Cr12 vs Cr12MoV – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Cr12 e Cr12MoV são aços para ferramentas de alto cromo e alto carbono amplamente utilizados para ferramentas de trabalho a frio, lâminas de corte, punções e matrizes. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam um dilema de seleção entre priorizar a resistência ao desgaste (para longa vida útil e tolerâncias apertadas) e priorizar a resistência a lascas e fraturas (para corte por impacto ou interrompido). A principal diferença prática entre essas ligas reside no equilíbrio entre tenacidade e resistência ao desgaste produzido por adições deliberadas de Mo e V em Cr12MoV.

Ambos os aços são frequentemente comparados porque compartilham uma química base rica em cromo e alto carbono que produz carbonetos duros e alta dureza após o tratamento térmico, enquanto as variações de liga produzem diferenças significativas em endurecibilidade, endurecimento secundário e dispersão de carbonetos — fatores que determinam o desempenho em serviço e as escolhas de processamento.

1. Normas e Designações

Normas e designações comuns sob as quais Cr12 e Cr12MoV ou ligas equivalentes próximas são encontradas:

• GB/T (China): Cr12 é uma designação doméstica; Cr12MoV é a variante ligada a Mo e V.
• EN: Famílias de aços para ferramentas comparáveis são designadas como série D (por exemplo, D2) ou série X dependendo da liga; equivalentes devem ser verificados pela química.
• JIS: Normas japonesas de aços para ferramentas listam aços de trabalho a frio de alto cromo sob a série JS; verifique a correspondência química exata.
• ASTM/ASME: Aços para ferramentas são cobertos sob ASTM A600/A681 para barras de aço para ferramentas e outras especificações — faça a referência cruzada pela composição.
• Classificação: Tanto Cr12 quanto Cr12MoV são aços para ferramentas de alto carbono e alto cromo (família de aços para ferramentas). Eles não são inoxidáveis (no sentido de resistência à corrosão), nem são aços estruturais HSLA.

Confirme sempre a equivalência verificando a composição química real e os requisitos de propriedades mecânicas nos certificados dos fornecedores.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Composições nominais típicas (wt%) comumente especificadas para as ligas comerciais Cr12 e Cr12MoV. Estes são intervalos representativos usados pelos fabricantes; verifique os certificados reais do moinho para compras.

Elemento	Cr12 (típico, wt%)	Cr12MoV (típico, wt%)
C	1.35 – 1.65	1.35 – 1.65
Mn	0.20 – 0.60	0.20 – 0.60
Si	0.20 – 0.80	0.20 – 0.80
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	11.0 – 13.0	11.0 – 13.0
Ni	≤ 0.30	≤ 0.30
Mo	≤ 0.10 (geralmente traço)	0.20 – 1.00
V	≤ 0.10 (geralmente traço)	0.05 – 0.50
Nb	≤ 0.02	≤ 0.02
Ti	≤ 0.02	≤ 0.02
B	≤ 0.001	≤ 0.001
N	Traço	Traço

Como os elementos de liga afetam as propriedades: - Carbono (C): Elemento de endurecimento primário; alto C promove alta dureza via formação de carbonetos, mas reduz soldabilidade e tenacidade. - Cromo (Cr): Promove a formação de carbonetos duros de cromo (semelhantes a M7C3/M23C6 em aços de alto C), melhora a resistência ao desgaste e contribui para a endurecibilidade. - Molibdênio (Mo): Aumenta a endurecibilidade, refina a matriz de carbonetos, confere endurecimento secundário e resistência a altas temperaturas, e melhora a tenacidade em comparação com um equivalente sem Mo. - Vanádio (V): Forma carbonetos de vanádio muito duros e finos que refinam o grão e melhoram a resistência ao desgaste e à abrasão; contribui para o endurecimento secundário e a tenacidade ao fixar as fronteiras do grão. - Manganês e Silício: Desoxidantes e modificadores de resistência/endurecibilidade em quantidades modestas. - P, S: Mantidos baixos para evitar problemas de fragilização e usinabilidade.

Cr12 é otimizado para maximizar o conteúdo de carbonetos de cromo para resistência ao desgaste com mínimo de Mo e V. Cr12MoV adiciona Mo e V para melhorar a endurecibilidade, tenacidade e dispersão de carbonetos em detrimento de leves aumentos de custo e diminuição da soldabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Como laminado ou normalizado: Mistura de martensita temperada/ferrita com carbonetos ricos em cromo dispersos (semelhantes a Cr7C3/Cr23C6) e carbonetos secundários. Cr12 apresenta carbonetos de cromo mais grossos; Cr12MoV apresenta carbonetos mais finos e mais uniformemente distribuídos com precipitados ricos em Mo e V. - Após têmpera e revenimento: Matriz predominantemente martensítica com uma rede de carbonetos de cromo estáveis e finos carbonetos de Mo/V para Cr12MoV. Cr12 tende a reter redes de carbonetos maiores e contínuas que maximizam a resistência à abrasão, mas podem atuar como locais de iniciação de trincas sob cargas de impacto.

Resposta ao tratamento térmico: - Normalização: Refina o grão e ajuda a dissolver alguns carbonetos; útil antes da usinagem ou processamento adicional. - Endurecimento (austenitização e têmpera): As temperaturas típicas de austenitização para aços para ferramentas da família Cr12 são altas (por exemplo, faixa de 1000–1050°C dependendo do tamanho da seção e composição) para dissolver carbonetos o máximo possível para máximo endurecimento secundário; siga as orientações do fornecedor. A têmpera rápida (óleo ou óleo interrompido) produz martensita; o conteúdo de liga controla a austenita retida e a endurecibilidade. - Revenimento: Realizado em múltiplas etapas de revenimento para reduzir a austenita retida, desenvolver dureza secundária (especialmente em ligas contendo Mo) e aliviar tensões. Cr12MoV frequentemente exibe endurecimento secundário mais forte devido aos carbonetos de Mo/V; isso permite um equilíbrio ligeiramente melhor entre tenacidade/dureza após o revenimento.

Processamento termo-mecânico (laminação controlada, forjamento) pode melhorar a tenacidade e a uniformidade dos carbonetos, sendo particularmente benéfico para Cr12MoV para explorar sua liga para carbonetos refinados.

4. Propriedades Mecânicas

Intervalos típicos de propriedades mecânicas após a têmpera e revenimento apropriados; os valores variam com a receita de tratamento térmico, tamanho da seção e fornecedor. Confirme os valores a partir dos relatórios de teste do moinho para o projeto.

Propriedade	Cr12 (intervalo típico)	Cr12MoV (intervalo típico)
Resistência à tração (MPa)	900 – 1800	1000 – 2000
Resistência ao escoamento (MPa)	700 – 1500	800 – 1700
Alongamento (%)	2 – 10	2 – 12
Tenacidade ao impacto (J, Charpy)	Baixa a moderada; melhorada com revenimento	Moderada; geralmente mais alta que Cr12 para dureza similar
Dureza (HRC)	55 – 62 (endurecido através)	55 – 62 (endurecido através); pode reter dureza melhor em seções maiores

Explicação: - A resistência e dureza são principalmente impulsionadas pelo carbono e pela matriz martensítica; ambas as ligas podem alcançar dureza máxima semelhante. Cr12MoV frequentemente atinge dureza comparável enquanto oferece melhor tenacidade e endurecimento através devido ao Mo e V. - Tenacidade: Cr12MoV é tipicamente mais tenaz (menos frágil) em dureza equivalente porque o Mo aumenta a endurecibilidade e o V refina os carbonetos e as fronteiras do grão, reduzindo a tendência à propagação de trincas. - Ductilidade: Ambos são aços para ferramentas de baixa ductilidade em alta dureza, mas Cr12MoV pode fornecer alongamento marginalmente maior em certos tratamentos.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços para ferramentas de alto carbono e alto cromo é geralmente desafiadora. Fatores-chave: alto teor de carbono, rede de carbonetos e endurecibilidade.

Fórmulas da indústria para avaliar a soldabilidade e os requisitos de pré-aquecimento: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parâmetro mais detalhado (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação: - Ambas as fórmulas mostram a influência de C, Cr, Mo e V na endurecibilidade e na propensão a trincas a frio. Valores mais altos indicam a necessidade de pré-aquecimento, controle de entrada de calor e tratamento térmico pós-solda. - Cr12 (com alto C e Cr) geralmente requer pré-aquecimento substancial e revenimento pós-solda; a soldabilidade é ruim sem procedimentos rigorosos. - Cr12MoV, com Mo e V adicionados, aumenta a endurecibilidade e pode elevar ainda mais os valores de CE/Pcm, o que pode piorar a soldabilidade em termos de risco de trincas, mas procedimentos de soldagem controlados e metais de enchimento correspondentes com endurecibilidade semelhante ou ligeiramente inferior, pré-aquecimento para reduzir a taxa de resfriamento e revenimento local pós-solda podem produzir juntas aceitáveis. - Melhor prática: evite soldagem sempre que possível; prefira fixação mecânica ou brasagem. Se a soldagem for necessária, consulte as especificações do procedimento de soldagem (WPS) do fornecedor do material e realize testes de qualificação.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

Nem Cr12 nem Cr12MoV são inoxidáveis no sentido comum; seu teor de cromo melhora ligeiramente a resistência à corrosão em comparação com o aço carbono simples, mas não fornece passivação comparável a ligas inoxidáveis.

• Opções de proteção de superfície: eletrodeposição, galvanização a quente (limitada para aços para ferramentas devido a mudanças no tratamento térmico), pintura, revestimento em pó e revestimentos específicos para aplicação, como PVD/CVD, cromagem dura ou nitretação para melhorar a vida útil da superfície e a proteção contra corrosão.
• Tratamentos termoquímicos: A nitretação pode melhorar a dureza da superfície e o desempenho ao desgaste para certas ligas de aço para ferramentas, mas deve ser avaliada em relação às dimensões desejadas e propriedades de tração.
• A fórmula PREN não é aplicável a esses aços para ferramentas não inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ O uso de PREN é significativo apenas para aços inoxidáveis resistentes à corrosão; para aços da família Cr12, a proteção da superfície e os revestimentos determinam o desempenho da corrosão em serviço.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade: Como recozidos, ambas as ligas são usináveis, mas mais difíceis do que aços de baixa liga devido ao alto carbono e carbonetos duros. Cr12MoV pode ser ligeiramente menos usinável devido aos finos carbonetos de Mo/V; use ferramentas de carboneto, altas velocidades de corte e montagens rígidas. A usinagem bruta é tipicamente realizada em condição recozida.
• Desbaste e acabamento: Ambos requerem abrasivos adequados para carbonetos duros; os carbonetos mais grossos de Cr12 podem produzir vibrações se as ferramentas não forem otimizadas.
• Formação e dobra: Formabilidade a frio limitada devido ao alto teor de carbono e carbonetos; a formação geralmente é realizada em estado recozido ou evitada. A formação a quente é possível, mas exigirá reaquecimento e tratamento térmico completo.
• Considerações sobre tratamento térmico: O risco de distorção durante o endurecimento e revenimento requer cuidadosa fixação e folga de usinagem.

8. Aplicações Típicas

Cr12 (usos comuns)	Cr12MoV (usos comuns)
Lâminas de corte, lâminas de guilhotina	Punções e matrizes de alta resistência sujeitas a impacto e desgaste
Facas de corte, ferramentas de corte a frio	Componentes de matrizes progressivas onde endurecimento através e tenacidade são necessários
Cavidades de moldes plásticos para materiais abrasivos	Matrizes de blanking e trimming de alta resistência com corte interrompido
Placas de desgaste com exposição moderada ao impacto	Ferramentas que requerem melhor resistência a lascas e maior vida útil em seções maiores

Racional de seleção: - Escolha Cr12 onde a máxima resistência à abrasão e a relação custo-benefício são importantes e onde a carga é principalmente contínua (desgaste abrasivo deslizante ou constante) com impacto ou choque limitado. - Escolha Cr12MoV quando as ferramentas enfrentam maior impacto, corte intermitente, seções transversais maiores onde o endurecimento através é crítico, ou quando uma tenacidade ligeiramente maior e resistência à propagação de trincas são necessárias.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: Cr12 é geralmente mais barato que Cr12MoV devido à falta de molibdênio e vanádio significativo. Mo e V são elementos de liga mais caros e aumentam os custos de produção.
• Disponibilidade: Ambas as ligas estão amplamente disponíveis de produtores de aço para ferramentas e centros de serviços em formas de produto comuns (barras redondas, barras planas, chapas, blocos endurecidos e revenidos). Variantes de Cr12 sem Mo/V podem ser ligeiramente mais onipresentes e mais baratas em lotes de commodities; Cr12MoV pode exigir planejamento de inventário para tamanhos especiais ou estados de tratamento térmico.
• Formas de produto: Barras, chapas e blocos pré-endurecidos; blanks forjados e recozidos estão disponíveis para ambos, com prazos de entrega dependendo do tratamento térmico e serviços de usinagem.

10. Resumo e Recomendação

Propriedade	Cr12	Cr12MoV
Soldabilidade	Ruim; requer pré-aquecimento/revenimento rigoroso	Ruim a moderada; requer controle cuidadoso, pode ser pior por CE, mas oferece modos para reduzir o risco de trincas
Equilíbrio resistência–tenacidade	Alta dureza e resistência ao desgaste; menor tenacidade	Dureza máxima semelhante, mas tenacidade melhorada e endurecimento através
Custo	Mais baixo	Mais alto

Recomendação: - Escolha Cr12 se você precisar de um aço para ferramentas de trabalho a frio, altamente resistente ao desgaste e custo-efetivo para desgaste abrasivo deslizante, corte de bordas finas ou aplicações onde a carga de impacto é limitada e a soldagem deve ser evitada. - Escolha Cr12MoV se a aplicação envolver corte interrompido, cargas de impacto ou choque mais altas, tamanhos de seção maiores onde o endurecimento através é importante, ou quando você precisar de um melhor equilíbrio de tenacidade sem sacrificar a dureza superficial significativa — aceitando um custo de material mais alto e a necessidade de procedimentos de tratamento térmico e soldagem mais cuidadosos.

Nota prática final: sempre verifique os certificados do moinho do fornecedor para química e prática de tratamento térmico, realize tratamentos térmicos de teste e testes de serviço para ferramentas críticas, e consulte as fichas técnicas do produtor de aço para corresponder a variante específica (por exemplo, níveis exatos de Mo e V) às suas necessidades de aplicação.