Um aço destinado a confecções de matrizes e moldes deve possuir diversas propriedades, com a finalidade de desempenhar de forma satisfatória o serviço ao qual será destinado a ele, tais como (MILAN, 1999):
Dureza a temperatura ambiente – esta propriedade pode ser obtida com adição de elevados teores de elementos de liga ou principalmente atraves da adição do carbono com a finalidade de formação de carbonetos duros.
Resistência ao desgaste – o carbono é um elemento dos mais importantes e exerce uma função imprescindível, pois ele determina a resistência ao desgaste das matrizes e moldes, garantindo que as mesmas estejam dentro de especificações dimensionais.
Temperabilidade – a importância desta propriedade se dá devido a uma maior penetração de dureza garantindo assim melhor uniformidade de característicos mecânicos em seções consideráveis.
Tenacidade – definida como “capacidade do material em deformar-se antes de se romper” ou “capacidade do material absorver considerável quantidade de energia sem se romper”, ou seja, é capaz de suportar a carga ou tensão máxima sem se romper (CHIAVERINI,1988 apud MILAN, 1999).
Resistencia Mecânica – Propriedade necessária, pois esforços estáticos e dinâmicos devem se suportados sem apresentar deformações plásticas.
Usinabilidade - Quanto maior for o teor dos elementos de liga e de carbono menor será a usinabilidade, pois esses elementos proporcionam a formação dos carbonetos duros. Na medida em que se elevam esses elementos de liga, mais difícil é a redução da dureza do material através do recozimento, tornando um problema relativamente complexo relacionado à usinagem destes aços (CHIAVERINI, 1988). Homogeneidade de composição química e microestrutura – tem como objetivo obter
peças com microestrutura uniforme, resultado de uma composição química homogênea, que nesses aços está inteiramente ligado ao processo de fabricação empregado. Quando utilizado o processo de fabricação convencional a ocorrência de segregação de solidificação, é o principal limitador para a obtenção de produtos uniformes. A aplicação de processo de refusão pode reduzir significativamente a segregação. Uma saída para reduzir ou eliminar tais heterogeneidades é a metalurgia do pó, que tem apresentado excelente potencial (SILVA e MEI, 2010). Para obtenção das propriedades mecânicas acima citadas, mantendo a qualidade necessária, dois fatores são de extrema importância para suas aplicações que são a composição química e o tratamento térmico (MILAN, 1999).
Composição química – cada elemento químico adicionado age no material e sua caracteritisca sofre alterações, o que melhora suas propriedades fisicas e até a usinabilidade, e lhes conferem a dureza e resistência ao desgaste, pois cada elemento quimico adicionado tem uma função específica.
Tratamento térmico - para obter propriedades finais dos moldes de maneira correta, normalmente é necessário esse tratamento. Têmpera e revenimento são os tratamentos mais utilizados comumente, uma vez que propiciam dureza adequada para maioria das aplicações (MESQUITA e BARBOSA, 2005).
As faixas de temperaturas utilizadas nos tratamentos térmicos são muito amplas nos aços para matrizes. Nestes aços essas temperaturas elevadas garantem a solução completa de carbonetos complexos, presentes no ferro gama. No resfriamento utiliza-se elevada variação de temperatura, utilizando os meios drásticos como água e salmoura até banho de sal, atingindo temperaturas em altíssimo grau. Para o revenimento a temperatura desses aços também são muitos elevados, e sua variação depende da composição química do aço (MILAN, 1999).
A temperabilidade é uma característica metalúrgica de extrema importância em aços para moldes para injeção de plásticos. Isso porque o aço pode ser fabricado em grandes blocos e sua heterogeneidade não deve ser apresentado entre sua superfície e núcleo, o que garante os requisitos necessários nas confecções dos moldes, tais como: boa usinabilidade, polibilidade, uniformidade de dureza, resposta a texturização entre outros (BACALHAU et al., 2012;).
A função da polibilidade é medir a facilidade de realização do polimento em um aço para moldes, que pode ser afetada por diversos fatores metalúrgicos. Inclusões não metálicas como óxidos e sulfetos, podem diminuir a polibilidade, dependendo do tamanho e de como estão distribuídas. Além disso, a dureza deve ser uniforme e a presença de descarbonetação é indesejável (BACALHAU et al., 2012).
Com a finalidade de atender vários requisitos da peça injetada o polimento é empregado em moldes. Os requisitos são:
Estéticos: brilho e transparência. Facilitar a extração da peça
Mecânicos: evitar entalhes e quebras por fadiga ou sobrecarga.
O polimento é uma etapa que consome tempo e recursos. Pode ter um tempo gasto de até 400 horas para que seja feito um polimento manual em um molde de grande porte, com a finalidade de minimizar os erros de forma da peça fabricada. A avaliação da qualidade da superfície de um molde depende de duas observações que são muito importantes (VILLARES METALS, 2012):
A forma geométrica da superfície deve ser a mais correta possível, sem ressaltos, ondulações, arranhões, poros, etc. derivadas das recentes operações de usinagem. A avaliação da condição de polimento espelhado de um molde metálico, na maioria
das vezes é concretizada por comparação visual do molde ou da superfície da peça injetada, o que depende da experiência do operador.
Vários fatores estão interligados para a qualidade final de uma superfície polida de um aço, tais como: técnica de polimento, o tipo de aço-ferramenta, estratégia de usinagem e o tratamento térmico aplicados nos materiais. Sendo que o fator mais importante à técnica de polimento (BONETTI, 2008).
A resposta à texturização tem a função de medir a facilidade de aplicação de uma textura ao aço ferramenta utilizada no molde. É normalmente realizado por ataque foto- químico (photo-eaching). O processo é controlado através do emprego de meio ácido e do procedimento aplicado, o que é de fundamental importância para obtenção de bom resultado de texturização. Os requisitos necessários nesta etapa são similares ao de polimento, tais como: homogeneidade de microestrutura e dureza e alto grau de limpeza quanto a inclusões não metálicas (VILLARES METALS, 2012).