Aço S390 (Bohler HSS): Propriedades e Aplicações Principais

Aço S390, também conhecido como Bohler HSS, é um grau de aço rapidamente que se destaca por sua excepcional dureza, resistência ao desgaste e capacidade de manter o desempenho de corte em altas temperaturas. Classificado como um aço para ferramentas, o S390 é utilizado principalmente em aplicações que exigem alta resistência ao desgaste e dureza. A composição do aço inclui quantidades significativas de tungstênio, molibdênio e vanádio, que contribuem para suas propriedades únicas.

Visão Geral Abrangente

O Aço S390 é classificado como um aço de alta velocidade, projetado especificamente para ferramentas de corte e aplicações que demandam alta dureza e resistência ao desgaste. Os principais elementos de liga no S390 incluem tungstênio (W), molibdênio (Mo) e vanádio (V), que melhoram sua dureza e tenacidade. A presença de carbono (C) também é crucial, pois forma carbonetos que contribuem para a dureza do aço.

As características mais significativas do Aço S390 incluem:

• Alta Dureza: Níveis de dureza alcançáveis podem chegar a 67 HRC, tornando-o adequado para aplicações de corte exigentes.
• Excelente Resistência ao Desgaste: A estrutura de carboneto fornece resistência ao desgaste excepcional, prolongando a vida útil da ferramenta.
• Boa Tenacidade: Apesar de sua dureza, o S390 mantém um nível de tenacidade que previne lascas e rachaduras durante o uso.

Vantagens:
- Desempenho excepcional em aplicações de corte de alta velocidade.
- Retém o corte por mais tempo do que muitos outros aços para ferramentas.
- Versátil para vários processos de maquinagem.

Limitações:
- Mais caro do que aços para ferramentas convencionais.
- Requer um tratamento térmico cuidadoso para alcançar propriedades ótimas.
- Pode ser desafiador de maquinar devido à sua dureza.

Historicamente, o S390 tem sido significativo na fabricação de ferramentas de corte, particularmente em indústrias como a automotiva e aeroespacial, onde a precisão e durabilidade são fundamentais.

Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes

Organização Normativa	Designação/Grau	País/Região de Origem	Notas/Observações
UNS	T11302	EUA	Mais próximo equivalente ao Bohler S390
AISI/SAE	M2	EUA	Diferenças composicionais menores
DIN	1.3343	Alemanha	Propriedades semelhantes, mas tratamento térmico diferente
JIS	SKH51	Japão	Desempenho comparável em aplicações de corte
ISO	4957	Internacional	Norma para aços de alta velocidade

As sutis diferenças entre esses graus podem afetar o desempenho em aplicações específicas. Por exemplo, enquanto M2 é uma alternativa comum, pode não alcançar a mesma dureza que S390 sob condições de tratamento térmico idênticas.

Propriedades Chave

Composição Química

Elemento (Símbolo)	Intervalo de Percentagem (%)
Carbono (C)	1,40 - 1,60
Molibdênio (Mo)	4,00 - 5,00
Tungstênio (W)	9,00 - 10,00
Vanádio (V)	2,00 - 3,00
Cromo (Cr)	3,00 - 4,00
Ferro (Fe)	Equilíbrio

O papel principal do tungstênio e do molibdênio no Aço S390 é melhorar a dureza e a resistência ao desgaste, enquanto o vanádio contribui para a formação de carbonetos finos, melhorando a tenacidade e a estabilidade durante aplicações em altas temperaturas.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição/Temperamento	Temperatura de Teste	Valor/Tamanho Típico (Métrico)	Valor/Tamanho Típico (Imperial)	Norma de Referência para Método de Teste
Resistência à Tração	Endurecidos e Temperados	Temperatura Ambiente	2000 - 2200 MPa	290 - 320 ksi	ASTM E8
Resistência ao Esforço (offset de 0,2%)	Endurecidos e Temperados	Temperatura Ambiente	1800 - 2000 MPa	261 - 290 ksi	ASTM E8
Alongamento	Endurecidos e Temperados	Temperatura Ambiente	2 - 5%	2 - 5%	ASTM E8
Dureza	Endurecidos e Temperados	Temperatura Ambiente	64 - 67 HRC	64 - 67 HRC	ASTM E18
Resistência ao Impacto	Endurecidos e Temperados	-20 °C	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

A combinação de alta resistência à tração e ao esgoto, juntamente com excelente dureza, torna o Aço S390 adequado para aplicações que envolvem altas cargas mecânicas e resistência ao desgaste, como ferramentas de corte e matrizes.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (Métrico)	Valor (Imperial)
Densidade	Temperatura Ambiente	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Ponto de Fusão	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Condutividade Térmica	Temperatura Ambiente	25 W/m·K	17,3 BTU·in/h·ft²·°F
Capacidade Térmica Específica	Temperatura Ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F

A densidade e o ponto de fusão do Aço S390 indicam sua robustez, enquanto sua condutividade térmica é essencial para aplicações que envolvem geração de calor durante processos de corte. A capacidade térmica específica também é crucial para entender o gerenciamento térmico em usinagem de alta velocidade.

Resistência à Corrosão

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

O Aço S390 apresenta resistência regular a cloretos, mas é suscetível à corrosão por pitting em ambientes agressivos. Comparado a outros aços de alta velocidade como M2 e SKH51, a resistência à corrosão do S390 é geralmente menor, tornando-o menos adequado para aplicações em ambientes altamente corrosivos.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observações
Temp. Máx. de Serviço Contínuo	600	1112	Adequado para corte em alta velocidade
Temp. Máx. de Serviço Intermitente	650	1202	Exposição de curto prazo apenas
Temperatura de Escala	700	1292	Risco de oxidação além desta temperatura

Em temperaturas elevadas, o Aço S390 mantém sua dureza e resistência ao desgaste, tornando-o ideal para aplicações de corte em alta velocidade. No entanto, a exposição prolongada a temperaturas acima de 650 °C pode levar à oxidação e degradação das propriedades.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Reposição Recomendado (Classificação AWS)	Gás/Fluxo de Proteção Típico	Notas
TIG	ER80S-D2	Argônio	Pré-aquecimento recomendado
MIG	ER70S-6	Argônio/CO2	Tratamento térmico pós-solda

O Aço S390 geralmente não é recomendado para soldagem devido ao seu alto teor de carbono, que pode levar a trincas. Pré-aquecimento e tratamento térmico pós-solda são essenciais para mitigar esses riscos.

Maquinabilidade

Parâmetro de Maquinagem	[Aço S390]	[AISI 1212]	Notas/Dicas
Índice Relativo de Maquinabilidade	30	100	S390 é significativamente mais duro
Velocidade de Corte Típica (Fresagem)	20 m/min	60 m/min	Usar ferramentas de carboneto para S390

Maquinar o Aço S390 requer ferramentas e condições especializadas devido à sua dureza. Ferramentas de carboneto são recomendadas para uma usinagem eficaz.

Formaabilidade

O Aço S390 não é tipicamente conhecido por sua formaabilidade devido à sua alta dureza. A conformação a frio é desafiadora, enquanto a conformação a quente pode ser viável com controle adequado da temperatura. O endurecimento por trabalho pode ocorrer, necessitando de gerenciamento cuidadoso dos raios de dobra.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Intervalo de Temperatura (°C)	Tempo Típico de Imersão	Método de Resfriamento	Objetivo Principal / Resultado Esperado
Recozimento	800 - 850	1 - 2 horas	Ar	Reduzir a dureza, melhorar a maquinabilidade
Endurecimento	1200 - 1250	30 - 60 minutos	Óleo	Alcançar a dureza máxima
Tempera	550 - 600	1 hora	Ar	Reducir a fragilidade, melhorar a tenacidade

Os processos de tratamento térmico influenciam significativamente a microestrutura do Aço S390, aprimorando sua dureza e tenacidade por meio da formação de carbonetos finos.

Aplicações Típicas e Usos Finais

Indústria/Sector	Exemplo Específico de Aplicação	Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação	Razão para Seleção
Aeroespacial	Ferramentas de corte para fabricação de turbinas	Alta dureza, resistência ao desgaste	Vida útil prolongada da ferramenta
Automotivo	Matrizes para operações de estampagem	Tenacidade, resistência ao desgaste	Durabilidade sob stress
Metalúrgico	Brocas de alta velocidade	Retenção do corte, resistência ao calor	Eficiência no corte

Outras aplicações incluem:

• • Moldes para moldagem por injeção
• • Serrotes e lâminas para corte de metal
• • Ferramentas para operações de usinagem

O Aço S390 é escolhido para essas aplicações devido à sua capacidade de manter desempenho em condições de alta tensão, garantindo longevidade e eficiência.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Insights

Característica/Propriedade	[Aço S390]	[M2]	[SKH51]	Nota Breve de Prós/Contras ou Compensação
Propriedade Mecânica Chave	Alta dureza	Moderada	Alta dureza	S390 oferece resistência ao desgaste superior
Aspecto Corrosivo Chave	Regular	Bom	Regular	M2 tem melhor resistência à corrosão
Soldabilidade	Pobre	Regular	Regular	S390 é desafiador de soldar
Maquinabilidade	Baixa	Moderada	Alta	M2 é mais fácil de maquinar
Custo Relativo Aproximado	Alto	Moderado	Moderado	S390 é mais caro
Disponibilidade Típica	Moderada	Alta	Alta	M2 e SKH51 são mais comuns

Ao selecionar o Aço S390, as considerações incluem sua relação custo-benefício, disponibilidade e requisitos específicos da aplicação. Embora ofereça desempenho excepcional em corte de alta velocidade, seu custo mais alto e menor maquinabilidade comparado a alternativas como M2 podem ser fatores limitantes. Além disso, considerações de segurança no manuseio e usinagem são primordiais devido à dureza do aço e ao potencial de desgaste das ferramentas.

Em resumo, o Aço S390 é uma opção premium para ferramentas de corte de alto desempenho, oferecendo uma combinação única de dureza, resistência ao desgaste e tenacidade, tornando-o adequado para aplicações industriais exigentes.