Fatores que devem ser observados na escolha do aço

A escolha do melhor aço para uma determinada finalidade deve levar em conta um equilíbrio entre tenacidade, resistência ao desgaste e tensão limite à compressão (associada à dureza). Alguns aços ferramenta, por exemplo, são projetados para a construção de blocos de matrizes, alguns para moldes de produção e outros para trabalho a quente, e ainda outros para aplicações de corte de alta velocidade. Os aspectos de cada um destes fatores são apresentados abaixo.

Tenacidade

A tenacidade de um aço tende a diminuir com o aumento do teor dos elementos de liga. A tenacidade do aço também é afetada pelo processo de produção do mesmo. A metalurgia do pó em geral fornece tenacidade mais alta do que o processo convencional. Observe as diferenças na figura abaixo, para alguns aços ferramentas de uso comum.

Comparação das três propriedades para vários aços.

Resistência ao desgaste

O aumento dos teores dos elementos de liga em geral, conduz ao aumento da resistência ao desgaste (ver figura acima). Os carbonetos têm um papel importante na resistência ao desgaste do aço. A maioria dos carbonetos é formada quando os elementos de liga como vanádio, molibdênio e cromo combinam-se com o carbono durante a solidificação do aço. Maiores Porcentuais de carbonetos melhoram a resistência ao desgaste mas reduzem a tenacidade.

Tensão limite à compressão

Dois fatores afetam a resistência à compressão: o teor de liga e a dureza. Elementos de liga como o molibdênio e o tungstênio contribuem para o aumento da resistência à compressão. Normalmente quanto mais maior a dureza de um dado aço,  maior também será o seu limite à compressão.

Considerações sobre os tratamentos superficiais e o aumento da dureza

Os tratamentos superficiais tem, em geral, como principal função, o de prolongar a vida útil das ferramentas. Estes tratamentos aumentam a dureza superficial e a resistência ao desgaste e também contribuem para a redução do coeficiente de atrito. A dureza fornece uma indicação da resistência ao desgaste e lubricidade para um dado tratamento. Tipos de tratamentos superficiais são portanto também considerados critérios de escolha.

O processo PVD, por exemplo, pode aumentar a vida de uma ferramenta de precisão de aço rápido com alto teor de liga, mas não resolve o problema de desgaste de uma matriz com tolerâncias estreitas nem impede a flexão de punções submetidos a altas cargas. Tratamentos que produzem maiores valores de dureza , como o revestimento com carboneto de titânio e a difusão térmica produzem camadas superficiais mais espessas, mas exigem uma grande quantidade de calor, o que inviabiliza seu uso em muitas aplicações.

A figura abaixo lista os valores de durezas para vários tipos de revestimentos superficiais. Os valores são expressos em escala Vickers devido à pequena espessura das camadas.

Dureza para tipo de tratamento superficial

Outras considerações para a escolha do aço ferramenta

Além dos critérios apresentados, existem outros fatores, como a temperatura de trabalho e o grau de deformação durante a têmpera, quando aplicável. O quadro abaixo especifica de forma resumida, indicações gerais para a escolha de aços ferramenta.

Critérios qualitativos para seleção do aço

Apesar de existirem mais de 100 tipos de aços-ferramenta normalizados internacionalmente, para as mais diversas aplicações e solicitações, a indústria trabalha com uma gama relativamente reduzida de opções. São preferidos aqueles que possuem suas propriedades e desempenhos consagrados ao longo do tempo, como, por exemplo, os aços H13, D2 e M2.

De qualquer forma a escolha de um aço requer uma análise detalhada de toda a gama de fatores incluindo ainda parâmetros como volume de produção, vida útil da ferramenta e custos associados, etc...

Classificação dos Aços Ferramenta pelo tipo de aplicação

Classe I - aços usados para ações de cisalhamento ou corte, como matrizes de corte, ferramentas de corte em geral, matrizes de conformação de blanks, matrizes de aparar etc...

Classe II - aços usados na confecção de ferramentas para conformação de peças através de fluxo do material sob tração, por trabalho a frio ou a quente. Aqui se incluem matrizes de estampagem e dobramento, matrizes de forjamento etc... Esta classe inclui moldes para plásticos e moldes para fundição.

Classe III - aços para trabalhos de transformação de materiais atuando na modificação da forma, sem mudança das dimensões originais. Incluem-se aqui matrizes de flexão, matrizes de dobramento e matrizes de torção.

Classe IV - aço para matrizes que trabalham sob alta pressão e que produzem fluxo do metal ou outro material até a forma desejada, por efeito de compressão. Esta classe inclui matrizes de embutimento, de gravação, de recalque, de extrusão, de fendilhamento, etc... É importante ter suficiente informação a respeito da composição do material da ferramenta ou da matriz, do tipo de tratamento térmico usado e do tipo de trabalho que a ferramenta vai executar. A organização em classes é apenas uma indicação geral de uso, não representando sozinha uma diretriz para a seleção de aços ferramenta.

Fonte: Portal CIMM

Técnica Nova faz Previsão de Quebra de um Metal

Nas pesquisas foram utilizados um sensor
de raios laser e uma câmeras de alta velocidade
para monitorar a temperatura e a quebra das
peças metálicas. [Imagem: LSU]

As máquinas, por mais aperfeiçoadas que sejam, um dia quebram. Para evitar os prejuízos ou os danos catastróficos de um acidente, a saída é: manutenções preventivas. O difícil é equilibrar entre parar demais a máquina para verificações ou correr o risco de que ela se quebre. Por outro lado, nenhuma manutenção preventiva é boa o suficiente para evitar totalmente as quebras.

O professor Michael Khonsari e sua equipe da Universidade da Louisiana, nos EUA, deram um salto no conhecimento sobre a fadiga dos materiais. Eles desenvolveram uma técnica, e a demonstraram na prática, que é capaz de prever quando um equipamento mecânico está próximo de atingir o ponto de quebra.

"Antes do nosso trabalho, as pesquisas relativas à fadiga eram lentas e incrementais," disse Khonsari. 

"Há possibilidades para que isso seja aplicado em quase todos os aspectos de nossas vidas. Imagine ser capaz de saber com antecedência quando a peça de um avião vai quebrar, quando a hélice de um helicóptero vai rachar ou quando os freios de um carro vão falhar. Coisas como estas são possíveis com a aplicação do nosso trabalho."

EntropiaTodo este entusiasmo se justifica pelo fato de terem descoberto que a degradação resulta em uma desordem dentro do material e de um aumento mensurável em sua entropia - um princípio termodinâmico que se manifesta na forma de um aumento na temperatura.

"Nós verificamos que a maioria dos metais responde da mesma forma quando submetido a um estresse cíclico externo que causa fadiga. Embora qualquer tipo de esforço repetitivo - flexão, torção, tensão ou compressão - resulte em um aumento da temperatura, os momentos imediatamente anteriores à quebra são precipitados por um aumento súbito e drástico na temperatura," explicou Khonsari.

"Além disso, determinamos que, conforme um metal se degrada, a quantidade de desordem gerada dentro dele continua a subir até um valor máximo pouco antes da fratura. E esse valor máximo passa a ser uma propriedade única do metal. Esta descoberta significa que podemos antecipar o momento da falha e desligar [o equipamento] antes desse momento chegar." concluiu ele.

A equipe agora está testando um sistema de sensores capazes de monitorar as peças e disparar o alarme na iminência da quebra.

Fonte: Inovação Tecnológica