Aço ferramenta: Notas, Propriedades e aplicações

A ferramenta aço está no coração da fabricação moderna, onde precisão e durabilidade são desejadas e exigidas.

É um tipo especializado de aço projetado para suportar os rigores dos processos industriais e de fabricação.

Conhecido por sua dureza excepcional, resistência ao desgaste, e força, a ferramenta aço é crucial em várias indústrias, De automotivo e aeroespacial a eletrônicos e bens de consumo.

Este artigo investiga os tipos de ferramentas de aço, propriedades, e aplicações, Oferecendo informações sobre seu significado e os fatores a serem considerados ao selecionar a nota certa para suas necessidades.

1. O que é ferramenta aço?

A ferramenta Aço é uma categoria especializada de aços de carbono e liga, projetado especificamente para a fabricação de ferramentas. Aqui está o que o torna único:

• Carbono é a espinha dorsal do aço da ferramenta, contribuindo para sua dureza e força. Tipicamente, aços de ferramentas contêm entre 0.7% para 1.5% carbono.
• Elementos de Liga Como cromo, tungstênio, molibdênio, e vanádio são adicionados para aprimorar propriedades específicas:

• • Cromo Aumenta a hardenabilidade, resistência ao desgaste, e resistência à corrosão. Por exemplo, Aços como D2 podem conter até 12% cromo.
  • Tungstênio e molibdênio Aumente a resistência e a resistência ao calor, crucial para aplicações de trabalho de alta velocidade e quentes. Aço M2, um aço comum de alta velocidade, tem por perto 6% tungstênio.
  • Vanádio forma carboneto duro, melhorando a resistência ao desgaste. AISI A11, por exemplo, contém 1.5% vanádio.

A história da ferramenta Aço remonta ao final do século 19, quando a necessidade de ferramentas mais duráveis levou ao desenvolvimento de aços de alta velocidade.

Ao longo do tempo, A evolução do aço da ferramenta viu a introdução de vários graus, cada um adaptado para aplicações específicas:

• W1, W2 (Aços de endurecer a água): Simples, Opções de baixo custo para ferramentas básicas, frequentemente contendo 0.90-1.40% carbono.
• A2, D2, O1 (Aços frios de trabalho): Projetado para aplicações onde a ferramenta não fica quente, com A2 oferecendo alta resistência ao desgaste devido ao seu 5% teor de cromo.
• H13, H19 (Aços de trabalho quentes): Estes podem suportar temperaturas até 1200 ° F, com H13 contendo 5% cromo e 1.5% molibdênio.

2. Tipos de aço de ferramentas

A ferramenta aço é uma categoria versátil de aço, Cada tipo criado para atender às necessidades industriais específicas através de uma combinação única de elementos de liga e tratamentos térmicos.

Aqui está uma exploração detalhada dos diferentes tipos:

Tabela de comparação: Tipos de aço da ferramenta

Tipo	Principais recursos	Aplicativos
W-Type (Endurecimento de água)	Econômico, alta força	Ferramentas manuais, Ferramentas de madeira
Trabalho frio (Ó, UM, D)	Alta resistência ao desgaste, estabilidade dimensional	Matrizes de estampagem, Ferramentas de corte, Facas de corte
S-Type (Resistente a choques)	Alta tenacidade, resistência ao impacto	Cinzéis, bits de benquedas, socos
H-Type (Trabalho quente)	Resistência à fadiga térmica, alta resistência	Moldes para fundição sob pressão, Ferramentas de forjamento quente
HSS (M, T)	Resistência ao calor, Altas velocidades de corte	Exercícios, fresas finais, Ferramentas de corte de precisão
Propósito especial	Adaptado para tarefas específicas	Moldes de plástico, Ferramentas industriais de nicho

3. Propriedades do aço da ferramenta

As propriedades da Tool Steel são o que a torna indispensável no mundo da fabricação e fabricação de ferramentas. Aqui está uma análise aprofundada das principais propriedades:

Dureza e Resistência:

• • Dureza: A dureza da Tool Steel é sua capacidade de resistir ao recuo, coçando, ou deformação. Esta propriedade é fundamental para ferramentas que precisam manter uma ponta nítida ou resistir ao desgaste. Por exemplo:

• • • Aço D2 pode alcançar uma dureza rockwell c de 57-62, tornando -o ideal para aplicações que requerem alta resistência ao desgaste.

• • Resistência: Enquanto a dureza é essencial, A resistência garante que o aço possa absorver energia sem fraturar. Um equilíbrio entre dureza e resistência é crucial:

• • • A2 Aço oferece um bom equilíbrio, com dureza de 55-59 HRC após a temperatura, Mas com maior resistência em comparação com D2, tornando -o adequado para ferramentas que experimentam cargas de impacto.

Resistência ao desgaste:

• • Esta propriedade é vital para ferramentas que sofrem desgaste abrasivo, como ferramentas de corte, morre, e socos.
    A presença de carbonetos duros, formado por elementos como cromo, vanádio, e tungstênio, Aumenta significativamente a resistência ao desgaste:

• • • Aços rápidos Como M2, com 6% tungstênio e 5% molibdênio, pode manter sua vantagem mesmo após o uso prolongado devido à formação de carbonetos duros durante o tratamento térmico.

Resistência ao Calor:

• • Para ferramentas que operam em ambientes de alta temperatura, A resistência ao calor é fundamental para evitar amolecimento ou distorção:

• • • Aços da ferramenta de trabalho quente como o H13 Manter 90% de sua dureza a 1100 ° F, tornando -os adequados para o elenco de morrer, forjamento, e extrusão onde a ferramenta encontra altas temperaturas.

Usinabilidade:

• • Alguns aços de ferramentas são projetados para serem usinados com relativa facilidade, Reduzindo o desgaste da ferramenta durante os processos de modelagem:

• • • O1 Aço é conhecido por sua boa usinabilidade, facilitando a forma de formas complexas antes de endurecer.

Estabilidade Dimensional:

• • Ferramentas de precisão requerem materiais que mantêm sua forma sob alterações de estresse ou temperatura:

• • • A2 Aço tem excelente estabilidade dimensional, Garantir que ferramentas como medidores e instrumentos de medição mantenham sua precisão ao longo do tempo.

Propriedades adicionais:

• Resistência à corrosão: Alguns aços de ferramentas, particularmente aqueles com maior teor de cromo, como aços de ferramentas inoxidáveis, oferecer resistência à ferrugem e corrosão,
  o que é crucial para ferramentas usadas em ambientes úmidos ou corrosivos.
• Condutividade Térmica: Esta propriedade afeta como o calor é transferido através da ferramenta, influenciando taxas de resfriamento e expansão térmica:

• • Aço H13 tem condutividade térmica relativamente alta, o que ajuda a dissipar o calor durante as aplicações de trabalho quente.

• Resistência à fadiga: As ferramentas que sofrem de carga cíclica se beneficiam de aços com alta resistência à fadiga:

• • Aço S7 se destaca a este respeito, tornando -o adequado para ferramentas submetidas a impactos repetidos.

• Módulo Elástico: Isso mede a rigidez do aço, indicando quanto ele se deformará sob carga:

• • Aços rápidos geralmente tem um módulo de elasticidade mais alto, permitindo que eles mantenham sua forma sob forças de corte.

Propriedades de equilíbrio:

• Compensações: Conseguir um equilíbrio ideal entre essas propriedades é frequentemente um desafio. Por exemplo:

• • Aumentar a dureza geralmente diminui a resistência, Tornando o aço mais quebradiço.
  • Melhorar a resistência ao desgaste pode comprometer a usinabilidade.

• Tratamento térmico: As propriedades do aço da ferramenta podem ser significativamente alteradas através do tratamento térmico:

• • Têmpera aumenta a dureza, mas pode tornar o aço quebradiço se não for seguido por temperamento.
  • Temperamento reduz a fragilidade, permitindo que parte da martensita se transforme em microestruturas mais difíceis, mas à custa de alguma dureza.

• Elementos de Liga: A adição de elementos específicos como o cromo, tungstênio, molibdênio, e Vanadium adapta as propriedades do aço:

• • Cromo aprimora a hardenabilidade, resistência ao desgaste, e resistência à corrosão.
  • Vanádio forma carboneto duro, melhorando a resistência ao desgaste.
  • Tungstênio e molibdênio Aumentar a resistência e a resistência ao calor.

Tabela Resumo: Propriedades -chave do aço da ferramenta

Propriedade	Descrição	Notas -chave
Dureza	Resistência à deformação sob pressão	D2, O1, H13
Resistência	Capacidade de suportar o impacto sem quebrar	S7, A2
Resistência ao desgaste	Longevidade em condições abrasivas	D2, M2
Resistência ao Calor	Mantém propriedades a altas temperaturas	H13, H21
Usinabilidade	Facilidade de cortar e modelar	O1, A2
Estabilidade Dimensional	Distorção mínima durante o uso ou tratamento térmico	A2, H13
Resistência à corrosão	Resistência à oxidação e ferrugem	A2, D2
Resistência ao Impacto	Suporta pesados choques mecânicos	S1, S7
Condutividade Térmica	Dissipação de calor eficiente durante a operação	Série H
Resistência à fadiga	Desempenho sob repetidos ciclos de estresse	O-Series, Série S

4. Tratamento térmico do aço da ferramenta

O tratamento térmico é um processo crítico na fabricação de aço de ferramentas, Transformando a microestrutura do aço para desenvolver as propriedades mecânicas desejadas.

Aqui está uma visão detalhada dos processos de tratamento térmico:

Importância do tratamento térmico:

• • O tratamento térmico aprimora a dureza do aço da ferramenta, resistência, e resistência ao desgaste, Adaptando essas propriedades para se adequar a aplicações específicas.
    Por exemplo, Uma broca requer alta dureza para cortar efetivamente, Enquanto um martelo precisa de resistência para suportar os impactos.

Processos básicos de tratamento térmico:

• • Têmpera: Isso envolve aquecer o aço a uma temperatura acima do seu ponto de transformação crítico, seguido de resfriamento rápido em um meio de têmpera como água, óleo, ou ar.
    O resfriamento rápido prende carbono em um difícil, Estrutura de martensita quebradiça. Por exemplo, O1 aço pode ser extinto em petróleo para obter uma dureza de 60-64 CDH.
  • Temperamento: Depois de temperar, O aço é quebradiço. A temperamento envolve reaquecer o aço a uma temperatura mais baixa, normalmente entre 300 ° F a 600 ° F, para reduzir a fragilidade, mantendo parte da dureza.
    Temperador a 400 ° F para a2 aço, por exemplo, pode produzir uma dureza de 55-59 HRC com tenacidade aprimorada.
  • Endurecimento de casos: Este processo adiciona um difícil, Camada externa resistente ao desgaste, mantendo o núcleo difícil.
    Isso é feito por carburismo, nitretação, ou cianena, onde átomos de carbono ou nitrogênio se difundem na camada de superfície. O aço m2 pode atingir uma dureza superficial de over 70 HRC através deste método.
  • Tratamento criogênico: Além dos tratamentos térmicos tradicionais, O tratamento criogênico envolve o resfriamento do aço em temperaturas muito baixas (geralmente abaixo de -300 ° F.)
    Para melhorar ainda mais a dureza e a resistência ao desgaste, reduzindo a austenita retida, uma fase mais suave em aço.

Efeitos do tratamento térmico:

• • Dureza: O tratamento térmico aumenta significativamente a dureza do aço, tornando -o capaz de manter uma borda nítida ou resistir ao recuo.
    Por exemplo, O aço D2 pode alcançar uma dureza Rockwell C de 57-62 Após tratamento térmico adequado.
  • Resistência: Enquanto a dureza é aumentada, A resistência pode ser comprometida se não for adequadamente equilibrada.
    A temperatura é crucial aqui, pois reduz a fragilidade, permitindo que parte da martensita se transforme em microestruturas mais difíceis como martensita temperada.
  • Resistência ao desgaste: A formação de carbonetos duros durante o tratamento térmico, especialmente em aços de alta velocidade, melhora muito a resistência ao desgaste,
    permitindo que as ferramentas cortassem ou forem materiais por períodos prolongados.
  • Estabilidade Dimensional: O tratamento térmico adequado garante que as ferramentas mantenham sua forma sob alterações de estresse ou temperatura,
    o que é vital para ferramentas de precisão como medidores e instrumentos de medição.

Principais considerações:

• Atmosfera de tratamento térmico: A atmosfera durante o tratamento térmico pode afetar as propriedades do aço.
  Por exemplo, Uma atmosfera rica em nitrogênio pode melhorar a dureza da superfície através da nitreta.
• Meio de extinção: A escolha do meio de têmpera afeta a taxa de resfriamento e, consequentemente, as propriedades finais do aço.
  A água fornece a taxa de resfriamento mais rápida, Mas petróleo ou ar podem ser usados para menos distorção e rachaduras.
• Controle de temperatura: O controle preciso das temperaturas de aquecimento e resfriamento é essencial para alcançar as propriedades desejadas sem introduzir defeitos como rachaduras ou deformação.
• Tratamento pós-calor: Após tratamento térmico, As ferramentas geralmente sofrem processos adicionais, como alívio do estresse,
  que pode reduzir as tensões internas, ou tratamentos de superfície como revestimento ou polimento para melhorar ainda mais o desempenho.

5. Aplicações de aço de ferramentas

Ferramentas de corte

• Exercícios: Usado para criar orifícios em vários materiais. Aço rápido (HSS) exercícios, como m2, são comumente usados para perfurar metais duros.
• Amerizadores: Usado para aumentar e suavizar os orifícios existentes. Os revendedores HSS fornecem acabamentos precisos e suaves.
• Vias de vias: Usado para cortar madeira, metal, e outros materiais. Aços da ferramenta de trabalho frio como D2 são frequentemente usados para lâminas de serra devido à sua alta resistência ao desgaste.

Morre e socos

• Estampagem: Usado para formar chapas de metal em formas específicas. Aços da ferramenta de trabalho a frio como D2 e A2 são ideais para carimbar matrizes devido à sua alta dureza e resistência ao desgaste.
• Forjamento: Usado para moldar o metal comprimindo -o sob alta pressão. Aços da ferramenta de trabalho quente como H13 são adequados para forjar matrizes devido à sua excelente resistência ao calor.
• Extrusão: Usado para forçar o metal através de um dado para criar perfis de seção transversal específicos.
  Aços da ferramenta de trabalho a quente são frequentemente usados para matrizes de extrusão devido à sua capacidade de suportar altas temperaturas.

Moldes

• Moldagem por injeção: Usado para produzir peças plásticas injetando plástico fundido em um molde.
  Aços de ferramentas de uso especial como P20 e 718 são comumente usados para moldes de injeção devido à sua boa polimento e resistência à corrosão.
• Fundição sob pressão: Usado para produzir peças de metal forçando o metal fundido a um molde. Aços da ferramenta de trabalho quente como H13 são ideais para moldes de fundição devido à sua alta resistência e resistência ao calor.

Medidores e instrumentos de medição

• Pinças: Usado para medir as dimensões dos objetos. Aços da ferramenta de trabalho a frio como A2 são frequentemente usados para pinças devido à sua estabilidade dimensional.
• Micrômetros: Usado para medir distâncias precisas. Aços da ferramenta de trabalho a frio com estabilidade de alta dimensão são ideais para micrômetros.
• Medidores: Usado para verificar as dimensões das peças. Aços da ferramenta de trabalho frio como D2 são comumente usados para medidores devido à sua alta resistência ao desgaste.

Ferramentas de poço de mineração e petróleo

• Brocas: Usado para perfurar orifícios em rocha e solo. Aços de alta velocidade como M2 são frequentemente usados para brocas devido à sua capacidade de cortar em alta velocidade.
• Ferramentas de fundo de poço: Usado em extração de petróleo e gás. Aços da ferramenta de trabalho quente como H13 são adequados para ferramentas de fundo de poço devido à sua excelente resistência ao calor e força.

Outras ferramentas

• Facas: Usado para cortar vários materiais. Aços da ferramenta de trabalho frio como D2 e A2 são frequentemente usados para facas devido à sua alta dureza e resistência ao desgaste.
• Tesoura: Usado para cortar papel, tecido, e outros materiais finos. Aços da ferramenta de trabalho frio como A2 são ideais para tesoura devido ao seu equilíbrio de dureza e resistência.
• Cinzéis: Usado para esculpir e moldar madeira e pedra. Aços de ferramentas resistentes a choques como S7 são adequados para formões devido à sua alta resistência e capacidade de suportar o impacto.

6. Selecionando a ferramenta correta aço

Fatores a considerar

• Tipo de Operação: Corte, formando, ou outras operações específicas.
• Condições operacionais: Temperatura, estresse, e fatores ambientais.
• Material que está sendo trabalhado: As propriedades do material sendo processado.
• Custo versus. Análise de desempenho: Equilibrando o custo do aço da ferramenta com os requisitos de desempenho.

Guia sobre como escolher com base em necessidades específicas

1. Identificar o aplicativo: Determinar o uso específico da ferramenta.
2. Avalie as condições operacionais: Avalie a temperatura, estresse, e fatores ambientais.
3. Considere propriedades materiais: Entender as propriedades do material que está sendo trabalhado.
4. Avalie o custo e o desempenho: Compare o custo de diferentes aços de ferramentas com seus benefícios de desempenho.
5. Consulte especialistas: Procure aconselhamento de metalurgistas ou fornecedores de aço de ferramentas para garantir a melhor seleção.

8. Desafios e Considerações

Custo

• Material caro: O aço para ferramentas pode ser caro, especialmente para classes de alto desempenho.
  No entanto, o investimento inicial geralmente compensa em termos de maior vida útil da ferramenta e redução do tempo de inatividade.
• Impacto Econômico: Considere a relação custo-benefício geral do uso de aço para ferramentas em sua aplicação.
  Por exemplo, enquanto o aço D2 pode ser mais caro que o aço W1, sua resistência superior ao desgaste pode levar a menores custos de manutenção ao longo do tempo.

Manutenção

• Inspeção Regular: Inspecione regularmente as ferramentas em busca de sinais de desgaste e danos para evitar falhas inesperadas.
• Armazenamento adequado: Armazene as ferramentas em local seco, ambiente controlado para evitar ferrugem e corrosão. O armazenamento adequado pode prolongar a vida útil de suas ferramentas.
• Limpeza e Lubrificação: Limpe e lubrifique as ferramentas para manter seu desempenho. A manutenção regular pode melhorar significativamente a longevidade de suas ferramentas.

Impacto Ambiental

• Reciclagem: Considere a reciclagem de aço da ferramenta antiga para reduzir o desperdício e o impacto ambiental. Muitos fabricantes de aço de ferramentas oferecem programas de reciclagem.
• Disposição: Siga as diretrizes adequadas de descarte para minimizar os danos ambientais. O descarte adequado garante que os materiais perigosos sejam tratados com segurança.

9. Tendências Futuras

Avanços na ferramenta metalurgia de aço

• Novas ligas: Desenvolvimento de novas ligas com propriedades aprimoradas, como melhor resistência ao desgaste e resistência ao calor.
  Por exemplo, Os pesquisadores estão explorando o uso de nanotecnologia para criar estruturas de grãos ultrafinos em aços de ferramentas.
• Controle de Microestrutura: Técnicas avançadas para controlar a microestrutura do aço da ferramenta para otimizar o desempenho.
  Taxas de microalloying e resfriamento controlado estão sendo usadas para obter microestruturas específicas.

Desenvolvimento de novas ligas ou tratamentos

• Tratamentos de Superfície: Novos tratamentos de superfície para melhorar a resistência ao desgaste e a resistência à corrosão. Nitrafiagem de plasma e carbono semelhante a diamante (DLC) Os revestimentos estão ganhando popularidade.
• Fabricação Aditiva: Uso de impressão 3D para criar peças de aço de ferramentas complexas com geometrias precisas.
  A fabricação aditiva permite a criação de projetos complexos que são difíceis de alcançar com os métodos de fabricação tradicionais.

10. Conclusão

Aço ferramenta é um material vital em fabricação e indústria, oferecendo dureza excepcional, resistência ao desgaste, e força.
Compreendendo os diferentes tipos de aço de ferramentas, suas propriedades, E suas aplicações são cruciais para selecionar o material certo para suas necessidades específicas.
Considerando fatores como o tipo de operação, condições operacionais, e propriedades dos materiais, Você pode tomar decisões informadas que garantem desempenho e custo-benefício ideais.
À medida que a tecnologia continua a avançar, O futuro da ferramenta aço parece promissor, com novas ligas e tratamentos aprimorando ainda mais suas capacidades.

Esperamos.
Se você tiver alguma dúvida ou precisar de mais assistência, sinta-se à vontade para entre em contato conosco.