Você sabia que as falhas causadas pela dilatação térmica podem comprometer o desempenho das ferramentas de aço, aumentar os custos operacionais e até interromper a produção? Em indústrias que utilizam aços ferramenta, entender e gerenciar esse preconceito é essencial para evitar prejuízos e garantir a eficiência.
Pensando em você, que utiliza o aço ferramenta em suas operações, que preparamos este artigo para nos alertarmos quanto aos principais pontos de atenção relacionados à dilatação térmica, soluções práticas e como nossos produtos podem ajudá-lo a alcançar resultados consistentes.
>>> Saiba mais sobre dilatação térmica lendo este artigo: Dilatação térmica do aço: entenda como funciona!
Você sabe o que é a dilatação térmica dos aços?
A dilatação térmica é uma mudança nas dimensões de um material quando ele é exposto a variações de temperatura. Nos aços significa que, ao serem submetidos a mudanças de temperatura, eles expandem ou contraem proporcionalmente à variação térmica. Essa propriedade é medida pelo coeficiente de expansão térmica linear (CET) , geralmente expresso em micrômetros por metro por grau Celsius (µm/m.°C).
Fatores que influenciam a dilatação térmica
Existem fatores que influenciam a estrutura física do aço e química dos materiais:
- Composição química:
- Elementos como cromo, vanádio e molibdênio podem alterar o coeficiente de dilatação. Aços com alta porcentagem de carbono e ligas apresentam menor dilatação em comparação com aços menos ligados.
- Tratamento térmico:
- A dilatação térmica pode ser influenciada pela têmpera, revenimento ou recozimento, que afetam as propriedades microestruturais do material.
- Microestrutura:
- A presença de martensita, bainita e perlita afeta o comportamento térmico. Aços temperados tendem a ter coeficientes mais estáveis.
Como funciona a dilatação térmica dos aços ferramentas?
Os aços ferramentas possuem coeficientes de dilatação térmica que variam dependendo de sua composição e tratamento térmico. Em média, o coeficiente de dilatação térmica linear desses materiais está na faixa de:
- 11 a 13 µm/m.°C (micrometros por metro por grau Celsius) para a maioria dos aços de alta liga e ferramentas.
Essa propriedade significa que, ao serem submetidos a mudanças de temperatura, os aços para ferramentas expandem ou contraem proporcionalmente à variação térmica.
A dilatação térmica de alguns aços ferramenta
Aço D2 (VD2): coeficiente de dilatação térmica: ~12 µm/m.°C.
Como um aço de alta dureza e resistência ao desgaste, o D2 é sensível a choques térmicos. Uma expansão descontrolada pode causar trincas em matrizes e ferramentas aplicadas a variações rápidas de temperatura.Evite mudanças bruscas de temperatura para preservar a integridade do material.
Aço D6 (VC131): coeficiente de dilatação térmica: ~11 µm/m.°C.
Possui maior resistência ao desgaste, mas também apresenta limitações semelhantes ao D2 em termos de tolerância a choques térmicos. Ideal para aplicações que não envolvam variações térmicas abruptas.
Aço P20: coeficiente de dilatação térmica: ~13 µm/m.°C.
Amplamente utilizado em moldes de injeção plástica, o P20 é projetado para suportar ciclos térmicos moderados. Sua dilatação térmica moderada é uma vantagem em moldes que operam em condições resultantes. O controle preciso da temperatura durante a operação é essencial para evitar deformações nos moldes.
Aço M2: coeficiente de dilatação térmica: ~10 µm/m.°C.
Este aço rápido é altamente resistente ao calor e apresenta menor coeficiente de dilatação térmica, tornando-o ideal para ferramentas de corte em alta velocidade. Apesar da resistência térmica, o M2 pode sofrer perda de isolamento dimensional em temperaturas extremas.
Pontos de atenção na dilatação térmica dos aços ferramenta
Que a dilatação térmica é um fator importante a se considerar no desempenho da ferramenta de aço já sabemos, especialmente em aplicações que envolvem ciclos de aquecimento e resfriamento constantes. Por isso, destacamos alguns pontos de atenção e medidas para aumentar a durabilidade e eficiência dessas ferramentas.
1. Controle de temperatura no processo
- Impactos das variações térmicas rápidas: flutuações bruscas de temperatura geram internas, causando trincas e deformações nas ferramentas.
- Solução recomendada: utilize sistemas de aquecimento e aquecimento controlados para minimizar choques térmicos e garantir estabilidade.
- Exemplo prático: em matrizes de corte, a implementação de um sistema de otimização em 25% o número de falhas durante ciclos de produção.
2. Planejamento de ajustes dimensionais
- Previsão de expansão térmica: a dilatação térmica deve ser considerada no design de peças sujeitas a ciclos térmicos constantes, evitando encaixes inadequados.
- Dica técnica: inclua tolerâncias admitidas no projeto, permitindo a acomodação das dilatações sem comprometer a funcionalidade.
3. Compatibilidade de materiais
- Coeficientes de dilatação térmica: ao combinar aço com outros materiais, é fundamental alinhar os coeficientes de dilatação para evitar falhas estruturais.
- Solução prática: nossos especialistas recomendam o uso de aços ferramenta da linha X, projetados para máxima compatibilidade em montagens complexas.
4. Revestimentos e tratamentos superficiais
- Benefícios dos revestimentos protetores: processos como nitretação, oxidação ou aplicação de cromo duro ajudam a reduzir os impactos da dilatação térmica, protegendo a superfície e aumentando a vida útil das ferramentas.
- Cuidados com incompatibilidades: diferenças entre o coeficiente de dilatação do aço base e do revestimento podem causar descolamento ou falhas na camada protetora.
- Recomendações práticas: ferramentas revestidas com tratamentos especializados são mais resistentes ao desgaste e às variações térmicas, sendo ideais para aplicações exigentes.
5. Tratamento térmico adequado
- Estabilidade em condições extremas: o tratamento térmico aumenta a resistência do aço e reduz os residuais, garantindo maior estabilidade dimensional.
- Benefícios comerciais: ferramentas tratadas termicamente requerem menos manutenção e apresentam maior durabilidade, gerando economia de tempo e recursos.
6. Pontos de atenção na aplicação
- Deformação e tensão residual: tensões internas geradas pela dilatação térmica podem causar falhas estruturais ou perda de isolamento.
- Ciclos térmicos repetitivos: em moldes e matrizes, a fadiga térmica é um desafio comum. Utilize ligas com menor sensibilidade térmica, que suportem ciclos constantes de aquecimento e resfriamento.
- Resistência ao choque térmico: mudanças bruscas de temperatura bloqueiam materiais de alta resistência ao choque térmico para evitar danos estruturais. A linha de aço ferramenta H13 da Aços Nobre é projetada para essas condições críticas.
7. Medidas de Prevenção
- Compatibilidade de materiais: escolha materiais com coeficientes de dilatação semelhantes para minimizar o risco de prejuízo interno.
- Projetos com folgas adequadas: inclui tolerâncias específicas no design das ferramentas para acomodação de variações térmicas sem comprometer o desempenho.
- Ensaios de dilatação: realizar análises dimensionais para prever o comportamento das ferramentas em diferentes condições de trabalho.
- Controle de temperatura: adote sistemas de controle térmico que garantam a estabilidade das ferramentas durante o processo de fabricação ou uso.
A compreensão e gestão da dilatação térmica são indispensáveis para garantir o desempenho, a precisão e a durabilidade dos aços ferramenta. A aplicação das medidas preventivas planejadas ajuda a minimizar as falhas, aumentar a vida útil e melhorar os resultados em processos industriais.
Como a Aços Nobre pode favorecer seus processos industriais
O controle térmico, o planejamento técnico e a escolha do aço adequado, como os fornecidos pela Aços Nobres, garantem melhor desempenho, precisão e durabilidade das ferramentas.
Se você precisar de mais informações sobre a escolha do tipo de aço ideal para suas aplicações, fale com os especialistas da Aços Nobres!
