Aço Ferramenta

CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

INSTITUTO POLITÉCNICO – UNA

AÇOS-FERRAMENTA

CURSO: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO – 5º PERÍODO – 3º MÓDULO

Professor : André Ricardo de Souza e Sá

Adriele Dias Ferraz

1. INTRODUÇÃO

O termo ferramenta deriva do latim ferramenta, plural de ferramentum. É um utensílio, dispositivo, ou mecanismo físico utilizado por trabalhadores das mais diversas áreas para realizar alguma tarefa. As ferramentas possuem papel fundamental na tecnologia de produção de bens e serviços, apresentando aplicações que vão desde domésticas até as grandes indústrias.

A busca por ferramentas com melhores propriedades mecânicas, maior vida útil e elevada capacidade de suportar condições severas de trabalho impulsionou o desenvolvimento dos aços-ferramenta.

Os aços para ferramentas são utilizados na fabricação de ferramentas em geral, devendo sempre apresentar propriedades mecânicas e metalográficas bem adequadas. Caracterizam-se pelas suas elevadas dureza e resistência à abrasão geralmente associadas à boa tenacidade e manutenção das propriedades de resistência mecânica em elevadas temperaturas.

Por necessitar dessas diversas propriedades específicas, os aços para ferramentas exigem maiores cuidados em sua fabricação, desde a sua fundição, sua transformação mecânica até o tratamento térmico final considerando-se sempre os tipos de condições de serviços a que se destinam.

2. O QUE SÃO AÇOS FERRAMENTAS

Aços-ferramenta são aços carbono ou aços liga capazes de serem temperados ou revenidos. Fabricados em fornos apropriados, com matéria prima selecionada e com cuidados especiais, o que confere ao mesmo excelente qualidade tornando-o adequado á fabricação de ferramentas de uso industrial, sejam elas manuais ou mecânicas.

Os aços-carbono possuem na sua composição apenas quantidades limitadas dos elementos Carbono, Silício, Manganês, Cobre, Enxofre e Fósforo, e outros elementos existem apenas em quantidades residuais. A quantidade de Carbono presente no aço define a sua classificação: os baixo carbono possuem no máximo 0,30% de Carbono; os médio carbono possuem de 0,30 a 0,60% ; e os alto carbono possuem de 0,60 a 1,00%.

Os aços-liga são aços que possuem elementos de ligas presentes nos aços carbono em proporções mais altas, ou aços que possuam elementos de ligas. A quantidade de elementos liga presente no aço define a sua classificação como: os baixa liga possuem até 5%; os de média liga possuem de 5% até 10% ; e os de alta liga possuem mais de 10% de elementos de liga.

Essas ferramentas são exercidas para operações de corte, estampagem, afiação, forjamento, conformação, usinagem, laminação e quaisquer outras operações que visem à transformação de um material para um formato desejado. São amplamente utilizadas pela indústria metal-mecânica, e são empregadas até que ocorram falhas que levem a suspensão de uso da ferramenta, tornando-se importante avaliar as principais solicitações e propriedades desses materiais. Durante o contato entre a ferramenta e o material de trabalho, a superfície da ferramenta é submetida a altas tensões, o que pode resultar em micro-trincas e fratura subsequente. Inclusões e carbonetos, bem como defeitos superficiais, são conhecidos sítios para nucleação de trincas.

3. FABRICAÇÃO DOS AÇOS-FERRAMENTA

A produção dos aços-ferramenta objetiva estruturas que possam garantir alta dureza e elevada resistência ao desgaste. A fusão através de forno elétrico a arco (EAF – Electrc Arc Furnace) seguido de operações de refino em AOD (Argon Oxygen Decarburization), VOD (Vacuum Oxygen Descarburization), forno-panela (ladle furnace) e prensa de forjamento constituem os principais processos empregados para a obtenção dos aços-ferramenta.

Os aços-ferramenta podem ser produzidos de diferentes formas, o processo mais utilizado é a fundição de lingotamento, método convencional, seguido pelo processo da metalurgia do pó. Esses aços são produzidos a partir de um projeto de liga que contém elementos de transição, denominados formadores de carbonetos, como Cr, Mo, W e V.

No método de fundição, o metal líquido fundido e transferido para a panela onde a composição química final é ajustada e depois é vazado em lingotes. O molde é preenchido a partir do fundo e durante a solidificação, os elementos de liga presentes tendem a segregar, formando uma rede de carbonetos grosseiros, levando o lingote a apresentar uma estrutura heterogênea. O tamanho típico dos carbonetos fica em torno de 25 microns, não apresenta tamanho uniformes, e são mal distribuídos, ou seja, regiões apresentando pouca incidência de carbonetos e outras com carbonetos em excesso. Resultando em um aço-ferramenta extremamente frágil e com regiões propensas a desgaste prematuro. Depois da solidificação o lingote pode ser processado por forjamento ou laminação.

Com a técnica de metalurgia do pó, o metal líquido é atomizado pela ação de um gás com alta velocidade, esse processo é denominado GAP (gas atomization process), que transforma o metal líquido em gotículas. As partículas assim formadas caem através de uma torre de resfriamento, e solidificam o metal líquido rapidamente, evitando a segregação. O pó resultante é coletado e transferido para uma cápsula, onde é submetido à compactação isostática em altas temperaturas e elevadíssimas pressões, à temperatura de ordem de 1100°C e pressões de cerca de 100 Mpa, esse processo é denominado HIP (hot isostatic pressing). O material obtido é mais homogêneo, a granulação é mais fina e os carbonetos são menores que no processo de fundição, com tamanhos em torno de 3 a 4 microns. Apresenta distribuição uniforme, além de diminuir a possibilidade de trincas.

As propriedades mecânicas dos aços ferramenta somente são atingidas após o tratamento térmico. Cada tipo de aço tem ciclos específicos de tratamento térmico em função de dureza desejada e mesmo da aplicação a que se destina.

4. MICROESTRUTURA E TRATAMENTOS TÉRMICOS

Os mais relevantes elementos microestruturais, presentes nos aços-ferramenta