Se você já esteve em uma oficina mecânica observando uma puncionadeira martelando peças de metal em peças a uma velocidade estonteante, ou viu uma matriz triturar um pedaço de aço sem sequer suar a camisa, você provavelmente já se perguntou: o que impede essas ferramentas de rachar ou se desgastar no meio do trabalho? A resposta quase sempre está ligada a uma propriedade fundamental do aço de que são feitos: tenacidade. Como fornecedor de aço para ferramentas que conversa com maquinistas, fabricantes de moldes e equipes de manutenção todos os dias, posso dizer que este não é um termo abstrato da metalurgia - é o fator decisivo que transforma uma sucata barata de aço em uma ferramenta que dura meses, até anos.
Primeiro, sejamos realistas: a tenacidade do aço para ferramentas não é a mesma que você usaria para descrever um sofá duro ou um biscoito duro. Em termos de engenharia, é a capacidade do material de absorver energia antes de fraturar, certo? Mais especificamente, é uma mistura de duas outras propriedades que as pessoas confundem o tempo todo: força e resistência ao impacto. Pense desta forma: um aço pode ser superforte (difícil de dobrar ou deformar), mas frágil, como um galho seco que quebra se você deixá-lo cair. Isso não é aço para ferramentas - o aço para ferramentas precisa dobrar um pouco sob pressão, absorver o choque e não rachar ou lascar quando as coisas dão errado (como uma peça mal alimentada em uma prensa ou um aumento repentino de carga em uma fresadora).
Para entender por que isso é importante, vamos analisar as compensações. O aço para ferramentas deve ser duro o suficiente para cortar ou moldar outros metais, certo? Mas quanto mais difícil for, mais propenso será a quebrar um fato químico simples. Por exemplo, os aços com alto teor de carbono ficam duros quando você os resfria (resfria-os super rápido após o aquecimento), mas esse resfriamento rápido cria tensão interna. Adicione um impacto repentino e esse estresse se transforma em uma rachadura que se espalha mais rápido do que você consegue apertar o botão de parada de emergência de uma máquina. A tenacidade é o que equilibra isso: permite que o aço lide com esse estresse sem quebrar.
Agora, nem todo aço para ferramentas é criado da mesma forma quando se trata de tenacidade. A classe que você escolhe depende do trabalho que está sendo realizado, e já vi muitas equipes buscarem o aço errado e acabarem com ferramentas quebradas e perda de tempo de produção. Vejamos algumas notas comuns com as quais lido todos os dias e como sua resistência se adapta aos casos de uso do mundo real.
Em primeiro lugar, os aços para ferramentas de alta velocidade (HSS) - estes são os cavalos de batalha para ferramentas de corte, brocas e fresas de topo que giram a milhares de RPM. Se você precisa de um aço que permaneça duro mesmo quando está quente (devido a todo aquele metal de corte por fricção), o HSS é o lugar certo. Duas das minhas notas de HSS mais exigidas sãoAço para ferramentas de alta velocidade T1eAço para ferramentas de alta velocidade M35. T1 é um HSS clássico de "uso geral" - possui tenacidade sólida, por isso suporta impactos médios sem rachar, tornando-o perfeito para usinagem geral de aço, alumínio e até mesmo algumas ligas endurecidas. Não é o HSS mais resistente que existe, mas é confiável para 90% dos trabalhos de corte que meus clientes realizam. Depois, há o M35 - este tem cobalto extra adicionado, por isso mantém a dureza mesmo em temperaturas mais altas, e sua resistência é um avanço em relação ao T1. Isso torna o M35 ideal para tarefas de corte mais difíceis, como usinagem de aço inoxidável ou ligas resistentes a altas temperaturas, onde o calor e o choque são muito maiores. Tive clientes que mudaram de T1 para M35 em suas fresas de topo e reduziram a quebra de ferramentas em quase 30% - isso não é uma vitória pequena quando o tempo de inatividade custa milhares por hora.
Em seguida, temos aços para ferramentas para trabalho a frio, que são usados para matrizes, punções e ferramentas de estampagem que funcionam em temperatura ambiente (sem calor extra de corte aqui). Esses aços são conhecidos por sua resistência ao desgaste, mas a tenacidade varia muito entre os tipos.Barra de aço para ferramenta D2é o grande nome aqui - tem toneladas de cromo, por isso é extremamente resistente ao desgaste, o que significa que pode estampar milhares de peças sem se desgastar. Mas aqui está o problema: D2 é mais frágil do que algumas outras classes. Ele precisa de um tratamento térmico cuidadoso (resfriamento lento e uniforme) para manter sua resistência elevada, porque se você apressar o resfriamento, ele pode rachar no meio do golpe. Eu sempre digo aos clientes que usam D2 para punções pesadas para garantir que seu tratamento térmico não pule o revenido. O revenimento escalonado reaquece o aço após a têmpera para eliminar a tensão interna, o que aumenta a tenacidade sem perder muita dureza. Então háBarra de aço para ferramentas A2, que é um meio termo entre D2 e algo mais suave. A2 tem menos cromo que D2, por isso não é tão resistente ao desgaste, mas sua tenacidade é muito melhor. Isso o torna perfeito para trabalhos onde você obtém algum impactoedesgaste, como matrizes de conformação para chapas metálicas mais espessas. Tive um cliente que estava usando D2 para uma matriz de conformação que continuava rachando devido à espessura irregular da peça - mudou para A2, e a matriz durou 2x mais sem nenhuma rachadura. Não é brincadeira.
Depois, temos os aços para ferramentas para trabalho a quente, que resolvem o problema oposto: calor extremo do trabalho com metal fundido ou forjamento a quente. O mais popular aqui éPlaca de aço de ferramenta H13-é a escolha certa para matrizes de forjamento, ferramentas de extrusão e inserções de molde para moldagem por injeção de plástico. H13 tem tudo a ver com resistência a altas temperaturas - quando você pressiona um tarugo de aço em brasa em um formato, a ferramenta precisa não apenas lidar com esse impacto massivo, mas também resistir ao amolecimento devido ao calor. Já vi matrizes H13 durarem dezenas de milhares de ciclos de forjamento, mesmo quando são resfriadas com água entre as batidas. A tenacidade aqui é uma mistura do conteúdo da liga (cromo, molibdênio, vanádio) e tratamento térmico adequado, mas o segredo é que ele não fica quebradiço quando quente como outros aços. É por isso que o H13 é o padrão para qualquer trabalho onde o calor e o impacto andam de mãos dadas.
Agora, vamos ver o que realmente dá resistência ao aço para ferramentas, porque não é mágica - é química e microestrutura. Se você pegar um pedaço de aço polido e observá-lo ao microscópio, verá pequenos grãos de metal, além de partículas duras chamadas carbonetos (feitos de metal e carbono) espalhados por todo o corpo. O tamanho e a forma desses grãos e a forma como os carbonetos estão dispostos fazem toda a diferença na tenacidade. Grãos menores significam mais limites de grão - esses limites absorvem energia, portanto, se uma rachadura começar, ela terá que saltar em vez de se espalhar diretamente. É por isso que os aços de granulação fina são mais tenazes do que os de granulação grossa, com todo o resto igual. Carbonetos: se forem muito grandes e afiados, agem como pequenos entalhes a partir dos quais podem surgir rachaduras. Mas se forem pequenos, redondos e distribuídos uniformemente, aumentam a resistência ao desgaste sem eliminar a tenacidade. Adicione elementos de liga como molibdênio, vanádio ou níquel e você obterá um aço que não é apenas duro, mas também tem o equilíbrio certo entre força e resistência ao impacto para lidar com o estresse do mundo real.
Não sei dizer quantas vezes um cliente me ligou em pânico porque a ferramenta quebrou e, quando investigamos, ou eles escolheram a classe errada (muito frágil para o trabalho) ou o tratamento térmico estragou a resistência. Por exemplo, eu tinha um fabricante de moldes que usava uma fresa de topo HSS barata para usinar uma liga de alumínio duro - eles escolheram o tipo mais barato que puderam encontrar, que tinha baixo teor de liga, por isso era duro, mas super quebradiço. A fresa de topo quebrou no meio de um grande trabalho, custando-lhes uma semana de inatividade. Troquei-os por M35, expliquei sua maior resistência e agora eles não quebram há seis meses. Esse é o tipo de problema que a resistência resolve.
Outra coisa sobre a qual as pessoas não falam o suficiente: a tenacidade não se trata apenas do aço em si – trata-se de como você usa a ferramenta. Um aço com grande tenacidade ainda pode quebrar se você operá-lo muito rápido, sobrecarregar a máquina ou não lubrificá-la adequadamente para reduzir o atrito. A lubrificação reduz o calor e o estresse na ferramenta, o que reduz a chance de rachaduras. Além disso, o design adequado da ferramenta (como não fazer um punção muito fino ou afiado) é muito útil - mesmo o aço resistente não consegue lidar com uma peça mal projetada.
Portanto, ao escolher aço ferramenta para seu próximo trabalho, não olhe apenas para a dureza ou o custo. Pergunte a si mesmo: qual é a carga? Qual será o impacto da ferramenta? Vai fazer calor ou frio? É aí que entra a resistência. Se você precisa de um aço para cortes pesados em altas temperaturas, H13 ou M35 são os seus produtos. Se você precisar de trabalho a frio, D2 para alto desgaste com tratamento térmico cuidadoso, A2 para equilíbrio entre desgaste e impacto. Se você não tiver certeza, me avise. Se você precisa de uma barra pequena para um protótipo ou de uma placa a granel para produção, posso ajudá-lo a escolher a classe certa para obter a resistência necessária sem gastar demais.
Se você quiser saber mais sobre as classes que oferecemos ou conversar sobre suas necessidades específicas de ferramentas, sinta-se à vontade para entrar em contato e conectar-se para uma consulta de compra.
Referências
- ASTM Internacional. (2020). Método de teste padrão para resistência à fratura por deformação plana de materiais metálicos (E399-20). West Conshohocken, PA: ASTM.
- Budinski, KG (2016). Materiais de Engenharia: Propriedades e Seleção (11ª ed.). Educação Pearson.
- Davis, Jr. (Ed.). (2000). Aço ferramenta. ASM Internacional.
- Thelning, KE (1983). Aço e seu tratamento térmico (2ª ed.). Butterworth-Heinemann.
- Ashby, MF e Jones, DRH (2012). Materiais de Engenharia 1: Uma Introdução às Propriedades, Aplicações e Design (4ª ed.). Butterworth-Heinemann.
