S136 vs 420 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

A seleção entre S136 e 420 é uma decisão recorrente para engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação que trabalham em componentes de moldes, peças de precisão ou hardware exposto à corrosão. A escolha geralmente equilibra resistência à corrosão e acabamento superficial em relação ao custo e facilidade de fabricação — e é tipicamente impulsionada pela função da peça, ambiente de serviço esperado e custo de ciclo de vida necessário.

Em um nível alto, tanto S136 quanto 420 são aços inoxidáveis martensíticos usados onde uma combinação de dureza e alguma resistência à corrosão é necessária, mas são projetados com prioridades diferentes. A diferença prática mais consequente é que S136 é um aço inoxidável para moldes otimizado para resistência aprimorada à corrosão superficial e superior polibilidade, enquanto 420 é um aço inoxidável martensítico de uso geral com maior disponibilidade e custo mais baixo. Essas diferenças influenciam a estratégia de liga, resposta ao tratamento térmico, acabamento superficial e critérios de seleção na indústria.

1. Normas e Designações

• S136: Fornecido comercialmente como um aço inoxidável para moldes (comumente referenciado por fornecedores de aço para moldes e OEMs). É tipicamente especificado para ferramentas e inserções de moldes onde resistência à corrosão e polibilidade são necessárias. É um aço para ferramentas inoxidável martensítico da família de aços para moldes inoxidáveis, em vez de um aço para ferramentas de carbono convencional.
• 420: Designado pela AISI/SAE como AISI 420 / UNS S42000; é um aço inoxidável martensítico nas normas ASTM e em muitas normas internacionais. É amplamente utilizado como um aço para ferramentas e engenharia inoxidável.

Classificação típica por tipo: - S136 — aço inoxidável martensítico para moldes/ferramentas (família de aço para ferramentas com comportamento inoxidável). - 420 — aço inoxidável martensítico (liga inoxidável de uso geral; frequentemente usado em engenharia e cutelaria).

(Os números de norma exatos e as designações comerciais podem variar por fornecedor; sempre verifique os certificados de material do fornecedor para pedidos específicos.)

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir apresenta os elementos de liga comuns de interesse e a presença qualitativa em cada grau. As concentrações exatas variam por fornecedor e forma do produto; consulte os certificados do moinho para aquisição.

Elemento	S136 (típico, qualitativo)	420 (típico, qualitativo)
C (Carbono)	Médio — ajustado para alcançar endurecimento e dureza superficial enquanto permite polibilidade	Médio — ampla faixa comercial; controla dureza final e resistência
Mn (Manganês)	Baixo–moderado (mantido controlado para limitar austenita retida e impurezas)	Baixo–moderado (desoxidante, afeta o endurecimento)
Si (Silício)	Baixo (desoxidação)	Baixo (desoxidação)
P (Fósforo)	Traço / baixo (mantido baixo para tenacidade e resistência à corrosão)	Traço / baixo
S (Enxofre)	Muito baixo (minimizado para melhorar a polibilidade e resistência à corrosão)	Frequentemente mais alto que S136 em graus mais antigos (melhora a usinabilidade, reduz a resistência à corrosão)
Cr (Cromo)	Relativamente alto (para fornecer comportamento inoxidável e resistência à corrosão)	Alto (12–14% classicamente; fornece comportamento inoxidável)
Ni (Níquel)	Baixo (pode estar presente em quantidades traço)	Baixo (geralmente baixo a traço)
Mo (Molibdênio)	Muito baixo ou ausente (alguns graus de moldes controlam deliberadamente Mo para equilibrar corrosão e tenacidade)	Frequentemente baixo ou ausente (a menos que especificado)
V (Vanádio)	Baixo–moderado (se presente, para resistência ao desgaste e refino de grãos)	Baixo (pode estar presente em algumas variantes)
Nb, Ti, B	Tipicamente controlados ou ausentes (estabilizadores e microligação controlados para melhorar a polibilidade e propriedades)	Geralmente ausentes ou em quantidades traço
N (Nitrogênio)	Baixo (evitado em muitas variantes devido aos efeitos na corrosão e tenacidade)	Baixo (tipicamente)

Como a liga afeta o desempenho (nível alto) - Cromo: elemento primário para comportamento inoxidável. Cromo mais alto e bem distribuído com baixo enxofre promove resistência à corrosão superficial e à corrosão por picotamento. - Carbono: aumenta a dureza alcançável e resistência ao desgaste após têmpera e revenimento, mas aumenta a endurecibilidade do martensita e a suscetibilidade a trincas em zonas duras e reduz a resistência à corrosão se combinado com altos níveis de impurezas. - Enxofre e manganês: maior S melhora a usinabilidade, mas degrada a polibilidade e resistência à corrosão; S136 mantém S muito baixo para acabamentos espelhados. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti): adicionados em pequenas quantidades para refinar carbonetos e melhorar o equilíbrio desgaste/tenacidade; sua presença é rigidamente controlada em aços para moldes para preservar o acabamento superficial.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas - Tanto S136 quanto 420 são destinados a formar martensita após a têmpera apropriada. Na condição recozida, eles contêm estruturas de ferrita/pearlita ou martensíticas recozidas, dependendo do processamento. A microestrutura após a têmpera é martensita mais austenita retida e carbonetos; o revenimento reduz a dureza e estabiliza a microestrutura.

Comportamentos e considerações do tratamento térmico - S136: fornecido frequentemente na condição recozida a vácuo ou pré-endurecida com foco na limpeza e distribuição controlada de carbonetos. Aceita ciclos padrão de têmpera e revenimento para alcançar a dureza alvo enquanto preserva a resistência à corrosão. Como S136 é especificado para acabamento superficial de alta qualidade, o tratamento térmico a vácuo ou em atmosfera controlada é comum para limitar a descarbonização e óxidos superficiais. - 420: responde de forma previsível ao endurecimento convencional (austenitizar → têmpera → revenimento). O tratamento térmico do 420 é flexível e pode ser otimizado para maior tenacidade ou maior dureza, dependendo da temperatura de revenimento. Tratamentos térmicos atmosféricos são comumente usados em oficinas de engenharia geral.

Normalização, têmpera e revenimento, e processamento termo-mecânico - A normalização refina o tamanho do grão em ambos os aços e é útil antes das operações de usinagem. - A têmpera e o revenimento definem o equilíbrio dureza–tenacidade. S136 frequentemente utiliza ciclos de austenitização e revenimento mais conservadores combinados com tratamento a vácuo para preservar o comportamento de corrosão. - O processamento termo-mecânico (laminação e resfriamento controlado) é mais relevante para a produção de barras/placas; as propriedades finais de ambos os aços são determinadas em grande parte pelo tratamento térmico subsequente.

4. Propriedades Mecânicas

Como ambos os graus são sensíveis ao tratamento térmico, os números absolutos dependem do fornecedor, cronograma de tratamento térmico e forma do produto. A tabela abaixo fornece uma visão comparativa qualitativa das tendências mecânicas típicas, em vez de valores numéricos fixos.

Propriedade	S136	420
Resistência à tração	Alta quando totalmente endurecida (projetada para alta dureza superficial)	Alta quando totalmente endurecida (faixas alcançáveis semelhantes dependendo do C)
Resistência ao escoamento	Alta após revenimento para durezas típicas de moldes	Comparável; varia com o revenimento
Alongamento (ductilidade)	Moderado — tende a menor alongamento em altas durezas	Moderado — pode ser ajustado; algumas variantes de 420 oferecem melhor ductilidade em durezas mais baixas
Tenacidade ao impacto	Moderada a baixa em durezas muito altas (aços para moldes frequentemente sacrificam alguma tenacidade por dureza e qualidade superficial)	Moderada — pode ser ligeiramente superior a S136 em dureza equivalente, dependendo do carbono e processamento
Dureza (endurecida)	Alta dureza alcançável e dureza superficial sustentada após polimento	Alta dureza alcançável; ampla faixa comercial dependendo do carbono

Interpretação - Ambos os aços podem ser endurecidos para níveis de dureza semelhantes utilizáveis para ferramentas e peças resistentes ao desgaste; o equilíbrio mecânico final depende do teor de carbono e do revenimento. A ênfase na fabricação e processamento de S136 está em produzir uma microestrutura limpa e acabamento superficial, o que apoia a resistência ao desgaste e à corrosão, mas pode ser especificado com escolhas de carbono e revenimento ligeiramente diferentes das ligas 420 genéricas.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços inoxidáveis martensíticos é desafiadora em relação aos graus austeníticos devido ao conteúdo de carbono e liga que promovem martensita dura e quebradiça em zonas afetadas pelo calor (HAZ). Dois índices de soldabilidade amplamente utilizados:

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

• Fórmula equivalente Pcm (fórmula BE mais antiga): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa - Valores mais altos de $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ implicam maior risco de trincas na HAZ e necessidade de pré-aquecimento/tratamento térmico pós-solda. Tanto S136 quanto 420 geralmente requerem procedimentos de soldagem cuidadosos: pré-aquecimento, baixa entrada de calor e revenimento ou alívio de tensões pós-solda são práticas comuns. - S136 pode ser um pouco menos tolerante se o grau tiver maior teor de carbono ou limpeza mais rigorosamente controlada (para evitar sensibilização e preservar o acabamento superficial). Por outro lado, algumas variantes de 420 formuladas para engenharia geral podem incluir inclusões de sulfeto e maior Mn que facilitam a soldagem em oficina, mas comprometem a resistência à corrosão. - Para montagens críticas, a soldagem deve ser qualificada com especificações de procedimento (PQR/WPS) e testes; brasagem ou fixação mecânica podem ser preferíveis para superfícies de moldes de alta integridade.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Para aços inoxidáveis martensíticos com cromo na faixa de 12–14%, a resistência à corrosão é moderada — suficiente para muitos ambientes internos, não agressivos e para moldagem por injeção de muitos polímeros. S136 é projetado para maior resistência à corrosão superficial e polibilidade espelhada controlando enxofre, inclusões não metálicas e descarbonização superficial.
• Para ambientes severos, nem S136 nem 420 igualam a resistência ao picotamento ou resistência geral à corrosão de aços inoxidáveis austeníticos (304/316) ou duplex. Ao avaliar a resistência à corrosão localizada, o Número Equivalente de Resistência ao Picotamento (PREN) é útil: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para as químicas típicas de S136 e 420 (baixo Mo e baixo N), os valores de PREN são modestos; assim, S136 alcança melhor resistência prática à corrosão superficial em grande parte através da limpeza e distribuição otimizada de Cr, em vez de alto PREN por adições de Mo ou N.

Opções de proteção superficial para cenários não ideais - Se o serviço da peça exigir proteção adicional: revestimento de níquel eletrolítico, revestimentos PVD, nitretação (onde compatível com os objetivos de corrosão e dureza) ou revestimentos poliméricos podem ser usados. Para proteção geral contra corrosão de 420 (se escolhido por razões de custo), revestimentos padrão (galvanização não é típica para peças inoxidáveis) e tintas ou tratamentos de passivação são opções.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade: 420 em suas variantes recozidas ou de usinagem livre é geralmente mais fácil de usinar do que S136 altamente endurecido. S136 é frequentemente fornecido em estado pré-endurecido ou recozido a vácuo; a usinagem deve ser feita em condição mais macia e seguida por tratamento térmico final e retificação/polimento.
• Retificação e polimento: S136 é otimizado para polibilidade espelhada; seu baixo enxofre e controle de inclusões produzem acabamentos superficiais superiores com menos defeitos superficiais. 420 pode ser polido para alto brilho, mas pode produzir mais características superficiais devido a inclusões.
• Formabilidade/dobramento: Ambos são limitados em formabilidade a frio quando endurecidos; a conformação deve ser realizada na condição recozida.
• Acabamento superficial: O processamento de S136 incentiva o eletropolimento final ou polimento mecânico para moldes ópticos ou médicos; 420 pode ser acabado, mas frequentemente requer mais correção de defeitos superficiais.

8. Aplicações Típicas

S136 (usos típicos)	420 (usos típicos)
Matizes e núcleos de moldagem por injeção de alto brilho (plásticos, peças ópticas)	Cutelaria, lâminas e facas de uso geral
Inserções de moldes resistentes à corrosão para peças de contato médico ou alimentar	Eixos, componentes de válvulas e ferramentas gerais
Moldes para dispositivos médicos e componentes de precisão que exigem acabamentos espelhados	Moldes simples, dispositivos e ferramentas manuais onde o custo é um fator
Componentes onde a qualidade da superfície e resistência a meios corrosivos leves são fundamentais	Partes de bomba, rolamentos e componentes que requerem comportamento inoxidável a um custo mais baixo

Racional de seleção - Escolha S136 para moldes e ferramentas onde acabamento superficial, resistência à corrosão de fluidos de processo ou agentes de limpeza e estabilidade dimensional a longo prazo em condição polida são prioridades. - Escolha 420 quando a sensibilidade ao custo, ampla disponibilidade e comportamento inoxidável de uso geral forem mais importantes do que polibilidade otimizada e resistência à corrosão especializada.

9. Custo e Disponibilidade

• 420: amplamente disponível, produzido por muitos moinhos em todo o mundo em barras, placas, chapas e forjados. Geralmente, custo unitário mais baixo do que aços para moldes especializados devido a grandes volumes de produção e múltiplos fornecedores.
• S136: um aço inoxidável para moldes especializado tipicamente disponível através de distribuidores de aço para ferramentas e moinhos selecionados. O custo é mais alto por quilograma devido ao processamento adicional (por exemplo, fusão a vácuo, controle de inclusões) e corridas de produção mais limitadas. A disponibilidade em tamanhos padrão de estoque de ferramentas é boa, mas pode ser menos ubíqua do que 420 em formas de commodities.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Atributo	S136	420
Soldabilidade	Moderada a desafiadora; requer procedimentos qualificados	Moderada a desafiadora; dependente de C e variante
Força–Tenacidade (equilíbrio)	Alta dureza com tenacidade moderada (otimizada para integridade superficial)	Dureza comparável alcançável; pode ser ajustada para mais tenacidade
Custo	Mais alto (aço para moldes especializado)	Mais baixo (aço inoxidável martensítico de commodities)

Escolha S136 se... - Você precisar de um material para moldes ou ferramentas que ofereça acabamento superficial superior, polibilidade espelhada e resistência aprimorada à corrosão superficial em ambientes agressivos de limpeza ou processamento de polímeros. S136 é a escolha preferida para moldes de injeção de alto valor, ferramentas para dispositivos médicos e aplicações onde defeitos superficiais e picotamentos de corrosão são inaceitáveis.

Escolha 420 se... - Você precisar de um aço inoxidável martensítico de baixo custo e amplamente disponível para ferramentas gerais, cutelaria, eixos ou peças onde polibilidade extrema e resistência à corrosão otimizada não são requisitos primários. Use 420 quando precisar de flexibilidade no tratamento térmico e ampla escolha de fornecedores.

Nota final - Ambos os graus são sensíveis ao tratamento térmico e requerem especificação da composição exata do fornecedor, forma do produto e ciclos de tratamento térmico pretendidos na aquisição. Para peças críticas, solicite certificados do moinho, especifique a condição da superfície (por exemplo, recozido a vácuo, pré-endurecido) e qualifique os processos de soldagem e acabamento antes da produção.