O aço-ferramenta pode ser produzido de diferentes formas. As duas mais comuns são a fundição do lingote e a metalurgia do pó. Entretanto uma tecnologia mais recente, denominada conformação por spray (spray forming) ou Osprey, está disponível comercialmente.
O desenvolvimento dos processos de metalurgia do pó e da conformação por spray se deu na década de 70. As diferenças metalúrgicas entre os três processos são o tamanho dos carbonetos e a distribuição na matriz.
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Nos processos de manufatura, o que diferencia os três processos é o custo. O método convencional de fundição é o mais barato e a metalurgia do pó o mais caro.
Processo convencional da fundição do lingote
É o mais utilizado para a produção de aço-ferramenta. No processo, o metal líquido é transferido para a panela onde a composição química final é ajustada e depois é vazado em lingotes. O molde é preenchido a partir do fundo. Depois da solidificação, o lingote pode ser processado por forjamento ou laminação.
O processo produz tamanho e distribuição não uniforme dos carbonetos. O tamanho típico dos carbonetos fica em torno de 25 microns.
Metalurgia do pó
O processo da metalurgia do pó pode produzir diferentes ligas, inclusive não ferrosas. Na metalurgia do pó, o metal líquido é atomizado pela ação de um gás inerte com alta velocidade, que transforma o metal líquido em gotículas. As partículas, assim que formadas, caem através de uma torre de resfriamento e solidificam. O pó resultante é coletado e transferido para uma cápsula hermeticamente fechada. A cápsula é então aquecida até a temperatura de forjamento.
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Num processo denominado prensagem isostática a quente, a temperatura e a pressão comprimem a cápsula densificando o pó. A aplicação de gás inerte sob pressão e elevada temperatura garante a remoção de vazios internos, criando assim uma forte ligação metalúrgica através do material. Os lingotes resultantes podem ser laminados ou forjados.
O processo cria carbonetos esferoidizados e uniformemente distribuídos com tamanhos em torno de 3 a 4 microns.
Conformação por spray
Neste processo, o atomizador possui dois bocais oscilantes. O gás inerte em alta velocidade flui através dos bocais transformando o metal líquido em gotículas. Durante a atomização, as pequenas gotas (que são semi-sólidas) são coletadas numa pré-forma em formato de disco metálico e submetidas a giro e movimento ascendente.
O controle do movimento da pré-forma e das condições de atomização produz billets com diâmetros de aproximadamente 50 cm e 250 cm de comprimento.
Depois de um ciclo de tratamento térmico de recozimento, as barras podem ser processadas por laminação e forjamento para obtenção de dimensões mais adequadas ao uso. Dimensões comerciais para os diâmetros vão de 25,4 mm a 35 mm de diâmetro e para barras chatas, de 15 a 25 mm de espessura por 13 a 45 mm de largura.
A rápida solidificação das gotículas gera uma microestrutura de carbonetos circulares e uniformemente distribuídos com tamanhos na faixa de 10 microns.
Veja mais informãções sobre aços-ferramenta no material didático do CIMM
