Aço AISI D2

No trabalho prático da presente dissertação optou-se por utilizar o aço ligado para ferramentas de trabalho a frio AISI D2 devido às suas propriedades já enumeradas anteriormente e por ser um aço muito utilizado em alguns componentes que fazem parte dos

moldes. Este aço apresenta diversas designações de acordo com a norma utilizada, apresentando-se na Tabela 14 as normas mais comumente utilizadas [68, 79-81].

Tabela 14: Normas equivalentes do aço ligado para ferramenta de trabalho a frio, AISI D2 [68, 79-81].

Norma EURONORM AISI AFNOR DIN ASTM SAE JIS

X160CrMoV12-1 D2 Z160CDV12 X155CrVMo12-1 A 681-94 J438-1970 SKD 11

O aço AISI D2 é um aço ledeburítico, ligado, com alto teor de Carbono e de Crómio. Este aço é caracterizado por uma elevada resistência ao desgaste devido à presença de elevadas percentagens de Crómio, alta resistência à compressão, boa temperabilidade (penetração de têmpera), elevada estabilidade durante o tratamento térmico, boa tenacidade dentro do grupo dos aços de ferramenta e boa resistência ao revenido. Além disso, possuiu uma excelente qualidade para corte e muito boa aptidão à nitruração [82, 83].

Quanto às aplicações, o aço para ferramentas AISI D2 é recomendado para ser utilizado em ferramentas que requerem uma elevada resistência ao desgaste devido à sua composição com elevado teor de Crómio combinada com uma tenacidade moderada (resistência ao choque) [83]. Também é utilizado para ferramentas de laminação de roscas e maxilas, lâminas de corte e cunhos de estampagem para material até 6 mm de espessura, extrusão a frio, cortantes de precisão para espessuras até 12 mm, punções para trabalho a frio, guias de fecho, ferramentas para estampagem profunda, moldes para plásticos com alta resistência ao desgaste e, ainda, em matrizes de extrusão. É importante salientar que seria impensável construir um molde na sua totalidade neste aço. O que acontece é que o aço AISI D2 é utilizado para pequenas partes do molde sujeitas a elevado desgaste, como é o caso das guias. Este aço, no entanto, é utilizado na totalidade, em moldes de embutidura e de conformação plástica [82].

Estes aços são geralmente maquinados pelo processo de eletroerosão de modo a fabricar componentes complexos em detrimento das operações de maquinagem convencional que originam um excesso de desgaste da ferramenta e custos elevados. Apesar das vantagens que o processo de eletroerosão possui, este processo leva à formação de uma camada danificada, tal como já foi referido na revisão bibliográfica, que possui um comportamento à fadiga diferente do comportamento do material base [63].

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Relativamente à composição química deste aço, apresenta-se na Tabela 15 a gama de valores de cada elemento que fazem parte da sua composição química, de acordo com a norma ASTM e SAE (Society of Automotive Engineers) [68]:

Tabela 15: Composição química nominal do aço AISI D2 [68].

Elemento Químico C Mn Si P S Cr Mo V Ni+Cu Co ASTM (% mássica) 1,4-1,6 0,1-0,6 0,1-0,6 0,03 0,03 11-13 0,7-1,2 0,5-1,1 0,75 ---- SAE (% mássica) 1,4-1,6 0,3-0,5 0,1-0,6 ---- ---- 11-13 0,7-1,2 0,8 0,60

Para o estudo da presente dissertação utilizou-se o aço AISI D2 fornecido pela empresa ThyssenKrupp, com a composição química indicada na Tabela 16 [82].

Tabela 16: Composição química do aço utilizado no presente estudo, fornecido pela empresa ThyssenKrupp [82].

Elemento Químico C Cr Mo V

(% mássica) 1,55 12,0 0,7 1,0

Relativamente às propriedades físicas do aço utilizado no estudo, como o coeficiente de dilatação térmica e a condutibilidade térmica, para diferentes temperaturas, as mesmas podem ser observadas na Tabela 17 e Tabela 18, respetivamente. Relativamente aos tratamentos térmicos para este aço, de acordo com a empresa ThyssenKrupp, apresentam-se na Tabela 19 e Tabela 20 as características dos mesmos [82]:

Tabela 17: Coeficiente de dilatação térmica para o aço AISI D2 fornecido pela empresa ThyssenKrupp [82].

Coeficiente de dilatação térmica 20-100 °C 20-200 °C 20-300 °C 20-400 °C

10-6 _{m / (m. °C) 10,5 11,5 11,9 12,2}

Tabela 18: Condutibilidade térmica para o aço AISI D2 fornecido pela empresa ThyssenKrupp [82].

Condutibilidade térmica 20 °C 350 °C 700 °C

W/ (m.K) 16,7 20,5 24,2

Tabela 19: Características dos tratamentos térmicos para o aço AISI D2 fornecidas pela empresa ThyssenKrupp [82].

Tratamento térmico

Temperatura

[°C] Arrefecimento Dureza após tratamento

Recozimento 830-860 Forno Máxima 250 HB (25 HRC)

Têmpera 1000-1050 Óleo, ar ou banho quente

a 500-550 °C 63 HRC

Tabela 20: Características do revenido para o aço AISI D2 fornecidas pela empresa ThyssenKrupp [82].

Tratamento

térmico 100 °C 200 °C 300 °C 400 °C 500 °C 525 °C 550 °C 600 °C

Revenido

(HRC) 63 61 58 58 58 60 56 50

Na Figura 72 é possível observar o diagrama de revenido para o aço AISI D2 em que as zonas de revenido com o efeito de endurecimento secundário situam-se entre os 450 °C e os 525 °C [82].

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Figura 72: Diagrama de revenido para o aço AISI D2 fornecido pela empresa ThyssenKrupp [82].

Através do gráfico da Figura 72 é possível verificar que com a realização de um revenido a uma temperatura na ordem dos 525 °C consegue-se obter uma dureza muito próxima da dureza existente antes do revenido, o que é uma vantagem para o material pois conseguem-se valores de tenacidade e ductilidade mais elevados sem perda de dureza. Além destas características, também é possível observar na Figura 73, o diagrama de tempo-temperatura- transformação não interrompido, para uma temperatura de austenitização de 1030 °C [82].

Figura 73: Diagrama de tempo-temperatura-transformação não interrompido, para uma temperatura de austenitização de 1030 °C, com arrefecimento contínuo para o aço AISI D2 fornecido pela empresa

ThyssenKrupp [82].

Na Tabela 21, apresentam-se algumas propriedades adicionais do aço AISI D2, à temperatura ambiente (20 °C) obtidas da referência [80]:

Tabela 21: Propriedades do aço AISI D2 à temperatura ambiente [80].

Propriedade Valor

Densidade 7,68 kg/dm3

Calor específico 0,439 J/(g.K)

Resistência elétrica específica 0,453 Ω.mm2_/m

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É relevante referir a importância dos tratamentos térmicos de revenido e têmpera, uma vez que estes foram realizados ao aço AISI D2 do presente estudo. A têmpera é utilizada para endurecer o aço ao formar-se martensite na sua microestrutura, ou seja, o seu principal objetivo é a obtenção de uma microestrutura que proporcione dureza e resistência mecânica elevadas. Na têmpera, a peça é aquecida até à temperatura de austenitização e em seguida é arrefecida a uma velocidade superior à velocidade crítica superior de têmpera, ocorrendo o aumento da dureza com a formação de martensite. Além da transformação martensítica com as tensões internas associadas, há o aparecimento de tensões residuais internas devido aos gradientes térmicos. Após têmpera o aço possui baixa ductilidade e baixa tenacidade ao choque. Por esta razão, após têmpera é realizado o revenido, para transformação de martensite em martensite revenida e alívio de tensões. A martensite revenida é uma martensite que libertou Carbono e é menos dura e mais tenaz do que a martensite após têmpera. O revenido é utilizado para corrigir os baixos valores de determinadas propriedades dos materiais (tenacidade e ductilidade). O revenido destina-se a corrigir esses inconvenientes, provocando uma evolução do material para um estado mais próximo do estado de equilíbrio sem atingi-lo completamente. O revenido é um tratamento térmico que consiste num aquecimento a temperaturas inferiores à temperatura eutectóide (A1), estágio a essa temperatura e arrefecimento posterior, geralmente ao ar. As propriedades mecânicas obtidas no revenido dependem das transformações dos constituintes obtidos depois da têmpera [84].