P20 vs 2738 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

P20 e 2738 são dois aços amplamente encontrados no setor de moldes e ferramentas para plásticos. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente precisam decidir entre eles ao especificar bases de moldes, núcleos, cavidades ou inserts. Os principais fatores de decisão incluem equilibrar a usinabilidade e o custo em relação à temperabilidade, resistência ao desgaste e estabilidade dimensional a longo prazo sob carga térmica/mecânica cíclica.

A principal diferença entre os dois graus é sua estratégia de liga e o desempenho pretendido: P20 é projetado como um aço para moldes pré-endurecido, usinável, com resistência moderada e boa polibilidade e soldabilidade; 2738 é um aço para ferramentas/moldes mais altamente ligado, otimizado para maior temperabilidade, resistência ao desgaste e estabilidade de têmpera. Como ambos são comumente usados para moldes de plástico, eles são frequentemente comparados em relação a trocas entre custo, tratamento térmico pós-usinagem e desempenho ao longo do ciclo de vida.

1. Normas e Designações

• P20
• Comumente referenciado na América do Norte como AISI/ASTM P20 (aço para moldes). Designações equivalentes ou similares aparecem nas normas EN/ISO e nacionais através de nomes proprietários usados por fornecedores de aço.
• Classificado como um aço para ferramentas/moldes de liga baixa a média (comumente fornecido pré-endurecido).
• 2738
• Referenciado em alguns sistemas de fornecedores e nacionais como "2738" (nota: sistemas de numeração exatos variam por país e fornecedor). É tipicamente posicionado como um grau de aço para moldes/ferramentas de liga mais alta.
• Classificado como um aço de liga projetado para moldes—maior temperabilidade do que o P20.

Nota: Sempre verifique a norma/especificação exata e o certificado do fornecedor para composição química e propriedades mecânicas garantidas, uma vez que a numeração e os equivalentes variam por região e produtor.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume a estratégia típica de liga para cada grau. As entradas são descritivas para refletir que as quantidades exatas variam por norma e fornecedor; consulte os certificados de material para porcentagens precisas.

Elemento	P20 (papel típico)	2738 (papel típico)
C (Carbono)	Médio: equilibrado para usinabilidade, resistência e polibilidade	Médio–alto: aumenta o potencial de dureza e resistência ao desgaste
Mn (Manganês)	Moderado: desoxidação, suporte à tração/impacto	Moderado: contribui para a temperabilidade e resistência
Si (Silício)	Baixo–traço: desoxidação e resistência	Baixo–traço: desoxidação e resistência
P (Fósforo)	Traço (impureza controlada)	Traço (impureza controlada)
S (Enxofre)	Traço (melhora a usinabilidade quando presente como grau de corte livre)	Traço (geralmente minimizado para tenacidade)
Cr (Cromo)	Moderado: melhora a temperabilidade, resistência ao desgaste e estabilidade de têmpera	Mais alto: contribuição mais forte para temperabilidade, resistência ao desgaste e resistência à têmpera
Ni (Níquel)	Baixo a nenhum: não é um elemento de liga principal	Pode estar presente em pequenas quantidades para tenacidade em algumas variantes
Mo (Molibdênio)	Pequeno a moderado: aumenta a temperabilidade e resistência à têmpera	Moderado–significativo: melhora a temperabilidade e resistência à têmpera
V (Vanádio)	Baixo (microligação): refina o grão e melhora a resistência ao desgaste	Presente em maiores quantidades em muitas variantes de 2738 para refinar carbonetos e aumentar a resistência ao desgaste
Nb/Ti/B (microligação)	Tipicamente baixo/ausente; ocasionalmente microligado para controle de grão	Pode estar presente em microquantidades para refino e controle de grão
N (Nitrogênio)	Traço	Traço

Como a liga afeta as propriedades: - Carbono e elementos de liga (Cr, Mo, V) controlam a temperabilidade, o potencial de dureza e a estabilidade de têmpera—maior teor de liga resulta em maior temperabilidade e melhor resistência à têmpera em altas temperaturas, mas pode reduzir a soldabilidade e aumentar o custo. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) refinam carbonetos e a estrutura do grão, melhorando a tenacidade e a resistência ao desgaste para longa vida em moldes. - Baixo enxofre e fósforo são necessários para manter a tenacidade e a vida útil à fadiga em aços para moldes.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

As microestruturas típicas e as respostas ao tratamento térmico para P20 e 2738 diferem devido à sua liga:

• P20
• Condição de fornecimento típica: pré-endurecido a uma dureza moderada (geralmente na faixa útil para usinagem e polimento).
• Microestrutura: martensita temperada ou bainita temperada com população de carbonetos relativamente baixa; tamanhos de grão controlados para polibilidade.

• Resposta ao tratamento térmico: P20 é responsivo ao resfriamento e à têmpera; quando adequadamente austenitizado e temperado, alcança um equilíbrio de dureza e tenacidade adequado para muitas aplicações de moldes de plástico. É frequentemente usado em condição pré-endurecida para evitar distorções associadas ao endurecimento total.

• 2738

• Condição de fornecimento típica: pode ser fornecido pré-endurecido ou como recozido/normatizado dependendo do uso; projetado para ser endurecido com sucesso a níveis de dureza mais altos.
• Microestrutura: após resfriamento e têmpera, 2738 tende a mostrar martensita temperada com uma população dispersa de carbonetos de liga (carbonetos de Cr, Mo, V) que melhoram a resistência ao desgaste e à têmpera.
• Resposta ao tratamento térmico: maior teor de liga aumenta a temperabilidade e proporciona resistência à têmpera mais estável em temperaturas de serviço elevadas. Parâmetros adequados de austenitização e resfriamento são cruciais para evitar austenita retida e otimizar a distribuição de carbonetos.

Efeito das rotas de processamento comuns: - Ciclos de normalização/refino melhoram o tamanho do grão e a resposta ao endurecimento subsequente. - Resfriamento e têmpera produzem a maior dureza e melhor resistência ao desgaste—2738 alcança maior dureza final para o mesmo tratamento devido ao teor de liga. - Entrega pré-endurecida (comum para P20) reduz as necessidades de tratamento térmico pós-usinagem e os riscos de distorção.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas exatas dependem fortemente do tratamento térmico e da garantia do fornecedor. A tabela abaixo fornece descritores comparativos e qualitativos para propriedades típicas e relevantes para a aplicação.

Propriedade	P20 (estado típico)	2738 (estado típico)
Resistência à Tração	Moderada — adequada para a maioria dos moldes de injeção e compressão	Mais alta — projetada para maior carga e resistência ao desgaste
Resistência de Escoamento	Moderada	Mais alta
Alongamento (ductilidade)	Maior/Bom — suporta usinagem e polimento	Menor que P20 quando endurecido — troca por dureza
Tenacidade ao Impacto	Boa (especialmente em condição pré-endurecida ou temperada)	Boa a moderada — pode ser menor em níveis de dureza mais altos
Dureza (como fornecido / endurecido)	Moderada (estado pré-endurecido usinável)	Maior dureza alcançável após resfriamento e têmpera

Interpretação: - 2738 é geralmente capaz de maior resistência e dureza após tratamento térmico devido ao maior teor de liga e temperabilidade, o que melhora a resistência ao desgaste, mas tende a reduzir a ductilidade e pode complicar a soldagem e o reparo. - P20 oferece um melhor compromisso entre usinabilidade, polibilidade e tenacidade utilizável, razão pela qual é comumente usado para moldes plásticos grandes e complexos que são acabados e usados sem endurecimento total.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do teor de carbono, da liga e da temperabilidade. Dois índices empíricos comumente usados são o equivalente de carbono IIW e a fórmula Pcm:

• Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Fórmula Pcm (usada para avaliar requisitos de pré-aquecimento e procedimento de soldagem): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil com menor risco de trincas a frio induzidas por hidrogênio. - P20: com carbono e liga moderados, P20 geralmente tem melhor soldabilidade e é frequentemente selecionado quando se espera soldagem de reparo ou modificação. O pré-aquecimento e o cuidadoso tratamento térmico pós-soldagem ainda devem ser aplicados conforme as recomendações do fornecedor. - 2738: maior Cr/Mo/V e maiores equivalentes de carbono efetivos aumentam a temperabilidade, elevando a suscetibilidade a trincas sem pré-aquecimento controlado e PWHT. Soldar 2738 requer procedimentos mais rigorosos e frequentemente controle de temperatura entre passes e têmpera pós-soldagem.

Recomendações: - Sempre solicite diretrizes de soldagem do fornecedor e siga procedimentos de soldagem qualificados (pré-aquecimento, entre passes, PWHT, seleção de consumíveis). - Em caso de dúvida, testes de soldagem em laboratório e verificações de dureza na HAZ são aconselháveis.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, P20 ou 2738, é aço inoxidável; ambos requerem proteção de superfície se a resistência à corrosão for uma preocupação.
• Proteções típicas:
• Pintura, galvanização (níquel, cromo) e acabamentos de superfície adequados (polimento, nitretação) para retardar a corrosão e melhorar a vida útil ao desgaste.
• Cromo duro ou nitretação podem aumentar a dureza da superfície e melhorar a resistência ao desgaste/corrosão onde apropriado.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) é aplicável apenas a graus inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice não é aplicável a P20 ou 2738 porque não são ligas inoxidáveis. Para moldes expostos a ambientes corrosivos ou úmidos, considere aços para ferramentas inoxidáveis ou aplique tratamentos de superfície protetores.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade
• P20: Geralmente mais fácil de usinar em condição pré-endurecida; bom acabamento superficial e polibilidade. Forças de corte mais baixas e maior vida útil da ferramenta em relação a aços para ferramentas de liga mais alta.
• 2738: Mais difícil de usinar quando endurecido devido à maior dureza e carbonetos; frequentemente usinado em condição mais macia e finalizado após tratamento térmico com moagem/polimento.
• Formabilidade/Dobramento
• Ambos os graus são aços; no entanto, o dobramento ou formação é limitado em comparação com aços estruturais de baixo carbono. A formação a frio geralmente não é recomendada para peças endurecidas; usinagem e EDM são preferidas para recursos complexos.
• Moagem/EDM/Polimento
• O teor de carbonetos de 2738 pode tornar o polimento fino mais desafiador, mas proporciona melhor vida útil ao desgaste em serviço.
• P20 polido bem e é preferido onde o acabamento superficial e o polimento espelhado são prioridades (por exemplo, peças plásticas ópticas ou cosméticas).

8. Aplicações Típicas

P20	2738
Bases de moldes de injeção gerais, moldes grandes de múltiplas cavidades, moldes protótipos e de produção onde a polibilidade e a velocidade de usinagem são prioridades	Núcleos, cavidades e inserts que requerem maior resistência ao desgaste e vida truncal; ferramentas para plásticos abrasivos ou longas corridas de produção
Placas de molde, cavidades onde dureza moderada é suficiente e reparos por solda podem ser necessários	Componentes de molde de alta resistência expostos a ciclos térmicos mais altos e desgaste abrasivo
Componentes de matriz para formação suave ou desgaste leve	Inserts ou núcleos onde resistência à têmpera e alta resistência são necessárias

Racional de seleção: - Escolha P20 quando a prioridade for facilidade de usinagem, polibilidade, menor custo e quando as condições de serviço não sujeitam o molde a desgaste abrasivo intenso ou ciclagem térmica extrema. - Escolha 2738 quando as peças devem suportar maior desgaste, temperaturas de têmpera elevadas ou quando um ciclo de vida mais longo justifica custos de material e processamento mais altos.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo
• P20: tipicamente menor custo de material e menor custo de processamento (geralmente fornecido pré-endurecido, reduzindo despesas de endurecimento e controle de deformação).
• 2738: maior custo por quilograma devido ao maior teor de liga e frequentemente requer tratamento térmico controlado e acabamento mais elaborado—elevando o custo total.
• Disponibilidade
• Ambos os graus estão comumente disponíveis de fornecedores de aço para moldes, mas a forma específica do produto (placas, barras, blocos pré-endurecidos) e o prazo de entrega variam por região e níveis de estoque.
• P20 tende a ser mais ubíquo em tamanhos de estoque para bases de moldes; 2738 pode exigir pedidos em tamanhos específicos ou receber tempo adicional de entrega para tratamentos de endurecimento total.

10. Resumo e Recomendação

Tabela resumo (qualitativa)

Atributo	P20	2738
Soldabilidade	Boa	Moderada → requer procedimentos controlados
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Resistência moderada / boa tenacidade	Maior resistência / menor ductilidade em alta dureza
Custo (material & processamento)	Menor	Maior

Recomendações finais: - Escolha P20 se: - A aplicação requer boa usinabilidade e polibilidade. - Você precisa de uma placa de molde pré-endurecida que seja fácil de reparar/soldar. - As condições de serviço envolvem desgaste moderado e a maior dureza não é necessária.

• Escolha 2738 se:
• O componente requer maior temperabilidade, resistência ao desgaste superior e estabilidade de têmpera para longas corridas de produção.
• Você pode acomodar tratamento térmico mais intensivo, controles de soldagem mais rigorosos e custos de material ligeiramente mais altos para obter vida útil prolongada da ferramenta.

Nota final: A seleção de material deve ser confirmada em relação aos dados químicos e mecânicos certificados do fornecedor, ciclo de tratamento térmico pretendido, carregamento e ambiente esperados, e estratégia de manutenção/reparo prevista. Para moldes críticos, realize uma análise de custo de ciclo de vida que inclua tempo de usinagem, tratamento térmico, acabamento de superfície, número esperado de ciclos e risco de inatividade para chegar à escolha mais econômica e confiável.