Processos térmicos para aumentar a vida útil de ferramentas confeccionadas em Aço Rápido

Em geral, a composição do Aço Rápido contém tungstênio, cromo, vanádio, carbono e ferro, sendo usado, principalmente, na fabricação de ferramentas de usinagem, as quais trabalham com altas velocidades de corte. Sua relevância é histórica, por ser um importante ator na Segunda Revolução Industrial, ao contribuir para um salto de produtividade nas indústrias da época.

Até hoje é um material fundamental para a metalurgia mundial, por conta de suas propriedades mecânicas de alta resistência ao calor e à abrasão. Nesta matéria, você entenderá mais sobre esse aço e como melhorar as suas propriedades por meio de tratamento térmico.

Entrando em detalhes: o que é o Aço Rápido?

Este é um material com uma história interessante, tendo sido desenvolvido por várias pessoas ao longo do tempo. Mas, sua criação é frequentemente atribuída a dois engenheiros americanos, Frederick Winslow Taylor e Maunsel White. Ambos trabalhavam em uma aciaria chamada Bethlehem Steel, na virada do século, durante a Segunda Revolução Industrial.

Conhecido em inglês por High Speed Steel (HSS), “aço de alta velocidade” em tradução literal para o português, o material foi um importante ator no salto produtivo das indústrias da época. Suas características convenientes à aceleração dos processos – como a alta resistência à abrasão e à temperatura – aumentou drasticamente a velocidade de corte das ferramentas de usinagem.

Como comentado, os Aços Rápidos são assim chamados devido a capacidade de usinarem metais com velocidades de corte superiores às possíveis com outros tipos de aços (como os aços ferramenta, por exemplo). Isso porque, conseguem manter a alta resistência da aresta de trabalho mesmo em temperaturas na ordem de 500°C, desde que não sofram choques térmicos constantes.

Comumente, são utilizados para a fabricação de ferramentas de usinagem, desde as usadas domesticamente – como brocas – até as industriais para corte de outros metais, como fresas e bits, por exemplo.

Principais propriedades do aço rápido

São três as principais propriedades do aço rápido, as quais viabilizam o seu uso em ferramentas de usinagem.

• Dureza à quentura: os Aços Rápidos mantêm sua dureza mesmo em altas temperaturas de operação (~500°C), o que os torna adequados para usinar materiais duros (inclusive metálicos) a altas velocidades de corte.

• Resistência ao desgaste abrasivo: o que contribui para retardar o desgaste da aresta de corte da ferramenta sob condições de trabalho intensas. Essa propriedade, além de permitir uma boa vida útil, também garante que a ferramenta não perderá o fio de corte na área de trabalho.

• Resistência à compressão e à deformação térmica: eles mantêm sua forma e resistem à deformação mesmo em temperaturas elevadas, garantindo uma usinagem precisa.

• Tenacidade: apesar de sua alta dureza, os Aços Rápidos também possuem certa tenacidade, o que os torna menos propensos a quebras e lascamentos durante a aplicação, especialmente onde ocorre o que chamamos de “corte interrompido”, como em dentes de fresas, onde hora o dente está em contato com o material a ser usinado e hora não, gerando microimpactos e acúmulo de tensões durante a operação.

Principais aplicações

Dentre suas principais aplicações, podemos citar as seguinte ferramentas:

• Fresas, brocas, machos, etc – corte rotativo;
• Brocas, guilhotinas, etc – corte linear;
• Punções, pentes e rolos laminadores, etc – trabalho a frio.

Exemplos de Aços Rápidos

Existem diversas formas de se classificar os Aços Rápidos, sendo as mais comuns de acordo com a composição química (material com ou sem cobalto, por exemplo) e de acordo com o processo de fabricação (aços convencionais, aços refundidos e aços sinterizados).

• AISI M2: no Brasil, é o aço de entrada na linha de Aços Rápidos. Apresenta boa resistência ao desgaste, podendo chegar a durezas na ordem de 63/65 HRC.
• AISI M35: é praticamente um AISI M2 com adição de ~5% de cobalto, o que confere uma resistência ao desgaste ainda maior, com leve perda de tenacidade.
• AISI M4: encontrado no mercado brasileiro em sua versão sinterizada (metalurgia do pó), o que lhe confere maior tenacidade e maior resistência ao desgaste se comparado aos dois materiais citados anteriormente.

Existem diversas modificações e evoluções destes materiais disponíveis no mercado, principalmente quando falamos em aços sinterizados, onde, por exemplo, é possível encontrar materiais com teores de cobalto acima de 10%, podendo, inclusive, alcançar durezas na ordem de 70 HRC.

Tratamento térmico do aço rápido

O tratamento térmico para ferramentas confeccionadas em Aços Rápidos pode melhorar suas propriedades, conforme a funcionalidade, contribuindo para o prolongamento de sua vida útil.

De modo geral, a temperatura de austenitização (têmpera) dos Aços Rápidos é acima dos 1.150°C, sendo o mais comum a faixa entre 1.180 e 1.200°C.

Além disso, embora a temperatura de austenitização dos Aços Rápidos seja bem superior à dos aços ferramenta, o tempo em temperatura de austenitização é menor. Ou seja, demanda equipamentos com um bom grau de precisão e controle. Caso contrário, facilmente poderá haver fragilização do material durante o tratamento térmico, mesmo que a dureza esteja dentro da faixa especificada.

Justamente devido a estas características, a montagem da carga (peças) que será tratada é de suma importância. Na verdade, é o fator geométrico um critério a ser levado em consideração de forma rigorosa. Em outras palavras, em um tratamento térmico em forno a vácuo, por exemplo, não se pode colocar peças com fator geométrico muito diferentes em uma mesma carga. Afinal, uma peça menor aquecerá e resfriará mais rápido do que uma peça grande, além de demandar tempos em temperatura de austenitização diferenciados. Se, por exemplo, o tempo for baseado na peça grande, estes poucos minutos a mais que o ideal, em que a peça pequena ficará exposta à temperatura de austenitização, poderá comprometer sua microestrutura de forma definitiva, afetando propriedades, principalmente, como tenacidade e resistência ao desgaste.

Obtendo a melhor resposta dos componentes

Sendo assim, conseguimos obter a melhor resposta dos componentes em Aço Rápido a partir da utilização de fornos precisos, calibrados e aferidos. Mas também, precisamos ter o máximo controle e seleção adequada dos parâmetros de processo durante a têmpera e os revenimentos.

A realização da têmpera em forno a vácuo também contribui para garantir um melhor resultado do tratamento. Isso porque, além de oferecer proteção contra a descarbonetação, permite o controle preciso de temperatura e atmosfera em seu interior. Assim, contribui para a repetibilidade dos bons resultados.

A qualidade que você confia, agora para aço rápido

A ISOFLAMA já processa Aços Rápidos há muito tempo, porém, sempre em “carga fechada”, ou seja, tratamentos dedicados exclusivamente para determinados clientes. No entanto, recentemente, aumentamos nosso catálogo de serviços oferecidos, com o lançamento do tratamento térmico para Aços Rápidos em cargas compartilhadas, respeitando-se com afinco o critério geométrico. Isso significa que agora, as ferramentas confeccionadas nesse tipo de material poderão receber os serviços com a excelência já atestada em mais de 18 anos de experiência.

Nossos processos são realizados em equipamentos de alta tecnologia. No caso do tratamento térmico, como têmpera e revenimento, contamos com fornos a vácuo. Essa tecnologia possibilitam um maior controle de temperatura e pressão, proporcionando um resultado mais eficiente e com alto índice de repetibilidade de bons resultados.

Além da alta tecnologia, a Isoflama compreende os processos térmicos como uma arte. Sabemos que o fator que diferencia um tratamento térmico de excelência dos demais, é mais do que o conhecimento técnico. Na verdade, envolve experiência, capacidade de repetibilidade, prudência no manejo das peças tratadas e habilidades na operação dos equipamentos.

Saiba mais sobre nossos serviços e descubra como podemos contribuir para o aumento da vida útil dos componentes em aço rápido da sua indústria. Fale conosco.