Aços Rápidos para usinagem

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Aços Rápidos
Características gerais 
Aços rápidos são aços ferramenta de alta liga de tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio e cobalto, assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidades de corte maiores do que as possíveis com aços ferramenta e carbono ou de baixa e meia liga.
A capacidade de corte de uma ferramenta de aço rápido não se altera mesmo quando a temperatura de gume, por efeito do atrito provocado pelo trabalho de usinagem, atinge 550 a 600ºC. Esta característica do aço rápido permite o uso das ferramentas durante períodos contínuos, relativamente longos, sem alteração dos ângulos de corte e é conseqüência de 3 propriedades básicas:
- Alta resistência ao revenimento;
- Elevada dureza a quente;
- Alta resistência à abrasão.
Alta resistência ao revenimento:
É a propriedade que permite ao aço rápido manter inalteradas a sua estrutura e dureza, à temperatura ambiente, mesmo depois de aquecido a 550-600ºC. O gráfico 1 ilustra a diferença da resistência ao revenimento existente entre o aço rápido e aços ferramenta ao carbono e ligado.
Elevada dureza a quente:
Dureza a quente ou dureza ao rubro é a propriedade do aço rápido de resistir ao efeito de amolecimento do calor, ou seja, manter elevada resistência mecânica mesmo em temperaturas de 550 a 600ºC.
A dureza a quente é conseqüência dos altos teores dos elementos citados, que se combinam com o carbono para formar carbonetos duros e estáveis.
Alta resistência à abrasão:
A resistência à abrasão a quente é a propriedade que retarda o desgaste do gume da ferramenta sob severas condições de trabalho.
A elevada resistência à abrasão do aço rápido é o resultado da elevada dureza e grande quantidade de carbonetos complexos de tungstênio, molibdênio, cromo e, especialmente, vanádio, extremamente dures e que se distribuem uniformemente na matriz da estrutura microscópica.
Uma das condições necessárias para se alcançar as características desejadas num aço rápido é o perfeito balanceamento do carbono e dos elementos de liga para produzir matriz tenaz, de alta resistência ao revenido e alta dureza em temperatura elevada, bem como permitir a formação de quantidade suficiente de carbonetos.
O tamanho e a distribuição dos carbonetos da matriz são fatores igualmente importantes, pois carbonetos de tamanho excessivamente grande tendem a destacar-se do gume, reduzindo a capacidade de corte da ferramenta.
A distribuição dos carbonetos deve ser a mais homogênea possível. A sua avaliação, porém, deve ser feita com muito critério, uma vez que os carbonetos segregam em quantidade maior no centro do lingote e pelo forjamento e laminação a quente só se consegue destruir parcialmente esta segregação. A segregação de carbonetos é mais acentuada em barras de diâmetros grandes e menos intensa na periferia da barra que no núcleo.
Tratamento térmico:
O êxito de uma ferramenta de aço rápido depende em grande parte da têmpera e do revenimento e, por isso, recomenda-se seguir as sugestões e as temperaturas indicadas pelo fornecedor para cada aço.
O tempo de permanência em temperatura é importantíssimo e algumas recomendações devem ser consideradas. Não é possível fazer-se recomendações especificas para todos os tamanhos de todos os tipos de ferramentas. A experiência do temperador é de grande valia para a determinação das temperaturas dentro das faixas recomendadas, tempo em temperatura, meio de resfriamento, proteção contra descarbonetação, etc.
Ferramentas de aço rápido que apresentam grandes diferenças de seções ou foram produzidas com grandes remoções de cavaco, devem sofrer um alívio de tensões antes de serem temperadas.
Este alivio é feito aquecendo-se as ferramentas a 650ºC durante uma hora e subseqüente esfriamento lento no forno.
Sobremetal para usinagem:
Barras com superfície bruta de laminação ou forjamento apresentam descarbonetação superficial e pequenos defeitos superficiais, inerentes ao processo de fabricação.
A fim de garantir a remoção destes defeitos, os sobremetais constantes da tabela abaixo são os mínimos a serem removidos e são baseados na norma alemã para aços rápidos, Werkstoffblatt 320-69
Os sobremetais acima são validos para o diâmetro de barras redondas, lado de barras quadradas e largura de barras de seção retangular. Para se determinar o sobremetal na espessura de barras de seção retangular, entra-se na tabela com um numero de índice que é igual à metade da soma da largura e da espessura.
Além do sobremetal para usinagem, recomenda-se deixar um sobremetal nas ferramentas para ser removido por retificação após a têmpera e revenimento.
O sobremetal para retificação oferece diversas vantagens:
1 – Permite a remoção de pequena camada eventualmente descarbonetada durante a têmpera.
2 – Permite compensar inteiramente ou parcialmente algum empenamento ocorrido durante a têmpera.
Não há regra para estabelecer o sobremetal a ser deixado para remoção após a têmpera. Este sobremetal pode variar de 0,5 até 3 mm ou mesmo mais, dependendo do equipamento disponível para o tratamento térmico, do tamanho e desenho da ferramenta, etc.
Em geral, peças delgadas e compridas tendem a empenar mais que peças curtas e, portanto, recomenda-se sobremetal maior para as primeiras. Também neste caso a experiência do ferramenteiro e do temperador deve ser considerada.
Retificação de ferramentas de aço rápido:
Devido aos teores e combinações de elementos de liga, os aços rápidos possuem baixa condutibilidade térmica. Esta característica faz com que aquecimentos localizados, provocados por retificação inadequada, causem o aparecimento de uma camada superficial de dureza baixa ou mesmo de pequenas fissuras, mais conhecidas como “rachas de retificação”.
As rachas de retificação” são em geral muito finas e detectáveis somente por artifícios como: decapagem a frio, exame com líquidos penetrantes ou com partículas magnéticas.
Apesar de pequena espessura e pouca profundidade destas fissuras, elas tendem a progredir durante a solicitação em trabalho, chegando a provocar a fratura da ferramenta.
Para uma retificação adequada, os seguintes fatores devem ser observados:
1 – Refrigeração abundante das ferramentas, de preferência com meio líquido. Caso a refrigeração por meio líquido não seja exeqüível, a retificação “a seco” terá que ser feita com muito cuidado, evitando qualquer aquecimento localizado.
2 – A pressão do rebolo sobre a ferramenta bem como seu avanço devem ser rigorosamente controlados.
3 – O uso do rebolo adequado, quanto ao tamanho e tipo do grão abrasivo, dureza, liga, aglomerante, é de máxima importância assim como seu estado de conservação. Para a retificação de ferramentas de aço rápido os rebolos devem ser limpos (não empastados), recém-retificados e concêntricos (não ovalizados).
4 – Para a escolha do rebolo adequado e indicações sobre as condições de retificação, recomendamos que sejam consultadas as firmas especializadas em rebolos.