Aço Ferramental W2: Propriedades e Principais Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Aço Ferramenta W2 é um aço ferramenta de alto carbono e alta liga de cromo, classificado principalmente como um aço ferramenta para trabalho a frio. É conhecido por sua excelente resistência ao desgaste, tenacidade e capacidade de manter um fio afiado, tornando-o ideal para várias aplicações de corte e conformação. Os principais elementos de liga no W2 incluem carbono (C), cromo (Cr) e manganês (Mn), que influenciam significativamente sua dureza, resistência e resistência ao desgaste.
Visão Geral Abrangente
O Aço Ferramenta W2 é caracterizado por seu alto teor de carbono, tipicamente entre 1,5% e 2,0%, e teor de cromo de cerca de 0,5% a 1,0%. Essa composição confere ao aço uma dureza e resistência ao desgaste excepcionais, tornando-o adequado para aplicações que requerem alta durabilidade. A presença de cromo melhora sua temperabilidade e resistência à corrosão, enquanto o manganês contribui para a melhoria da tenacidade e resistência.
Vantagens (Prós):
- Alta Dureza: O W2 pode alcançar altos níveis de dureza após o tratamento térmico, tornando-o adequado para ferramentas de corte.
- Excelente Resistência ao Desgaste: A composição do aço permite que suporte desgaste abrasivo, aumentando a vida útil da ferramenta.
- Boa Tenacidade: Apesar de sua dureza, o W2 mantém um nível de tenacidade que previne lascas e quebras durante o uso.
Limitações (Contras):
- Resistência à Corrosão Limitada: Embora melhor do que alguns aços de baixo carbono, o W2 não é tão resistente à corrosão quanto os aços inoxidáveis.
- Dificuldade de Soldagem: O alto teor de carbono pode levar a fissuras durante a soldagem, exigindo pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem.
- Brittleness em Alta Dureza: Em níveis de dureza muito alta, o aço pode se tornar quebradiço, o que pode limitar suas aplicações.
Historicamente, o Aço Ferramenta W2 é significativo na fabricação de ferramentas de corte, matrizes e moldes devido às suas propriedades favoráveis. Ele ocupa um mercado de nicho, sendo principalmente usado em aplicações especializadas onde a alta resistência ao desgaste é crítica.
Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes
| Organização Normativa | Designação/Classe | País/Região de Origem | Notas/Observações |
|---|---|---|---|
| UNS | T31502 | EUA | Equivalente mais próximo ao AISI D2 com pequenas diferenças na composição. |
| AISI/SAE | W2 | EUA | Designação comumente usada para este grau de aço ferramenta. |
| ASTM | A681 | EUA | Especificação para aços ferramentas, incluindo W2. |
| DIN | 1.2379 | Alemanha | Classe equivalente com propriedades semelhantes, mas composição diferente. |
| JIS | SKD11 | Japão | Semelhante ao D2, com pequenas variações nos elementos de liga. |
Os equivalentes do Aço Ferramenta W2, como D2 e SKD11, podem ter diferenças sutis na composição que podem afetar o desempenho em aplicações específicas. Por exemplo, enquanto o D2 oferece dureza e resistência ao desgaste semelhantes, seu maior teor de cromo pode proporcionar melhor resistência à corrosão, tornando-o mais adequado para certos ambientes.
Propriedades Chave
Composição Química
| Elemento (Símbolo e Nome) | Faixa de Percentagem (%) |
|---|---|
| C (Carbono) | 1,50 - 2,00 |
| Cr (Cromo) | 0,50 - 1,00 |
| Mn (Manganês) | 0,30 - 0,60 |
| Si (Silício) | 0,10 - 0,40 |
| Mo (Molibdênio) | 0,00 - 0,20 |
O papel principal dos elementos de liga chave no Aço Ferramenta W2 inclui:
- Carbono (C): Aumenta a dureza e a resistência ao desgaste por meio da formação de carbonetos durante o tratamento térmico.
- Cromo (Cr): Melhora a temperabilidade e contribui para a resistência ao desgaste, ao mesmo tempo que proporciona alguma resistência à corrosão.
- Manganês (Mn): Melhora a tenacidade e resistência, ajudando a prevenir a fragilidade no produto final.
Propriedades Mecânicas
| Propriedade | Condição/Temperatura | Temperatura do Teste | Valor/Tamanho Típico (Métrico) | Valor/Tamanho Típico (Imperial) | Padrão de Referência para Método de Teste |
|---|---|---|---|---|---|
| Resistência à Tração | Endurecido & Temperado | Temperatura Ambiente | 800 - 1200 MPa | 116.000 - 174.000 psi | ASTM E8 |
| Resistência ao Escoamento (0.2% deslocamento) | Endurecido & Temperado | Temperatura Ambiente | 600 - 900 MPa | 87.000 - 130.000 psi | 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 | Endurecido & Temperado | -20°C (-4°F) | 10 - 20 J | 7,4 - 14,8 ft-lbf | ASTM E23 |
A combinação dessas propriedades mecânicas torna o Aço Ferramenta W2 particularmente adequado para aplicações envolvendo alta carga mecânica e requisitos de integridade estrutural, como ferramentas de corte e matrizes. Sua alta resistência à tração e ao escoamento garante que possa suportar forças significativas sem deformar, enquanto sua dureza permite que mantenha um fio afiado em condições abrasivas.
Propriedades Físicas
| Propriedade | Condição/Temperatura | Valor (Métrico) | Valor (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Densidade | Temperatura Ambiente | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Ponto/Intervalo de Fusão | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Condutividade Térmica | Temperatura Ambiente | 25 W/m·K | 14,5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Capacidade Calorífica Específica | Temperatura Ambiente | 0,46 kJ/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
| Resistividade Elétrica | Temperatura Ambiente | 0,0006 Ω·m | 0,00002 Ω·in |
Propriedades físicas chave, como densidade e ponto de fusão, são significativas para as aplicações do Aço Ferramenta W2. Sua densidade relativamente alta contribui para a durabilidade do material, enquanto o ponto de fusão indica sua adequação para aplicações em alta temperatura, garantindo que mantenha suas propriedades sob estresse térmico.
Resistência à Corrosão
| Agente Corrosivo | Concentração (%) | Temperatura (°C) | Avaliação de Resistência | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Água | 0 - 100 | 0 - 100 | Regular | Susceptível à ferrugem. |
| Ácidos | 0 - 10 | 0 - 100 | Pobre | Risco de corrosão por picotamento. |
| Álcalis | 0 - 10 | 0 - 100 | Regular | Resistência limitada. |
| Cloretos | 0 - 10 | 0 - 100 | Pobre | Alto risco de trincas por corrosão sob tensão. |
O Aço Ferramenta W2 exibe resistência à corrosão limitada, particularmente em ambientes ácidos e com cloretos. É suscetível à ferrugem em condições úmidas e pode sofrer picotamento na presença de cloretos. Comparado a outros aços ferramenta como o D2, que possui melhor resistência à corrosão devido ao maior teor de cromo, o W2 pode não ser adequado para aplicações expostas a ambientes severos.
Resistência ao Calor
| Propriedade/Limite | Temperatura (°C) | Temperatura (°F) | Observações |
|---|---|---|---|
| Temp. Máx. Contínua de Serviço | 200 | 392 | Além disso, as propriedades podem se degradar. |
| Temp. Máx. Intermitente de Serviço | 300 | 572 | Exposição de curto prazo aceitável. |
| Temperatura de Escamação | 500 | 932 | Risco de oxidação aumenta significativamente. |
| Considerações de Resistência ao Fluência | 400 | 752 | Começa a perder resistência em temperaturas elevadas. |
O Aço Ferramenta W2 se desempenha bem em temperaturas elevadas, mantendo sua dureza e resistência até um certo limite. No entanto, a exposição prolongada a altas temperaturas pode levar à oxidação e à diminuição das propriedades mecânicas. Compreender esses limites é crucial para aplicações envolvendo calor.
Propriedades de Fabricação
Soldabilidade
| Processo de Soldagem | Metal de Reposição Recomendado (Classificação AWS) | Gás/Fluxo de Proteção Típico | Notas |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Argônio/CO2 | Pré-aquecimento recomendado. |
| TIG | ER70S-6 | Argônio | Tratamento térmico pós-soldagem necessário. |
| Solda Eletrodo | E7018 | - | Exige pré-aquecimento. |
O Aço Ferramenta W2 geralmente não é recomendado para soldagem devido ao seu alto teor de carbono, que pode levar a rachaduras. O pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-soldagem são essenciais para mitigar esses riscos. A escolha do metal de adição é crucial para garantir compatibilidade e reduzir a probabilidade de defeitos.
Maquinabilidade
| Parâmetro de Maquinagem | Aço Ferramenta W2 | AISI 1212 | Notas/Dicas |
|---|---|---|---|
| Índice Relativo de Maquinabilidade | 60 | 100 | Maquinabilidade moderada. |
| Velocidade de Corte Típica | 20 m/min | 40 m/min | Use ferramentas de carbeto para melhores resultados. |
O Aço Ferramenta W2 possui maquinabilidade moderada, exigindo seleção cuidadosa das ferramentas de corte e velocidades. Ferramentas de carbeto são recomendadas para uma maquinagem eficaz, e o uso de lubrificantes apropriados pode aumentar a vida útil da ferramenta e o acabamento da superfície.
Conformabilidade
O Aço Ferramenta W2 não é tipicamente conhecido por sua conformabilidade devido ao seu alto teor de carbono. A conformação a frio é desafiadora e pode levar a trincas, enquanto a conformação a quente é mais viável, mas requer controle rigoroso da temperatura para evitar efeitos adversos na microestrutura.
Tratamento Térmico
| Processo de Tratamento | Faixa de Temperatura (°C/°F) | Tempo Típico de Imersão | Método de Resfriamento | Finalidade Principal / Resultado Esperado |
|---|---|---|---|---|
| Recocção | 700 - 800 / 1292 - 1472 | 1 - 2 horas | Ar | Reduzir dureza, melhorar maquinabilidade. |
| Endurecimento | 800 - 900 / 1472 - 1652 | - | Óleo/Água | Alcançar alta dureza. |
| Tempera | 150 - 200 / 302 - 392 | 1 hora | Ar | Reduzir fragilidade, aumentar tenacidade. |
O tratamento térmico do Aço Ferramenta W2 envolve austenização, endurecimento e tempera. Esses processos levam a transformações metalúrgicas significativas, resultando em uma microestrutura fina que aumenta a dureza e resistência ao desgaste, ao mesmo tempo que equilibra a tenacidade.
Aplicações Típicas e Usos Finais
| Indústria/Sector | Exemplo de Aplicação Específica | Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação | Razão para Seleção (Breve) |
|---|---|---|---|
| Fabricação | Ferramentas de Corte | Alta dureza, resistência ao desgaste | Essencial para a longevidade da ferramenta. |
| Automotivo | Matrizes para estampagem | Tenacidade, resistência | Necessárias para aplicações de alta tensão. |
| Aeroespacial | Moldes para materiais compostos | Alta resistência ao desgaste | Crítico para precisão e durabilidade. |
Outras aplicações incluem:
- Facas e lâminas: Devido à sua capacidade de manter um fio afiado.
- Ferramentas de conformação: Onde a resistência ao desgaste é primordial.
- Gabaritos e fixadores: Em operações de maquinagem que requerem alta precisão.
O Aço Ferramenta W2 é escolhido para essas aplicações devido à sua combinação única de dureza, resistência ao desgaste e tenacidade, que são essenciais para manter o desempenho em condições exigentes.
Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Informações
| Característica/Propriedade | Aço Ferramenta W2 | Aço Ferramenta D2 | Aço Ferramenta SKD11 | Nota Breve sobre Prós/Contras ou Troca de Ofertas |
|---|---|---|---|---|
| Propriedade Mecânica Chave | Alta dureza | Alta dureza | Dureza moderada | O W2 oferece maior dureza, mas menos resistência à corrosão. |
| Aspecto Corrosivo Chave | Regular | Bom | Regular | O D2 tem melhor resistência à corrosão devido ao maior teor de cromo. |
| Soldabilidade | Pobre | Regular | Regular | Todos os graus requerem cuidado na soldagem; W2 é o mais desafiador. |
| Maquinabilidade | Moderada | Boa | Moderada | D2 é mais fácil de maquinar do que W2. |
| Conformabilidade | Pobre | Pobre | Pobre | Todos os graus são desafiadores para formar. |
| Custo Aproximado Relativo | Moderado | Moderado | Moderado | O custo é semelhante entre os graus, mas o desempenho varia. |
| Disponibilidade Típica | Moderada | Alta | Alta | D2 e SKD11 são mais comumente disponíveis. |
Ao selecionar o Aço Ferramenta W2, considerações incluem suas propriedades mecânicas, custo-efetividade e disponibilidade. Embora ofereça excelente resistência ao desgaste e dureza, suas limitações em resistência à corrosão e soldabilidade devem ser ponderadas contra os requisitos específicos da aplicação. Além disso, a escolha entre W2 e graus equivalentes como D2 ou SKD11 pode depender do ambiente operacional e das expectativas de desempenho.
Em conclusão, o Aço Ferramenta W2 é um material versátil que se destaca em aplicações que requerem alta dureza e resistência ao desgaste. No entanto, a consideração cuidadosa de suas limitações e a comparação com graus alternativos são essenciais para uma seleção de material ideal.
