A família do aço é enorme, com múltiplas ligas. Entre elas, você pode ter ouvido falar do aço inoxidável, uma liga amplamente usada em construção e aplicações domésticas. Igualmente popular é o aço para ferramentas no lado da fabricação, especialmente nas indústrias de usinagem.
Agora, neste artigo, pretendemos comparar esses dois tipos de aço em sua composição e propriedades mecânicas. A ideia é revelar o quão distintos os dois tipos são, para que você possa facilmente escolher a escolha certa para suas necessidades.
O que é aço para ferramentas?
O aço ferramenta é um aço-liga de carbono projetado com dureza, resistência ao desgaste e tenacidade excepcionais. Seus elementos de liga, tungstênio, molibdênio, vanádio e cromo, formam carbonetos . Essas estruturas fortemente ligadas estão totalmente distribuídas por toda a estrutura cristalina e são responsáveis por sua dureza. O aço ferramenta, como o próprio nome indica, foi originalmente desenvolvido para a fabricação de ferramentas e matrizes . Devido à sua resistência ao desgaste e capacidade de manter o fio de corte em altas temperaturas, ele encontra aplicações em ferramentas de corte, como lâminas de serra, brocas, fresas de topo, ferramentas de torneamento, facas, etc.
O que é aço inoxidável?
O aço inoxidável é uma liga de aço com um teor mínimo de 10.5% de cromo , o que define completamente suas características físicas e químicas. Outros elementos de liga, como níquel, titânio e molibdênio, também estão presentes em certos tipos de aço inoxidável. Este aço é conhecido por sua excelente resistência à corrosão e apelo estético . Por isso, seu uso é difundido em aplicações do dia a dia. Na construção civil, é comum em corrimãos e fachadas. No setor automotivo, é utilizado em peças de escapamento. Devido à sua biocompatibilidade, também é usado em equipamentos e implantes médicos. Utensílios de cozinha são outra aplicação popular.
Aço para ferramentas vs aço inoxidável: 6 diferenças
O objetivo da visão geral dos materiais era dar a você uma rápida olhada nas melhores propriedades de cada um. Como ambas as ligas incluem vários graus, nossa comparação se concentrará nas propriedades unificadas dentro de cada família – embora tentemos entreter alguns de seus graus populares nas diferenças.
1. Composição Química
A composição química é o que define as características distintivas de cada material. Os aços para ferramentas têm vanádio, níquel, molibdênio e tungstênio como ligas. Mas não são esses elementos em si, e sim a capacidade deles de formar uma estrutura de carbonetos por todo o material . Esses carbonetos são extremamente duros e melhoram a resistência ao desgaste, a capacidade de corte e a vida útil das ferramentas.
Embora o aço inoxidável tenha múltiplos elementos de liga, o elemento-chave é o cromo – pelo menos 10.5% de Cr está presente nesta classe de metais. O cromo forma uma camada de óxido passiva na superfície. Esta camada atua como um escudo contra a corrosão, regenerando-se quando danificada.
Ao contrário do aço ferramenta, a formação de carbonetos no aço inoxidável é mínima . No entanto, devido ao alto teor de carbono em alguns aços inoxidáveis, a precipitação de carboneto de cromo pode ocorrer nos contornos de grão. Esse fenômeno é chamado de sensibilização. É por isso que os aços inoxidáveis de baixo carbono (por exemplo, 304L) são preferidos em ambientes que exigem resistência à ferrugem.
Aqui está uma análise detalhada da composição química do aço inoxidável e do aço para ferramentas:
| Aço ferramenta (%) | Aço inoxidável (%) | |
|---|---|---|
| Carbono (C) | 0.5 - 1.5 | < 0.08 (Maioria das notas) |
| Crómio (Cr) | Normalmente até 5 (Algumas séries mais altas, ~12 | 10.5 - 29 |
| Vanádio (V) | 0.1 - 2 | Raramente presente |
| Molibdênio (Mo) | Até 10 | 0 - 5 |
| Níquel (Ni) | Ausente ou mínimo | 8 - 10 |
| Tungstênio (W) | Até 18 | Não comumente incluído |
2. Processo de Fabricação
O aço para ferramentas é feito com métodos controlados para otimizar sua dureza, tenacidade e resistência ao desgaste. Aqui está a jornada do processo:
- As matérias-primas ou sucatas entram em um forno elétrico a arco (EAF), que controla a mistura química.
- O refino em concha é realizado para remoção de impurezas.
- O aço fundido é fundido em lingotes ou continuamente fundido em formas semiacabadas, como tarugos ou placas.
- O aço passa por laminação a quente ou forjamento para atingir as dimensões e estrutura de grãos desejadas.
- Podem ser realizados processos de tratamento térmico (recozimento, têmpera e revenimento).
A produção de aço inoxidável se concentra em alcançar resistência superior à corrosão e durabilidade.
- O processo começa com a fusão de sucata de aço inoxidável ou matérias-primas em um EAF.
- Segue-se o refino por descarbonetação com oxigênio e argônio (AOD), onde gases de oxigênio e argônio são injetados para reduzir o teor de carbono e refinar a liga.
- O aço é continuamente fundido em placas, tarugos ou blocos. Essas formas passam por laminação a quente para reduzir a espessura e são processadas posteriormente por laminação a frio para dimensionamento preciso.
- O tratamento térmico é realizado para aliviar o estresse e aumentar a ductilidade. A descalcificação é feita para impurezas da superfície.
- A passivação é aplicada para fortalecer a camada protetora de óxido, aumentando a resistência à corrosão.
3. Graus e Tipos
Aço para ferramentas e aço inoxidável pertencem à família principal dos aços, mas eles também têm vários grupos e graus, com base em suas respectivas propriedades e composição.
Para aço ferramenta, as classes são baseadas principalmente no método de endurecimento. A tabela ilustra as classes de aço ferramenta e suas aplicações.
| Classes de aço ferramenta | Particularidades | Aplicações |
|---|---|---|
| Endurecimento por água (W) | Alta dureza Menor tenacidade Barato | Ferramentas manuais, ferramentas para trabalhar madeira |
| Trabalho a frio (O, A, D) | Alta resistência ao desgaste Resistência moderada Usado em temperaturas operacionais mais baixas. | Matrizes, punções, ferramentas para conformação a frio. |
| Trabalho a quente (H) | Alta estabilidade térmica Mantém a dureza e a tenacidade em temperaturas elevadas. | Matrizes de fundição sob pressão, ferramentas de forjamento a quente, ferramentas de extrusão. |
| Alta velocidade (M, T) | Mantém o fio cortante em altas temperaturas. | Ferramentas de corte, como brocas, fresas e machos. |
| Resistente a choques (S) | Elevada resistência ao impacto Resistência moderada ao desgaste | Martelos, formões, lâminas de tesoura, ferramentas de impacto. |
| Mofo (P) | Boa usinabilidade, polibilidade e tenacidade. | Moldes de injeção de plástico, moldes de fundição sob pressão. |
No caso do aço inoxidável, a classificação é baseada na estrutura metalúrgica, composição e tratamento térmico. A classe do aço inoxidável e suas respectivas aplicações estão listadas na tabela.
| Grupos de Aço Inoxidável | Particularidades | Aplicações |
|---|---|---|
| Austenítico | Não-magnético Excelente resistência à corrosão Boa soldabilidade e ductilidade | Equipamentos de cozinha, aplicações alimentícias. |
| Ferrítico | magnético Resistência à corrosão moderada boa formabilidade Custo mais baixo | Acabamentos automotivos, eletrodomésticos, itens decorativos. |
| Martensítico | magnético tratável termicamente Alta resistência e dureza Menor resistência à corrosão | Talheres, instrumentos cirúrgicos, rolamentos. |
| duplo | Equilíbrio das propriedades ferríticas e austeníticas. | Petróleo e gás, processamento químico. |
| Endurecimento por precipitação | Força elevada Excelente resistência à corrosão Endurecível pela idade | Aplicações aeroespaciais, automotivas e estruturais. |
4. Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas também diferem devido à sua composição química diferente. Para os fabricantes, as propriedades que mais importam incluem resistência, durabilidade e dureza.
Já mencionamos diversas vezes que os aços para ferramentas superam o aço inoxidável em dureza (até 70 HRC ) e resistência ao desgaste. Portanto, sua principal aplicação é em ferramentas de corte. Eles oferecem grande resistência, mas sua natureza frágil os torna inadequados para aplicações puramente estruturais e de suporte de carga. Outro motivo é sua baixa resistência à corrosão.
Por outro lado, o aço inoxidável oferece um conjunto diferente de vantagens. A maioria dos aços inoxidáveis não atinge a dureza do aço ferramenta, mas a dureza é ligeiramente superior nos aços martensíticos ( 58 HRC ). Além disso, o módulo de Young e a sua natureza relativamente dúctil tornam-no adequado para aplicações estruturais e de suporte de carga.
A resistência à corrosão é o que realmente diferencia o aço inoxidável, graças ao seu teor de cromo (>10.5%). Ele cria uma camada protetora de óxido que o torna livre de ferrugem e durável. A tabela a seguir apresenta nossa perspectiva detalhada das propriedades mecânicas dos dois metais:
| Aço ferramenta | Aço inoxidável | |
|---|---|---|
| Dureza: | Alto (58–68 HRC) | Moderado (70–90 HRB); até 58 HRC (martensítico) |
| Resistência à Tração | 450 a 2500 MPa | 515–1300 MPa |
| Ductilidade | Baixo (mais quebradiço) | Alto (boa ductilidade) |
| Resistência à Corrosão | Ruim | Excelente |
5. Maquinabilidade
Alta resistência e dureza significam problemas para ferramentas e desafios na usinagem, mas a maioria delas é usinável, exceto algumas classes. Por exemplo, o aço para ferramentas D2 tem uma classificação de usinabilidade de aproximadamente 27%, o que sugere que é mais difícil de usinar em comparação ao aço carbono padrão. No entanto, a classe W1 é uma das mais fáceis de lidar.
Aço inoxidável também é desafiador para usinar, especialmente graus austeníticos como 316. Sua baixa condutividade térmica, natureza dúctil e endurecimento por trabalho os tornam desafiadores. A classificação de usinabilidade do grau 316 é de cerca de 36%.
6. Preço
O preço das ligas é baseado nos elementos de liga e no método de fabricação. Em geral, o aço para ferramentas é mais caro devido ao processo de liga preciso e ao tratamento caro. Enquanto isso, o aço inoxidável é relativamente acessível e uma das razões pelas quais é muito comum no mercado doméstico. O aço inoxidável 304 comumente usado tem preço de US$ 0.66/lb.
Aço para ferramentas vs. aço inoxidável: qual é o certo para seu projeto
Agora, é hora de selecionar o material certo para suas necessidades. Já detalhamos as propriedades e graus específicos do aço para ferramentas e do aço inoxidável. Para simplificar ainda mais a decisão, vamos delinear cenários em que cada material se destaca e é mais favorável.
Escolha o aço para ferramentas:
- Para aplicações que envolvem corte, modelagem ou conformação de materiais, como fabricação de ferramentas de corte, matrizes e moldes, onde é necessária resistência ao desgaste.
- Quando o trabalho envolve trabalhar em temperaturas elevadas, por exemplo, em processos de fundição sob pressão e extrusão.
Selecione aço inoxidável:
- Para projetos onde aparência e facilidade de limpeza são importantes, como fachadas arquitetônicas, instrumentos médicos e equipamentos de processamento de alimentos,
- Ao resistência à corrosão é necessário, por exemplo, em ambientes externos expostos à umidade ou em equipamentos expostos a produtos químicos.
- Implantes médicos e instrumentos cirúrgicos.
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