O aço-ferramenta e suas propriedades José Carlos Maciel (*)

Há muito tempo os aços ocupam área de destaque em todos os tipos de indústria, seja a moveleira, com suas peças para torneamento e gravação de desenhos na madeira; a indústria de cutelaria, com talheres prensados em moldes de aço especial para forjamento; a indústria alimentícia, com moldes em aço para fabricação de biscoitos, facas para equipamentos de corte e preparação de carnes de todos os tipos.

Também na linha de plásticos a presença do aço é importante, pois a maioria dos moldes para injeção de plásticos é confeccionada em vários tipos de aços, cada um com suas propriedades, buscando qualidade que atenda ao mercado consumidor, cada dia mais exigente, como na linha de eletrodomésticos, nas montadoras de carros com seus painéis, pára-choques, faróis, espelhos laterais, e um sem fim de outras peças.

O aço, como produto industrial, é uma liga ferro-carbono na qual se adicionam elementos de liga com o propósito de se conseguir propriedades especiais que o deixem em condições de uso dentro dos objetivos para o qual foi fabricado. Os elementos de liga mais usuais são: cromo (Cr), níquel (Ni), tungstênio (W), vanádio (V), molibdênio (Mo), cobalto (Co), manganês (Mn), silício (Si), alumínio (Al), fósforo (P), enxofre (S), entre muitos outros. É a variedade desses elementos nos aços que permite a formação de diferentes tipos de aços.

Os aços conhecidos como aços-ferramenta se destinam à transformação de outros materiais e são produzidos pela Villares Metals, fábrica situada na cidade de Sumaré, a 160km de São Paulo. Ali são produzidos forjados e laminados com alto índice de qualidade, obedecendo as normas ISO 9000, ISO 9002, AS 9000 (aplicação aeronáutica), QS 9000 (aplicação automobilística), Ü – Norm (aplicação na construção civil e de aços inoxidáveis austeníticos) e AD-WO/TRD100 (para aplicações de partes pressurizadas e componentes de vasos de pressão). E se dividem em várias classes: Aços-Ferramenta para trabalho a frio: utilizados no processamento de outros aços, ferros fundidos, metais não-ferrosos e de materiais não-metálicos, em operações diversificadas como corte, dobramento, estampagem, cunhagens, extrusão, trabalhos em madeira, perfurações de rocha, corte de papel, etc. Fazem parte desse grupo os aços VC131, VD2, VF800AT, VND e VW3. Aços para trabalho a quente: destinam-se à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento de aços, ferros fundidos, ligas não-ferrosas. Esses aços são usados em matrizes de forjamento de peças em aços, bronze, latão, injeção e extrusão de alumínio, latão, bronze e outras ligas, injeção de plásticos, forjamento de válvulas automotivas, etc. Fazem parte desse grupo de aços o VMO, VCO, VH13ISO, VPCW, VCM, VW3, Tenax 300 e VHSuper. Aços rápidos: de alta-liga, assim designados pela sua grande capacidade de usinar metais com velocidade de corte maiores do que aquelas possíveis com aços-ferramenta ao carbono ou de baixa e média-liga. Uma de suas mais importantes propriedades é que sua dureza não se altera com o aumento da temperatura pelo atrito durante o trabalho, ou seja, pode aquecer até 550ºC por longos tempos sem perder dureza e sem alterações dos ângulos de corte. Os aços que fazem parte desse grupo são: VK5E, VWM2, VKM42 e os sinterizados Sinter 23 e Sinter 30.

Aços para moldes e matrizes: destinados a moldes e matrizes cujas características mais importantes são uma boa usinabilidade em função de gravuras profundas que são típicas desses moldes; resistência uniforme, para que a deformação durante o processo de injeção e fechamentos dos moldes resista uniformemente a essas forças; polibilidade, exigência para se obter superfícies transparentes durante o processo de injeção, principalmente na confecção de faróis e lanternas para a indústria automotiva e também para a de eletrodomésticos; e soldabilidade, que permite a modificação das gravuras dos moldes sem prejudicar o produto final. Destacamos os aços VP20ISO, VP20IM, VP20ISOF, VP20ISOFS, VP50IM, VP420IM, VH13ISO, VH13IM e VP80.

Para todas as linhas de aços, o complemento mais importante é o tratamento térmico que permite alterar a estrutura do material depois de operações mecânicas como forjamento e laminação, trefilação a frio e a quente, usinagem, soldas de recuperação, para aumentar e diminuir as durezas ou, em outras palavras, tratamentos que colocam o aço na condição de trabalho para o qual foi fabricado. Um aço, após deformação a quente de forjamento ou laminação, apresenta estrutura grosseira e mista, em função de seu resfriamento em geral irregular, próprio desses processos, e com dureza elevada que dificulta operações posteriores, como endireitamento, usinagem, acabamento etc. Nessas condições, o material deve sofrer um tratamento conhecido como recozimento, que visa homogeneizar sua estrutura interna, reduzindo sua dureza e permitindo uma boa usinabilidade e acabamento.

Com o aço, agora recozido e mole, o passo seguinte é sua usinagem para a fabricação das peças que, prontas, devem ser tratadas termicamente, ou seja, ter o aço endurecido, para que possa ficar em condições de ser utilizado. Este tratamento térmico é conhecido como têmpera, seguido obrigatoriamente de um revenimento que deixará as peças com dureza adequada ao trabalho.

Podemos exemplificar com um projeto de molde de aço para injeção de polipropileno, um plástico com propriedades corrosivas. O aço para confecção do molde é o VP420IM, inoxidável, recozido, com 200 HB. Após esquadrejado, o bloco tem sua gravura usinada. Neste momento, temos um bloco com gravura bem próxima daquela final, porém sem ter condições de ser usado, pois está com dureza baixa. A dureza de trabalho dessa peça está na faixa de 46 a 50 HRC. Para atingir estes valores, há necessidade de se fazer a têmpera e o revenimento, de preferência em forno a vácuo, que protege sua superfície. A seguir, o molde será retificado e polido para ser colocado em produção.

Com o processo de usinagem rápida - High Speed Machining - onde as tensões de usinagem são desprezíveis, a confecção do molde pode ser muito mais rápida, partindo-se do bloco de aço já temperado para 46 a 50 HRC, fornecido por seu fabricante, eliminando-se assim a etapa de têmpera e revenimento no molde usinado, momento de grande preocupação dos ferramenteiros, pela possibilidade de deformação durante esse tratamento.

Cada tipo de aço-ferramenta apresenta propriedades e planejamento próprios, da compra do aço, ao projeto da peça, com usinagem e tratamento térmico planejados. O aço, em geral terceirizado, deve vir de empresas que possam garantir uma boa qualidade do mesmo, pois ele é a alma da ferramenta, e um bom aço, se maltratado, gera uma ferramenta de vida curta, fonte de prejuízos financeiros, perda de tempo e atrasos na produção, além do descontentamento do usuário em relação à mesma. (*) José Carlos Maciel é assessor técnico da Villares Metals S/A, do Grupo Sidenor

Fonte: http://www.usinagem-brasil.com.br/artigostecnicos/artigostecnicos52.htm Novo site: Aços-ferramenta Definição Os aços-ferramentas são aqueles utilizados nas operações de corte, formação, afiação e quaisquer outras relacionadas com a modificação de um material para um formato utilizável. Estes aços se caracterizam pelas suas elevadas dureza e resistência à abrasão geralmente associadas à boa tenacidade e manutenção das propriedades de resistência mecânica em elevadas temperaturas. Estas características normalmente são obtidas com a adição de elevados teores de carbono e ligas, como tungstênio, molibdênio, vanádio, manganês e cromo. Boa parte dos aços-ferramenta são forjados, mas alguns também são fabricados por fundição de precisão ou por metalurgia do pó. A seleção da matéria-prima para a fabricação dos aços ferramentas é um fator importante do processo, e a sua seleção costuma ser cuidadosamente realizada inclusive na utilização de sucata. A fusão dos aços-ferramentas é realizada, normalmente, em quantidades relativamente pequenas nos fornos elétricos, tomando-se um especial cuidado com as tolerâncias de composição química e homogeneidade do produto final. Estas e outras particularidades tornam o aço-ferramenta um material de custo mais elevado do que os aços comuns. Classificação Devido às diversas utilizações dos aços-ferramentas, eles são divididos em diferentes tipos de acordo com a sua aplicação e características. São eles: · Aços-rápido: são desenvolvidos para aplicações de usinagem em elevadas velocidades. Existem duas classificações para os aços-rápidos, que são os ao molibdênio (grupo M) e os ao tungstênio (grupo T). Os dois possuem uma performance mais ou menos semelhante. Os do grupo M, entretanto, tem um custo inicial menor. · Aços para trabalho a quente: desenvolvidos para utilização em operações de punçonamento, cisalhamento e forjamento de metais em altas temperaturas sob condições de calor, pressão e abrasão. São identificados como aço H, no sistema de classificação. São divididos em três sub-grupos: ao cromo (que vai do H10 ao H19) , ao tungstênio (H21 ao H26) e ao molibdênio (H42 e H43). · Aços para deformação a frio: por não conter os elementos de liga necessários para possuir resistência a quente, estes aços se restringem a aplicações que não envolvam aquecimentos repetidos ou prolongados em faixas de temperatura de 205 a 260ºC. São divididos em três grupos: aços temperáveis ao ar (grupo A), alto-carbono e alto-cromo (grupo D) e temperáveis em óleo (grupo O) · Aços resistentes ao choque: seus principais elementos de liga são manganês, silício, cromo, tungstênio e molibdênio Quase todos os aços deste tipo (conhecidos como Grupo S) possuem conteúdo de carbono de aproximadamente 0.50%, o que lhes confere uma combinação de elevadas resistência e tenacidade e baixa ou média resistência ao desgaste por abrasão. · Aços baixa-liga para aplicações especiais: contém pequenas quantidades de cromo, vanádio, níquel e molibdênio. A demanda por estes aços vem caindo continuamente, o

que reduziu os seus sub-grupos de sete para apenas dois, ambos temperáveis a óleo. São os aços do grupo L. · Aços para moldagem: estes aços possuem cromo e níquel como principais elementos de liga. Possuem características de baixa resistência ao amolecimento em altas temperaturas. São utilizados quase que exclusivamente em peças fundidas sob pressão ou em moldes para injeção ou compressão de plásticos e são classificados como grupo P. · Aços temperáveis em água: nestes aços o carbono é o principal elemento de liga. São adicionados, também, pequenas quantidades de cromo para aumentar a temperabilidade e a resistência à abrasão, e de vanádio, para manter uma granulação fina, e consequentemente uma maior tenacidade. Pertencem ao grupo W. Aplicações · Aços-rápido: ferramentas, brocas, perfuratrizes, alargadores de furos, machos para abertura de roscas e fresas helicoidais. Alguns graus podem ser utilizados para certas aplicações a frio como laminadores de rosca, punções e matrizes para corte de discos. · Aços para trabalho a quente: os aços ao cromo são utilizados em aplicações de transformações mecânicas a temperaturas elevadas. Os aços ao tungstênio são utilizados como mandris ou matrizes de extrusão para aplicações de alta temperatura, como por exemplo na extrusão de ligas de cobre, ligas de níquel e aço. · Aços para deformação a frio: os do grupo A são aplicados como facas de cisalhamento, punções, corte de chapas para estampagem e matrizes para aparar. Os do grupo D são aplicados em ferramentas de forjamento, rolos de laminação de roscas, estampagem profunda, moldes de tijolo, calibres, operações de brunimento, rolos e facas para corte de tiras. Os do grupo O, por fim, são utilizados em matrizes e punções para corte de chapas para estampagem, rebarbação, trefilação, flangeamento e forjamento. · Aços resistentes ao choque: usados em talhadeiras, formões, contra-rebites, punções, brocas-guia e outras aplicações que requerem elevada tenacidade e resistência ao choque. Aplicação do aço-ferramenta · Aços baixa-liga para aplicações especiais: são utilizados, de um modo geral, em componentes de máquinas como árvores, cames, placas, mandris e pinças de tornos · Aços para moldagem: como o próprio nome sugere, estes aços são utilizados como moldes de vários tipos, para aplicações que requerem a manutenção das características de resistência em temperaturas e pressões elevadas. · Aços temperáveis em água: são utilizados em ferramentas para forjamento a frio, cunhagem de moedas, gravação em relevo, trabalho em madeira, corte de metais duros (machos e alargadores), cutelaria e outras que requeiram resistência ao desgaste por abrasão. Fonte: http://www.infomet.com.br/h_acos_ferramenta.php