramenta). Em paralelo com todos os fatores
mencionados, destaca-se que o aumento do teor de elementos de liga
reduz a usinabilidade.

26. Propriedades Aços-Ferramenta
• Resistência ao Revenido
É a resistência que os aços martensíticos têm a perda de dureza quando
são aquecidos. Esta resistência deve manter-se no caso de repetições de
aquecimento.
• Tamanho de Grão
Geralmente é preferível um tamanho de grão pequeno, ou granulação
fina, pois esta microestrutura é associada com características mecânicas
superiores.
• Temperabilidade
Uma maior penetração de dureza durante a têmpera garante maior
uniformidade de características mecânicas em secções elevadas. De forma
geral, o aumento do teor de elementos de liga favorece a redução da
diferença de dureza entre a superfície e o centro.

27. Propriedades Mecânicas / Físicas
 Resistência a tração, compressão e cisalhamento
 Fadiga
 Módulo de elasticidade–medida de rigidez na região elástica
 Elasticidade – capacidade de deformar e voltar a forma original
 Fragilidade – pequena deformação na zona de escoamento
 Resiliência – capacidade de absorver energia sem deformação
permanente
 Plasticidade – capacidade de deformar e manter a forma
 Tenacidade–capacidade do material absorver energia sem ruptura
 Dureza - resistência a penetração
 Massa especifica (Densidade- H20 a 4ºC)
 Densidade
 Transmissão de Calor
 Coeficiente de Expansão Térmica

28. Desgaste é a perda progressiva de substância de uma
superfície de um corpo que ocorre como resultado do
movimento relativo a superfície.
Deformação
Plástica
Corrosão
Trincas
Desgaste
Falha
Mecanismos de falha

29. Os principais fatores de desgaste
Variáveis metalúrgicas
 Dureza, tenacidade, composição química, constituição e
microestrutura (Tratamento Térmico)
Variáveis de processo
 Materiais em contato, pressão, velocidade, temperatura e
acabamento superficial.
Outros fatores
 Lubrificação, manutenção, condições de uso, corrosão.

30. Composições Químicas de aços para
Desgaste
Composições Químicas dos Aços
Aço C Mn Si Cr Mo V W
D2 1,50 0,30 0,30 12,00 0,80 0,80 0,00
VC131 2,10 0,30 0,25 11,50 0,00 0,15 0,70
VF800 0,85 0,90 0,40 8,00 2,00 0,50 0,00
QCM8 Patente Sanyo Steel
1.2990 1,00 0,90 8,00 1,60 1,60

31. Estudo comparativo D2 e VF800
Ref.: Dureza e resistência ao impacto dos aços ferramenta – Última Parte Siderurgia Brasil — Edição 58

32. Conclusão
• A seleção de uma Liga Ferrosa para a construção de
Ferramentas, Moldes, ou Matrizes, requer conhecimento das
principais propriedades mecânicas e físicas desejadas e
desenho bem definido das condições de trabalho.
• O mercado oferece muitos tipos de aços ferramenta e cada
fabricante de aço realiza pequenas variações na composição
química para bem caracterizar o produto (marca específica)
• O processo térmico de Têmpera e Revenimentos é supra
importância para maximizar as propriedades mecânicas