Propriedades necessárias para o aço-ferramenta

Dureza, resistência, tenacidade, temperabilidade, usinabilidade e tamanho de grão são algumas delas

O aço-ferramenta - Aço próprio para fazer ferramentas - terá propriedades diferentes de acordo com as necessidades das peças que irá usinar. Entre suas características estão a dureza à temperatura ambiente, resistência ao desgaste, tenacidade, resistência mecânica, temperabilidade, dureza a quente, usinabilidade e tamanho de grão.

A dureza da ferramenta deve ser superior à da peça sobre a qual vai exercer 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 nas ferramentas de percussão, esta característica não é requisito essencial, portanto, nessas aplicações as durezas ficam abaixo das máximas que podem ser obtidas.

Como o desgaste pode ocasionar falhas durante a operação da ferramenta, provocando ruptura ou perda de qualidade do produto final manufaturado, sua resitência é muito importante. 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. Contudo, nos aços altamente ligados, os elementos de liga podem influir, devido à dureza e à distribuição dos carbonetos que se formam. Entre os fatores externos ao material que afetam o desgaste, pode-se ainda citar: o tipo de lubrificante em serviço, o tipo de operação, o calor gerado durante a operação, etc.

Na resistência ao desgaste por abrasão se tem um grande atrito entre a ferramenta e o material trabalhado. Ou seja, 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.

A tenacidade é a capacidade de absorver energia 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.

Entre os fatores que afetam a tenacidade do aço estão: tensões internas (geradas por têmpera drástica, por reaquecimento muito rápido dos aços temperados ou por retificação inadequada); encruamento; granulação grosseira; dureza excessivamente alta; segregação anormal; teor de elementos de liga. Este último exige maiores temperaturas de revenido e, em consequência, contribui para maior tenacidade, pela diminuição das tensões internas.

Uma elevada resistência mecânica é indispensável para o aço-ferramenta, visto que devem ter capacidade de suportar esforços sem o aparecimento de falhas ou deformações permanentes. É exigido altos valores tanto para o limite de resistência como para o limite de escoamento.

Para garantir maior uniformidade de características mecânicas em secções elevadas é necessário para os aços-ferramenta uma maior penetração de dureza durante a têmpera. Nos aços-carbono comuns, é difícil alcançar alta profundidade de endurecimento, sobretudo em seções superiores a 25 mm. Por isso se adiciona pequenas quantidades de elementos de liga que resultarão em durezas elevadas no núcleo. De forma geral, o aumento do teor de elementos de liga favorece a redução da diferença de dureza entre a superfície e o centro.

A dureza a quente é uma característica fundamental para ferramentas e matrizes utilizadas em altas temperaturas, ou que pelas condições de trabalho gerem muito calor. Esta propriedade mantém 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.

A usinabilidade é o grau de facilidade de corte do material. Esta característica 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, características da ferramenta, condições de refrigeração e tipos de trabalhos executados pela ferramenta (operação empregada, corte contínuo ou intermitente, condições de entrada e saída da ferramenta). O aumento do teor de elementos de liga em um material reduz a usinabilidade.

Quanto ao tamanho do grão, geralmente é preferível um pequeno, ou granulação fina, pois esta microestrutura é associada com características mecânicas superiores.

Observando as principais características de um aço-ferramenta é possível adquirir ferramentas específicas de acordo com o material a ser usinado. O que é essencial para a realização do trabalho.

Confira mais informações no material didático sobre Aços-ferramenta.

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