M35 vs M42 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
M35 e M42 são dois aços rápidos (HSS) amplamente utilizados que frequentemente aparecem como alternativas quando engenheiros e especialistas em compras especificam ferramentas de corte, brocas, machos e componentes resistentes ao desgaste. O dilema da seleção geralmente gira em torno de compensações entre dureza a quente e resistência ao desgaste versus tenacidade, usinabilidade e custo. Em resumo, um grau enfatiza a dureza a altas temperaturas e resistência ao desgaste, enquanto o outro fornece um equilíbrio vantajoso de tenacidade e desempenho a um custo mais baixo.
Como ambos os graus são membros da série de HSS de molibdênio/tungstênio e contêm cobalto, eles são frequentemente comparados para aplicações de usinagem exigentes onde a vida útil da ferramenta sob calor e cortes intermitentes é importante. Este artigo compara padrões, composição, microestrutura, comportamento de tratamento térmico, propriedades mecânicas, soldabilidade, proteção contra corrosão/superfície, características de fabricação, aplicações típicas, custo/disponibilidade e orientações para seleção final.
1. Padrões e Designações
- Padrões e designações comuns para esses graus:
- AISI/SAE: M35, M42 (frequentemente usados na América do Norte)
- DIN/EN: Frequentemente referenciados como HSxV ou códigos HSS semelhantes (consulte tabelas de padrões específicos para referência exata)
- JIS: Usa outros códigos HSS; verifique JIS G4305 e literatura do fornecedor
- GB (China): Listado sob aços rápidos chineses com números de peça locais
- Classificação:
- Ambos M35 e M42 são aços para ferramentas — especificamente aços rápidos (HSS).
- São aços liga/ferramenta em vez de aços inoxidáveis ou aços estruturais HSLA.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir lista intervalos de composição típicos para elementos-chave. Estes são intervalos de fabricação comuns usados para especificação e aquisição; os valores exatos variam de acordo com o padrão e o produtor.
| Elemento | M35 (intervalo típico, % em peso) | M42 (intervalo típico, % em peso) |
|---|---|---|
| C | 0,80–0,95 | 0,95–1,15 |
| Mn | ≤ 0,40 | ≤ 0,40 |
| Si | ≤ 0,40 | ≤ 0,40 |
| P | ≤ 0,03 | ≤ 0,03 |
| S | ≤ 0,03 | ≤ 0,03 |
| Cr | ~3,5–5,0 | ~3,5–4,5 |
| Ni | — (traço) | — (traço) |
| Mo | ~4,5–5,5 | ~8,0–10,0 |
| W | ~5,5–7,0 | ~1,0–2,0 |
| V | ~1,5–2,5 | ~1,0–1,6 |
| Co | ~4,5–6,0 | ~7,5–9,0 |
| Nb, Ti, B, N | Impurezas traço ou controladas | Impurezas traço ou controladas |
Como os elementos de liga influenciam as propriedades - Carbono: Estabelece a dureza da martensita e a fração de volume de carbonetos; maior teor de carbono aumenta a dureza após o resfriamento, mas pode reduzir a tenacidade e a soldabilidade. - Cromo: Adiciona resistência ao revenido, endurecibilidade e resistência à corrosão em pequena extensão. - Molibdênio e tungstênio: Promovem o endurecimento secundário e a dureza a quente; o molibdênio em M42 é especialmente alto para suportar dureza sustentada em temperaturas elevadas. - Vanádio: Forma carbonetos de vanádio estáveis que melhoram a resistência ao desgaste e a retenção de arestas. - Cobalto: Aumenta a dureza vermelha (quente) e a estabilidade térmica da matriz; maior teor de cobalto em M42 aumenta o desempenho em altas temperaturas em detrimento da usinabilidade e do custo.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas - Em ambos os graus, a microestrutura desejada após o tratamento térmico apropriado é uma matriz martensítica dura contendo uma distribuição de carbonetos de liga (carbonetos ricos em Cr, ricos em Mo/W e ricos em V). - M35: Martensita com carbonetos complexos uniformemente distribuídos (MC, M6C, M23C6). A presença de ~5% de Co aumenta a estabilidade da matriz e a dureza a quente sem mudar drasticamente os tipos de carbonetos em relação à família M2/M35. - M42: Maior teor de Mo e Co aumenta a quantidade e a estabilidade de carbonetos ricos em Mo e contribui para uma resposta de endurecimento secundário mais alta; a matriz resiste melhor ao amolecimento por revenido em temperaturas elevadas.
Resposta ao tratamento térmico - Sequência normal: pré-aquecimento(s) → endurecimento (austenitização a alta temperatura) → resfriamento (óleo/ar dependendo do tamanho) → revenido em múltiplas etapas para alcançar dureza e tenacidade finais. - M35: Temperaturas de austenitização geralmente na faixa de HSS (por exemplo, aproximadamente 1180–1220 °C, específicas do fabricante) seguidas de resfriamento em óleo e revenido. Boa combinação de dureza e tenacidade quando devidamente revenido. - M42: Requer austenitização cuidadosa para dissolver os carbonetos necessários para o endurecimento secundário (as temperaturas são específicas do grau). M42 se beneficia de ciclos de revenido controlados a altas temperaturas para precipitar carbonetos secundários que conferem dureza a quente excepcional.
Processamento termo-mecânico - Forjamento e laminação controlada seguidos de normalização adequada refinam o tamanho do grão e a distribuição de carbonetos para ambos os graus. O maior teor de liga em M42 se beneficia do controle microestrutural para evitar a retenção excessiva de austenita e otimizar a dispersão de carbonetos.
4. Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas dependem fortemente do tratamento térmico e do tamanho da seção. A tabela abaixo apresenta comparações típicas, tratadas termicamente, em intervalos qualitativos e numéricos práticos para dureza.
| Propriedade | M35 | M42 |
|---|---|---|
| Resistência à Tração | Alta (dependente de H/T) — tipicamente comparável à família HSS | Muito alta em dureza semelhante (suporta corte de alta carga) |
| Resistência ao Esforço | Alta; dependente do tratamento térmico | Muito alta; resistência a altas temperaturas aumentada em comparação com M35 |
| Alongamento | Moderado-baixo (aços para ferramentas) | Um pouco menor que M35 em dureza equivalente |
| Tenacidade ao Impacto | Melhor que M42 (mais tolerante) | Menor que M35 na mesma dureza devido ao maior teor de liga |
| Dureza (HRC, temperado e revenido típico) | ~62–65 HRC | ~66–69 HRC (maior capacidade de dureza a quente) |
Interpretação - Resistência e resistência a quente: M42 geralmente oferece maior dureza retida e resistência em temperaturas de corte elevadas devido ao maior teor de Mo e Co e precipitação de carbonetos secundários. - Tenacidade e ductilidade: M35 tende a ser mais tenaz e menos quebradiço que M42 em níveis de dureza semelhantes, tornando-o preferível onde choques ou cortes interrompidos são comuns. - Dureza: M42 geralmente alcança e mantém maior dureza, particularmente em ambientes de alta temperatura.
5. Soldabilidade
A soldabilidade de aços rápidos é limitada em comparação com aços macios. Os principais fatores são o teor de carbono, a endurecibilidade e a microligação.
Índices de soldabilidade comuns (ilustrativos): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (para risco de trincas de solda geral): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa - M35: Carbono moderado e cobalto moderado; pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e tratamento térmico pós-solda são necessários para evitar trincas a frio e restaurar a tenacidade. Consumíveis e procedimentos de soldagem adaptados para HSS devem ser usados. - M42: Maior teor de carbono e maior teor de liga (especialmente Mo e Co) aumentam a endurecibilidade e a suscetibilidade a trincas de solda e microestruturas HAZ duras e quebradiças. Soldar M42 é mais desafiador e muitas vezes desencorajado, a menos que seja crítico; se a soldagem for necessária, pré-aquecimento rigoroso, baixa entrada de calor e ciclos de revenido são obrigatórios. - Em ambos os casos, soldagem a brasagem ou união mecânica é comumente preferida em vez de soldagem por fusão para peças críticas de HSS.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, M35 ou M42, é um aço inoxidável; a resistência à corrosão é modesta e derivada principalmente do teor de Cr.
- Proteção de superfície típica para aços para ferramentas não inoxidáveis:
- Revestimentos protetores: TiN, TiCN, AlTiN (deposição física de vapor) para melhorar o desgaste e reduzir a adesão.
- Revestimentos químicos/galvânicos: não são típicos para ferramentas de corte, mas possíveis para fixações de ferramentas — galvanização raramente é usada em ferramentas de corte HSS.
- Pinturas e passivação: mais aplicáveis a carcaças e componentes não cortantes.
- PREN (número equivalente de resistência à picada) não é aplicável a esses aços para ferramentas não inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Para ambientes de corte onde a corrosão pode acelerar o desgaste, especifique revestimentos resistentes à corrosão ou considere aços para ferramentas inoxidáveis apenas onde o desempenho em corrosão mais desgaste justifica as compensações.
7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade
- Usinabilidade:
- M35: A usinabilidade é moderada para HSS; a presença de cobalto reduz um pouco a usinabilidade, mas proporciona tenacidade e dureza a quente.
- M42: Usinabilidade inferior à de M35 devido ao maior teor de cobalto e molibdênio, além do maior teor de carbono — espere condições de corte mais difíceis para moldagem antes do tratamento térmico final.
- Desbaste e acabamento: Ambos os graus requerem desbaste com diamante ou CBN para acabamento em estado endurecido. A dureza de M42 requer sistemas abrasivos mais robustos e taxas de remoção mais lentas.
- Formação e dobra: Como aços para ferramentas, ambos não são facilmente moldados a frio no estado endurecido. O trabalho a quente ou forjamento em condição recozida é comum; a moldagem final geralmente é concluída antes do endurecimento.
- Acabamento de superfície: Revestimentos (PVD/CVD) comumente aplicados após o tratamento térmico para melhorar o desgaste e a lubrificação.
8. Aplicações Típicas
| M35 (usos comuns) | M42 (usos comuns) |
|---|---|
| Machos, brocas, fresas de alto desempenho para corte de uso geral onde a tenacidade é importante | Cortadores de fresagem de alta velocidade, brochas, brocas e lâminas de serra de longa vida onde a resistência ao desgaste a altas temperaturas é crítica |
| Ferramentas de conformação e certos matrizes de trabalho a frio | Ferramentas para produção em alta velocidade, cortes interrompidos e ligas difíceis de usinar |
| Ferramentas HSS de uso geral onde um equilíbrio entre custo e desempenho é necessário | Ferramentas especiais que exigem superior dureza vermelha e retenção de arestas sob calor |
Racional de seleção - Escolha M35 quando um equilíbrio entre tenacidade, dureza a quente razoável e custo mais baixo for desejado; ideal para cortes interrompidos e aplicações onde cargas de choque ocasionais ocorrem. - Escolha M42 quando a vida útil da ferramenta em altas velocidades de corte e temperaturas elevadas for a prioridade, particularmente para usinagem contínua de alta velocidade de materiais difíceis ou onde a frequência de reafilamento deve ser minimizada.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: M42 é geralmente mais caro que M35 devido ao maior teor de liga (notavelmente cobalto e molibdênio) e processamento mais exigente. Espere custos mais altos por quilograma e por ferramenta para M42.
- Disponibilidade: M35 está amplamente disponível em formas padrão (barras redondas, chapas, blanks de ferramentas). M42 está disponível, mas pode ter tamanhos de estoque e prazos de entrega mais limitados; muitos fornecedores fornecem M42 principalmente para mercados de ferramentas de alto desempenho. Ferramentas revestidas e acabadas em ambos os graus são comuns de fabricantes de ferramentas especializados.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | M35 | M42 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Melhor (mas ainda requer cuidado) | Mais difícil; alto risco sem procedimentos rigorosos |
| Equilíbrio entre Resistência e Tenacidade | Boa tenacidade com alta capacidade de dureza | Maior resistência a quente e resistência ao desgaste; mais difícil de manter resistência à fratura |
| Custo | Mais baixo | Mais alto |
Escolha M35 se... - Você precisa de um HSS econômico com boa tenacidade para cortes interrompidos, a vida útil da ferramenta é importante, mas não dominada pelo desgaste a altas temperaturas, e dureza a quente moderada é suficiente. - Você antecipa soldagem, reparo ou modificações no local e deseja uma restauração pós-solda relativamente mais fácil.
Escolha M42 se... - Sua principal exigência é retenção de arestas superior e dureza a quente em altas velocidades de corte ou em produção pesada onde temperaturas elevadas e abrasão dominam o desgaste da ferramenta. - Uma vida útil mais longa entre reafilamentos é crítica e o orçamento suporta um custo inicial de ferramentas mais alto.
Nota prática final Especifique o grau juntamente com a condição de tratamento térmico esperada, o tamanho da seção do componente e o ambiente de aplicação pretendido. Para ferramentas críticas, peça aos fornecedores amostras tratadas termicamente, ciclos de revenido recomendados e opções de revestimento. Esses detalhes muitas vezes têm influência proporcionalmente maior no desempenho em serviço do que pequenas diferenças de composição sozinhas.