K340 Aço: Propriedades e Visão Geral das Principais Aplicações

Aço K340, também conhecido como Aço Ferramenta Bohler, é um aço ferramenta de alto desempenho classificado principalmente como um aço de liga de alto carbono. Foi projetado para aplicações que exigem resistência ao desgaste e tenacidade excepcionais. Os principais elementos de liga do K340 incluem cromo, molibdênio e vanádio, que aumentam significativamente sua dureza, resistência ao desgaste e propriedades mecânicas gerais.

Visão Geral Abrangente

O aço K340 é caracterizado pelo seu alto teor de carbono, que normalmente varia de 0,9% a 1,1%, juntamente com uma mistura equilibrada de cromo (4,0% a 5,0%), molibdênio (1,0% a 1,5%) e vanádio (0,5% a 1,0%). Esses elementos de liga contribuem para a capacidade do aço de manter a dureza em temperaturas elevadas, tornando-o adequado para ferramentas de corte de alta velocidade e matrizes.

As características significativas do aço K340 incluem:

• Alta Dureza: Níveis de dureza podem ultrapassar 60 HRC após o tratamento térmico apropriado.
• Excelente Resistência ao Desgaste: Os elementos de liga proporcionam resistência superior à abrasão e desgaste, tornando-o ideal para aplicações de ferramentas.
• Boa Tenacidade: Apesar de sua dureza, o K340 mantém um nível de tenacidade que permite resistir a impactos sem fraturar.

Vantagens:
- A resistência ao desgaste excepcional o torna adequado para ferramentas de alto desempenho.
- A alta retenção de dureza em temperaturas elevadas permite uma vida útil prolongada das ferramentas.
- Aplicações versáteis em várias indústrias, incluindo automotiva e aeroespacial.

Limitações:
- Suscetível à fragilidade se não tratado termicamente de maneira adequada.
- Exige usinagem e fabricação cuidadosas devido à sua dureza.
- Custo mais alto em comparação com aços de liga inferiores.

O aço K340 ocupa uma posição significativa no mercado de aços ferramenta, frequentemente escolhido para aplicações onde o desempenho e a durabilidade são primordiais. Sua importância histórica reside em seu desenvolvimento para ferramentas de corte de alto desempenho, que evoluiu juntamente com os avanços nas tecnologias de manufatura.

Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes

Organização Normativa	Designação/Classe	País/Região de Origem	Notas/Observações
UNS	T42040	EUA	Equivalente mais próximo do K340
AISI/SAE	AISI D2	EUA	Diferências composicionais menores; D2 tem menor tenacidade
ASTM	A681	EUA	Especificação padrão para aços ferramenta
EN	1.2379	Europa	Equivalente com propriedades similares
JIS	SKD11	Japão	Desempenho semelhante, mas varia em tenacidade

As diferenças entre o K340 e seus equivalentes, como AISI D2 e JIS SKD11, podem afetar a seleção com base em requisitos específicos de aplicação. Por exemplo, enquanto o D2 oferece boa resistência ao desgaste, a maior tenacidade do K340 pode ser preferível em aplicações sujeitas a carregamentos de impacto.

Propriedades Chave

Composição Química

Elemento (Símbolo e Nome)	Faixa de Porcentagem (%)
C (Carbono)	0,9 - 1,1
Cr (Cromo)	4,0 - 5,0
Mo (Molibdênio)	1,0 - 1,5
V (Vanádio)	0,5 - 1,0
Mn (Manganês)	0,2 - 0,5
Si (Silício)	0,2 - 0,5
P (Fósforo)	≤ 0,03
S (Enxofre)	≤ 0,03

O papel principal dos elementos de liga chave no aço K340 inclui:
- Cromo: Melhora a endurecibilidade e resistência à corrosão.
- Molibdênio: Aumenta a tenacidade e a resistência a altas temperaturas.
- Vanádio: Aumenta a resistência ao desgaste e refina a estrutura do grão, contribuindo para a tenacidade geral.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Temperatura de Teste	Valor/Talhamento Típico (Métrico)	Valor/Talhamento Típico (Imperial)	Norma de Referência para Método de Teste
Resistência à Tração	Endurecido & Temperado	Temperatura Ambiente	1800 - 2200 MPa	261 - 319 ksi	ASTM E8
Resistência ao Esforço (0,2% de offset)	Endurecido & Temperado	Temperatura Ambiente	1500 - 1900 MPa	217 - 276 ksi	ASTM E8
Alongamento	Endurecido & Temperado	Temperatura Ambiente	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
Dureza (HRC)	Endurecido & Temperado	Temperatura Ambiente	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Resistência ao Impacto (Charpy)	Endurecido & Temperado	-20 °C	20 - 30 J	14,8 - 22,1 ft-lbf	ASTM E23

A combinação dessas propriedades mecânicas torna o aço K340 particularmente adequado para aplicações que envolvem altas cargas mecânicas e requisitos de integridade estrutural, como ferramentas de corte, matrizes e moldes.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (Métrico)	Valor (Imperial)
Densidade	Temperatura Ambiente	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Ponto de Fusão	-	1425 - 1450 °C	2600 - 2642 °F
Condutividade Térmica	Temperatura Ambiente	25 W/m·K	14,5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Capacidade Calorífica Específica	Temperatura Ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividade Elétrica	Temperatura Ambiente	0,0006 Ω·m	0,0004 Ω·in

A importância prática das propriedades físicas do K340 inclui:
- Densidade: Afeta o peso e o equilíbrio das ferramentas feitas de K340, crucial para aplicações de precisão.
- Condutividade Térmica: Importante para a dissipação de calor em aplicações de corte de alta velocidade, prevenindo superaquecimento.
- Ponto de Fusão: Indica a capacidade do aço de suportar altas temperaturas sem perder integridade estrutural.

Resistência à Corrosão

Agente Corrosivo	Concentração (%)	Temperatura (°C)	Avaliação de Resistência	Notas
Cloretos	3-10	20-60	Regular	Risco de corrosão por pitting
Ácido Sulfúrico	10-30	25-50	Pobre	Não recomendado
Hidróxido de Sódio	5-20	20-60	Bom	Resistência moderada

O aço K340 exibe resistência moderada à corrosão, especialmente em ambientes com cloretos e soluções alcalinas. No entanto, é suscetível a pitting em ambientes ricos em cloretos e deve ser evitado em condições ácidas. Comparado a outros aços ferramenta como D2 e SKD11, o K340 oferece melhor tenacidade, mas pode não ter um desempenho tão bom em ambientes corrosivos, necessitando de revestimentos protetores ou tratamentos de superfície em aplicações específicas.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observações
Temp. Máxima de Serviço Contínuo	500	932	Adequado para uso prolongado
Temp. Máxima de Serviço Intermitente	600	1112	Exposição a curto prazo apenas
Temp. de Escalonamento	700	1292	Risco de oxidação além desta temp
Considerações sobre Resistência ao Fluência	400	752	Começa a degradar a essa temp

Em temperaturas elevadas, o aço K340 mantém sua dureza e resistência, tornando-o adequado para aplicações que envolvem altas cargas térmicas. No entanto, a oxidação pode se tornar uma preocupação, especialmente a temperaturas superiores a 600 °C (1112 °F). O tratamento térmico adequado e os revestimentos de superfície podem mitigar esses problemas.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Adição Recomendada (Classificação AWS)	Gás/Fluido de Proteção Típico	Notas
TIG	ER80S-D2	Argônio	Pré-aquecimento recomendado
MIG	ER70S-6	Argônio/CO2	Pós-tratamento térmico aconselhado
Eletrodo	E7018	-	Requer pré-aquecimento

O aço K340 pode ser soldado, mas deve-se ter cuidado para evitar rachaduras. O pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-solda são recomendados para aliviar tensões e melhorar a tenacidade. Defeitos comuns incluem porosidade e rachaduras se não forem geridos adequadamente.

Maquinabilidade

Parâmetro de Usinagem	Aço K340	AISI 1212	Dicas/Notas
Índice de Maquinabilidade Relativo	50	100	K340 é mais desafiador para usinar
Velocidade de Corte Típica	20 m/min	40 m/min	Use ferramentas de carboneto para melhores resultados

A dureza do aço K340 apresenta desafios na usinagem, exigindo ferramentas especializadas e velocidades de corte mais lentas. Condições ideais incluem o uso de ferramentas de carboneto e resfriamento apropriado para gerenciar o calor.

Formabilidade

O aço K340 não é particularmente adequado para processos de conformação extensiva devido à sua alta dureza. A conformação a frio pode levar a rachaduras, enquanto a conformação a quente é mais viável, mas requer controle cuidadoso da temperatura para evitar perda de dureza.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Faixa de Temperatura (°C/°F)	Tempo Típico de Imersão	Método de Resfriamento	Propósito Principal / Resultado Esperado
Recozimento	800 - 850 / 1472 - 1562	1 - 2 horas	Ar	Reduzir dureza, melhorar maquinabilidade
Endurecimento	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 minutos	Óleo	Aumentar a dureza
Temperagem	500 - 600 / 932 - 1112	1 hora	Ar	Reduzir fragilidade, melhorar tenacidade

Os processos de tratamento térmico impactam significativamente a microestrutura e as propriedades do K340. O endurecimento aumenta a dureza, enquanto a temperagem equilibra dureza e tenacidade, tornando-o adequado para aplicações exigentes.

Aplicações Típicas e Usos Finais

Indústria/Sector	Exemplo de Aplicação Específica	Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação	Razão para Seleção (Breve)
Automotiva	Ferramentas de corte	Alta dureza, resistência ao desgaste	Vida útil prolongada das ferramentas
Aeroespacial	Matrizes para peças compostas	Tenacidade, estabilidade térmica	Altos requisitos de desempenho
Manufatura	Matrizes para estampagem	Resistência ao desgaste, força	Durabilidade sob estresse

Outras aplicações incluem:
- Ferramentas de usinagem de precisão
- Moldes de injeção
- Lâminas de corte

O aço K340 é escolhido para essas aplicações devido à sua resistência ao desgaste excepcional e à capacidade de manter o desempenho sob condições de alta tensão.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Insights Adicionais

Característica/Propriedade	Aço K340	AISI D2	SKD11	Nota Breve de Prós e Contras ou Compensação
Propriedade Mecânica Chave	Alta dureza	Boa resistência ao desgaste	Tenacidade moderada	K340 oferece tenacidade superior
Aspecto Chave de Corrosão	Resistência moderada	Pobre em ambientes ácidos	Regular em cloretos	K340 é melhor em condições difíceis
Soldabilidade	Moderada	Pobre	Moderada	K340 requer cuidado ao manusear
Maquinabilidade	Desafiadora	Fácil	Moderada	K340 precisa de ferramentas especializadas
Formabilidade	Limitada	Boa	Moderada	K340 não é ideal para conformação
Custo Aproximado Relativo	Mais alto	Moderado	Mais baixo	Custo reflete os benefícios de desempenho
Disponibilidade Típica	Moderada	Alta	Alta	K340 pode ser menos disponível

Ao selecionar o aço K340, considerações incluem sua relação custo-benefício, disponibilidade e requisitos específicos de aplicação. Embora possa ser mais caro que alternativas, seu desempenho em aplicações exigentes geralmente justifica o investimento. Além disso, as propriedades magnéticas do K340 são mínimas, tornando-o adequado para aplicações onde a interferência magnética é uma preocupação.

Em conclusão, o aço K340 é um aço ferramenta versátil e de alto desempenho que se destaca em aplicações que exigem durabilidade e resistência ao desgaste. Suas propriedades únicas e critérios de seleção cuidadosos o tornam uma escolha valiosa para engenheiros e fabricantes em várias indústrias.