Professcr

258 Capítulo 5. LIateriais para Ferratuenúas

5.2.4 Classificação dos Aços-ferramenta

A classificação tnais anrplamerrtc utilizada é a da AISI (American Iron And SteelInstitute). Esta classificação usa, como critérios para grupamento dos aços, as

aplicações, as composiçõcs quí-rnicas, os meios de resfriameuto para têmpera cainda certas propricclatlcs caratcrísticas. Daí resultaram sete grandcs gmpos de

aços, corrro inclicaclo na Tabcla 5.3. Urn total de 102 diferentes aços compõemos sete grupos, cstando atualurcirte cm uso corrente 72 tipos (conforme análiseapresentada no X,Ictals ll;rndbook, 1980). As cotnposições químicas serão a,prc-

senta,das à mcdicla quc os vtirios grupos forem aualisados.

Tabela 5.3: Classificacão AlSl dos acos-ferramenta

Grupo ímbolo e TiAços temperáveis em água

Aços resistentes ao choqueAços para trabalho a frio

Acos para trabalho a quente

Aços rápidos

Aços para moldes

Aços para fins especiais L - de baixa ligaF - carbono-tun (em desuso

AÇOS Ttr\{PDRI\VIIIS D\I i\GUAEsta classe de aços-fcrramcuta ó constituída dc aços de rnódio e alto carbotto,

com pequenos teorcs clc cromo ou de vanádio. O cromo é adicionado para au-

mentar a ternpcrabilidadc. O cromo se dissolve na cementiia (forma a ccmcntitaligada (Fe, Cr)sC rnas tem pcqucllo efeito na cstabilidade deste carboneto. As-sim, tlurante a austcnitização, o carboneto (Fe, Cr)3C se dissolve e a austenitarecebe o cromo cm solução, tornando o aço mais tenrpcrável. O vanádio tarnbémse dissolve na cementita., mas a sua, prcsenqa no carboneto o torna mais estável.

WS

0AD

H

temperáveis em óleode média liga temperáveis ao ar

de alto carbono e alto cromo(H1 - H19, à base de cromo;H20 - H39, à base de tungstênio;H40 - H59, à base de molibdênio)à base de tungstênioà base de molibdênio(P1 - P19, de baixo carbono;

P20 - P39, outros tipos)

TM

P

Aços para -Itrramenúas

Ao se austeuitiza.r o a,ço, as partículas de cementita com vanádio inibem o crcsci-mento dc grão austcnítico. Entretanto, como os carbonetos agem como sítiospara nucleação da pcrlita, a presença de vanádio diminui a temperabilidade doaço. A melhoria obtida pcla presença do vanádio é a obtenção, na têmpera, de

uma estrutura martcnsítica mais fina, devida à inibição do crescimento de grãosausteuíticos, corrr rcsultante rnaior tenacida.dc. Natura,lmente, se a austenitizaçãofor feita a tcrnpcratura.s mais elevadas, os ca,rbonetos se dissolverão e a tempcra-bilidade do aço autncntará, poróm às custas de diminuição da terLacidade, já que

o grão austeuítico sc tornará mais grosseiro.As composições quírnicas c principais aplicações dos aços do grupo W são

apresentadas ua Tabcla 5.4.

Tabela 5.4: Composições químicas* e principais aplicações dos aços-ferramenta tem-peráveis em água (Grupo W)

TipoAISI

fufuo C ferramentas de ferreiro, de recorte,de recalque, matrizes de forjamento,marteletes, folhas de tesoura, punções

médio C matrizes de recorte, alargadores, ta-lhadeiras, brocas, mandris, escareadores

alto C: corta-vidros, ferramentas de torno,alargadores, tarraxas, brocas helicoidais, fer-ramentas para marcenaria

Matrizes para estampagem, fieiras, mandrispara trefilação de tubos, punções grandes,

alargadores, lâminas de barbear, rolos para la-

minação a quente, matrízes para conformaçãoa quente, placas de desgaste.

os elementos lrsta todos os aços atnda, em sua compostçnominal: 0,10%-0,40%Mn; 0,10%-0,40o/oSi; 0,200/oNi máx; 0,10%Mo máx;

0,15%W máx.; o máximo

Os a.ços da classc W são os aços-ferramenta mais baratos, por terern os

menores teorcs dc clcmeutos de liga. Por outro lado, este fatoÍaz com que sejam

259

W1W2

0,7-1,50 0,150 0,10"0,85-1,50 0,150 0,25

1,05-1,15 0,50 0,100

260 Capítulo 5. Materiais para Ferrantentas

a,ços de baixa tcmpcrabilidadc, como se pode observar no diagrama TTT do aço

tipo W1, mostrado na Figura 5.10.

ltloo

rao

rooo

tr550Irt TO!

TEMPO

Figura 5.10: Diagrama TTT de aço tipo W1

A Figura 5.10 mostra quc estcs aços só poclem ser completamente temperadosse forem resfriados em água. N{csmo assim somente a camada externa da peça (a

não scr peças muito Íinas) sc tornará martensítica, enquanto que o interior apre-

sentará uma estrutura mais macia, do tipo perlítica. Isto ó ilustrado ua Figura5.11, que mostra a pcttetração dc dureza em utna barra de aço lVl temperada.

Esta baixa temperabilidade é útil em ferramentas de pequena espessura que

não devem apreseutar martcnsita ao longo de toda a seção. A chamada nli-croestrutura tlultler-ntartcnsita na camada externa e perlita no interior-dá à

ferramenta uma boa rcsistência ao desgaste associada a um núcleo com maiortenacidade. Para se controlar a temperabilidade e se assegurar um núcleo tenaz,ó necessário manter os teorcs de manganês, silício e dos outros residuais dentrode uma faixa estieita.

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a

2615.2. Aços pata, Ferramenúas

Tipo llo(rl IBoro dc diiim-'ltoU4,G-lrOCttl-Or27 %Ia-O.Sa *t-O,lO tP-O,13 rG:-OrO6 *

\\

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P' /.',blc - oorcrqctcailra ülrod. lrrga-rdo r o dclro

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2a ?2 tztot6120CENTROI t./er POLEGADA

Figura 5.11: Curva de penetracão de dureza em barra de aço W1 temperada emsalmoura após austenitizacão a 815oC

O aço tipo \,\r5 é indicado nos ca"sos em que se deseje maior tcmperabilidade(principalmcutc em ferrameutas de maior espessura), que é obtida pela adiçáo de

0,50%Cr.A propricdade de resistôncia ao desgaste destes aços é coutrolada, pelo teor de

carbono: quanto nraior o teor de carbono, maior a dureza da martensita obtida e

maior a resistôttcia ao desgaste, com o fato paralelo de que menor será a tenaci-dade. Para utn dado teor de carbono, aumentando-se a temperatura de austeni-tização rcsultará cnl nlaior dissolução dos carbonetos, obtendo-se martensita comteor mais alto dc carbono e conseqüentemente maior resistência ao desgaste.

64

62

u§oJd58=ü56P..Ícelr,g"

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12

{o a!81614DETÂIrcN DO

a

262 Capítulo 5" Materiais para Ferramentas

Tratamentos tórnricos dos aços temperáveis em água

. Normalização - é urn tratamento raramente aplicado a aços-ferramenta nacondição de reccbirnento.

. Recozimento - na condição de recebimento, os aços devem estar na condiçãorecozicla. Unt novo recozirnento (acima de A1 porém abaixo de 800'C) deveser realizado para facilitar a usinagem e produzir uma estrutura adcquadapara posterior tratamcuto de têmpera. Deve ser feito em forno com atrnos-fera controlada e capaz de fornecer uma baixa velocidade de resfriamentoaté uma tempcratura abaixo de 550'C. A proteção da ferramenta podetambérn scr fcita cnvolvcnclo-a em material inerte como, por exemplo, areiaSCCA.

. Alívio de tensões antes da têmpera - este tratamento, feito a uma tempe-ratura entrc 650oC e 720nC, é às vezes utilizado para minimizar distorções c

trincas no tratamcnto de têmpcra. Nos aços W este tratamento sc usa apc-nas em lcrramcutas de geometria complexa ou qlle foram sujeitas a intensotrabalho a frio.

. Austenitização - a faixa corteta de temperatura de austcnitização é 760'C-840'C. Deve-sc evitar ou miuimizar a oxidação e a descarbonetaqão, usando-se atmosfera protetora, banho de chumbo ou banho de sal neutro. O tempode encharrlue ncccssário a.os aços W varia entre 10 rnin e 30 min, dcpendendodo tamanho (cspessura) da ferramenta.

. Têmpera - é essencial a utilização de um resfriamento drástico em água ou emsalmoura (ccrca dc 10%NaCl em água). Para maior velocidade de resfria-mento podc-sc ainda usar salmoura gelada. Em ferramentas muito Íinas é

possível obter-sc a velocidade de resfriamento necessária usando óleo comomeio dc resfriatnento.

. Revenimento - os aços \\r dcvem ser revenidos imediatamente após têmpera,de prefcrôncia antcs de atingirem a temperatura ambiente. Quando se

deixa a ferramcnta atingir ou permanecer nesta tcmperatura, após têmpera,aumenta-sc o risco de fomração de trincas. As fcrramentas podem ser

revenidas cm barrhos dc óleo ou de sais fundidos, se a temperatura de

revenimento nccessária não for superior a 200'C. Independentemente datemperatura final dc rcvcnimento necessária, é boa prática transferir a fer-ramenta, logo após tônrpcra, para um banho de óleo a cerca de 160'C antesde subrnetô-la ao rcvcnirnento final. O revenimento feito em uma atmosfera

5.2. Aços para Ferramentas

de vapor é muito recomendado, pois permite uma boa transferência dc calor

e obtenção de uma temperatura uniforme. É também boa prática colocar

as ferrarnentas ainda quentes no forno de revenimento mantido a cerca de

110'C e em seguida elevar a temperatura do forno até a temperatura de

rcvcnirncnto necessária (definida em função das propriedades mecânicas de-

sejadas), mantendo a ferramenta nesta temperatura durante 1 hora.

A Figura 5.12 mostra como valiam a dureza e a tenacidacle do aço Wl em

função cla tempcratura de revenimento. As duas curvas de durcza rnostlamos lirnitcs superior e inferior de dureza obtidos respectivamente para as tem-

peratulas máxima (840'C) e mínima (760'C) de austenitização. A região

sombreada rnostra a faixa ótima de ternperaturas de revenimcnto.

A Figura 5.13 mostra a curva dc revenimento típica do aço W5. Note-se

quc a prcsença do crono retarda (isto é, mautém até temperaturas mais

altas) a dirninuição de dureza com o revenimeuto.

loo

lggpfNADo TEIPEiATUiA I3I

Figura 5.12: Variacão da dureza do aço W1 com a temperatura de revenimento

AÇOS RESISTEJVTtrS AO CIIOQUESão usados cm alllicações nas quais a ferramenta é subruetida a esforços

dinârnicos repctitivos, como, por exemplo, folhas de tesoura, talhadeiras e contra-

263

a

]rlldjão

loo L/

eoro

264 Capítulo 5. Mateúais para Feruamentas

90

I ç-A 84O'C

§.\Â 760 .a/\

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NlrlÉ.

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800

700

600

500

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500

2ú 300 4@ 500

TETPERATURA ('C)600 700

Figura 5.13: Variação da dureza do aço W5 com a temperatura de revenimento

rebites. Ncstes aços a principal propricdadc é a tenacidade, sendo a dureza umfator secundário.

Por esta razão, o tcor de carbono destes aços ó, em geral, mais baixo que osdas outras classes dc aços-ferrameuta, situando-se em torno de 0,5%. A durezade trabalho ó um pouco mais baixa que a de outros aços-ferrameuta, em tornode 56 a 60 IIRC. Os principais elerncntos dc liga prescntes são o silício, cromo cmolibdêtio e, às vezes, tungstônio e manganês.

As composições quínricas c principais aplicaçõcs do aços do grltpo S sáo apre-sentadas na Tabcla 5.5.

Na condição recozirla, estcs aços de baixa liga têm uma microestrutura for-mada de fcrrita e cemcutita. Os elcmcntos molibdônio e tungstênio se dissolvembem na cemcntita. O crorno tarnbóm sc dissolve na cementita, mas partc sig-niÍicativa destc elemento sc dissolve ua ferrita,. O silício se encontra quase quctotalmente etn solução na fcrrita. Este clemento tern um forte efeito gratiÍitizantc(isto é, tende a dcconrpor a cemcntita), poróm o tcor rclativamente baixo de car-bono destes aços c a presença tlc fortes estabilizadores de carbonetos (corno N'Io

c Cr) diminuem a probabilidadc de ocorrôncia <le fragilização.

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2655.2. Aços para, Ferramenúas

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266 Capítulo 5. Materiais para Fercamentas

A prescnça dos elcmeutos de liga citados eleva de modo significativo a tem-peratura eutetóidc dcstes aços, cxigindo temperaturas altas para austenitizaçáo.

Podem-se visualizar dois grupos distintos nos aços-silício para ferramenta, osque têm cerca dc l%Si e os cluc possuem cerca de 2%Si. o aço 52, do primeirogrupo, é temperável cm água c, se revenido para uma dureza de G50 IIV, é urndos mais resistentcs c tcnazes aços-ferramenta conhecidos.

IJm dos tipos mais importantes dos aços do gmpo S é o S5, que ó um aço decusto relativamentc baixo e dc emprego geral em aplicações que exigem clevadatenacidade. Possui módia temperabilidade, como. sc observa no diagrama TTTcla Figrrra 5. 14.

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Figura 5.14: Diagrama TTT do aço tipo 55

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5.2. Aços para Ferrantentas 267

Para aplicaçõcs que exigem maior temperabilidade, foi desenvolvido o aço S7,com 7,40%lvlo c 3,25%Cr, com o teor de carbono mantido relativamcnte baixo(0,5%) para gaxantir urna boa tenacidade.

O aço tipo 51 é semelhante, em suas propriedades gerais e aplicações, aostipos 52 c S5. Dcvido à presenç a de 2,5%w apresenta maior dureza a quentc qucos similares. Dtttretauto, a adiçáo de tungstônio eleva bastantc o seu custo, o quctem dintinuíclo bastantc o seu uso em comparação colrr os outros aços do grnpoS.

Tratamentos tórmicos dos aços resistcntes ao choque:

. Norrnalização - não ó recomeudada para esse grupo de aços.

. Recozimento - dcviclo à aclição de silício, o risco dc graÍitização está prcscntec por isso o tratameuto dc rccozirncnto deve ser feito com cuidado, para nãoexcedcr a tetlperatura rccomcndacla. Alóm disso, estcs aços não devcrn scrsubmcti<los a eucltarque (perrnanôncia à tenrpcratura de austenitização):ul]Ia \rcz atingicla a tcntpcratura, as pcqas devem ser resfriadas no forno atócerca, dc 500'C, scguindo-se resfriameuto ao ar.

. Austenitização - a faixa de temperatura adcquada para os vários aços S é

815'C-950'C. O pró-aquecimento ó recomendado no caso dc ferramcutasgraudes, pa.ra mittimizat a clistorção e para reduzir o ternpo à tempcraturadc austcnitizaçáo. Os aços dc silício mais elevados (S2, S5 e 56), que aprc-sentatn tnaior risco de graÍitização durante o encharque, devem scr rcsfriadosassitn cpe atinjarn a temperatura de austenitiza.ção.

. Têmpera - o aEo S2, de mellor temperabilidade do grupo, exigc resfriamcntoern água para tôtnpera ao longo de toda a seção da ferraurcnta, cxcctoclll pcças dc seção muito pequena. Os outros tipos geralmelte porlcur scrtcmpcrados em ólco. O aço S6, de tcmperabilidadc elcvada, enr ferramcutaspcclllcnas pode ser tcmperado ao ar.

. Revenimento - os aços do gmpo S apresentam uma resistência maior aorcvenirncnto (menor dirriinuição de dureza) que os aços-carbono. Estaretcução dc dureza ó atribuída a ulna redução na cinética de precipitaçãoda cetnctrtita. O cfcito do revenimento sobre a dureza e a tenacidadc dosaços S ó ilustrado na Figura 5.15 para os aços 52 e 55. A resistência ao im-pacto (cnsaio de torção) do aço 52 ó a mais alta do grupo, sendo que o valormáxiuro desta propriedade se dá em ternperaturas baixas de revenimcnto,portanto associada a uma dureza elevada. Algumas intlicações importantes

Capítulo 5. Materiais para, Fenamentas

sobre temperaturas e tempos dos tratamentos térmicos dos aços tipo S são

apresentadas na Tabela 5.6.

Tabela 5.6: Condições de têmpera e revenimento dos aços resistentes ao choque

TipoAISI

Freaqueci-mento, oC

Austeniti-zação,'C

Tempo à tempe-ratura de auste-

nitização, min

Meio de

resfr i a -

mentoReveni-

mento, oc

S1

S2

S5

S7

650"760

650 - 705

900 a 955

845 a 900

B7A a 925925 a 955

15a455a205a2015a45

óleosalmoura, água

óleoágua, óleo

205 - 650175 - 425775 - 425

205 - 620

no caso de ferramentas grandes, para minimizar descarbonetação

AÇOS PARr\ TRABATIIO A FRIOSáo usados na fnbricação de ferramentas para trabalho a frio em condições

nas cluais se necessita tle alta rcsistência ao desga,ste e boa tcnacidade. Os aços

deste grupo são os aços-ferramcnta que apresentarn menor tendência a distorçõese trincas na têmpcra, rccebendo o nome de aços indeformáveis.

São usuahncntc classiÍicados em três sub-grupos:

. aços dc baixa liga tempcráveis em óleo (tipo O);

. aços de niódia liga tcmperáveis ao ar (tipo A);

. aços de alto carbono c alto cromo (tipo D)

Alguns aspcctos importautes de cada um dos sub-grupos são aprescntados a

seguir.

Aços para trabalho a frio temperáveis em óleo (tipo O) - Estes aços pos-

suem alto tcor de carbono (0,90%-1,45%) e relativamente baixos teores de

tungstênio, maugallês, cromo e rnolibdênio. Estes eletnentos autneutam a

temperabilidade, pcrrnitindo tômpera em óleo, com menoÍ distorçáo que

os aços do gnrpo \V. Entrc suas propriedades destacam-se elevada durczaapós têmpera, alta tcmpcrabilidade associada com baixas temperaturas de

austenitização, ausôncia dc trincas em fcrramentas com seções complcxas

5.2. Aços 1tara.übrramenúas

COrc TE§ERADO

tO@IO T€IPERADO

TEMERANNA (I}

2@ 3@ a@IEMERÂNNA

3@ coo 7@($)

269

a

NL,5cl

900

8m

7@

so50

3Nlr,

§

Figura 5.15: Curvas de revenimento de acos resistentes ao choque. a. aço S2; b. aço55. As regiôes sombreadas mostram a faixa ótima de temperaturas de revenimento.

270 Capítulo 5. Ma.teriais para Ferramentas

c retcnção dc urtr botn gume paxa operações de corte de curta duração.

Não podcrn, entretanto, ser usados para corte a alta velocidade ou paratrabalho a qucute. Por suas excelentes propriedades, associadas a urn custo

relativamentc baixo, os aços tipo O estão entre os aços-ferrameuta mais

utilizados.

A Tabela 5.7 aprcscttta as composições químicas e principais aplicações dos

aços destc sub-gnrpo.

Na condiçã.o rccozicla, os aços tipo O sáo formados por ferrita e carbonetos(essencialtnctrtc ccrnentita, em que estão dissolvidos parte dos elemeutosformadores dc calbonetos).

Uma das caractcrísticas importautes destes aços é a baixa tetnperaturadc austenitização ucccssária, de que resulta um mínimo de distorção natômpera. O aço tipo O2 é o que apresenta Incllor distorçáo após têmpcra,pelo scu r-naugauôs mais alto, que abaixa uln pouco mais a tcmperatura de

austcnitização. Já o tipo O1 é o que aprescnta menor tendência a trincasdc têmpcra, no caso de ferrameutas de seção complexa, devido à presença

de cromo e tungstônio. Dstcs clcmentos elevam a tempcrabilidade do aço,

com.o pocle scr dcduzido pelo diagrama TTT apresentado na Figura 5.16.

O uso de rcsfi'iarncnto ern óleo causa muito rnenor distorção e menor risco

de trincas do cluc o rcsfriarnento etn água.

O aço tipo O7 é o quc apreseuta maior resistência ao desgaste entre os

aços do sub-gnrpo. Dutrctanto, é tambóm o de menor temperabilidade: as

temperaturas usuais de austenitização não dissolvem todo o tungstênio na

austenita (aginrlo os carbonetos não dissolvidos como sítios de nucleação da

perlita no tratatneuto dc tômpcra que se segue). O aço tipo O6 apresenta

utn teor elevado dc silício, aclicionado para aunento da temperabilidade e

tambérn para. provocar uma graÍitização parcial da cementita, resultatldouma mclhor usinabilidade na condição rccozida e boa resistência ao desgaste

na conclição temperada.

Tratamcutos tórtnicos tlos aços tipo O

o Norrnalização - estc tratantento é às vezes necessário em peças que

teuharn sido submctidas anteriormente a temperaturas muito mais

altas quc a faixa correta dc austenitizaçãa para têmpcra' O trata-mento dcve scr feito com cuidado, tendo-se em vista o risco de descar-

bouctação. Dct'e-sc tarnbém evitar um encltarclue prolongado.

2715.2. Aços para Ferramenüas

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272 Capítulo 5. I\[ateriais para, Fenamentas

800

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TEMPO ( e I

Figura 5.16: Diagrama TTT do aço tipo O1 temperável em óleo

o Recozimento - as ferramentas devem sofrer um recozirnento de se-gunda ordcm se subntetidas a encruamento severo (por exemplo, in-tensa usinagcnr). O tratamento deve ser feito sob atmosfera controladapara se cvitar descarbonetação.

o Alívio de tensões - uut recozimento de alívio de tensões, na faixade 550'C-650'C, deve ser aplicado a ferramentas em que seja crítica aprecisão dimensional. Tarnbém deve ser feito sob atmosfera protetorapara evitar a formação de carepa e descoloração.

o Austenitização - a faixa correta, para os aços tipo O é 790'C-880'C.Recornenda-sc um pró-aquecimento (a cerca de 650'C) para minimizardistorçõcs na tôrnpera. Algum tipo de atrnosfera protetora deve serutilizado, para controlc de oxidaçáo superficial.

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xi 230t

5.2. Áços pa,ra Ferramentas 273

o Têmpera - os aços tipo O são temperáveis em óleo. Ferrarneutaslongas «levem ser resfriadas verticalmente para se evitar empenamento.No caso cle ferramentas grandes ou de forma complexa, recomcnda-sc rctirar as pcças do banho de óleo ao atingirem cerca de 100'C-150'C, tleixá-las terminar o resfriamento ao ar e logo após subrnctê-lasa tcvcnimento. A temperatura correta para o óleo convencional de

tônrpcra ó cerca cle 50oC. Já os óleos que contêm aditivos (os chamadosólcos rápidos) são capazes de impor maior velocidade cle rcsfriameutoao a.ço e, por isso, sua temperatura de trabalho pode scr um poucoruraior (cerca de 80oC), sem diminuiçáo da dureza de têrnpera dos aços.

Na condição temperada,, estes a.ços apresentam um teor significativodc austcnita retida, tanto maior quanto nais alta a temperatura de

austcuitização utilizada. Por esta razão recomenda-se uln tratamcntosub-zero, após tômpera, para transformação da austenita retida.

r Revenimento - deve ser realizado imediatamente após o tratamentosubzcro, a ulna temperatura dcterurinada em funçáo da dureza de

projcto. A Figrira 5.17 mostra as curvas dc dureza após revenimcntodos aços O1 a O7.

A Tabcla 5.8 forncce algumas informações importa,ntes sobre o proccssa-

mento dos tratamentos ténnicos dos aços tipo O.

Tabela 5.8: Condições de têmpera e revenimento dos aços para trabalho a frio tem-peráveis em óleo (tipo 0)

TipoAISI

P reaquecí-

mento, oCAustenitiza-

ção,'C

Tempo à tempe-ratura de auste-

nitização, min

Meio de

resfri a-

mentoReveni-

mento, 'C01o20607

650

650

650

790 a 815

760 a 800

790 a 815

790 a 830'845 a 885à

10a305a2010a3010a3010a30

óleoóleoóleoágua

óleo

L75 - 260

775 - 260

175 - 315

775 - 290

agua; " óleo

Aços para trabalhote indicados para

a frio temperáveis ao ar (tipo A) - São especialmcn-aplicaçóes em que sáo exigidas alta tenacidadc e razoável

274 Capítulo 5. Materiais para Fenantentas

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900

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300

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@IíO TEF€RADO TEMPERATLNA (t)

Figura 5.17: Variação da dureza dos aços O1 (5.17.a) e 07 (5.17.b) com a tempera-tura de revenimento. As áreas sombreadas mostram as faixas ótimas de temperaturasde revenimento.

i§:

x

5.2. Aços para lbrramerrúas 275

resistôncia à a.brasão, tais como recortc de metais, conformação e rnatrizespara trcÍilação. Os principais elementos de liga sã.o manganôs, crorno e

molibdônio c sua principal função é a de aumentar a tenrperabilidadc,cabcntlo tarnbóm ao cromo e ao molibdênio, aliados ao alto tcor dc car-bono, o papel <lc promover a resistôncia ao desgaste. A Tabela 5.9 forneceas composiçõcs quínricas c principais aplicaçõcs dcstcs aços.

O aço tipo -,\2 ó usado cnr aplicações em quc a tcuacidarle é nrais irnpor-tantc que a resistôncia ao desgastc. r\ prescnça tle cromo, molibdônio c

vanádio, cur solução na austenita, dá ao aço alta tcrnpcrabilidadc, cornosc podc obscrvar no diagrama TTT do aço (Figura 5.18). Peças rclativa-mcntc cspessas podcrn ser temperadas ao ar após austcnitização a 970'C.IJm rcsfrianrcnto muito lento de pcças cspcssas pode callsar precipitação dccarbouctos c formação cle bainita, com conscqüente rnaior tcor dc austcnitarctida. Para sc evitar cstc problcrna, pcças muito espcssas podcm scr rcs-friadas cm 11ln banho de sal a 540oC, scguindo-se resfriamcuto ao ar ató atcurpcrat ura aurbicnte.

O aço tipo r\7 ó caracterizado por cxcepcionai rcsistôncia ao desgaste. Istoó obtido pclos altos tcores de carbono e de vanádio, ocorrcndo a formaçãode calboncto dc vanáclio, clc alta dureza c que rcsiste à dissoiução durantca austcnitizaqão.

Os a.ços tipos r\4 e A6 possuem menor tcor dc cromo c maior tcor de

mangauôs. Estc fato perrnite que cstcs aços sejam temperados a partirdc tempciaturas tle austenitização mais baixas (cerca de 100'C abaixo das

necessárias para os aços colll 5%Cr). Isto reduz os riscos de distorção c dcoxidação supcrficial das pcças.

Para tnclhorar a tcnacidade, o aço tipo A8 rcccbc a adição dc silício (i%) cos tipos.,\9 c.\10 rcccbcm a adiçã,o de silício (170) e dc níqucl (1,5%). Dc-vitlo aos altos teores dc carbono e de silício, o aço 410 aprcsenta grafita crnsua rnicrocstlutura. Disso resulta uma boa usinabilidadc na condição rcco-zicla c urrra rrrclhor rcsistôncia ao culpcrramento e à dcscamação (galling),ua contlição tcmpcrada.

Tlataurcutos tónnicos dos a,ços tipo A.

o Normalização - não é recomendatla para cste subgntpo.

o Recozirnento - os aços são geralmente fomecidos na condição reco-

zida. Iintrctauto, sc a Íerramenta necessitar uma nova tômpcra, ur1l

Capítulo 5. Mateúais para Ferramentas276

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5.2. Aços para Ferramenfas 277

tm

800

TEMPO {rI

Figura 5.18: Diagrama TTT do aço tipo A2

recoziurcnto de segunda ordem, próvio, deverá ser aplicado. Dcr.e serfeito sob atmosfcra protetora ou cln banho de sal, aquecendo-sc a fcr-rantcnta lcntamcnte até a temperatura espccificada.

Alívio de tensões - os aços tipo A devem sofrer recozimento de alíviodc tcnsõcs antes da operação Íinal dc usinagem (acabarnento), na faixadc 675'C-700'C. r\pós o recozimento, as peças dcvem ser endireitaclase a, scguir sofrcr a usinagem fiua.l, antes do tratamento de têmpera erevcr.rimento.

Austenitização - após um pré-aquecimeuto, os aços devem scr aus-tcnitizatlos a uura teurpcratura e tempo suÍicientes para se obter umadissolução dc carbonetos suficiente para sc alcançar máxima durcza(Iro aço 42, por excnrplo, recomen«la-se deixar 5% de carbonetos não

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o

278 Capítulo 5. Iúatefiais pata Ferramentas

dissolvidos). IJma tcmperatura muito alta de austenitização, por outrolado, colduz a umâ riuautidade excessiva de austenita retida na estru-

tura final, corn resulta,nte diminuição da dureza na condição tempera-da.

Têmpera - uormalmcntc ó realizada com resfriamento ao ar. Evi<len-

ternentc, isto pode ser altcrado em funçáo da espessura da peça. Umprocedirucnto comutn cln peças espessas ó o uso da martêmpera, jámencionado, clue cousiste, em um primeiro resfriamento cm banho de

sal, segrrido ctc resfriameuto ao ar.

Tratamento subzero e revenimento - o tratamettto subzcro é in-dicatlo, ncste subgrupo de aços, para minimizar o teor de austenitarctida, auurental os cfcitos do endurecirnento secundário e miuitnizara instal-iilidatlc dimcusional. Imcdiatamente após o tratamento sub-

zeto) a fcrramcnta dcve scr rcvcttida à tcmperatura correspondentc

ao nír'cl tlc clurcza tlcscjado. Recomendaln-se no míltitno dois rcveui-rncntos ou, dc prcfcrôucia, trôs, para otirnizar a,s trattsformações da

austcnita retida. À Figura 5.19 mostra a evolução da dureza c da

tcnacidatlc com a tctnpcratura dc rcveuintcnto, para os aços A2 c ,A7.

A Tabcla 5.10 lista alguns dados de iuteresse rcfcrentes ao processamcnto

dos tratarneutos tóruticos dos aços tipo A.

Tabela 5.1.0: Condições de têmpera e revenimento dos aços para trabalho a friotemperáveis ao ar (tipo A)

TipoAISI

Preaqueci-mento, 'C

Austenitiza-cão, oC

Tempo à tempe-ratura de auste-

nitização, min

Meio de

resfria-mento

Reveni-

mento, oC

A2A3A4A6A7AB

A9410

790

790

675650

815

790790

650

925 a 980

955 a 980

815 a 870

830 a 870

955 a 980

980 a 1010

980 a 1020

790 a 815

20a4525a6020a4520a4530a6020a4520a4530a60

ar

ar

aÍar

ar

alar

ar

175 a 540

175 a 540

L75 a 425150 a 425

150 a 540

175 a 595

510 a 620

L75 a 425

5.2. Áços para -l,crranlerrÍas 279

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Figura 5.19: Variação de propriedades mecânicas dos aços A2 (5.19.a) e A7 (5.19.b)com a temperatura de revenimento

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íA 925.oCl

280 Capítulo 5. Matefiais para Ferramentas

Aços de alto carbono e alto crorno para trabalho a frio (tipo D) - Estcsaços foram itticialruente dcsenvolvidos numa tentativa de substituição dosaços rápidos para ferrameutas. Entretanto, apresentam dureza insuficienteàs altas vclocidadcs de corte e a substituição não foi bem sucedida. Poroutro la,do, vcriÍicou-se que possuem alta resistência ao desgaste e excep-cional nível dc indeformabilidaclc, propriedades especialmente úteis parauso em matrizcs para trabalho a frio. As composições químicas c principaisaplicações são rnostradas na Tabela 5.11.

A excelcntc resistêucia ao clcsgaste dos aços tipo D se deve à elevada fração'volumétrica dc carbonetos em sua microestrutura, resultante dos altos teo-res dc carbono c dc cromo. Deutro deste sub-grupo, as variações de rc-sistôncia ao dcsgaste observadas sáo devidas às variações dc teor de car-bono. O aço D2 (1,50%C) por cxemplo, tem uma fração volumótrica dccarbonetos ccrca dc 30% a 40% mcnor que o aço Dg (2,25%C).

Os aços rnais popultrres destc subgrupo eram os de carbono mais alto (2,00%a 2,50%c). Dutrct:rnto, ultimamente tem aumentado o uso dos tipos D2 cD5, dc carbono rnais baixo (t,50%c), devido à sua maior tenacidade.

O alto tcor tlc crol]lo torna os a.ços tipo D resistcntes à oxidação a tem-peraturas elu'adas. A adição «lc molibdênio aumenta a temperabilidade ca tenacidadc, por'óur não tem cfeito signiÍicatilo sobre o tamanho de grãoa,ustenítico ou sobrc o teor dc austenita rctida. A presença de vanádio rc-fina o gráo austcnítico, mas dirninui a temperabilidade sc em teor acima de0,90%.

Com relação aos tratamentos tómricos destes aços, aplicam-sc os comcn-tários feitos no t«ipico referente a,os aços tipo A. IV[erece destaque o fatodc que a austenitização dos aços tipo D exige um longo encharque, poisos carbonetos (prescntes ern grande quantida«le) se dissolvem lentamante eé necessário dissolver a maior partc «lo cromo na matriz austenÍtica parasc obtcr máxirna ternpcrabilidaclc. A Figura 5.20 mostra a evolução depropriedades mccânicas do aço D2 com o revenimento.

InÍormaçõcs sobrc o proccssamento dos tratamentos térmicos dos aços tipoD cstão listadas na Tabela 5.12.

AÇOS Pr\RÀ TRI\Br\LIIO A QUENTE (TIPO II)Os aços usados em ferramentas que trabalham em aplicações a temperaturas

elevadas, corno extmsão a quentc, Íorjamento a quente e fundição sob pressãodevem apresentar algutnas caractcrísticas específrcas:

2815.2. Aços para.Ferranrenúas

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282

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Figura 5.20: Variacão de propriedades mecânicasreven;mento

Capítulo 5. Iúateriais para Ferranleritas

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+o.15

+o.to

+o05

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-o.o5

-o.to

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500 600("c )

do aço D2 com a

700

temperatura de

Tabela 5.12: Condicões de têmpera e revenimento dos acos de alto carbono e altocromo para trabalho a frio (Tipo D)

TipoAISI

Preaqueci-mento, 'C

Austenitiza-cão,'C

Tempo à tempe-ratura de auste-nitizacão, min

Meio de

resfria-mento

Reveni-

mento, oC

D2, D5

D3

D4D7

815

815

815

815

980 a 1010

925 a 980

970 a 1010

1010 a 1070

15a4515a4515a4530a60

ar

óleoar

ar

205 a 540

205 a 540

205 a 540

150 a 540

700

600

500

400

500

200

( Á to20 0c)

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5.2. Aços para I,crramentas

rcsistôncia à deforrnação às temperaturas de trabalho, o que exige a prcsençadc tcorcs significativos de elementos de liga;

razoávcl rcsistôncia a choques mecânicos e térmicos, proprieda<les que exi-gcm unr baixo teor de carbonol

resistôncia. ao desgastc a tcntpcraturas elevaelos;

rcsistôncia a deforrnaçõcs causadas por tratamentos tórmicos, quc ó obtidapclo uso de um aço de alta temperabilidade (que pernrita tômpcra crn mciosde rcsfriamcntos brandos);

resistôncia à formação de trincas térmicas (pequenas trincas superficiaisquc se formam na supcrfície da fcrrantenta, quando submetida a ciclos de

aquecirnento c rcsfiiamento crn scrviço).

Os aços tipo II sc divident ern trôs subgrupos: aços àbase de cronro (tipos II1a II19), aços à basc de tungstônio (t,ipos II20 a II39) e aços à base de molibdônio(tipo II.l0 a II59). A Tabcla 5.13 fomece as cornposições químicas e priucipaisa,plicações dos tipos mais utilizados.

O alto teor de crorno dos aços do subgrupo ,,\ lhcs confere a,lta tcmpcrabi-lidadc, poclcntlo-se temperar completamente peças com espcssura de ató 30 cm.Neste subgnrpo, os aços II10 e IIlrt tên tcores mais altos, respcctivamente, cle

molibdônio e dc tungstônio para aumeuto da dureza a quente, porórn com algtttladiminuiqão dc tcnacidarle. Os aços I[11, ]I12 e II13, deste subgrupo, são os aços

mais utilizados eutre os aços para trabalho a quente. São temperár,eis ao ar e

sua composição quírnica cuidadosamentc cscolhida lhes confere baixo índicc de

distorção na tômpera. São especialrnente indicados para matrizes para trabalho aquente, pois rcsistcm a exposição prolongada a temperaturas cle 5rl0oC, manteudouma resistôncia à tração de cerca de 0,5 kgf/mm2.

Os aços para trabalho a quente à base de tungstênio possucm elevados tcoresde elemcutos cle liga, quc lhes conÍ-erem elevada resistôncia ao amaciamento pclocalor, porém à custa de maior fragilidade. Na realidade, âs colrrposiçõcs quíuticasdestes aços já se aproxinam das dos aços rápidos, aualisados mais tarde. Paramelhorar um pouco a tcnacidade e a rcsistôncia a choclue tórmico, a solução

encontrada foi tlirninuir o tcor de carbono, como no caso do tipo II25.A principal vantagcm dos aços II à base de molibdênio é sua maior rcsistôncia

à formação de trincas a quente, bem como urn custo menor que os aços à basc dctungstênio. Por outro la.do, exigem um maior cuidado nos tratamentos tórrnicos,por serem mais sclsíveis ao problema, de descarbonetaçã,o.

283

Capítulo 5. Matefiais para Ferr,anrenúas284

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2855.2. Aços pam. Femantentas

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286 Cupítulo 5. Materiais para Ferramentas

Tratamentos téruricos dos aços para trabalho a quente:

o Normalização - não é recomendada para os aços H, já clue estes aços são

temperávcis ao ar.

o Recozimento - o aqnccimento para o recozimento de seguuda ordern deve

ser lcnto c uniforrue para cvitar a forrnação de trincas, especialmente ao

se fazer uln llovo rccozinrento em ferramentas temperadas. Para a maioriados aços II a tenrperatura de recozimento se situa na faixa 815'C-900'C.A velocidacle clc rcsfriaureuto devc ser em torno de 20"Cfh até 400'C e

a partir daí rnais rapidanrcute ató a temperatura ambiente. Se possível,

deve-se usar ullla atmoslcra controlada, para evitar a formação de carepa e

descarbonet;ação.

o R.ecozimento de alívio de tensões - ó recomcndado no processameuto

de fcrramentas, após usinagem pcsadas antes da usinagem de acabamento,em particular quaudo ó crítica a estabilidade dimensional. E realizado na

faixa dc 650'C-730oC, usaucio-se, se possível, utna atmosfera protetora.

o Fré-aquecirnento - ó rccornendarlo para todos os aços II, antes da aus-

tenitização, dcvitlo ao teor relativamente aito de elementos de liga destcs

aços? errr cspccitrl pcla preseuça dc tungstênio e de molibclônio, clue di-minuem a contltrtivirlatlc tórmica dos a.ços. No caso dos aços com teorcsmais altos dc elementos de liga, a temperatura de austenitização se tornatão elevada {irrc un1 cncharrluc prolongado produz excessivo crcscimento do

grão austenítico (com couse<liiente aurneuto de fragilidade após têmpera).O pl'é-aquecirncnto ó cntão usarlo para minirnizar a telnpo de encharclrte à

temperatura de austcnitização. A temperatura de pré-aquccimento para os

aços II à basc de cromo c à base de tungstênio se situa na faixa 815oC-870'C.

A ferramenta dcve scr arluecida lcntamente até esta faixa e ser aí mantidadurante 1 h por 25 mm de cspessura, sob atmosfera protctora sempre que

possível. Os aços It à base de rnolibdênio são geralmente pré-aquecidos a

tempcra,turas urn pouco rnais baixas, na faixa 730'C-B'15'C.

o Austenitização - as temperaturas de austenitizaçáo dos a,ços II são ele-

vadas, toruando-sc esscncial o uso de fornos equipados de coutrole de at-

mosfera, tócuicas dc banho de sal ou de vácuo. Os carbonetos presentes dos

aços se dissolvcrn gladualurcnte na austenita à medida que a tcmperatula é

elevada rapidaurcute a partir tlo final do pró-aquecirnento, completattdo-sca dissolução enr torno dc 1100'C. É essencial dissolver uma quatttidade su-

Íiciente de carbonctos, pata que o teor de carbono rla austenita seja, alto o

5.2. Aços para -Ii:rrarnerrÍas 287

bastantc para sc obtcr marteirsita de altura dureza. Os aços IIi0 c II1'l (to-dos à basc dc cromo), a,o atingirem a faixa recomendada de austenitização,1010'C-1070'C, dcvcm ter o menor tempo de encharque possível, para cvi-tar crcscimcnto do grão austenítico e a possibilidade de fusão incipicttte.

A descar.bonctação deve ser evitada durante a austenitiza,ção, em cspccial

nos aços à basc de molibdênio. A perda de carbono na superfície rliminui a

resistência mccânica levando à, fratura por fadiga. LIm outro probleura de

o a,ço aprcseutar baixa dureza superÍicial ó o de criar a falsa impressáo de

que toda a fcrramcnta apresentaria menor dureza e quc port,attto o revcni-mento dcvcria ser feito a uma temperatura mais baixa. Como de fato a

dureza abaixo da superfície ó elcvada, o revenimento será iusuficicntc parasc atingir a tcnacidade correta e a felrarnenta irá para o scrviço cortl tllnamicrocstrutura frágil. Por cssa,s razõcs, ó rccomeldado que a austcnitizaçãoseja fcita a vácuo, sc o ccglipamento for disponível.

Têmpera - a tcmperabilidade dos aços II é muito alta, podettdo scr tctn-pcrados ao ar ató fcrramcntas de grandc espessura. r\lgturs dcstcs aços,

em cspccial os lipos à base de tungstônio c à base de niolibdênio, folmatnuma quantidatlc significativa de carepa, durante o resfriamelto de ar. Uruatômpcra interrompida dirninuirá a quantidade de carcpa, porótn à custa cle

um maior risco dc empenamento. O melhor procedimcuto ó dc resfriar a

fcrramcuta cln ulll batrho dc sal mantido a 600'-650'C, tnantê-la ali ató ho-

mogcueizaEão da temperatura, scguindo-se rcsfriamento. Iiste tratamcntode rnartên"lpera ó possível face aos longos tempos necessários para o inícloda trausforntaqão perlítica, como se pode observar, por exelnplo, nt-i dia-

grama TTT do aço II21, Figura 5.21.

É interessautc obscrvar que o aço II23 não pode ser teurpera<lo da Í'orrna

mencionada, pois ucstes aços a fcrrita sc prccipita rapitlamertte a l,cmpera-

turas próxitnas dc 600'C e, além disso, o \I; deste aço sc situa abaixo da

temperatura ambieute. Por esta razã,o, o endurecitneuto deste aço ó obtidono ciclo dc rcvcnirnento (cndurccimcuto secundário).

Revenimento e tratamento subzero - todos os aços II devem scr rcvcui-dos imediatamcutc após têmpera. A maioria dos aços ncstc grllpo aprcscnta

o fcnôrneno dc cndurccimeuto secundário e, por csta razão, a faixa ótimadc tcmperatura de revcnimeuto se situa próxima de 500'C. Recorncnda-se

o uso tle algrtm cotitrolc dc attnosfcrat para proteção da superfície.

Os a.ços I[ aprcscntarn alto teor de austenita, rctida, dcvitio ao tcor clevado

dc elementos dc liga, recomendattdo-se o tratamento subzero, seja ctu um

288 Capítulo 5. Iulateriais para Ferrantentas

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Figura 5.21: Diagrama TTT do aço H21

refrigerador a -75oC ou em nitrogênio liquido (-196'C).

Deve-se sempre aplicar um revenirnento múltiplo, para provocar o ciclocompleto dc transformaçã.o austenita retida + martensita + martensitarevenida. .r\ Figura 5.22 rnostra a evolução de proprieclades mecânicas doaço I[21 com a tcrnpcratura de revenimento.

Endurecimento secundário - a maior parte dos aços II apresentam cfei-tos de endurecirneuto secuudário quando revenidos a temperaturas próximasde 500'C, embora em mcnor intensidade que os aços rápidos. Entre os aços

I[, os aços à basc «lc cromo c com maior teor de carbono são os que aprc-sentam o fenônrcno corn rnaior intensidade. A Pigura 5.23 ilustia este fatopara o aço II19. ,\lguns dos aços I[ à base de tungstênio, por outro lado,

5.2. Aços para l.errarncnúas

-40

-3,o

-ào

-lr0

o

400 500

CO,MO TETPERÂDO TEIIPERATURA tI}

Figura 5.22: Variação de propriedades mecânícas do aço H21 com a temperatura derevenimento

aprcsetttatn pcqueno ou netthurn endurecimento secundário, como mostradona Figura 5.22 para o aço II21.

Algumas informaçõcs sobre as variár'eis de processamento dos tratamentostérmicos dos aços I[ são aprescntadas rra Tabela 5.1r1.

AÇOS R,,iprOOSSão aços com alto teor de elemcntos de liga usados para corte, a altas ve-

locidadcs, dc mctais muito duros. A cxpressão aço rdpido signiÍica, pois, aço decorte rápido. Cotno as altas vclocidades de corte causam fortc clevação da tcm-peratura da ponta da fcrra,menta, quc chega a atingir a cor vermelha, estes açosdelcrn rcsistir ao amaciamento a cstas tenrperatura.s, para retenção da capaci-dadc dc corte. Esta propriodadc que alguns aços apresentarn ó chamada durezaa quente (a cxpressão inglesa ó rnais específica, ao se referir à cor adquirida peloa,ço: rerl h«rdncss). Os aços rápi«los têm de possuir ainda uma boa rcsistência aodesgaste e alta dureza, para mantercm um bom gune por períodos longos.

289

C

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500

400

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290 Capítulo 5. It'Iateriais para Ferranrenúas

900

600

700

600

500

400

300

IOO 'tOO

TEUPERATURA (C}

Figura 5.23: Endurecimento seçundário do aço H19

Os prinrciros aços riipidos produzidos eram à basc dc tungstêuio, fabricadosna Inglatcrra c nos Dsta«los Unidos no final do sóculo passado. Ern 190.1 a adiçãode t% dc vanádio a um aço 18%\\r-4%Cr levou ao dcscnvolvimento do aço 18-4-1,designado Tl. Esta Iiga foi durautc muitos arros o aço rápido padrão e ainda hojeó rnuito usado. NÍais tardc, por volta dc 1912, o cobalto foi pcla prirncira vez

adicionatlo aos aços riípitlos. Toda urna sóric dc aços rápidos à basc tlc tungstôniofoi dcsenvolvida, variaurlo o turrgstônio entrc 12% e 20%, o vanádio cntrc 1% e

5%, conr o cromo em tomo ,Ja ,l%. Em algumas ligas se adicionava 5% a 12% de

cobalto para rnelhoria da dureza a qucnte.Ató o início da dócacla de 30, os prcços do tungstênio e do molibdônio eram

comparáveis c por isso o molibdônio não era muito usado nos aços rápidos.Nesta ocasião os nortc-aurcricanos descobriram grandes depósitos dc rnolibdêniono Colorado c passaram a dcscnvolver vários aços rápidos cm qllc o tungstênioera parcial ou totahncnte substituído pclo rnolibdênio. O primciro tipo a ser

desenvolvido--aço tr[l-continha 9%\Io c 1,5%\\/. N'lais tarde descnvolveu-sc o

tipo I\{2, com 6%\\/, 5%\Io c 2%. Atualmeute, nos Estados Uttidos, ccrca «lc 80%

dos aços rápidos utilizatlos são à basc dc molibdônio. Na Inglatcrra, por outrolado, mantóm-se a prefcrôttcia pelos aços à ba,sc dc tungstênio.

As Tabclas 5.15 c 5"16 aprescntam as courposiçõcs quínticas e aplicaçõcs

2tB

2tl

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4;('iLÉÉ,lr, <28,lrl ()

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(A t205.c

.--'lG-'-, (A il75.C'

5.2. Aços para I'crrarnenúas 291

Tabela 5.14: Condicões de têmpera e revenimento dos aços para trabalho a quente

(tipo H)

TipoAISI

Preaqueci-mento, 'C

Austenitiza-cão,'C

Tempo à tempe-ratura de auste-nitização, min

Meio de

resfria-mento

Reven i-

mento, oC

H10H11,H12

H13

H14

H19

H27,H22H23

H24H25

H26H41, H43

H42

815

815

815

815

815

815

845

815

815

870739 a 845730 a B45

1010 a 1040

995 a 1020

995 a 1.040

1010 a 1070

1090 a 1200

1090 a 1200

7204 a 7260

1090 a 1230

1150 a 1260

1180 a 1260

1090 a 1190

7120 a 7220

15a4015a4015a402a52a52a52a52a52a52a52a52a5

AAAAA,oA,oooA,OA,O,SA,O,SA,O,5

540 a 650

540 a 650

540 a 650

540 a 650

540 a 705

595 a 675

650 a 815

565 a 650

565 a 675

565 a 675

565 a 650

565 a 650

A 0 : óleo:

típicas dos principaistêuio, c À[, à base de

S = banho de sal

aços rápiclos das duas categorias (aços T, à basc de tungs-molibdênio).

Efeitos dos elementos de liga nos aços rápidosO tungstônio e o molibdênio têm o rrresmo papcl, quc é o de coufcrir durcza a

cpentc e resistôncia ao clcsgaste. Veriíica-se quc o dcscrrpenho dc corte dos aços

rápidos aurnenta em propor'ção direta com o tcor destes elerncntos. O molibdôniopodc scr usario para substituir o tungstôuio, na proporção dc 1 para 1,6-2,0.

O cromo ó adicionaclo nos aços riipitlos quase scmprc num teor próximo de

470, corn a, finalidarle cle aumeutar a sua tempcrabilidade.O vanáclio está sempre prescnte, com ur-rl teor máximo dc 7%, chegando até

2% or 3%. O vanádio forrna carbonetos muito estár'eis, praticaurctttc insolrivcisà,s tentperaturas usuais dc austcnitização, e, desta forma, são uura barreira im-portantc ao crcscimento cle grão austenítico.

O cobalto, presente nos aços rápidos mais uobres (e mais caros), tcm o efcitode aumentar a dureza a quente. Isto é obtido, entretanto, cout ccrta pcrcla dc

tenaciclaclc. Corno já mencionado, o pror,ár'cl mecanismo respousável pcla dureza

Capítulo 5. Matefiais para Penamentas292

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2935.2. Aços paru.l,erramenúas

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Capítulo 5. Mateúais para Fercamentas294

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olí)ooolôlr)0Or @ t-{ Ft ôl F{ (\t r-{oo-ij'-<-ijj

Aços para -F'erra.mel úas

a quente ó o retardamelto do coalescimento dos carbonetos.O carbono, evidentemente, é o responsável direto pela resistência ao desgaste

e pela alta durcza a quente, através da formação de carbonetos complexos. Os

teores usuais de carbono variam entre 0,70% e7,50%, com cerca de 30% (destes

valores) dissolvidos na matriz.Os efeitos tlc outros elernentos, geralmente presentes ern teotes baixos ou

mesmo residuais, cstão rcsurnidos na Tabela 5.17.

Tabela 5.17: Efeitos de elementos presentes nos aços rápidos em teores baixos ou

resid uais

Elemento Efeitos

295

5ilício e

M anganês

N íquel

Alumínio

Tântalo

Nióbio

Titânio

N itrogênio

Selênio

Teores em torno de 0,35%. Teores mais altos fa-vorecem trincamento durante tratamento térmico.

Limitado a 1% ou 2%. Acima de 2%, tende a es-

tabilizar a austenita. Favorece a descarbonetação.

Adicionado até t% para substituir W e Mo, mas

há risco de formação de alumina.

Aumenta a dureza a quente. Acima de 6% tornao aço pouco temperável pela formação de car-

bonetos estáveis. Aumenta o endurecimento se-

cundário e eleva para 650oC a temperatura do pico

de dureza.

Aumenta o efeito de endurecimento secundário.

Adicionado para refino de grão e melhoria da

ten acid ade.

Teor em torno de 0,035% para melhorar a dureza a

quente e inibir o crescimento de grão austenítico.

Adicionado para melhoria da usinabilidade.

Tratamentos tórnricos tlos aços rápidos

o Alivio de tensões - os aços rápidos são de clifícil usinagctn, ocorrencloo aparecirnento rle tensões residuais relativamente altas, eur cspecial após

296 Capítulo 5. Materiais para Ferrantentas

usinagen pesada. .,\ ferramenta deve entãn ser submetida a um recozimentocrítico na faixa 680'C-700'C (para apresentar maior estabilidade dimen-sional quando for austenitizarla para têmpera). Após resfriamento lento aferramenta rcceberá a usinagem de acabamento (retífica). o recozimentodeve ser feito sob atmosfera protetora ou em banho de sal. Pelo seu custoelevado, o proccsso ó aplicado apenas em ferramentas complexas cm quealta estabilirlaclc dimensional é exigida.

Austenitização - os aços rápidos exigem um controle muito preciso dafaixa de temperatura de austenitização, para assegurar a proporção corrretaentre carbonetos dissolvitlos e não dissolvidos, bem como o tcor correto decarbono na austcnita,.

Como os aços-rá1liclos (tanto os aços [I corno os aços T) possuem baixacondutividade tórntica, clevettt ser aquecidos lentameutc, sofreudo inicial-mentc um pró-aquccinrento na faixa 750oC-850'C. As fajxas de tempera-tura tlc austcnitização usuais para os a,ços N{ c T são, respectivamentc,1170"c-7240'c c 1250'c-1290oc. Acirna de .r\r corneça a dissolução doscarbonctos (principalmcutc do tipo NI23C6, ricos em cromo). Após urnpequeno encharquc a 1100oC, a ferramenta é levada rapidamente à tem-peratura final tlc austcnitização espccificada c a.í mantida o rncuor tempopossívcl (cottrpatír'el com a nccessária dissolução de carbonetos) para mini-mizar o crescirncuto de grão c possír'cl fusão incipiente. A distribuição doselcmentos dc liga cntre os carbonctos e a matriz austenítica, para o aço T4(de composição análoga ao T1, mais 5%Co), em função da temperatura deaustcnitização, é mostracla na Figura 5.24.

Têmpera - os aços rápidos sáo muito tcrnperár'eis, como ilustrado naFigura 5.25 para os aços 1\[l e T1, podendo scr temperados ao ar ou emóleo.

Todos os aços rápitlos podern ser temperados pclo processo de martôrnpera.Coutudo, a permanôncia da ferramenta em um banho de sal a 550'C apre-senta problctnas clc scgurança, especiahneute pelo alto conteúdo calórico daferramenta, austcnitizada a ternperaturas muito altas. Para cvitar isso, écomum o uso da tônrpera iuterronrpida. A ferramenta é rctirada do forno e

mantida a.o ar clurantc um certo tempo (o suficicnte para, que a ferra.meutaperca o bril]ro causaclo pcla alta temperatura) c a seguir resfriacla em óleo.Após tôrnpera, A uricroestrutura é formada de uma matriz rnaltensítica al-tamerrte ligada, 15% a 30% de austenita retida e uma certa porcentagcmde carbonctos (5% a 70% no caso do aço T1). Nesta condição, a estrutura

5.2. Aços p a.ra, Ferramentas

NÉ, t.0I o.g

297

z 0.8o3 o.7

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Figura 5.24: Distribuição dos elementos de liga do aço T4 entre os carbonetos e amatriz austenítica, em função da temperatura de austenitização

tem urn clcvado nír'el de tensões internas e é suscctível a trincamento.

o Tratamento subzero e revenirnento - o tratamento subzero ó reconten-

dado para sc cliruinar a austenita retida e para tornar mais intenso o

fenômeno cle endurecimcuto sccundário no aço rápido. O tratameuto pode

ser feito cm unl rcfrigcrador (-75'C) ou cnr nitrogênio líquitlo (-196'C).Uma outra forma de clirninar a austenita retida é a realizaqão de múrltiplos

revenimentos (com os quais sc conseguc também rcvenir a martensita que

vai sendo formada a partir da austenita retida). A Tabela 5.18 mostra como

varia a qrrantidadc de austcnita, em fuução destes tratamcntos, para o aço

tipo \I2.A scqiiôncia de transformações daestrutura temperada,, erl ulll aço T1, cm

função d:l tcnrperatura de revenimento é a seguinte:

- etapa 1 (da temperatura ambiente até 400'C) - a marteusita

298 Capítulo 5. Iúateriais para Ferramcntas

Figura 5.25: Diagramas TTT dos aços Mle T1. a. M1; b. T1

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§

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?::Iro 1.,

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5.2. Aços para -l'erramentas

Tabela 5.18: Austenita retida no aço M2,óleo e submetido a revenimentos múltiplos

austenitizado a 1215'C, temperadoa 565'C (2,5 horas/ciclo)

Austenita retida (% em volumeom tratamento subzero após

têmpera e após cada revenimento14,9

4,02,34,12,5

299

Ciclos de

revenimentocomo temperado

1

2

3

4

pcrde gradualmcntc sua tetragonalidade, passando à cstrutura cúbica,pcla plecipittrção progressiva de carboneto ( hexa,gonal. Estc car-boucto cvcntualmcute se dissolve e é substituído por ccrnentita, nafaixa clc 300'C-400'C;

etapa 2 (400'C-570'C) - nesta etapa ocorre urna parcial redis-solrrção da cernentita c formação do carboneto I\{2C, provocando o

endurccirncnto secundário (Figura 5.26).

etapa 3 (570'C-620'C) - ao resfriar o aço a partir da temperaturadc revenimento (por cxemplo, 570'C) a estrutura será fornada de car-bonctos, martensita revenida, marteusita (recém-formada) e austenitarctida. t\ nova martcnsita se originou da austenita retirla, tornadanlcnos estável pela precipitaqão de carbonetos. É claro, pois, que utnúnico rcveniurento cleixa o aEo em uma condiçã,o instávci, devicla ànrartcusita uão rcvenida e austenita retida restantc. Por esta tazão,urr-r scgrrnrlo revenirnento é necessário, para revenir a llova martcusita.Em algrrns aços rápidos se realizam três ou quatro revenimcutos.

etapa 4 (acima de 620'C) - ncstas tempcratura,s ocorre a dissoltiçãodc N'I2C e FcaC, coln a formação de NI6C e N'{z:Co c seu subseqiientecoalcsciurento, rcsultando em pcrda rápida cie dureza na faixa, 620'C-650'C (ver Figura 5.26).

As principais condiçõcs dc proccssamento dos tratamcntos térmicos dos aços

rápiclos são aprcscutadas na Tabcla 5.19.

em tratamentosu b-zero

25,2

3,3

6,3

1,9

3,8

300 Capítulo 5. Itla.teriais para Fenantenta.s

900 L\

\( e rz8o "c) \

\

\\\\

800

o too 200 300 400 500 600 700TEUPERATURA ("CI

Figura 5.26: Variacão da dureza do aco T1 com a temperatura de revenimento

AÇOS P:\R;\ LIOLDtrS (GRUPO P)A principal aplicação dos aços do Grupo P é a fabricação de moldcs usados

ua mattufatura dc moldes plásticos. O aço tem de suportar altas pressõcs, tcm-peraturas na faixa clc i75'C-200'C e a ação abra,siva dos pós de moldagern. Aferrarnenta dc moidagcrn deve, pois, tcr uma supcrfÍcie dura e um núclco tenazpara resistir a choques mecânicos durante o ciclo de compressão dos pós.

Alóm disso, a fertatncttta deve tcr um alto grau de polimento para dar um bomacabamcnto supcrficial ao moldc plástico. Estas condiçõcs podem ser resuuridasuos scguintes pontos, a sercm atcndidos pelos aços do grupo P:

r razoávcl usinabilidacle;

r dureza supcrficial do rnoldc na faixa 700 IIV-750 IIV (ató uma profundidadede 0,05 rnnr) c <lurcza do núclco na faixa 450 ItV-500 IIV;

o rcsistôncia à tração na faixa 110 kgf/mrn2-160 kgf/rnrn2, corn máximatcnacidadc;

t 7ooI

] eooNH soo5o

400

300

NO

Tabela 5.19: Condições de têmpera e revenimento dos aços rápidos*

Preaqueci-mento, oC

Austenitiza-

735 a 845

730 a 845

730 a 845

790730 a 845730 a B45730 a 845

730 a 845

730 a 845

730 a 845730 a 845

815 a 870

815 a 870

815 a 870

1177 a L2191190 a 1230

1200 a 1230

1180 a 12001220 a L25O

1190 a 12201190 a 1210

1190 a 1220

1200 a 1230

1190 a 1220

1180 a 1200

1260 a 1300

1270 a 1300

1200 a 1260

O,A,SO,A,SO,A,S

O,A,SO,A,SO,A,SO,A,SO,A,SO,A,SO,A,SO,A,SO,A,SO,A,SO,A,S

5.2. Aços para Ferrantcntas

TipoAISI

301

M1,M7,M10M2

M3,M4,M30,M33,M34

M6M36M41M42M43M44M46M47

T1,T2,T4,T8T5,T6T15

540 a540 a 595ô

540 a 595ô

540 a 595à

540 a 595ó

540 a 595"510 a 595"

510 a 595"540 a 625"525 a 565"525 a 595"540 a 595b

540 a 595b

540 a 650"tempo de austenrtrzação em os casos e a 5 mrnutos;

óleo; A = ar; S : banho de sal. à Recomenda-se revenimento duplo, compermanência de no mínimo th à temperatura, em cada ciclo. " Recomenda-serevenimento triplo, com permanência de no mínimo th à temperatura, em cada

ciclo.

o baixa distorção na têmpera.

As composiçõcs quíniicas dos principais aços do Grupo P atuahnet)tc em uso

são aprescntadas na Tabela 5.20.Os aços P são aqos dc baixo teor de carbono com teores baixos de elemeutos

de liga, principalrrlcntc cromo, níqucl e molibdônio. A ternperabilidade dos aços

do grnpo varia entrc baixa, como a do a.ço P2 até alta, como no aço P4, quc sc

tempera ao ar.

Tratamcntos tómricos dos a.ços para moldes

r Recozimento - conro os moldes são obtidos por usiuagem (fresagern), é

302 Capítulo 5. Materiais para, Ferramentas

Tabela 5.20: Composições químicas de aços para moldes (Grupo P)

TipoAISI

P2

P3

P4P5

P6

P2A

P27

3,50

4,00

Cr

Composição, %Ni Mo Outros

0,10" 1,00

0,10., 0,600,12 4,500,100 2,25

0,10 1,50

0,35 7,70

0,20 0,25 0,20v-1,1541

esscncial a realização de rccozirneutos subcríticos interrnecliários, na faixade 650oC-750'C. Quando o noldc devc contcr cavidades profundas, podemser neccssários clois a trôs recozirncntos cntrc as etapas de fresagem.

Cementação e têmpera - os moldes der.cm ser cementados por qual-qucr clos mótodos convcncionais. É recomendada uma segunda operação de

tômpera após ccmcntação. A temperatura dc austenitização para têmperaé gcralmentc rnais baixa que a usada para cementação. Uma têmpera diretaa partir cla tcnrpcratura de cementação produz martensita grosseira, comrcsultante rnaior fragilidade.

Revenirnento - estc tratamento, após cementação e têmpera, assegura

a forrnação dc urna carnada externa de martensita revcnida (de dureza e

tenacidacle adequaclas) c um nriclco resistente a choques. No rcveuimento a

tcmperaturas nrais baixas, o tratarnento deve scr mais longo, para corretocucharcluc da scção tla, ferramenta, principahnentc em molclcs ntaiores, paracvitar a criação clc tcnsões interna,s provenientes de um revenirneuto nãouniforrne.

5.3 Carbonetos Sinterizados

Estes materiais são fabricados a partir clc partículas de carbonetos de materiaisrefratários (por exeurpio, tungstênio, titânio e tântalo), sinterizadas juutamente

o máximo