Aços para Ferramentas

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CENTRO UNIVERSITÁRIO GERALDO DI BIASE
FUNDAÇÃO EDUCACIONAL ROSEMAR PIMENTEL
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS, DA TERRA E ENGENHARIAS.
ENGENHARIA MECÂNICA 
 AÇOS PARA FERRAMENTAS E MATRIZES
Raquel de Jesus Andrade, Wallace Samuel de Oliveira, Janaina Christina da Silva, Yago Martins, Vinicius Roner
VOLTA REDONDA, 2018
Raquel de Jesus Andrade, Wallace Samuel de Oliveira, Janaina Christina da Silva, Yago Martins, Vinicius Roner
 AÇOS PARA FERRAMENTAS E MATRIZES
Trabalho de Materiais de Construções Mecânico apresentado com o requisito parcial para obtenção do grau da 2ª Avaliação do curso de Engenharia Mecânica do Instituto Tecnólogo do Centro Universitário Geraldo Di Biase. 
Professora Mestre: Janaina 
VOLTA REDONDA, 2018
		Sumário
Introdução
 Aço ferramenta é um aço que utilizamos na fabricação de ferramentas de corte ou conformação capaz de dar forma a um material para que ele se transforme em uma peça. Ele representa uma importante produção do segmento siderúrgico de aços especiais. São todos produzidos e processados para atingir um padrão de qualidade alto e utilizados, por exemplo, em ferramentas de corte ou componentes de máquinas.
Ao longo da evolução Industrial os Aços Ferramenta tiveram uma importante parcela de contribuição para o desenvolvimento de processos de fabricação na Indústria, as principais utilizações deste material deram-se na área de fabricação de moldes ou matrizes para conformação de materiais metálicos, em alta ou baixa temperatura, no decorrer do tempo foram surgindo materiais mais avançados na área metal mecânica, podemos citar, por exemplo, a área de ferramentas de corte onde vieram a ser criadas novas ferramentas com propriedades para desenvolverem altas velocidades de corte, ressaltando assim, a importância da qualidade na fabricação de uma ferramenta. Em se tratando de Aços Ferramenta veremos a importância de se levar em consideração a Qualidade tendo em vista a qual aplicação este material será designado. Por fim veremos também como os Aços Ferramenta estão diretamente ligados com a aplicação à que lhes foi atribuída, bem como consequentemente resultam em uma determinada composição de ligas químicas junto com apropriados tratamentos térmicos para se obter as características desejadas na construção de determinadas ferramentas.
Os primeiros registros de utilização de ferramentas pelo homem já foram encontrados por arqueólogos no estudo da pré-história, registros estes que relatam o uso de pedra lascada na confecção de ferramentas pelo homem pré-histórico, o ponto de partida para o desenvolvimento tecnológico das ferramentas se deu na descoberta de metais, como: O Zinco, Cobre e o Ferro a partir daí dados 700 a.c tornaram-se os materiais mais utilizados na fabricação de ferramentas. Desde então foram desenvolvidas melhorias nas obtenções de materiais para ferramentas chegando a ser de destaque a partir do séc.XVII os processos de fabricação do Ferro e da Siderurgia do Aço, onde o Aço por suas propriedades ganhou vantagem sobre os outros materiais utilizados na época
Um breve Histórico sobre o aço 
 O Ferro de metal usado pelos Homens era encontrado em meteoritos recolhido pelas tribos nômades nos desertos da Ásia Menor , no período de antes de Cristo; e também existem indícios da existência e emprego desse material em regiões, como a Groenlândia. A evolução do ferro começou quando o minério de ferro (na forma de torrões ou pedaços sólidos, denominados tarugos) foi sendo aquecido em fornos primitivos (forno de lupa), abaixo do seu ponto de fusão. 
Com a fundição, a indústria siderúrgica ganha novo impulso a partir da segunda metade do século XV. Começa-se a produzir ferro pelo "refino" do ferro-gusa. A crescente utilização de força motriz de água permite girar os cilindros dos laminadores e trefilar a fio. No início do século XVIII, o consumo de aço conhece um grande avanço. O inglês Abraham Darly começa a produzir o ferro-gusa a partir do coque em Na França, Reáumur realiza estudos teóricos sobre a redução do ferro-gusa em aço, enquanto Huntsman obtém pequenas quantidades de aço no cadinho (1745). 
 Na metade do século XIX, em 1856, a descoberta do inglês Bessemer permite realizar uma produção realmente industrial de aço pelo refino do gusa em um convertedor através do sopro de uma corrente de ar que atravessava o banho de gusa convertendo-o por oxidação em aço líquido. A partir dessa época, pôde-se dispor, graças a estes processos, de grandes quantidades desta liga ferro-carbono, que se chamava aço, cujas propriedades permitiram as maravilhas tecnológicas do século XX. 
A siderurgia moderna como conhecemos hoje, nasceu durante os anos 60. Enormes usinas integradas de 6 a 10 milhões de toneladas de aço foram criadas e os dispositivos de controle e automação aprimoram-se assim como os equipamentos. Toda essa evolução tem-se apoiado sempre num esforço constante de pesquisa. Quase nada pode ser fabricado sem recorrer a máquinas e equipamentos que, na maioria, são fabricados de aço. Isto nos fornece uma boa idéia do importante papel do aço em nosso cotidiano, papel este que não parou de crescer desde os tempos remotos dos Hititas.
 Processos de Fabricação
O processo de fabricação basicamente é composto por 4 processos, sendo eles de fundição, extrusão, laminação e soldagem,
Podendo ser usado o processo que for mais favorável para o tipo de ferramenta e material em que está se trabalhando, assim alcançando a ferramenta final com suas propriedades desejáveis.
Tomando como exemplo as ligas de alumínio, temos;
Fundição
Processos de fundição usualmente adotados para a fabricação de peças de ligas de alumínio fundidas: fundição em areia (verde e estufada), em moldes permanentes ou semipermanentes e em máquinas sob pressão (“die casting”). Além desses processos, em menor escala também são utilizados os processos de fundição centrífuga, fundição de precisão (“investiment” ou cera perdida), moldagem em gesso (“plaster”) e a moldagem em casca (“shell molding”). A escolha do processo a ser utilizado depende de vários fatores, sendo que muitos aspectos do projeto serão influenciados pelo método de fundição. Os fatores técnicos são o tamanho e a forma da peça, as características da liga tais como as propriedades físicas e mecânicas, as espessuras máxima e mínima de cada seção, a complexidade do desenho da peça, as tolerâncias dimensionais e o tipo de acabamento. Os fatores econômicos são o número de peças idênticas a serem produzidas, a possibilidade de repetição de encomendas e os custos relativos de usinagem e acabamento das peças produzidas pelos diferentes processos.
Fundição em areia: a leveza (baixa densidade) das ligas de alumínio, que permite trabalhar com baixas pressões e também possibilita fazer um socamento de areia mais leve. Por outro lado, a dificuldade que as ligas de alumínio apresentam para se libertar dos óxidos e expelir os gases do molde constituem-se em desvantagens, que exigem cuidados especiais. Sendo assim, é muito importante maximizar a permeabilidade do molde, permitindo o deslocamento do ar e dos outros gases à medida que o metal líquido penetra na cavidade. Outra desvantagem na fundição de ligas de alumínio é sua fragilidade a quente. Como a resistência mecânica das ligas de alumínio durante a solidificação é muito baixa qualquer obstáculo que signifique maior resistência à contração resulta no surgimento de trincas. Outra característica importante das ligas de alumínio é a elevada contração de solidificação, que exige que esta seja compensada, pois varia de 0,9 a 1,3 %. A areia utilizada na fundição das ligas de alumínio pode ser natural ou sintética. Para que a areia de fundição seja lisa o suficiente é necessário que o teor de argila seja razoavelmente elevado. No caso da areia natural o teor de argila deve estar entre 10 e 25 %, enquanto na areia sintética o teor deargila deve ser da ordem de 3 a 10 %.
O molde deve ser projetado de modo que os canais permitam o acesso à cavidade por vários pontos diferentes, o que permite que seja possível o vazamento a uma temperatura mais baixa e proporciona melhor seqüência de solidificação. A altura de vazamento deve ser suficientemente alta para minimizar a formação de escórias e o aprisionamento de ar dentro do molde [1].
A fundição em coquilha é o processo no qual o vazamento ocorre em um molde permanente, em geral metálico, para peças de 8 a 10 kg. Podem ser utilizados os métodos de vazamento por gravidade (“permanent mold casting”) ou por pressão (“die casting”), sendo que neste último utiliza-se uma máquina especial para injetar o metal líquido na cavidade do molde (coquilha neste caso). O material mais comumente utilizado para a fabricação de coquilhas é o fero fundido cinzento. Normalmente utiliza-se um “verniz” para proteger a cavidade da coquilha. O verniz é uma mistura à base de caolim, silicato de sódio, grafita e água. A temperatura de uso da coquilha deve estar entre 150 e 350 ºC. A temperatura ideal de vazamento do metal líquido depende da complexidade do formato da peça e é determinada experimentalmente. O uso do molde metálico permanente somente se justifica quando a escala de produção é suficientemente alta, ou seja, um número de peças a fabricar com o mesmo molde igual ou superior a 2000 peças aproximadamente [1].
Ante-ligas: para a fabricação de ligas de alumínio por fundição, é necessária a utlização das chamadas ante-ligas como parte da matéria-prima. Ante-ligas são ligas com elevados teores de determinados elementos que entram na composição química do produto final, que são fabricadas por empresas especializadas nesse mercado, com o objetivo único de seriem como matéria-prima para a fabricação da liga final. O uso desse tipo de matéria-prima se justifica pela sua uniformidade de composição e pelo maior rendimento no aproveitamento do elemento de liga na liga final, ou seja, menor perda de elemento de liga na fundição. Adicionando-se o alumínio comercialmente puro sob a forma de lingotes como parte da matéria-prima de fundição, dilui-se o teor do elemento de liga. O uso das ante-ligas é particularmente importante na fundição de ligas que contêm elementos com ponto de fusão bem mais alto do que o alumínio, como é o caso do cobre, do níquel, do manganês, do cobalto e do titânio, entre outros [1].
Outro insumo fundamental na fundição de ligas de alumínio é o fluxo protetor, cujas principais funções são a proteção contra a oxidação e a ação de eliminação de gases, sendo que ambos os fatores são fundamentais para reduzir a incidência de defeitos nas peças fundidas. As ligas de alumínio, devido à elevada afinidade com o oxigênio e as levadas temperatura de fundição, que favorecem a oxidação, possuem elevada propensão à formação de óxidos. As elevadas temperaturas também favorecem a absorção de gases no metal líquido (Lei de Sieverts), gases esses provenientes da decomposição do vapor d’ água presente na atmosfera ou de hidrocarbonetos resultantes da queima dos gases de combustão. Por esse motivo, recomenda-se que sejam evitadas temperatura de vazamento muito superiores a 700 ºC. Além dos fluxos anti-oxidantes e que eliminam gases do banho metálico, há os fluxos para recuperação de alumínio da camada de banho ou do fluxo de cobertura e os fluxos para refino de grão, estes últimos à base de titânio, boro ou sódio [1].
 
FIGURA1: metal líquido FIGURA 2 : molde para fundição de peças
a) Usinagem
A usinagem é a operação que se segue à fundição, com o objetivo de eliminar rebarbas e excessos de metal na peça fundida e também ajustar as dimensões da peça às especificações do produto final.
 
FIGUA 3: processo de usinagem
 
FIGURA 4: esquema de usinagem
A seguir serão abordas as propriedades mais importantes das ligas de alumínio no que diz respeito às características da usinagem dessas ligas.
Densidade: com uma densidade três vezes menor do que a dos aços e do latão, as ligas de alumínio permitem operações com velocidades bem mais elevadas e com menor desgaste do equipamento. Como os esforços inerciais são menores, é possível realizar mudanças de velocidade e manobras rápidas com menor vibração do conjunto, o que favorece a obtenção de um bom acabamento superficial. O aproveitamento de material durante a usinagem é três vezes maior no caso do alumínio, sendo assim o custo de usinagem por peça de alumínio é sempre inferior ao da usinagem do latão e em alguns casos, quando a velocidade de corte for essencial, por exemplo, o custo de usinagem do alumínio pode ser inferior ao custo de usinagem do aço.
Ponto de fusão: a temperatura de fusão das ligas de alumínio, situada entre 650 e 700 ºC pode ser atingida na interface de contato peça-cavaco-ferramenta, o que pode levar à soldagem por fusão do alumínio à ferramenta, “empastando” a mesma. Neste caso devem ser usados recursos para reduzir o atrito e refrigerar a peça.
Módulo de elasticidade: o módulo de elasticidade do alumínio é cerca de 1/3 do módulo de elasticidade do aço e bem inferior ao módulo de elasticidade do latão, o que torna necessários certos cuidados para evitar ou minimizar distorções e erros dimensionais nas peças. Basicamente estes cuidados consistem em:
- Usinar com avanços menores, reduzindo a carga de compressão sobre a peça e evitando a flexão da mesma. 
- Quando a peça for muito comprida, utilizar apoios (suportes) ao longo do comprimento da mesma.
- Somente utilizar ferramentas com ângulos de corte agudos e bem afiadas, ou seja, com gumes bem acabados e polidos.
- É necessário tomar cuidado no controle do aperto de fixação, com o objetivo de evitar amassamentos e deformações. A peça só deve ser fixada em suas seções mais sólidas ou mais espessas. Em caso de uso de mordentes hidráulicos em equipamentos automáticos, geralmente dimensionados para trabalhar com aços, recomenda-se diminuir a pressão de trabalho.
Usinabilidade: devido à possibilidade de usinar com altas velocidades, o tempo de usinagem das ligas de alumínio é relativamente curto, com excelentes resultados, principalmente para as chamadas ligas de corte fácil.
Condutibilidade térmica: a alta condutividade térmica do alumínio permite a rápida dissipação do calor gerado na usinagem, o que favorece o trabalho em velocidades elevadas.
Coeficiente de dilatação térmica: o coeficiente de dilatação térmica do alumínio, que é bem maior do que o do aço e o do latão, pode acarretar inconvenientes nos sistemas de fixação e medição das dimensões.
Coeficiente de atrito do alumínio: comparado com o coeficiente de atrito do aço, o coeficiente de atrito do alumínio é alto, o que resulta na redução do ângulo de cisalhamento durante o corte, aumentando a energia de deformação necessária para que ocorra o destacamento do cavaco. Esse fenômeno se agrava quando o cavaco é contínuo, ou seja, com intenso contato com a face da ferramenta. O uso de lubrificantes, de materiais de ferramenta com menor coeficiente de atrito e dispositivos de quebra de cavacos, permite reduzir o arrasto sobre a ferramenta, melhorando as condições de corte. Também é necessário um bom acabamento na afiação da ferramenta para reduzir o atrito [50].
b) Reciclagem
Atualmente uma parte significativa das cargas de fundição (material a ser fundido para fabricar as ligas) é constituída por “sucata” (material reaproveitado). No caso das latas utlizadas como embalagem de bebidas carbonatadas o índice de reaproveitamento chega próximo a 90 % em países como Brasil, Japão e outros. A reciclagem permite reduzir significativamente os custos de fabricação, principalmente no que se refere aos custos de energia, que são drasticamente reduzidos, assim como tem impactos muito positivos do ponto de vista ecológico, com redução significativa da contaminação do meio ambiente por lixo. E nos últimos anos os índices de reciclagem de ligas de alumínio têm crescido muito, razão pela qual abordaremosnesta seção alguns aspetos técnicos e mesmo econômicos da reciclagem das ligas de alumínio.
FIGURA 5: esquema de reciclagem
Qualquer tipo e forma de componente de alumínio pode ser reaproveitado por fundição e processamento mecânico posterior. Entretanto, as perdas de fusão da sucata atingem cerca de 10 %, devido à oxidação, que é mais intensa do que no metal primário (lingote: só 1%). Já nos anos 50 a reciclagem de alumínio na Europa atingia um índice de 35 %. O crescimento dos índices de reciclagem dependem fundamentalmente da organização de uma eficiente estrutura de coleta, classificação, separação e manuseio da sucata. O surgimento da reciclagem na Alemanha data da Primeira Guerra Mundial.
A nomenclatura nessa área necessita de esclarecimentos iniciais. Hoje em dia fala-se ainda da indústria de metal secundário, na qual se agrega o reprocessamento dos produtos de alumínio já utilizados. O metal reaproveitado fundido (secundário) apresentava um conhecido “downcycling” (perda de rendimento) em comparação com o metal produzido a partir de matéria-prima virgem (primário), havendo por isso controvérsias quanto à necessidade e conveniência de utilizá-lo. A expressão “downcycling” está, de fato, associada a uma imagem negativa. Esta expressão encontra sentido no seu uso devido à utilização de uma mistura de cerca de 18 materiais plásticos (poliméricos) que existem em um automóvel de passeio ainda hoje. Como no “downcycling” de materiais poliméricos existe uma ainda maior variedade de materiais, devido à necessidade de descartar produtos de baixo valor agregado, como caixas de flores e etc, esse lixo problemático é direcionado principalmente para vazadouros ou é parcialmente incinerado (ambas as possibilidades, já atualmente, ou num futuro próximo, muito problemáticas ou mesmo proibidas). Para cada uso do alumínio reaproveitado através de novas refusões deve-se, ao contrário e com razão, usar o termo reciclagem.
Recentemente, aliás, na Europa, na América do Norte e, a seguir, no Japão, foram promulgadas, ou anunciadas, medidas legais que regulamentam o reaproveitamento de materiais como importantes produtos de consumo no ciclo produtivo de novos produtos. O caso de reaproveitamento mais importante, além das embalagens, é o da indústria automobilística, para a qual incluindo-se os impostos, com os quais a s fábricas têm que se preocupar, cerca de 90 % de todos os materiais dos automóveis usados são levados ao reaproveitamento. Aqui deve-se diferenciar entre o reaproveitamento de poucos produtos de alto valor e a autêntica reciclagem.
Enquanto a reciclagem de latas de bebidas para a produção de novas chapas para a fabricação de novas latas dá bons resultados, a tarefa de reaproveitamento de componentes de alumínio nos automóveis, com a exigência de uma classificação de sucatas quanto ao seu grau de pureza, aguarda uma solução técnica e comercial. Até hoje os automóveis usados, como já mencionado na literatura, são desmontados em peças com tamanhos de até alguns centímetros. A atual geração de automóveis ainda é dominada pelo aço, ou seja, precisam de uma grande quantidade de componentes de aço para funcionarem. Os vários metais leves e materiais poliméricos ainda possuem uma prioridade baixa. Os componentes dos automóveis feitos com metais não ferrosos podem, entretanto, serem separados através de processos de separação gravimétrica, de modo que também os metais leves dos automóveis podem ser separados para serem utilizados em reciclagem.
A sucata de alumínio dos automóveis tem um teor de silício relativamente alto (devido aos componentes fundidos). Também o teor de magnésio, e o de outros elementos de liga, sugeririam o uso dessa sucata para a fabricação de novas peças fundidas. Com certeza devido à diminuição das dimensões dos automóveis existe obrigatoriamente um aumento do teor de ferro no metal secundário, de modo que este metal é usado para a fundição de componentes com valor agregado relativamente baixo, ou como complemento nas cargas de fundição de uma gama mais ampla de componentes fundidos.
Finalmente deve ser constatado que a facilidade com a qual o alumínio pode ser reciclado, resultando em vantagens econômicas e ecológicas decisivas, de modo que a sucata de alumínio já possui um valor por unidade de massa relativamente elevado, diferentemente da sucata de outros produtos, como os materiais ferrosos. E já desde o século XIX o valor da sucata de alumínio era reconhecido e a mesma utilizada, sendo o alumínio considerado o metal do futuro [2]. 
Extrusão
O processo de extrusão consiste na transformação de um tarugo cilíndrico em um perfil estrutural, através da compressão do tarugo de alumínio contra uma matriz que contém um orifício através do qual escoa o alumínio, que tem assim seu diâmetro reduzido, transformando-se em um perfil, que pode ter diferentes tipos de aplicação em diversos tipos de produtos.
Existem três tipos principais de processo de extrusão: o mais comum e tradicional é a chamada extrusão direta, no qual o tarugo é comprimido contra uma matriz estática, através de cujo orifício o metal escoa transformando-se em perfil. Na extrusão indireta o tarugo estático é comprimido por uma matriz móvel através de cujo orifício o metal escoa. Na extrusão com força de atrito ativa, o container move-se com velocidade superior à do tarugo, porém a matriz é estática, de modo que a força de atrito entre o container e o tarugo tem o mesmo sentido do movimento do container e do tarugo, ao contrário da extrusão direta, na qual a força de atrito tem sentido oposto ao do movimento do tarugo.
FIGURA 6: tarugo
FIGURA 7: esquema de extrusão 
Um processo especial de extrusão é a chamada extrusão hidrostática, na qual o tarugo é cercado por um líquido (óleo ou metal líquido com baixo ponto de fusão) e é pressionado (por todos os lados) contra a matriz, escoando o metal por seu orifício, já sob a forma de perfil. A tensão aplicada deve ser superior à tensão de escoamento do material e também pode ser necessário um aquecimento no caso em que o fluido é metal líquido. Também é necessário operar com cargas mais baixas no início do processo.
Os parâmetros de extrusão devem ser rigorosamente controlados, sendo esses parâmetros, a capacidade da prensa de extrusão, a velocidade do êmbolo que empurra o tarugo, a temperatura do tarugo, a temperatura da matriz, a razão de extrusão (razão entre o diâmetro inicial do tarugo e o diâmetro final do perfil), a complexidade do formato do perfil (existência de reentrâncias e etc), a lubrificação e o projeto da matriz (número de orifícios, ângulo da matriz e comprimento do container).
Entretanto, as chamadas variáveis fundamentais de engenharia são: pressão de extrusão, geometria da zona de deformação, velocidade de saída de extrusão, temperatura do produto extrudado, microestrutura. Obs: a temperatura do extrudado, por sua vez, depende da temperatura do tarugo antes do início do processo, da velocidade do êmbolo que empurra o tarugo, da razão de extrusão (razão entre o diâmetro do tarugo inicial e o diâmetro do produto extrudado final) e o atrito (entre o tarugo e o container/matriz). A pressão de extrusão é limitada pela capacidade da prensa, por um lado, e, pelo outro, pela possibilidade de gerar defeitos no produto extrudado. Quanto à geometria da zona de deformação, muito ainda tem que ser feito no sentido de melhorar o projeto do ferramental. A velocidade de saída depende da velocidade do êmbolo, mas é mais importante do que esta. A temperatura do extrudado é importante para evitar perdas, como as que são causadas pela fusão parcial.
A microestrutura do extrudado depende basicamente da composição química, do processo de fundição e conseqüentemente da microestrutura do tarugo, havendo alguma influência do processo de extrusão em si. A razão de extrusão afeta o atrito, e conseqüentemente, o aquecimento. E há diferenças de temperatura entre o tarugo e o container/matriz. É muito difícil determinar o coeficiente de atrito. A velocidade influina taxa de deformação, e assim na deformação final. O aquecimento do tarugo, por mais cuidadosa que tenha sido o tratamento térmico de homogeneização, não consegue eliminar o gradiente de temperatura entre o interior do tarugo e a superfície do mesmo. Quando os perfis extrudados possuem maior diâmetro, ocorrem grandes deformações na superfície e pouca deformação no interior dos mesmos. Quando os perfis possuem menor diâmetro, a deformação é mais uniforme. O aumento da temperatura de extrusão e o aumento da razão de extrusão levam ambos a um aumento da ocorrência de recristalização. A homogeneização tem por objetivo obter maior uniformidade de composição química (eliminar ou minimizar a segregação), maior uniformidade de microestrutura (dendritas, tamanho de grão, partículas de segunda fase e etc) e a eliminação de defeitos de fundição (porosidade entre outros) [51].
A extrusão é talvez o processo mais empregado para a conformação das ligas de alumínio, que possuem grande facilidade de serem extrudadas, garantindo significativa redução de custos e alta produtividade quando se emprega esse tipo de processo de fabricação. A qualidade do produto extrudado final em geral é muito boa, desde que se tome os devidos cuidados no controle dos parâmetros operacionais do processo anteriormente abordados. Entretanto, devido à importância do tema, será feito um breve relato sobre os principais defeitos resultantes do uso de parâmetros operacionais inadequados durante o processo de fundição:
1) Defeitos superficiais: a) trinca a quente (“hot shortness”): causada por temperaturas muito elevadas, que provocam fusão localizada no material, gerando trincas devido à perda de resistência mecânica. b) arrancamento (“tearing’”) e acúmulo (“pick up”) de material: causados pela fratura localizada em conseqüência das imperfeições da camada estacionária de alumínio, retida no container e que adere à matriz. Assim como o trincamento a quente, o arrancamento e o acúmulo de material (caso mais extremo do acúmulo de material) são causados por uma excessiva temperatura emergente (temperatura de saída do produto extrudado). O acúmulo de material pode ser minimizado por uma homogeneização eficiente, que melhore a configuração (refine) as partículas intermetálicas ricas em ferro.
2) Anel de óxido (“coring”): como na extrusão a quente não lubrificada a deformação não é uniforme, o centro do tarugo move-se mais rapidamente do que a periferia. Depois que boa parte do tarugo foi extrudada, sua superfície move-se para o centro e começa a fluir pela matriz. Como esta porção do material superficial contém a casca oxidada, formada durante o vazamento durante a fundição do tarugo e durante a homogeneização e o reaquecimento, esse tipo de fluxo provoca o surgimento de linhas internas de óxido (“coring”), que não permitem a soldagem das partes adjacentes de material a esta parte do material. A única maneira de evitar o surgimento desse tipo de defeito é descartar cerca de 4 a 15 % (dependendo do tipo de tarugo) da porção final do material extrudado. Esse material descartado constitui o chamado “talão” do tarugo. Esse problema pode ser agravado pela presença de lubrificantes, que facilitam o movimento do material da superfície, além de favorecer o aprisionamento dos resíduos de lubrificante no alumínio.
3) Solda transversal: na pratica habitual de extrusão usa-se uma câmara de solda ou anel de alimentação para manter a parte traseira do tarugo anterior na matriz, provendo uma superfície na qual o próximo tarugo possa se soldar. Se as superfícies que se soldam estivessem completamente limpas, não haveria nenhum problema com este processo, entretanto, na prática as extremidades dos tarugos estão sempre oxidadas, dando origem a uma lâmina oxidada dentro do perfil, que representa uma descontinuidade dentro do material. Para evitar esse problema, principalmente nos chamados perfis estruturais, para os quais os requisitos de resistência mecânica são mais rígidos, é necessário descartar todas a extensão do perfil que contem a solda transversal. Outro tipo de solda transversal, a solda transversal dupla é produzida pela prática de corte duplo na tesoura de cisalhamento a quente. Cada extensão extrudada possuirá então duas soldas transversais, que podem ser toleradas somente nos perfis não estruturais, para os quais os requisitos de resistência mecânica são menos rígidos.
4) Solda longitudinal: ocorre principalmente nos perfis tubulares, nos quais sua formação é mais complexa do que nos perfis sólidos, sendo formada uma solda transversal diferente em cada uma das partes da matriz. O principal efeito acarretado pela solda longitudinal é a diminuição é a diminuição localizada da resistência mecânica, causada pela contaminação da solda transversal causada pela contaminação da solda transversal nos perfis tubulares.
5) Bolhas: as bolhas podem aparecer em qualquer posição do perfil, associadas a todos os tipos de defeitos anteriormente descritos, ou devido ao ar aprisionado ou a lubrificantes voláteis. Entretanto, o tipo mais comum é aquele que aparece no início da extrusão, devido principalmente ao ar aprisionado durante a entrada do tarugo na bucha. Para evitar esse problema existe o chamado ciclo degaseificador, que consta de uma pequena movimentação do container após o início da pressão do pistão, permitindo a saída de ar.. Cuidados para reduzir a incidência de bolhas incluem a redução da diferença de diâmetro entre o tarugo e a bucha o tanto quanto possível, e a introdução de um gradiente de temperatura ao longo do comprimento do tarugo. Esta medida faz com que o ar aprisionado se acomode no talão. Poros em excesso nos tarugos também são causa de bolhas, pois atuam como sítios de nucleação do hidrogênio gasoso. Bolhas de final de extrusão podem ser causadas por alguns dos problemas citados anteriormente, como também podem ser causados pelo “coring” ou pela solda transversal. Para reduzir a ocorrência desses problemas, a solução é aumentar a extensão do talão. O uso de disco de pressão muito sujo de alumínio também pode ser causa do aparecimento de bolhas, por não permitir uma saída de ar adequada.
6) Camada superficial de grãos grosseiros: os produtos extrudados podem resistir à recristalização, mesmo quando sujeitos às temperaturas de solubilização. Por outro lado, pode-se encontrar grãos crescidos recristalizados numa estreita camada logo abaixo da superfície. A explicação é o fato de que a deformação redundante é muito mais concentrada nas camadas superficiais dos produtos extrudados do que na região mais interna do perfil. Este encruamento efetivo pode ultrapassar o valor do encruamento crítico necessário à recristalização, para uma dada combinação de tempo e temperatura, recristalizando a superfície e mantendo o interior do produto deformado. Nessas condições os grãos recristalizados são muito grosseiros. Este problema pode ocorrer principalmente em ligas com a presença de inibidores de recristalização (dispersóides contendo manganês ou cromo), que podem sofrer um crescimento de grão heterogêneo.
7) Efeito “casca de laranja”: esse efeito pode aparecer em qualquer produto de alumínio que for esticado, estampado ou embutido. No caso da extrusão o perfil sofre esticamento durante a prensagem (exercido pelo “puller” (tracionador) da prensa extrusora) e após a extrusão (na esticadeira). O nível de gravidade do defeito está relacionado com o tamanho de grão do perfil. Para os grãos refinados há pouco ou nenhum aspecto de “casca de laranja”, mas grãos grosseiros terão exatamente esse aspecto. Este defeito é gerado porque os grãos da superfície apresentam uma condição de deformação diferente daqueles do interior do perfil: não sofrem tanta restrição à deformação, ou seja, podem se deformar mais livremente, de acordo com os mecanismos básicos de deslizamento. Estes mecanismos produzem quantidades variáveis de deformação, dependendo da orientação dos grãos em relação aos seus vizinhos e das deformações impostas. A deformação não-uniforme de grão paragrão produz o efeito “casca de laranja”. Este defeito pode ser amenizado facilmente pela diminuição da tração do “puller” (dispositivo para retirada do perfil por tracionamento leve) e da quantidade de deformação gerada na esticadeira.
Laminação
Juntamente com a extrusão, a laminação é um dos mais importantes processos mecânicos de fabricação de ligas de alumínio, podendo levar à produção de semi-elaborados sob a forma de chapas e tiras, que podem ser utilizadas industrialmente, ou serem usadas como matéria-prima para os chamados processo de conformação de chapas, como o embutimento, a estampagem e o estiramento. Inicialmente serão apresentadas definições básicas de laminação, laminação a quente e laminação a frio, e em seguida serão abordados os aspectos principais da laminação a quente e da laminação a frio das ligas de alumínio.
FIGURA 8: laminação a quente
	
FIGURA 9: esquema de um laminador
Laminação: processo de deformação plástica dos metais no qual o material passa entre rolos, com altas tensões compressivas devido à ação de prensagem dos rolos, e com tensões cisalhantes superficiais resultante da fricção entre os rolos e o metal. Laminação a quente: etapa inicial do processo de laminação no qual o material é aquecido a uma temperatura elevada (no caso de ligas de alumínio entre 400 e 500 ºC) para que seja realizado o chamado desbaste dos lingotes ou placas fundidas. Laminação a frio: etapa final do processo de laminação que tem por objetivo o acabamento do metal, no qual o mesmo, inicialmente recebido da laminação a quente como chapa grossa, tem sua espessura reduzida para valores bem menores, normalmente à temperatura ambiente.
Laminação a quente de ligas de alumínio: a matéria-prima para a produção de laminados a quente de ligas de alumínio são placas fundidas com 200 a 600 mm de espessura, 600 a 2200 mm de largura e 4500 a 8000 mm de comprimento. A massa dessas placas varia de 1,5 t a 28 t. Como conseqüência do resfriamento indireto durante a fundição semicontínua as placas apresentam uma superfície com solidificação irregular, caracterizada por uma microestrutura heterogênea com segregação. Por este motivo é necessária a fresagem dessa camada superficial, sendo também necessário descartar as extremidades da placa, no que se refere ao comprimento da mesma.
A microestrutura da placa fundida com solidificação relativamente rápida apresenta uma verdadeira rede de partículas intermetálicas e segregação, o que resulta em trabalhabilidade relativamente limitada no processamento posterior. Entretanto, este problema pode ser minimizado através da realização de um tratamento térmico de homogeneização. O aquecimento reduz a resistência mecânica, favorecendo a operação de laminação, realizada entre 400 e 500 ºC.
Atualmente na indústria do alumínio utilizam-se laminadores a quente reversíveis, que permitem reduções de espessura da ordem de 15 a 30 mm por passe, o que, após vários passes, permite uma espessura final de laminado a quente da ordem de 2,5 a 8 mm.
A laminação a quente destrói completamente a estrutura bruta de fusão através da deformação a quente e da recristalização dinâmica e da recristalização estática, que permitem o refino de grão. Entretanto, após a laminação os grãos ficam alongados de acordo com a direção de laminação. Devido ao calor gerado durante a deformação, mesmo após o último passe de laminação a quente ocorre recristalização estática.
O conhecimento das modificações microestruturais e das condições de distribuição dos elementos de liga em função do ciclo de deformação a quente tem uma grande influência não só sobre a subseqüente laminação a frio, inclusive sobre os recozimentos intermediários, como também sobre as propriedades mecânicas do produto final. As principais características metalúrgicas afetadas são: tamanho de grão, textura, resistência mecânica, estabilidade térmica, tendência à recristalização, trabalhabilidade a frio e acabamento superficial.
Laminação a frio de ligas de alumínio: Além de permitir a redução de espessura das chapas, a laminação a frio, que vem após a laminação a quente, permite o aumento da resistência mecânica das chapas através do encruamento do material. Na laminação a frio o material é laminado de forma contínua, devido à ação de uma série de quartetos de rolos, que gradativamente reduzem a espessura da chapa. Em cada quarteto, enquanto os dois rolos de contato (superior e inferior), de menor tamanho, agem diretamente sobre a chapa, os grandes rolos de compressão giram sobre os rolos de contato. Deste modo, minimizando a carga sobre a chapa laminada, este sistema permite reduzir ao máximo os danos mecânicos à superfície do produto laminado.
A laminação a frio de tiras produz superfícies mais ásperas do que as produzidas nas chapas, nas quais ocorre mudança de 90 º na direção de laminação, reduzindo o efeito dos rolos de laminação sobre a superfície da chapa. Quando é necessário obter excelente acabamento superficial (brilho de polimento) a chapa é submetida à ação de rolos adicionais de acabamento com pequeno grau de redução de espessura, que promovem o polimento da chapa. Este efeito é ainda acentuado com o uso de rolos de laminação polidos adicionais. A laminação a frio produz chapas de ligas de alumínio com espessuras da ordem de 0,05 mm. Tiras de alumínio comercialmente puro podem ser obtidas com espessuras de 0,004 a 0,007 mm. Quanto maior a redução de espessura evidentemente maior o custo de laminação e a necessidade de realizar um maior número de recozimentos intermediários entre cada etapa de laminação, de modo a amolecer o material deformado em grau compatível com o prosseguimento da laminação.
FIGURA 10: esquema de laminação a frio
Os produtos laminados a frio podem ser utilizados comercialmente como chapas ou podem ser usados como matéria-prima nas operações de conformação posterior, como o embutimento que produz as latas para acondicionamento de bebidas a partir de chapas laminadas [2].
a) Anodização
Entende-se como anodização um processo de acabamento superficial aplicado aos produtos de ligas de alumínio, geralmente extrudados, eventualmente também laminados, que consiste em aumentar a espessura da camada superficial de óxido de alumínio, que por ser muito aderente e proteger o material contra a ação corrosiva do ambiente, ao ter sua espessura aumentada permite o aumento da resistência à corrosão, além de um excelente acabamento superficial, essencial no caso dos perfis de liga de alumínio 6060 e 6063 usados com fins arquitetônicos.
A oxidação anódica consiste em colocar a peça de alumínio como anodo numa célula com eletrólito com baixo pH e promover assim o reforço da camada oxidada. A espessura da camada anodizada varia entre 4 e 100 micra e influi na dureza, na resistência à corrosão e na capacidade de isolamento elétrico, entre outras propriedades. Essa película anodizada é ainda capaz de absorver corantes, lubrificantes, tintas, lacas e etc.
A dureza da película é muito influenciada pela tensão de anodização, aumentando com o aumento da mesma. No que se refere à estrutura da camada anodizada, esta é constituída inicialmente por óxidos de alumínio amorfos, que têm sua cristalinidade gradativamente aumentada com o envelhecimento progressivo. A camada não é uniforme e sim estratificada e depois de formada pode ser modificada por aquecimento, colorimento, selagem dos poros em água quente ou com determinadas soluções.
Os eletrólitos de anodização podem conter: ácido crômico, ácido oxálico e ácido sulfúrico.
Soldagem
Aqui a ênfase não será dada à descrição dos processos de soldagem de alumínio, que não faz parte do escopo deste trabalho, mas sim aos efeitos das diversas condições de soldagem dos principais processos sobre as características e propriedades das ligas de alumínio, ou seja as principais aspectos da soldabilidade das ligas de alumínio.
FIGURA 11: desenho de soldagem
FIGURA 12: soldagem
A seguir apresentamos uma resenha dos principais tipos de defeitos de solidificaçãoe alterações microestruturais presentes em ligas de alumínio (principalmente Al-Mg-Si) soldadas por diferentes processos. Posteriormente serão abordadas as características específicas do processo de soldagem por centelhamento e suas conseqüências sobre as propriedades do material.
Defeitos de solidificação:
Os principais tipos de defeitos de solidificação encontrados em ligas de alumínio soldadas são : porosidade, falta de penetração, fusão incompleta, trincas, reforço excessivo do cordão de solda, desalinhamento e alterações e alterações microestruturais [52,53].
Porosidade
As ligas de alumínio em geral apresentam acentuada tendência ao aparecimento de porosidade na junta soldada, a qual pode ser tolerada caso o tamanho (diâmetro médio) dos poros não seja elevado e os mesmos não estejam alinhados ou interligados (o que favorece o surgimento de trincas), o que depende dos requisitos necessários para o uso de um determinado produto : a porosidade é ainda mais nociva em condições de carregamento dinâmico [2].
A porosidade pode ser causada por diferentes fatores: a) elevada fluidez do metal líquido (devido à grande diferença entre a temperatura líquidus e a temperatura solidus e às elevadas temperaturas atingidas durante o processo de soldagem), b) a presença de gases (principalmente hidrogênio, proveniente de contaminantes presentes na superfície do metal ou mesmo da umidade do ar), fator que é agravado por uma velocidade de solidificação elevada que não permita que os gases escapem do metal líquido durante a solidificação e por uma velocidade de soldagem muito baixa, que permita maior absorção dos mesmos durante a soldagem, c) Aprisionamento de ar que surge no metal líquido durante a fusão ou, em alguns casos, do metal vaporizado, que não conseguem escapar durante a solidificação, d) contração do metal associada à solidificação [51].
No caso da soldagem por centelhamento, para a qual vários estudos já demostraram que o uso de atmosferas protetoras não traz nenhum benefício [54], é mais provável que a presença dos poros não esteja relacionada com a uma eventual presença de hidrogênio e outros gases provenientes de contaminantes, e sim ao aprisionamento do metal líquido e à efervescência gerada pela vaporização do metal durante o centelhamento.
A porosidade pode ser classificada em macro e microporosidade, dependendo da dimensão dos poros, que em geral têm formato aproximadamente esférico. Também pode ser classificada como primária, quando surge entre as dendritas durante a solidificação, ou como secundária quando surge durante o reaquecimento. Neste caso em geral os poros são mais finos e mais homogeneamente distribuídos, sendo portanto menos nocivos [2].
Ao contrário das trincas, o efeito da porosidade como agente causador de queda de dutilidade e tenacidade à fratura não é tão acentuado [55,56], a não ser que os poros sejam muito grandes e estejam alinhados e em grande quantidade [53].
A falta de penetração, fusão incompleta, o reforço excessivo e o desalinhamento atuam de modo similar, agravando a concentração de tensões [52].
Outros defeitos que efetivamente deterioram as propriedades mecânicas do material, são as trincas e as alterações microestruturais, que por este motivo também serão abordadas com ênfase.
Trincas de solidificação
As trincas que surgem na zona termicamente afetada (ZTA) de ligas Al-Mg-Si soldadas pelos processos TIG e MIG são causadas basicamente pela ausência de líquido devido à solidificação, que com as tensões associadas à soldagem provocam o trincamento. A formação de eutéticos de baixo ponto de fusão nos contornos de grão devido à segregação dos elementos de liga e impurezas, também acarreta a fragilização dos mesmos Os fatores que afetam a ocorrência de trincas de solidificação em ligas Al-Mg-Si são : composição química do metal de base e do metal de adição (principalmente), aporte térmico, penetração do cordão de solda e as tensões atuantes [57].
Quanto à composição química, sabe-se que as ligas Al-Mg-Si são sensíveis ao trincamento na ZTA, quando soldadas pelo processo MIG, o que torna recomendável o uso de ligas Al-Mg e Al-Si como metais de adição, com o objetivo de minimizar a ocorrência desses defeitos [58]. Mesmo com esse recurso, não é possível evitar totalmente o trincamento: ocorrem trincas longitudinais na liga 6061 soldada com Al-Mg , que não surgem na mesma liga soldada com Al-Si: o silício aumenta a fluidez do metal líquido, evitando a escassez do mesmo durante a solidificação, que levaria ao trincamento (trinca de solidificação). Por outro lado, as trincas transversais também aparecem no material soldado com Al-Si, até mesmo com mais severidade neste caso. Isso se deve a dois motivos: o silício reduz a temperatura solidus, aumentando o intervalo de solidificação (diferença entre temperaturas solidus e liquidus), o que favorece a ocorrência desse tipo de trinca [58]. Nesta figura podemos observar que quanto maior o aporte térmico, maior o efeito de redução da temperatura solidus provocada pela presença do silício proveniente do metal de adição, exatamente ao contrário do que ocorre com o magnésio. Além disso, a maior fluidez aumenta a penetração de metal líquido na ZTA, em distâncias maiores, o que também contribui para o surgimento dessas trincas. Quando a mesma liga (6061) é soldada pelo processo TIG, é a composição química do metal de base que assume importância primordial: os principais elementos de liga, Mg, Si e Cu favorecem o trincamento, ao passo que elementos secundários, como Mn, Cr e V, minimizam o trincamento por refinarem o grão [59].
Quanto ao aporte térmico, a sua elevação aumenta a severidade do trincamento, tanto para o processo MIG como para o processo TIG uma vez que o calor favorece o crescimento de grão, que aumenta à susceptibilidade ao trincamento. Verifica-se também, que as trincas somente surgem para valores de aporte térmico iguais ou superiores a um valor crítico (que depende da liga, do processo e seus parâmetros operacionais). Este efeito do aporte térmico manifesta-se de modo muito semelhante ao observado para a deformação: o aumento da deformação (no ensaio Varestraint) acima de um valor crítico (abaixo do qual não surgem trincas) agrava o trincamento. Do mesmo modo, este fenômeno repete-se para diferentes situações. Além disso, deve-se mencionar que a deformação e o aporte térmico têm efeito sinérgico: a superposição de ambos agrava o trincamento. Isto também repete-se para diferentes casos [59]. 
Alterações microestruturais
As principais alterações microestruturais associadas à soldagem de ligas de alumínio endurecíveis por precipitação são a dissolução e o crescimento de precipitados (superenvelhecimento), que ocorrem em diferentes regiões do material soldado, dependendo das temperaturas atingidas em cada região [60-62]. Neste aspecto, de um modo geral pode-se dizer que as modificações microestruturais sofridas pelas ligas Al-Mg-Si soldadas guardam certas semelhanças com aquelas observadas nos sistemas Al-Cu e Al-Zn-Mg [63,64]. Entretanto, a extensão e a localização dessas alterações dependem não só do tipo de liga, como também do processo empregado [60,62].
Mesmo assim, tanto para a liga 6061 soldada pelo processo MIG [61], 6013 soldada por TIG [60,62] ou a laser [62], como para a 6111 soldada a laser [50], existem quatro regiões distintas : zona de fusão, zona parcialmente fundida, zona termicamente afetada (ZTA) e metal de base (não afetado). Para o processo a laser, onde há grande concentração do calor de solda, a ZTA é mínima [62]. Nos processos MIG e TIG, a ZTA é bem mais extensa e apresenta grandes variações de dureza com a distância da zona de fusão [61,62], associadas aos fenômenos que ocorrem com os precipitados anteriormente citados.
A microestrutura da zona de fusão é caracterizada pela presença de grãos colunares resultantes da solidificação direcionada (crescimento epitaxial de dendritas) : a temperatura máxima atingida nesta região é superior à temperatura liquidus da liga. Na região parcialmentefundida, a temperatura máxima atingida situa-se entre a temperatura solidus e a liquidus [62]. A microestrutura resultante é típica de uma região de transição. Na ZTA a temperatura atingida é inferior à temperatura solidus.
Na liga 6061 soldada por MIG verifica-se que na ZTA inicialmente ocorre uma queda de dureza, à medida que se aproxima da zona de fusão, até que se atinge um valor mínimo de dureza. Esta queda está associada ao crescimento dos precipitados intermediários ?” (início do superenvelhecimento) [61]. Neste ponto de mínimo local de dureza ocorre a maioria das rupturas em ensaios de tração [2]. Em seguida ocorre um aumento de dureza associado ao aparecimento de precipitados ?’ [61]. Depois verifica-se uma queda de dureza mais acentuada próximo à linha de fusão, associada à dissolução (reversão) de todos os precipitados [61]. Já dentro da zona de fusão ocorre um modesto aumento de dureza causado pelo efeito de endurecimento por solução sólida, seguido por nova queda de dureza na zona de fusão mais distante da linha de fusão [61].
Na liga 6013 soldada pelo processo TIG, o perfil de dureza é muito parecido com o da liga 6061 soldada por MIG. Para o processo de soldagem a laser ao contrário de MIG e TIG, só há mínimo de dureza dentro da zona de fusão. O mesmo ocorre para a liga 6111 soldada a laser. Este fato é explicado pela dissolução total dos precipitados intermediários endurecedores na zona de fusão e pelo fato de que como neste tipo de processo ocorre concentração de calor no ciclo térmico de soldagem, de tal modo que a ZTA é muito mais estreita, não possuindo extensão suficiente para que seja visualizada a variação de dureza e microestrutura (precipitados) observada nos processos anteriores. Esta característica também é observada em ligas de alumínio endurecíveis por precipitação soldadas por centelhamento, pois é comum aos processos onde ocorre concentração de calor, de modo que a ZTA seja estreita [50, 60].
 Propriedades do Aço
O aço é uma liga metálica utilizada pelas civilizações humanas há muitos anos. Ele foi um dos responsáveis pelo desenvolvimento e crescimento industrial e, por sua vez, pela economia de muitas regiões no mundo. As principais propriedades do aço são grande maleabilidade e durabilidade, elasticidade, boa resistência e boa condutividade térmica. Além dessas propriedades importantes, propriedade mais característica do aço inoxidável é a sua resistência à corrosão.
Composição do Aço
 Conhecimento e controle das propriedades de um material é, portanto, essencial. As propriedades mecânicas do aço podem ser cuidadosamente controladas selecionando uma composição química adequada, tratamento térmico e de processamento, chegando se assim à sua microestrutura final.
As ligas e os tratamentos térmicos utilizados na produção de aço resultam em valores de propriedade e forças diferentes e os testes deverão ser realizados para determinar as propriedades finais do aço e para assegurar o cumprimento das respectivas normas.
Existem muitos sistemas de medição utilizados para definir as propriedades do aço. Por exemplo, limite de escoamento, ductilidade e rigidez são determinadas por meio de teste de tração. Tenacidade é medida por testes de impacto e a dureza é determinado pela medição da resistência à penetração da superfície por um objeto rígido.
O teste de tração é um método de avaliação da resposta estrutural do aço para cargas aplicadas, com resultados expressos como uma relação entre deformação e tensão. A relação entre a deformação e a tensão é uma medida da elasticidade do material, e esta proporção é chamada de módulo de Young. O valor alto do módulo de Young é uma das propriedades de aço mais distinta, encontra-se na faixa de 190-210 GPa, que é aproximadamente três vezes o valor de alumínio.
As propriedades físicas do aço referem-se a física do material, tal como densidade, condutividade térmica, môdulo de elasticidade e coeficiente Poison, etc. Alguns valores típicos para as propriedades físicas do aço são:
densidade ρ = 7.7 ÷ 8.1 [kg/dm3]
Môdulo de elasticidade E=190÷210 [GPa]
Coeficiente de Poison ν = 0.27 ÷ 0.30
Condutividade têrmica κ = 11.2 ÷ 48.3 [W/mK]
Expansão têrmica α = 9 ÷27 [10-6 / K]
 
Propriedades do aço
O aço faz parte da indústria de qualquer nação e apesar disso, a composição e propriedades do aço não diferem muito de fábrica para fábrica, nem de país para país. Conforme já falamos, o aço é basicamente produzido a partir do ferro e de carbono, a inserção de outros elementos químicos acontece em baixos teores e sempre de acordo com o uso final do material, se precisa ser usinado, mais resistente, mais duro, e etc., ou ainda da forma como ele é fabricado.
As propriedades do aço, portanto, se alteram conforme estes outros minerais que são incluídos em sua fabricação e por isso conferem ao aço diferentes propriedades o transformando em um material que tem uma imensidão de aplicações e usos.
Apesar de ser um material sólido o aço costuma apresentar uma excelente maleabilidade, sem perder a força. O grau de maleabilidade e elasticidade do material vai alterar conforme o teor de carbono e outras ligas metálicas. No Brasil e em outros países, existem normas que os diferenciam de acordo com suas propriedades. As normas nacionais são chamadas de NBR e as internacionais de ATSTM, estas normas dizem respeito às propriedades mecânicas dos diferentes tipos de aço.
Mas de forma geral, todos os tipos de aço apresentam excelente maleabilidade e elasticidade, boa condução de calor e alta durabilidade e resistência. Quando a indústria escolhe algum produtor de aço, eles escolhem o material de acordo com sua norma e, muitas vezes, o material passa por testes para assegurar que o material está de acordo com o que os engenheiros necessitam.
Entre os testes que o aço passa, podemos citar os de tração, que tem como objetivo verificar como o aço se comporta quando tensionado ao receber diferentes cargas de tração. Ele precisa apresentar a elasticidade ideal para cada tipo de uso. Além disso, as normas internacionais e nacionais de cada tipo de aço ainda levam em consideração às seguintes características:
* Massa volumétrica;
* Condutividade térmica;
* Resistência à eletricidade;
* Resistência ao calor;
* Coeficiente de expansão térmica;
* Módulo de elasticidade;
* Alongamento;
* Limite de escoamento;
* Limite de resistência à tração.
DIAGRAMA TENSAO DEFORMAÇÃO
Composição Química
O ferro é encontrado na natureza como minério de ferro (Fe2O3) mas após um processo metalúrgico ele é reduzido ao ferro que é usado na produção do aço.
Tipos de Aço Ferramentas
 O aço ferramenta representa uma importante fatia do segmento de aços especiais. Produzido e processado para atingir um alto grau de qualidade, o aço ferramenta é empregado na fabricação de matrizes, moldes, ferramentas de corte intermitente e contínuo, ferramentas para conformação de chapas, corte a frio e componentes de máquinas. Abastecem os segmentos de autopeças, automobilístico, eletro-eletrônico e extrusão de alumínio.
Este tipo de aço se caracteriza pela elevada dureza e resistência à abrasão. Tem boa tenacidade e mantém as propriedades de resistência mecânica mesmo sob elevadas temperaturas. Tais características são obtidas com a adição de altos teores de carbono e ligas como tungstênio, molibdênio, vanádio, manganês e cromo. A maior parte dos aços ferramenta é forjada. Outra parte é produzida por fundição de precisão ou por metalurgia do pó.
A fusão deste tipo de aço é realizada, geralmente, em quantidades pequenas em fornos elétricos. A seleção de matéria-prima é um fator de grande importância para o processo. Esse cuidado também pode ser verificado na utilização de sucata. Há ainda atenção especial com as tolerâncias de composição química e homogeneidade do produto final. Estas e outras particularidades tornam o aço ferramenta um material de custo mais elevado em comparação com os aços comuns.
Villares e Grupo Gerdau são os responsáveis pela produçãonacional de aço ferramenta.
Classificação e Aplicação 
Os aços ferramenta são classificados de acordo com suas características metalúrgicas principais ou de acordo com seu nicho de aplicação. A classificação do American Iron and Steel Institute (AISI) é a mais utilizada pela indústria de ferramentaria e tem se mostrado útil para a seleção do produto.
Apesar de existirem mais de 100 tipos de aços ferramenta normalizados internacionalmente, para as mais diversas aplicações e solicitações, a indústria trabalha com uma gama reduzida de opções. São preferidos aqueles que possuem suas propriedades e desempenhos consagrados ao longo do tempo, como, por exemplo, os aços AISI H13, AISI D2 e AISI M2.
Os aços ferramenta são divididos em diferentes tipos, de acordo com sua aplicação e características. São eles:
Aço Rápido
Desenvolvido para aplicação de usinagem em elevadas velocidades. Podem ser ao molibdênio (grupo M) e ao tungstênio (grupo T). Ambos possuem performance semelhante, entretanto os do grupo M apresentam menor custo inicial. O aço rápido ao molibdênio tem elevada dureza, resistência ao desgaste e boa tenacidade. Este tipo de aço é freqüentemente temperado em banhos de sais. Aplicação: ferramentas, brocas, perfuratrizes, alargadores de furos, machos para abertura de roscas e fresas helicoidais. Alguns tipos podem ser utilizados para determinadas aplicações a frio, como laminadores de rosca, punções e matrizes para corte de discos.
O aço rápido é um tipo de aço carbono, contendo uma grande dose de tungstênio. Uma composição típica de aço rápido é: 18% de tungstênio, 4% de cromo, 1% de vanádio, 0,7% de carbono e o resto de ferro. A adição de 5 a 8% de cobalto no aço rápido proporciona maior resistência ao desgaste. Tipicamente, as brocas feitas com a adição de cobalto (tipos de classe popular M-15 e M-42) são chamadas de “brocas de cobalto” e são usadas em aplicações de perfuração de ponta.
No corte de metais, as ferramentas de carboneto gradualmente assumiram as ferramentas de aço rápido em muitas das aplicações. Mas ainda o aço rápido é amplamente utilizado em alguns segmentos específicos de ferramentas como brocas, fresas, torneiras, ferramentas de tornear formas, fresas de engrenagens e cortadores de moldagem de engrenagens, moinhos laterais e de face, moinhos finais, fresagem de lajes e trituradores de estrado, serras de corte, fresas e brocas.
A vantagem aço rápido sobre o carboneto é a sua força para suportar as forças de corte e o baixo custo das ferramentas. Do ponto de vista da vida da ferramenta, o aço rápido funciona muito bem em aplicações de corte intermitentes. Mas a maior limitação deste aço é que a sua velocidade de corte útil é muito menor quando comparada ao carboneto.
Na grande maioria das aplicações de corte, nomeadamente o torneamento, a perfuração e a fresagem facial, as ferramentas e inserções de carboneto foram totalmente utilizadas nas ferramentas de aço rápido tornou-se este tipo de material praticamente extinto nestas aplicações. Mas esse não é o caso da perfuração.
Aço rápido em perfuração
Em aplicações como a perfuração, gradualmente as brocas de carboneto sólidas estão assumindo as brocas aço rápido, particularmente nas máquinas ferramentas CNC; mas quando se fala em economia, particularmente quando há perfuração de pequeno diâmetro e maiores profundidades, o aço rápido não pode ser dispensado com facilidade. A quebra da broca durante o corte custa muito caro na produtividade, já que a produção para até que a ferramenta seja substituída. Outra grande vantagem do uso de brocas deste material é que a broca de aço rápido pode prosperar e executar mesmo em máquinas-ferramentas antigas e infalíveis com potência limitada.
Aço rápido em ferramentas e cortadores
O aço rápido continua a ser o melhor e o mais barato quando se trata de cortadores de formas de dentes múltiplos, como cortadores de engrenagens, brocas e fresadoras. Substituir essas ferramentas por carboneto (na forma de pontas de carboneto de brasagem) não é apenas um caso caro e pesado na fabricação de ferramentas, mas também muito prejudicial para a produção em caso de ruptura da ponta. A afiação de ferramentas também é mais fácil quando se trata de uso de ferramentas de aço rápido.
Velocidades de corte com aço rápido
Como já mencionado, as ferramentas de aço rápido não podem de maneira nenhuma competirem com ferramentas de carboneto quando se trata de velocidades de corte. Sob aplicações igualmente adequadas, uma ferramenta de carboneto pode cortar 4 a 12 vezes mais rápido do que as de aço rápido (dependendo do material de trabalho e do tipo de operação) e, naturalmente, a produtividade é proporcionalmente maior.
Como o aço rápido melhorara a produtividade
Utilização de brocas e cortadores de cobalto:
Na verdade, os “perfuradores / cortadores de cobalto” (que, de fato, se referem às classes de ferramentas HSS M-15 e M-42 que contêm cobalto de 5% e 8%) foram desenvolvidos para combater a perfuração de materiais resistentes, como aço inoxidável, inconel, ferramentas aços, ligas de titânio, etc.
Quando uma transição para a ferramenta de carboneto de aço rápido é impossível e totalmente antieconômico, o uso dessas ferramentas de cobalto é uma opção disponível para que engenheiros de processo aumentem a produtividade para usinagem de aços normais e outros materiais regulares. Esta opção também é utilizada, quando é necessário o aumento da vida útil da ferramenta para uma determinada velocidade de corte.
Com brocas de cobalto, a velocidade de corte pode aumentar até 40% ou mais em relação às brocas de aço rápido, com condições similares. Dependendo do tamanho da broca e da quantidade mínima de pedido, os perfuradores de cobalto podem custar de 1,75 a 2,5 vezes mais que as brocas de aço rápido normais. Um compromisso correto entre a vida útil da ferramenta e o aumento da produtividade deve ser alcançado para equilibrar efetivamente o aumento do custo das ferramentas. 
Tabela Aços Rápidos das classes T e M.
Aços para Trabalho a Quente
 Indicado para utilização em operações de funcionamento, cisalhamento e forjamento de metais em temperaturas elevadas, condições de pressão e abrasão. São identificados como aço H, no sistema de classificação.
São divididos em três subgrupos: ao cromo (entre H10 e H19), ao tungstênio (de H21 a H26) e ao molibdênio (de H42 e H43). Aplicação: os aços ao cromo são utilizados em aplicações de transformações mecânicas a temperaturas elevadas. Os aços ao tungstênio são empregados como mandris ou matrizes de extrusão para aplicações de alta temperatura, como na extrusão de ligas de cobre, ligas de níquel e aço.
Ao Cr e Cr-Mo (H1-H19)
Matrizes para fundição sob pressão, matrizes de forjamento, ferramental para trabalho a quente (extrusão), lâminas de tesouras para corte a quente, etc. São os mais utilizados.
Ao Cr –W e W (H20-H39)
Matrizes de extrusão de aços, cobre ou latão, moldes permanentes para fundição de latão, matrizes para prensagem e forjamento, etc.
Ao Mo (H40-H59)
Aplicações similares aos aços anteriores desta categoria. São osmenos utilizados.
Características
Como mencionado acima, estes aços resistem a condições severas de temperatura, pressão e abrasão em serviço. Possuem excelente resistência à formação de trincas em condições de resfriamento e aquecimento sucessivos (especialmente os aços cromo). Os aços tungstênio destacam-se pela sua alta resistência à abrasão em alta temperatura.
Microestrutura
São fornecidos como recozidos, com microestrutura de pequenos carbonetos esferoidizados dispersos em matriz ferrítica. Para a sua utilização há necessidade de temperá-los e a microestrutura é constituída de finíssimos carbonetos em matriz martensítica revenida.
Aplicações
Punções, matrizes de forjamento, matrizes de extrusão e mandris. Estes componentes são comuns no forjamento em aço, bronze e latão, na extrusão de ligas de cobre e ligas de níquel e extrusão e injeção de alumínio.
Tabela de Aços para Trabalho a QuenteAços para trabalho a Frio
 Esse aço se restringe a aplicações que não envolvam aquecimentos repetidos ou prolongados em faixas de temperatura de 205º a 260º C. Isso porque não contém elementos de liga necessários para resistência à deformação a quente. São divididos em três grupos: aços temperáveis ao ar (grupo A), alto-carbono e alto-cromo (grupo D) e temperáveis em óleo (grupo O). Aplicação: os do grupo A são aplicados na produção de facas de cisalhamento, punções, corte de chapas para estampagem e matrizes para aparar. Os do grupo D são aplicados em ferramentas de forjamento, rolos de laminação de rosca, estampagem profunda, moldes de tijolo, calibres, operações de brunimento, rolos e facas para corte de tiras. Os do grupo O são utilizados em matrizes e punções para corte de chapas para estampagem, rebarbação, trefilação, flangeamento e forjamento.
Aços para trabalho a frio são utilizados para trabalhos que não envolvam aquecimento repetido ou prolongado em temperaturas acima de 205 a 260ºC. 
As letras correspondentes a cada classe têm os seguintes significados: classe
A para aços temperados em ar (do inglês Air), classe D para aços de alto carbono e alto cromo e grupo O para aços temperados em óleo (do inglês Oil).
Baixa liga temperáveis em óleo (O): C: 0,9 - 1,2%; Mn: 0,25 - 1,6%; Si: 0,25%; Cr: 0 - 0,75%; W: 0 - 1,75%; Mo: 0,25% (opcional).
 Aplicações típicas: matrizes de conformação a frio para pequenas séries, calibres e algumas ferramentas de usinagem que não geram elevadas temperatura durante serviço.
Média liga temperáveis ao ar (A): C: 0,7 - 1,0%; Mn: 0,5 - 3,0%; Cr: 1,0 - 5,0%; Mo:1,0%. Aplicações típicas: matriz deforma complexas, matrizes para laminação de roscas e ferramentas de produzir fendas.
Alta liga temperáveis ao ar/óleo (D): C: 1,0 - 2,25%; Cr:12,0%; Mo: 1,0%; Co: 3,0%; W: 1,0%.Aplicações típicas: matrizes de conformação e corte para grandes séries, matrizes para laminação de roscas, moldes para tijolos, revestimentos resistentes à abrasão, calibres, etc.
Características
Não contém os elementos de liga necessários para manter a resistência a quente. Maior temperabilidade que o grupo W, possibilitando emprego de meio de resfriamento menos drástico (óleo ou ar);
Menor tendência às distorções e, portanto, trincas de têmpera que os da série W, resultando em maior estabilidade dimensional, destacando-se o grupo D
Baixa resistência ao revenimento;
Baixa a moderada resistência à abrasão (classe O);
Boa resistência à abrasão (classes A e D)
A tenacidade mais alta ocorre para os aços da classe A.
Microestrutura
Classe A: fornecidos em forma de matriz ferrítica com carbonetos esferoidizados, com dureza máxima de 240 HB.
Classe O: fornecidos em forma de matriz ferrítica com carbonetos esferoidizados, com dureza máxima de 210 HB.
Classe D: fornecidos contendo carbonetos primários e pequenos carbonetos esferoidizados em matriz de perlita e ferrita, com dureza máxima de 250 HB.
Para a sua utilização há necessidade de temperá-los e reveni-los, apresentado estrutura martensítica revenida, com presença de carbonetos não dissolvidos na austenitização. No estado apenas temperado podem atingir a dureza máxima de 65 HRC.
Aplicações
Classe A: são utilizados para lâminas de cisalhamento, punções para corte de chapas e matrizes de aparar.
Classe D: utilizados para ferramentas de forjamento e de estampagem profunda, calibres, rolos de laminação de roscas, ferramentas de brunimento e facas de corte.
Classe O: utilizados para punções e matrizes aplicáveis a operações de corte de chapas, rebarbação, trefilação e forjamento.
Tabela de Aços para trabalho a Frio
Aços Resistentes ao Choque 
 Seus principais elementos de liga são manganês, silício, cromo, tungstênio e molibdênio. Quase todos os aços deste tipo (conhecidos como Grupo S) possuem conteúdo de carbono de aproximadamente 0,50%. Por conta disso, apresentam uma combinação de elevada resistência e tenacidade e baixa ou média resistência ao desgaste por abrasão. Aplicação: talhadeiras, formões, contra-rebites, punções, brocas-guia e outras aplicações que requerem elevada tenacidade e resistência ao choque.
Os aços resistentes ao choque, S (do inglês shock), contém manganês, silício, cromo, tungstênio e molibdênio em vários teores. O teor de carbono fica em torno de 0,5%. São fornecidos como recozidos com microestrutura constituindo-se de uma matriz ferrítica com carbonetos esferoidizados. Nas condições de trabalho apresentam estrutura martensítica revenida.
Características
Para o tipo de trabalho a que são destinados, combinam alta resistência mecânica e alta tenacidade. A resistência ao desgaste por abrasão fica entre média e baixa. A temperabilidade é variável em função dos elementos de liga, mas melhor do que a dos aços da classe W. Podem ser temperados em água (S2), em óleo (S1) e ao ar (S7).
Microestrutura
São fornecidos como recozidos com microestrutura constituindo-se de uma matriz ferrítica com carbonetos esferoidizados. Nas condições de trabalho apresentam estrutura martensítica revenida.
Aplicações
São primariamente usados para cinzéis, rebites, punções, Martelos, Talhadeiras, Brocas para concretos, Lâminas de tesouras e outras aplicações onde são necessárias alta tenacidade e alta resistência ao impacto.
Tabela de Aços Resistentes ao Choque
Aços Baixa-Liga para Aplicações Especiais 
Este tipo de aço ferramenta possui pequenas quantidades de cromo, vanádio, níquel e molibdênio. A demanda por estes aços vem caindo continuamente. Atualmente, existem apenas dois subgrupos, ambos temperáveis a óleo. São os aços do grupo L. Aplicação: são utilizados em componentes de máquinas como cames, placas, mandris e pinças de tornos.
Estes aços possuem baixos teores de cromo, vanádio, níquel e molibdênio. A tabela abaixo mostra a composição química dos aços de baixa liga para aplicações especiais.
Aço Baixa Liga
São aços com adição intencional de pequenos teores de outros elementos de liga (1,5% - 5,0%). 
Em sua Composição Química a soma dos teores dos elementos de liga não ultrapassa 5%.
Obtenção de melhores propriedades mecânicas
Aumento de dureza e resistência mecânica
Redução de custos
Características
Estes aços são normalmente temperados. A demanda por estes aços não é muito grande atualmente, devido à substituição por novos tipos de materiais
Aplicações
Usados em componentes de máquinas-ferramenta como placas, árvores, cames, mandris e pinças de tornos, ou outras aplicações que requeiram boa resistência e tenacidade. Os da classe F são usados para matrizes de extrusão a frio e ferramentas para corte de latão.
Tabela de Aços Baixa-Liga para Aplicações Especiais,
Aços para Moldagem 
 Esses aços possuem cromo e níquel como principais elementos de liga. Apresentam características de baixa resistência ao amolecimento em altas temperaturas. Aplicação: utilizados quase que exclusivamente em peças fundidas sob pressão ou em moldes para injeção ou compressão de plásticos e são classificados como grupo P.
Aços Temperáveis em Água 
 Nestes aços o carbono é o principal elemento de liga. São adicionadas, também, pequenas quantidades de cromo para aumentar a temperabilidade e a resistência à abrasão, e de vanádio, para manter uma granulação fina, e conseqüentemente, maior tenacidade. Pertencem ao grupo W. Aplicação: utilizados em ferramentas para forjamento a frio, cunhagem de moedas, gravação em relevo, trabalho em madeira, corte de metais duros (machos e alargadores), cutelaria e outras que requeiram resistência ao desgaste por abrasão.
Aços tenazes e resistentes à abrasão;
Para obtenção destas propriedades trabalha-se com o teor de carbono entre 0,50 e 1,40%;
Aços carbonos simples ou com pequenas adições de cromo e vanádio;
0,5 à 0,6 % C → muito tenaz;
 0,8 % C → boa tenacidade;
1,2 % C → grande dureza aliada à tenacidade;
1,4 % C → grande dureza.
Aplicações:
Carbono até 0,75% → martelos, ferramentas de ferreiro, etc;
 
 
Carbonoentre 0,75 e 0,90% → lâminas de tesoura, matrizes para estampagens, etc;
 
Carbono entre 0,90 e 1,10% → fresas, mandris, etc;
 
C entre 1,10 e 1,40% → ferramentas de tornos, brocas, e tc; 
Tabela de Aços Temperáveis em Água (W)
De acordo com o “American Iron and Steel Institute AISI” os aços para ferramentas e matrizes podem ser classificados em sete categorias principais (182):
Aços temperáveis em água, identificados pela letra W;
Aços resistentes ao choque, identificados pela letra S;
Aços-ferramenta para moldes, identificados pela letra P;
Aços-ferramenta para fins especiais identificados pelas letras L e F ou sem identificação.
Estes aços podem ser subdivididos nos seguintes grupos:
Aços-ferramenta “matriz”;
Aços ao tungstênio para acabamento;
Aços de alto carbono e baixo teor de liga;
Aços semi-rápidos;
Aços grafíticos;
Aços-ferramenta para trabalho a frio, identificados pelas letras O, A, D;
Aços-ferramenta para trabalho a quente, identificados pela letra H;
Aços rápidos, identificados pelas T e M.
As aplicações podem ser agrupadas em cinco tipos básicos de operação
Ferramentas de conformação, a quente ou a frio, incluindo aplicações tais como blocos e insertos de matrizes, ferramentas para forjamento a quente, ferramentas para prensagem e estampagem profunda, matrizes e punções para recalque a frio, ferramentas para extrusão e aplicações semelhantes. Devido ao fato deles serem expostos a elevadas tensões por curtos períodos de tempo durante a operação, seus característicos principais devem ser, além da resistência ao desgaste, tenacidade e usinabilidade. As aplicações em serviço de conformação a quente devem caracterizar-se igualmente por dureza a quente;
Ferramenta de corte, incluindo lâminas de tesoura, matrizes de corte em forjamento e recalque de rebarbação, matrizes para recorde de discos, punções e aplicações semelhantes. Estão também sujeitas a altas tensões e exigem, além resistência ao desgaste, alta tenacidade. Exigências secundárias são segurança e mínimo empenamento na têmpera;
Ferramentas para usinagem, incluindo todas as ferramentas empregadas em máquinas operatrizes, as quais exigem alta dureza à temperatura ambiente e dureza a quente, além de resistência ao desgaste. Tenacidade é um característico secundário;
Ferramentas para moldes, incluindo aplicações tais como moldes para plásticos, moldes para fundição sob pressão de metais e ligas de zinco, alumínio e cobre e ferramentas para metalurgia do pó (compactação), briquetagem de tijolos e de materiais cerâmicos;
Aplicações miscelâneas, onde se exige alta resistência ao desgaste, como discos para máquinas de moldar por projeção centrífuga de areia e discos de esmeris, ou alta tenacidade, como peças de percussão, ou alta dureza, como calibres, etc.
Microestrutura 
Matéria prima para obter o aço
Ddddddd
Conclusão 
Aaaaaaa
Referências 
https://www.infomet.com.br/site/metais-e-ligas-conteudo-ler.php?codAssunto=60
https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6363-processos-de-fabricacao-de-acos-ferramenta#.W9XLKtJKjIU
https://www.google.com.br/search?biw=1366&bih=626&tbm=isch&sa=1&ei=Jd3VW6LTNs2swgSKj5DQCQ&q=processo++de+fundi%C3%A7%C3%A3o&oq=processo++de+fundi%C3%A7%C3%A3o&gs_l=img.3..0j0i30k1j0i5i30k1j0i24k1l7.338145.347091.0.347934.13.13.0.0.0.0.223.1733.0j12j1.13.0....0...1c.1.64.img..0.13.1724...0i7i30k1j0i8i7i30k1j0i7i5i30k1j0i8i30k1.0.QTufvB3VhGU#imgrc=lIDg-Js_hFJqFM:
http://sites.poli.usp.br/d/pmr2202/arquivos/aulas/PMR2202-AULA%20RS1.pdf
http://wwwo.metalica.com.br/o-que-e-aco-ferramenta
https://www.slideshare.net/fdpj/aos-ferramentas-para-trabalho-a-frio-e-a-quente-1?from_action=save
https://www.mecanicaindustrial.com.br/aco-rapido/
https://www.cimm.com.br