O aço para matrizes de trabalho a frio é usado principalmente para estampagem, corte, conformação, dobra, extrusão a frio, trefilação a frio, matrizes para metalurgia do pó, etc. Requer alta dureza, alta resistência ao desgaste e tenacidade suficiente. Geralmente é dividido em duas categorias: tipo geral e tipo especial. Por exemplo, o aço para matrizes de trabalho a frio de uso geral nos Estados Unidos geralmente inclui quatro classes de aço: 01, A2, D2 e D3. A comparação das classes de aço para matrizes de trabalho a frio de uso geral em vários países é mostrada na Tabela 4. De acordo com a norma japonesa JIS, os principais tipos de aço para matrizes de trabalho a frio que podem ser usados são da série SK, incluindo o aço carbono para ferramentas da série SK, 8 aços-liga para ferramentas da série SKD e 9 aços rápidos da série SKHMO, totalizando 24 classes de aço. A norma chinesa GB/T1299-2000 para aços-liga para ferramentas inclui um total de 11 tipos de aço, formando uma série relativamente completa. Com as mudanças na tecnologia de processamento, nos materiais processados e na demanda por moldes, a série básica original não consegue atender às necessidades. Siderúrgicas japonesas e os principais fabricantes europeus de aços para ferramentas e matrizes desenvolveram aços para matrizes de trabalho a frio de uso especial, formando gradualmente séries específicas de aços para matrizes de trabalho a frio. O desenvolvimento desses aços para matrizes de trabalho a frio também representa a direção de desenvolvimento do aço para matrizes de trabalho a frio.
Aço para matrizes de trabalho a frio de baixa liga e têmpera ao ar
Com o desenvolvimento da tecnologia de tratamento térmico, especialmente a ampla aplicação da têmpera a vácuo na indústria de moldes, visando reduzir a deformação por têmpera, alguns aços de baixa liga temperados ao ar e com microdeformação foram desenvolvidos no Brasil e no exterior. Esse tipo de aço requer boa temperabilidade e tratamento térmico, apresentando baixa deformação, boa resistência e tenacidade, além de certa resistência ao desgaste. Embora os aços para moldes de alta liga para trabalho a frio (como D2 e A2) possuam boa temperabilidade, eles têm alto teor de elementos de liga e são caros. Portanto, alguns aços de baixa liga com microdeformação foram desenvolvidos no Brasil e no exterior. Esse tipo de aço geralmente contém elementos de liga como cromo e manganês para melhorar a temperabilidade. O teor total de elementos de liga é geralmente inferior a 5%. É adequado para a fabricação de peças de precisão com pequenos lotes de produção e moldes complexos. Exemplos de aços GD incluem o A6 dos Estados Unidos, o ACD37 da Hitachi Metals, o G04 da Daido Special Steel, o AKS3 da Aichi Steel, etc. O aço GD chinês, após têmpera a 900 °C e revenido a 200 °C, mantém uma certa quantidade de austenita retida e apresenta boa resistência, tenacidade e estabilidade dimensional. Pode ser utilizado na fabricação de matrizes de estampagem a frio propensas a lascamento e fratura. Possui alta vida útil.
Aço para moldes temperado em chama
Para encurtar o ciclo de fabricação de moldes, simplificar o processo de tratamento térmico, economizar energia e reduzir o custo de fabricação, o Japão desenvolveu aços especiais para moldes de trabalho a frio que requerem têmpera por chama. Exemplos típicos incluem o SX105V (7CrSiMnMoV) e o SX4 (Cr8) da Aichi Steel, o HMD5 e o HMD1 da Hitachi Metal, o aço G05 da Datong Special Steel Company, entre outros. A China desenvolveu o 7Cr7SiMnMoV. Este tipo de aço pode ser utilizado para aquecer a lâmina ou outras partes do molde com um maçarico oxiacetilênico ou outros aquecedores após o processamento do molde, seguido de resfriamento ao ar e têmpera. Geralmente, pode ser utilizado diretamente após a têmpera. Devido à simplicidade do processo, é amplamente utilizado no Japão. O aço 7CrSiMnMoV é um exemplo representativo, apresentando boa temperabilidade. Quando o aço de φ80mm é temperado em óleo, a dureza a uma distância de 30mm da superfície pode atingir 60 HRC. A diferença de dureza entre o núcleo e a superfície é de 3 HRC. Quando temperado por chama, após pré-aquecimento a 180~200°C e aquecimento a 900-1000°C para têmpera com pistola de aspersão, a dureza pode atingir mais de 60 HRC e uma camada endurecida com mais de 1,5mm pode ser obtida.
Aço para matrizes de trabalho a frio de alta tenacidade e alta resistência ao desgaste.
Para melhorar a tenacidade do aço para moldes de trabalho a frio e reduzir a resistência ao desgaste, algumas das principais empresas estrangeiras produtoras de aço para moldes desenvolveram sucessivamente uma série de aços para moldes de trabalho a frio com alta tenacidade e alta resistência ao desgaste. Esse tipo de aço geralmente contém cerca de 1% de carbono e 8% de cromo. Com a adição de molibdênio, vanádio, silício e outros elementos de liga, seus carbonetos são finos e uniformemente distribuídos, e sua tenacidade é muito superior à do aço tipo Cr12, enquanto sua resistência ao desgaste é similar. Apresentam alta dureza, resistência à flexão, resistência à fadiga e tenacidade à fratura, e sua estabilidade à têmpera também é superior à do aço para moldes tipo Cr12. São adequados para punções de alta velocidade e punções multiestação. Os tipos de aço representativos dessa classe são o DC53 japonês, com baixo teor de vanádio, e o CRU-WEAR, com alto teor de vanádio. O DC53 é temperado a 1020-1040°C e sua dureza pode atingir 62-63 HRC após resfriamento ao ar. Pode ser temperado a baixa temperatura (180 ~ 200 °C) e a alta temperatura (500 ~ 550 °C), sua tenacidade pode ser 1 vez maior que a do D2 e seu desempenho à fadiga é 20% superior ao do D2; após forjamento e laminação CRU-WEAR, é recozido e austenitizado a 850-870 °C. A uma taxa de resfriamento inferior a 30 °C/hora, é resfriado a 650 °C e liberado, atingindo uma dureza de 225-255 HB; a temperatura de têmpera pode ser selecionada na faixa de 1020-1120 °C, atingindo uma dureza de 63 HRC; temperado a 480-570 °C, de acordo com as condições de uso, apresenta um notável efeito de endurecimento secundário, resistência ao desgaste e tenacidade superiores aos do D2.
Aço base (aço rápido)
O aço rápido tem sido amplamente utilizado no exterior para a fabricação de moldes de trabalho a frio de alto desempenho e longa vida útil, devido à sua excelente resistência ao desgaste e dureza a quente, como o aço rápido padrão japonês SKH51 (W6Mo5Cr4V2). Para atender às exigências do molde, a tenacidade é frequentemente melhorada reduzindo-se a temperatura de têmpera, a dureza de têmpera ou o teor de carbono no aço rápido. O aço matriz é desenvolvido a partir do aço rápido e sua composição química é equivalente à composição da matriz do aço rápido após a têmpera. Portanto, o número de carbonetos residuais após a têmpera é pequeno e distribuído uniformemente, o que melhora significativamente a tenacidade do aço em comparação com o aço rápido. Os Estados Unidos e o Japão estudaram aços base com as classes VascoMA, VascoMatrix1 e MOD2 no início da década de 1970. Recentemente, foram desenvolvidos os aços DRM1, DRM2, DRM3, etc. Geralmente utilizados em moldes de trabalho a frio que exigem maior tenacidade e melhor estabilidade à têmpera. A China também desenvolveu alguns aços básicos, como o 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb), o 65W8Cr4VTi, o 65Cr5Mo3W2VSiTi e outros. Esse tipo de aço possui boa resistência e tenacidade, sendo amplamente utilizado em extrusão a frio, estampagem a frio de chapas grossas, roldanas de rosca, matrizes de impressão, matrizes de forjamento a frio, etc., podendo também ser utilizado como matriz de extrusão a quente.
Aço para moldes de metalurgia do pó
O aço para matrizes de alta liga para trabalho a frio do tipo LEDB, produzido por processos convencionais, especialmente em materiais de grandes seções, apresenta carbonetos eutéticos grosseiros e distribuição irregular, o que reduz significativamente a tenacidade, a retificabilidade e a isotropia do aço. Nos últimos anos, as principais empresas estrangeiras de aços especiais que produzem aços para ferramentas e matrizes têm se concentrado no desenvolvimento de uma série de aços rápidos e aços para matrizes de alta liga produzidos por metalurgia do pó, o que levou ao rápido desenvolvimento desse tipo de aço. Utilizando o processo de metalurgia do pó, o pó de aço atomizado resfria rapidamente e os carbonetos formados são finos e uniformes, o que melhora significativamente a tenacidade, a retificabilidade e a isotropia do material da matriz. Devido a esse processo de produção especial, os carbonetos são finos e uniformes, e a usinabilidade e o desempenho de retificação são aprimorados, permitindo a adição de maiores teores de carbono e vanádio ao aço, desenvolvendo assim uma série de novos tipos de aço. Por exemplo, as séries DEX da Datong (DEX40, DEX60, DEX80, etc.), da Hitachi Metal, HAP, da Fujikoshi, FAX, VANADIS, da UDDEHOLM, ASP, da Erasteel (França), e os aços para ferramentas e matrizes produzidos por metalurgia do pó da empresa americana CRUCIBLE estão se desenvolvendo rapidamente. Com a formação de séries de aços produzidos por metalurgia do pó, como CPM1V, CPM3V, CPM1OV, CPM15V, etc., sua resistência ao desgaste e tenacidade são significativamente aprimoradas em comparação com os aços para ferramentas e matrizes fabricados por processos convencionais.
Data da publicação: 02/04/2024
