Para qualquer oficina de fabricação de chapas metálicas de precisão, a escolha do material da matriz determina diretamente a qualidade da peça, a eficiência da produção e a vida útil da matriz. Entre os vários tipos de aço para matrizes, o aço rápido (HSS) continua sendo a referência para aplicações de alta temperatura e resistência ao desgaste contínuo.
Ao contrário dos aços tradicionais para trabalho a frio, o aço rápido mantém sua dureza em temperaturas de até 600 °C — uma propriedade conhecida como “dureza vermelha” — tornando-o indispensável para operações de estampagem, corte e conformação. Na fabricação de peças de chapa metálica de aço rápido, a escolha da classe de aço determina a capacidade de retenção da aresta de corte e a estabilidade dos ciclos de usinagem.
Por exemplo, o aço rápido M42 oferece dureza térmica excepcional (HRC 67–70), tornando-o adequado para usinagem de aço inoxidável e ligas de alta resistência; enquanto o aço rápido M2 combina tenacidade e resistência ao desgaste, sendo ideal para matrizes de estampagem de uso geral.
A experiência de produção da Supro demonstra que a seleção da classe correta de aço rápido, compatível com o material da peça, pode reduzir o tempo de inatividade em 30 a 50% em comparação com os aços-ferramenta padrão. As seções a seguir fornecem informações detalhadas sobre a composição do material, as classes AISI e os critérios práticos de seleção para auxiliar os compradores na tomada de decisões sobre ferramentas com base em dados.
Composição metalúrgica do aço rápido (HSS)
A composição metalúrgica do aço rápido determina diretamente sua dureza a quente e resistência ao desgaste em aplicações de estampagem e conformação. A composição precisa da liga — incluindo tungstênio, molibdênio, cromo, vanádio e cobalto — determina a vida útil da ferramenta. Tanto o aço rápido M42 quanto o M2 possuem uma estrutura de carbonetos exclusiva que lhes permite suportar altas temperaturas de corte sem causar degradação da aresta de corte.
Principais elementos de liga no aço rápido (HSS)
O desempenho do aço rápido em matrizes de chapas metálicas depende de proporções precisas da liga. O tungstênio (W) e o molibdênio (Mo) formam carbonetos estáveis que conferem "dureza a vermelho" ao material — ou seja, a capacidade de manter a integridade da aresta de corte a 600 °C durante operações de estampagem em alta velocidade.
O cromo (Cr) melhora a temperabilidade e aumenta a resistência à corrosão quando a matriz entra em contato com o fluido refrigerante. O vanádio (V) forma carbonetos de vanádio extremamente duros (HV ~2800), que refinam a estrutura granular e aumentam a resistência ao desgaste. O cobalto (Co) melhora ainda mais a dureza em altas temperaturas.
Na área de matrizes de estampagem, o aço rápido M2 atinge uma tenacidade universal graças ao equilíbrio entre o teor de tungstênio e molibdênio; já o aço rápido M42 utiliza um teor mais elevado de cobalto e molibdênio para alcançar uma dureza de HRC 67–69, tornando-o altamente adequado para a estampagem contínua de ligas de alta resistência. Uma distribuição adequada de carbonetos prolonga diretamente a vida útil da matriz entre as reafiações.
Classificação por Sistema de Ligas
O aço rápido (HSS) pode ser classificado em quatro sistemas de liga com base nos principais elementos formadores de carbonetos. O HSS à base de tungstênio (por exemplo, T1) contém de 12% a 18% de tungstênio, oferecendo excelente dureza a quente, mas menor tenacidade, o que o torna adequado para ferramentas de acabamento.
O aço rápido à base de molibdênio (por exemplo, M1, M2) contém de 5% a 10% de molibdênio, oferecendo melhor resistência ao impacto a um custo menor. O aço rápido M2 continua sendo o padrão da indústria para punções e matrizes de chapas metálicas devido ao seu desempenho equilibrado em resistência ao desgaste e usinabilidade.
O aço rápido de tungstênio-molibdênio combina esses dois elementos, melhorando assim a plasticidade térmica. O aço rápido com liga de cobalto (como o aço rápido M35 e M42) adiciona de 5 a 8% de cobalto para aumentar a dureza térmica, permitindo a estampagem contínua e pesada de chapas de aço temperadas.
No processamento de chapas metálicas , a seleção do sistema de liga correto pode reduzir o tempo de inatividade. O M42 apresenta desempenho excepcional em aplicações de alta temperatura e alto desgaste, como a estampagem de aços avançados de alta resistência (AHSS), enquanto o M2 é suficiente para usinagem de aço de baixo carbono e alumínio.
Você está procurando confiável e econômico
Fabricantes de chapas metálicas da China
Mais de 150,000 produtos de fabricação de metal OEM entregues a mais de 5,000 compradores globais.
E se beneficie disso!
Classificação do aço rápido por graus AISI
O Instituto Americano de Ferro e Aço (AISI) classifica o aço rápido (HSS) com base na composição e nas características de desempenho, de forma a adequar as propriedades do HSS às necessidades específicas de estampagem e punção. Na fabricação de peças de chapa metálica de aço rápido, a seleção da classe de aço correta — como M2 para matrizes de uso geral ou M42 para aplicações abrasivas em altas temperaturas — impacta diretamente a vida útil da ferramenta e as tolerâncias da peça.
Aço de alta velocidade M2
O aço rápido M2 (AISI / 1.3343) é o tipo de aço mais comumente usado em matrizes de chapas metálicas de uso geral . Possui uma composição química equilibrada — contendo 0.85–0.95% de carbono, 5.50–6.75% de tungstênio, 4.50–5.50% de molibdênio, 1.75–2.20% de vanádio e 3.75–4.50% de cromo — que, após tratamento térmico adequado, atinge uma dureza na faixa de HRC 63–66.
Os punções e matrizes M2 oferecem uma combinação ideal de resistência ao desgaste, tenacidade e usinabilidade. A matriz de molibdênio-tungstênio proporciona dureza suficiente a quente para permitir a estampagem contínua de aço de baixo carbono e alumínio a temperaturas de até 500 °C sem arredondamento das bordas.
Em operações de estampagem de alto volume, as matrizes de M2 normalmente aumentam o tempo entre reafiações em 30 a 50% em comparação com os aços-ferramenta tradicionais D2 ou O1. No entanto, para materiais abrasivos, como aço galvanizado ou aço inoxidável, o M2 pode apresentar maior desgaste de flanco, caso em que aços com maior teor de cobalto são mais adequados. De modo geral, no processamento de chapas metálicas para OEMs em volumes médios , o aço rápido M2 continua sendo a referência em termos de custo-benefício para matrizes de estampagem, ferramentas de conformação e lâminas de corte.
Aço rápido M35 com liga de cobalto
O M35 é uma variante do M2 com liga de cobalto, contendo de 4.50 a 5.00% de cobalto, além de proporções significativas de tungstênio, molibdênio, vanádio e cromo. A adição de cobalto melhora significativamente a dureza a quente e a estabilidade térmica, permitindo que a ferramenta mantenha a eficiência de corte em temperaturas superiores a 550 °C. Em aplicações de estampagem exigentes — como a perfuração de aços rápidos avançados de alta resistência (AHSS) ou o corte intermitente de chapas laminadas — o aço rápido M2 pode sofrer amolecimento prematuro , enquanto o M35 mantém uma dureza de HRC 64–66 mesmo sob cargas térmicas contínuas.
Em comparação com aços com maior teor de cobalto, o M35 também oferece resistência superior ao impacto, reduzindo assim o risco de lascamento em matrizes progressivas com folga reduzida.
Do ponto de vista da produção, ao usinar aço inoxidável 304 ou aço carbono com limite de escoamento de 50 ksi, as ferramentas M35 oferecem um intervalo de reafiação 20 a 25% maior do que as ferramentas M2 padrão. Quando se busca um equilíbrio entre custo e desempenho em altas temperaturas, mas não se prefere aços de alta qualidade, o aço rápido M35 oferece uma opção prática de atualização para linhas de produção de chapas metálicas de médio a alto volume.
Aço rápido M42 com alto teor de cobalto
O aço rápido M42 é um aço-liga de cobalto de alta qualidade com uma composição de 7.75–8.75% de Co, 1.05–1.15% de C e 9.00–10.0% de Mo. Quando temperado adequadamente, essa composição atinge uma dureza excepcional de HRC 67–70, além de apresentar excelente dureza a quente, mantendo uma dureza de HRC 65 mesmo a 625 °C.
Na usinagem de materiais de difícil corte — incluindo aços inoxidáveis endurecidos por precipitação, ligas de titânio e chapas de aço resistente ao desgaste (AR) — os punções e matrizes de corte em M42 oferecem a maior vida útil da ferramenta em condições de alta temperatura e alto atrito. Sua fina distribuição de carbonetos de vanádio proporciona excepcional resistência ao desgaste, reduzindo efetivamente as microfissuras na aresta de corte. No entanto, o M42 possui menor tenacidade ao impacto do que o aço rápido M35, tornando-o menos adequado para corte intermitente ou aplicações sujeitas a cargas de impacto elevadas.
Na prática, as ferramentas M42 são normalmente utilizadas para puncionamento de alta velocidade e ciclos longos em aços avançados de alta resistência (AHSS, resistência à tração >800 MPa), onde o tempo de inatividade causado pela troca de ferramentas é um fator importante nos custos de produção. Com o tratamento térmico adequado, a vida útil da ferramenta M42 pode ser de 2 a 3 vezes maior do que a da ferramenta M2 convencional.
Ligas de tungstênio da série T
A série T de aços rápidos (HSS), principalmente o T1 (AISI 1.3355) e o T15, utiliza principalmente tungstênio, em vez de molibdênio, como elemento formador de carbonetos. O T1 contém de 17.50% a 18.50% de tungstênio, de 0.70% a 0.80% de carbono e 4.00% de cromo. Oferece excelente dureza a quente, mas apresenta menor tenacidade e usinabilidade em comparação com os aços à base de molibdênio. Em aplicações de estampagem de chapas metálicas , o T1 raramente é utilizado em matrizes progressivas devido à sua baixa resistência ao impacto, que pode causar lascamento das bordas sob cargas cíclicas de estampagem.
No entanto, o T15 contém altas proporções de vanádio (4.75–5.25%) e cobalto (4.75–5.25%), bem como 12.00–13.00% de tungstênio, resultando em uma resistência ao desgaste extremamente alta — no teste pino-sobre-disco, sua perda volumétrica por desgaste é de apenas 0.3–0.35 mm³. O T15 apresenta desempenho excepcional na conformação e estampagem de materiais altamente abrasivos, como chapas de aço silício para motores elétricos.
Embora o aço rápido M42 seja frequentemente usado como substituto do T15 devido à sua usinabilidade superior e menor custo, o T15 ainda é especificado para aplicações específicas de alto volume e alto desgaste — aquelas que exigem que tolerâncias dimensionais rigorosas sejam mantidas ao longo de milhões de ciclos de estampagem.
Apenas 4 passos
peças de fabricação de metal personalizadas online
Entre em contato com nossa equipe de especialistas e experimente a eficiência e os benefícios econômicos dos serviços de fabricação digital de metal.
Carregar arquivos de design
STL , STEP (.stp), IGES (.igs), (.ZIP) ou PDF.
Seja também uma amostra ou uma ideia
Análise de cotação e projeto
Cotações instantâneas de fábrica e relatórios DfM, a solução mais razoável.
Início da fabricação
Os processos digitais podem iniciar tarefas de pedidos em 24 horas.
Entrega no prazo
Mantendo as promessas de entrega, aprovadas por mais de 3000 compradores da Global Company.
Propriedades mecânicas e requisitos de tratamento térmico do aço rápido
Para punções e matrizes de aço rápido utilizadas no processamento de chapas metálicas de precisão , a interação entre a dureza pós-têmpera, os ciclos de revenido e a austenita retida determina sua vida útil real. A dureza pós-têmpera por si só não garante resistência ao desgaste; durante múltiplos ciclos de revenido (tipicamente a 540 °C–570 °C), a precipitação precisa de carbonetos secundários determina a dureza a quente e a tenacidade ao impacto.
O aço rápido M2 é tipicamente austenitizado a 1180°C–1220°C e temperado três vezes, atingindo uma dureza de HRC 63–65, mantendo ao mesmo tempo tenacidade suficiente, o que o torna adequado para operações de estampagem em aço comum de baixo carbono e alumínio.
Devido ao seu maior teor de cobalto e carbono, o aço rápido M42 requer um controle de austenitização mais rigoroso (1170°C–1190°C); quando tratado adequadamente, pode atingir uma dureza de HRC 67–69, mantendo a dureza térmica em temperaturas de até 625°C.
O superaquecimento de qualquer uma das classes de aço pode resultar em excesso de austenita retida (acima de 15%) e crescimento de grãos, levando ao lascamento prematuro da aresta de corte. O aquecimento insuficiente, por outro lado, pode fazer com que os carbonetos permaneçam não dissolvidos, reduzindo assim a resistência ao desgaste.
Para a produção em larga escala de peças de aço rápido em chapa metálica , um processo de revenido em três ciclos, seguido de tratamento térmico a vácuo, pode reduzir o teor de austenita residual para menos de 5%. Comparado aos aços tradicionais para trabalho a frio, como o D2, isso pode estender os intervalos de reafiação de ferramentas em 40 a 60%.
Aplicações do aço rápido na metalurgia e fabricação de chapas metálicas
No campo da fabricação de chapas metálicas de precisão, o aço rápido (HSS) desempenha um papel fundamental em inúmeros processos de produção onde a durabilidade das ferramentas de corte sob estresse térmico e mecânico é essencial.
Aço rápido na fabricação de ferramentas de corte
No setor de processamento de chapas metálicas, o aço rápido (HSS) continua sendo o substrato preferido para ferramentas de corte que entram em contato com a chapa antes da estampagem. Serras de corte longitudinal, lâminas de cisalhamento e matrizes de corte fabricadas em aço rápido M2 combinam dureza equilibrada (HRC 63–65) e tenacidade, permitindo que suportem o contato contínuo da aresta com bobinas de aço laminadas a quente ou a frio. A matriz de carboneto de molibdênio-tungstênio mantém o fio de corte sob o calor moderado gerado durante o corte longitudinal em alta velocidade.
Para o corte de materiais abrasivos, como chapas galvanizadas ou bobinas de aço inoxidável, as lâminas de aço rápido M42 são geralmente escolhidas devido à sua excelente dureza térmica (HRC 67–69) e resistência ao desgaste por carboneto de vanádio. No entanto, devido à menor resistência ao impacto do M42, a geometria da lâmina deve ser cuidadosamente projetada para evitar lascas.
Com base na experiência de produção da Supro, as cortadoras de disco M2 atingem uma vida útil de aproximadamente 200 a 300 horas antes da afiação, quando cortam aço de baixo carbono; para o M42, essa duração se estende para 400 a 500 horas ao cortar bobinas de aço rápido avançado (AHSS). A afiação adequada da ferramenta e o acabamento das arestas são tão importantes quanto a própria classe do aço rápido.
Aço rápido para aplicações em matrizes e ferramentas
Os componentes de matrizes — incluindo punções de conformação, anéis de estampagem e lâminas de corte — exigem aços rápidos (HSS) capazes de resistir ao desgaste adesivo e à abrasão. Para matrizes progressivas que utilizam aços rápidos para produzir peças de chapa metálica a partir de materiais de alta resistência, o aço rápido M2 é amplamente utilizado para lâminas de conformação sem impacto devido à sua excelente capacidade de retificação e resistência à deformação das bordas sob cargas compressivas.
Na conformação de aços abrasivos como o DP800 ou o aço inoxidável martensítico, as lâminas de aço rápido M42 reduzem os riscos superficiais na superfície trefilada, pois os finos carbonetos de vanádio atuam como uma barreira microscópica resistente ao desgaste. No entanto, a maior dureza do M42 (HRC 67–69) o torna mais suscetível a trincas durante a soldagem ou usinagem por eletroerosão (EDM), portanto, pontos de concentração de tensão devem ser evitados no projeto.
Para a produção em larga escala de componentes estruturais automotivos, as pastilhas de aço rápido com liga de cobalto frequentemente dobram a vida útil da ferramenta em comparação com as tradicionais de aço A2 ou D2.
Aço rápido para estampagem e corte com matriz
Na fabricação de chapas metálicas , a punção e o corte representam as aplicações mais exigentes para o aço rápido (HSS). Os punções são submetidos a tensões compressivas cíclicas, aquecimento das bordas e desgaste abrasivo causado pelo corte das bordas.
Os punções de aço rápido M2 são punções padrão utilizadas para aço de baixo carbono com espessura de até 6 mm e diâmetros de furo que variam de 2 mm a 50 mm. Dependendo da folga e das condições de lubrificação, eles podem suportar de 50,000 a 100,000 punções antes que a aresta se desgaste.
Ao puncionar aço de alta resistência (por exemplo, com resistência à tração de 980 MPa) ou aço elétrico com alto teor de silício, os punções de aço rápido M42 mantêm o fio de corte de três a cinco vezes mais do que os punções M2, pois a adição de cobalto (8%) permite que eles retenham sua dureza térmica mesmo em temperaturas acima de 600 °C. No entanto, os punções M42 são mais exigentes em termos de precisão de alinhamento e folga entre punção e matriz; um alinhamento inadequado geralmente leva a lascamento em vez de desgaste progressivo.
Em prensas de alta velocidade (acima de 400 SPM), ferramentas de aço rápido devem ser usadas em conjunto com um sistema interno de refrigeração ou lubrificação por névoa para dissipar o calor. O tratamento térmico a vácuo, combinado com o revenimento a baixa temperatura, pode otimizar ainda mais a distribuição de carbonetos e reduzir microfissuras na aresta de corte.
Conformação a frio e laminação de roscas
Matrizes de conformação a frio e laminação de roscas são submetidas a tensões compressivas extremas e atrito de deslizamento. Na produção de fixadores e insertos roscados a partir de fio-máquina, punções e matrizes de laminação de roscas de aço rápido apresentam desempenho superior ao metal duro em aplicações que exigem resistência moderada ao desgaste, mas maior tenacidade para evitar trincas.
Punções de aço rápido M2 são comumente usadas na fabricação de fixadores de aço de baixo carbono e baixa liga, capazes de produzir de 200,000 a 300,000 peças antes que ocorra deformação na face da punção. Para fixadores de aço inoxidável (304, 316) ou aço-liga de alta resistência, matrizes de laminação de roscas de aço rápido M42 apresentam excelente resistência ao engripamento e ao desgaste do diâmetro primitivo, pois seus carbonetos finos e duros previnem eficazmente a transferência de adesivo. No entanto, o M42 possui menor resistência ao impacto, portanto, o projeto da geometria da ferramenta requer cuidado extra — cantos vivos devem ser arredondados.
Em processos de conformação a frio para Inconel ou titânio, os aços rápidos (HSS) produzidos por metalurgia do pó às vezes substituem o tradicional M42; no entanto, para a maioria das aplicações de fixadores OEM, os aços M2 e M42 tratados termicamente adequadamente ainda oferecem a melhor relação custo-benefício.
Critérios de seleção de materiais
A seleção da classe de aço rápido (HSS) apropriada para matrizes de chapa metálica requer uma avaliação abrangente do material da peça, do volume de produção e das características da prensa. O aço rápido M2 é a escolha preferencial para usinagem de aço de baixo carbono (resistência à tração <250 MPa), alumínio, cobre e produção em pequenos lotes (menos de 100,000 ciclos de estampagem), onde o custo da matriz e a possibilidade de reafiação são considerações primordiais.
Ao estampar materiais abrasivos ou de alta resistência (como aço de alta resistência avançado, aço inoxidável e titânio) com um volume de produção superior a 500,000 ciclos, o aço rápido M42 é uma escolha razoável, pois sua maior vida útil da matriz compensa os custos iniciais mais elevados de material e tratamento térmico.
Para a produção de materiais mistos, materiais de grau intermediário, como o aço rápido M35, oferecem um compromisso. Outros fatores de seleção incluem a geometria da aresta de corte — devido à sua menor tenacidade, o M42 não é adequado para cortes em ângulos agudos — e a velocidade de estampagem. Para prensas de alta velocidade (acima de 300 SPM), deve-se utilizar aço rápido com liga de cobalto para resistir ao revenido causado pelo calor de fricção. Por fim, é essencial verificar os dados de tratamento térmico (temperatura de austenitização, ciclo de revenido e porcentagem de austenita retida) para garantir um desempenho consistente da matriz.
Procurando uma empresa confiável de fabricação de chapas metálicas personalizadas?
Fale com a equipe de especialistas da Supro MFG
Contacte-nos para preços competitivos à saída da fábrica,
e uma gama completa de serviços de suporte técnico.
Resumo
O aço rápido (HSS) continua sendo um material fundamental para ferramentas na área de usinagem de precisão, caracterizado por sua combinação única de dureza, dureza a quente, tenacidade e resistência ao desgaste. O sistema de classificação de materiais estabelecido pela norma ASTM A600 fornece aos fabricantes uma estrutura organizada para selecionar a classe apropriada com base nos requisitos específicos da aplicação.
Um conhecimento profundo da composição, das classes e dos parâmetros de tratamento térmico do aço rápido facilita a seleção ideal de ferramentas para processos como estampagem, punção e usinagem, reduzindo assim o tempo de inatividade da produção e melhorando a qualidade das peças.
À medida que a tecnologia de usinagem de metais continua a avançar em direção a velocidades de corte mais elevadas e materiais de peças de trabalho mais exigentes, as ferramentas de corte de aço rápido, devidamente selecionadas e tratadas termicamente, permanecem indispensáveis.
A Supro é uma fabricante profissional de peças metálicas em chapa . Com equipamentos avançados, vasta experiência em produção e uma equipe de engenharia dedicada, oferecemos soluções personalizadas perfeitas para mais de 3,000 empresas em todo o mundo, além de orçamentos diretos da fábrica.
Entregamos uma ampla gama de produtos com eficiência e pontualidade. Desde o design do produto e a rápida fabricação de protótipos em chapa metálica até a produção em massa, oferecemos suporte técnico profissional e qualidade excepcional. Também oferecemos soluções de fabricação completas e fornecimento de produtos com custos altamente competitivos!
