NAK80 vs S136 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

NAK80 e S136 são dois aços para moldes amplamente utilizados nas indústrias de moldagem por injeção e ferramentas. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente enfrentam a decisão entre essas ligas ao projetar moldes para ambientes corrosivos, acabamentos de alto brilho ou peças que exigem longa vida útil. A escolha geralmente equilibra resistência à corrosão, polibilidade, temperabilidade, tenacidade, custo e necessidades de fabricação subsequente.

A principal distinção prática entre os dois é a ênfase em ligações e processamento: um é otimizado principalmente para resistência elevada ao ataque corrosivo e polibilidade superior em plásticos moldados, enquanto o outro oferece um equilíbrio diferente de resistência à corrosão com força mecânica e tenacidade melhoradas para aplicações de moldes de maior resistência. Ambos são discutidos aqui em termos de padrões, química, microestrutura e resposta ao tratamento térmico, comportamento mecânico, soldabilidade, características de corrosão, atributos de fabricação, aplicações e considerações de compra.

1. Padrões e Designações

• Padrões comuns e designações comerciais encontrados:
• S136: frequentemente referenciado como um aço inoxidável martensítico para moldes utilizado na Europa e em todo o mundo (comumente vendido por vários produtores sob a designação S136 ou equivalentes).
• NAK80: uma designação comercial de aço inoxidável para moldes utilizada principalmente na Ásia e internacionalmente por fabricantes específicos; às vezes listado na literatura de produtos em vez de como uma única designação padrão internacional.
• Famílias de padrões típicas a serem consultadas para equivalentes e especificações incluem:
• ASTM / ASME (especificações de aço para ferramentas e aço inoxidável para ferramentas)
• EN (nomenclatura de padrões de aço europeus e equivalentes)
• JIS (Padrões Industriais Japoneses; algumas ligas comerciais se originam no Japão)
• GB (padrões nacionais chineses podem listar aços inoxidáveis equivalentes para moldes)
• Classificação:
• Tanto NAK80 quanto S136 são aços inoxidáveis para ferramentas/moldes (aços inoxidáveis martensíticos para moldes), ou seja, são aços para ferramentas com uma química resistente à corrosão em vez de aços de carbono simples ou HSLA.

2. Composição Química e Estratégia de Ligações

Notas: - As composições quantitativas exatas variam por produtor e devem ser verificadas no certificado do lote para cada calor. A tabela relata presença típica e estratégia de ligações em vez de porcentagens de peso específicas. - Resumo da estratégia de ligações: ambas as ligas dependem predominantemente do cromo para fornecer resistência à corrosão. As variantes de NAK80 de alguns produtores enfatizam o nitrogênio e ligações cuidadosamente equilibradas para melhorar a resistência à corrosão enquanto mantêm a usinabilidade e endurecimento total. O S136 é projetado para alta resistência à corrosão e polibilidade, frequentemente otimizado para ambientes de moldes onde manchas ou ferrugem devem ser minimizadas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestruturas típicas como processadas:
• Ambas as ligas são aços inoxidáveis martensíticos após tratamento térmico apropriado. Na condição de recozido, geralmente são macios, microestruturas ferríticas/parcialmente recozidas adequadas para usinagem.
• Rotas e respostas de tratamento térmico:
• Recozimento: Realizado para amolecer e estabilizar a composição para usinagem; produz ferrita/pearlita relativamente macia ou martensita temperada, dependendo da liga e do ciclo de recozimento exato.
• Endurecimento (Tratamento de Solução / Austenitização e Resfriamento): Ambas as ligas são austenitizadas em temperaturas específicas da liga para dissolver carbonetos e, em seguida, resfriadas para formar martensita. A distribuição de carbonetos e a austenita retida são influenciadas pela liga (Cr, Mo, N).
• Tempera: Múltiplos ciclos de tempera são usados para alcançar dureza e tenacidade alvo; a tempera reduz tensões internas e ajusta a tenacidade em detrimento de alguma dureza.
• Influência da liga:
• O cromo e o molibdênio estabilizam carbonetos e afetam a resistência à tempera; um maior teor de Cr apoia a resistência à corrosão, mas pode influenciar o tamanho e a distribuição de carbonetos que afetam a polibilidade.
• O nitrogênio (quando presente) pode aumentar a dureza e a resistência à corrosão através do endurecimento por solução sólida e precipitação de nitreto; também pode reduzir a austenita retida se usado com cuidado.
• Considerações de processamento:
• O controle da temperatura de austenitização, severidade do resfriamento e cronograma de tempera é crítico para produzir a combinação necessária de dureza, uniformidade e polibilidade.
• Processos de remeltagem por eletro-fusão (ESR) ou fusão a vácuo são frequentemente usados para S136 e NAK80 de alta qualidade para garantir limpeza e distribuição fina de carbonetos, cruciais para propriedades de polimento e corrosão.

4. Propriedades Mecânicas

Interpretação: - Ambas as ligas podem ser tratadas termicamente para faixas de dureza semelhantes adequadas para moldes de injeção; no entanto, sutis diferenças na liga significam que variantes de NAK80 podem oferecer tenacidade ligeiramente maior sob algumas condições de tempera, enquanto S136 é comumente usado quando resistência à corrosão e acabamento superficial são primordiais. - As métricas mecânicas exatas dependem da química do lote e do cronograma de tratamento térmico selecionado; consulte as fichas técnicas do fornecedor para valores específicos de tração, esforço e impacto.

5. Soldabilidade

• Fatores que afetam a soldabilidade: equivalente de carbono, elementos de liga que aumentam a temperabilidade (Cr, Mo, V) e presença de nitrogênio ou formadores de carboneto.
• Fórmulas úteis para avaliar a soldabilidade (interprete qualitativamente em vez de numericamente):
• $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretação qualitativa:
• Tanto NAK80 quanto S136 são aços inoxidáveis para ferramentas com ligações que aumentam a temperabilidade em relação aos aços de carbono simples; portanto, pré-aquecimento, controle de temperatura entre passes e tempera pós-solda são tipicamente necessários para evitar trincas.
• O nitrogênio em algumas variantes de NAK80 pode complicar a soldagem ao alterar o comportamento de solidificação e promover porosidade; S136 com alto Cr e Mo pode ser propenso ao endurecimento martensítico na zona afetada pelo calor.
• Para moldes críticos, a soldagem é frequentemente minimizada; quando necessário, use metais de enchimento compatíveis projetados para aços inoxidáveis martensíticos para ferramentas e siga os procedimentos recomendados de pré-aquecimento e tratamento térmico pós-solda do fornecedor.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Para aços inoxidáveis para moldes, a resistência à corrosão inerente é derivada do cromo (e às vezes Mo, N). O uso de índices:
• O Número Equivalente de Resistência à Precipitação (PREN) é útil para inoxidáveis austeníticos, mas pode ser usado para dar uma visão direcional: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Interpretação: PREN é mais aplicável a ligas austeníticas; para aços inoxidáveis martensíticos para moldes, a fórmula oferece indicação direcional, mas não é um preditor definitivo do comportamento de corrosão em serviço.
• Alternativas não inoxidáveis:
• Se um aço para ferramentas não inoxidável for selecionado, as proteções contra corrosão padrão incluem galvanização, pintura, revestimento ou revestimentos locais. Para aços inoxidáveis para moldes como NAK80 e S136, a passividade superficial reduz a necessidade de proteção sacrificial em muitos ambientes de moldagem.
• Notas práticas:
• S136 é frequentemente escolhido quando resistência a manchas a longo prazo e ambientes corrosivos leves são necessários, particularmente para moldes resfriados a água ou moldes que produzem plásticos corrosivos ou meios moldados corrosivos.
• Acabamento superficial e limpeza microestrutural (baixas inclusões não metálicas) são cruciais para resistência à corrosão e brilho; aços processados por ESR ou a vácuo se destacam aqui.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade:
• Ambas as ligas na condição recozida usinam razoavelmente bem; no entanto, aços inoxidáveis martensíticos para ferramentas podem endurecer durante o trabalho e exigem ferramentas, alimentações e velocidades apropriadas.
• Ferramentas de carboneto e configurações de máquina estáveis são recomendadas para usinagem de alta precisão.
• Formabilidade:
• Essas ligas não são tipicamente usadas para formação extensa; a dobra é possível na condição recozida, mas requer atenção ao retorno elástico e trincas nas bordas.
• Acabamento:
• Polimento para acabamento espelhado é um requisito comum; S136 é frequentemente selecionado por sua polibilidade superior quando produzido com microestrutura limpa e tamanho de carboneto fino.
• Tratamentos superficiais (nitratação, cromagem) são às vezes usados dependendo das necessidades de desgaste e corrosão; o comportamento de nitratação depende da química base (presença de N e comportamento de difusão).

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: escolha com base na exigência dominante—resistência a carga e desgaste versus máxima resistência à corrosão e polibilidade.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo:
• Ambos são aços inoxidáveis especiais e geralmente custam mais do que aços para moldes convencionais (por exemplo, P20). O custo relativo depende do mercado, do lote e do processamento (fusão ESR/a vácuo aumenta o custo).
• S136, especialmente quando fornecido como material refinado por ESR ou a vácuo, está frequentemente na faixa mais alta do espectro de preços em relação a aços inoxidáveis comuns para ferramentas.
• O preço do NAK80 depende do produtor, adição de nitrogênio e processamento; pode ser competitivo com outros aços inoxidáveis para moldes, mas o custo exato deve ser verificado com os fornecedores.
• Disponibilidade por forma de produto:
• Ambos estão disponíveis em bloco, chapa, barra e chapas pré-endurecidas de grandes fornecedores de aços para ferramentas; os prazos de entrega variam conforme o lote e se o produto é ESR ou tratado especialmente.
• A disponibilidade global é geralmente boa, mas a aquisição de seções grandes ou condições processadas específicas (chapas pré-endurecidas e polidas) pode exigir prazos de entrega mais longos.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação: - Escolha NAK80 se precisar de um aço inoxidável para moldes que forneça um equilíbrio entre resistência à corrosão com força mecânica e tenacidade melhoradas para moldes sujeitos a cargas mais altas, estresse mecânico repetido ou onde a metalurgia aprimorada por nitrogênio oferece benefícios em desempenho. - Escolha S136 se a prioridade for máxima resistência a manchas, polibilidade superior e um histórico comprovado para aplicações de moldes sensíveis à corrosão de alto brilho (por exemplo, moldes cosméticos, médicos ou resfriados a água onde a aparência da superfície e a resistência à corrosão a longo prazo são críticas).

Nota final: NAK80 e S136 são ambos fortes candidatos para aplicações de moldes resistentes à corrosão. A liga correta depende da interação específica do ambiente de serviço (exposição corrosiva, meio de resfriamento), acabamento superficial exigido, condições de carga e desgaste, e restrições de fabricação. Sempre verifique os certificados do lote, as recomendações de tratamento térmico do fornecedor e realize processamento de teste onde o desempenho ou qualificação crítica é necessária.