Aço 718: Composição química, propriedades e aplicações de engenharia no fabrico de moldes

O aço 718 é uma liga de aço pré-endurecida que é frequentemente utilizada para fabricar moldes de injeção de plástico, especialmente para moldes de grandes e médias dimensões que necessitam de ser fortes, resistentes e estáveis em termos de tamanho. O aço 718 é uma versão melhorada dos aços para moldes do tipo P20. Tem uma melhor uniformidade de dureza, maquinabilidade e desempenho de polimento, o que o torna a melhor escolha para aplicações de moldes complexos e de alta precisão.

Do ponto de vista da engenharia, o aço 718 resolve uma série de problemas que surgem no fabrico de moldes: reduz a distorção durante o tratamento térmico, acelera os prazos de entrega e mantém consistentes as propriedades mecânicas dos blocos de moldes espessos. Este artigo analisa a composição química, as propriedades mecânicas e físicas, a maquinabilidade, o comportamento do tratamento térmico e as utilizações comuns de engenharia do aço 718. Esta informação ajudará os projectistas de moldes, os engenheiros de ferramentas e as equipas de aquisição a escolher materiais com base nas necessidades reais de fabrico, em vez de escolherem apenas uma qualidade.

---

O que é o aço 718 e como é classificado?

Definição de material e posição na indústria

O aço 718 é um aço para ferramentas pré-endurecido, de baixa liga, desenvolvido especificamente para a indústria de moldagem por injeção de plástico. Do ponto de vista metalúrgico, pertence à classe P20-modificado família.

• A linha de base: A norma P20 (DIN 1.2311) é excelente para moldes pequenos, mas sofre de uma “queda de dureza” no centro de blocos espessos (secções >400mm).

• A solução 718: Ao adicionar cerca de 1% Níquel, o aço 718 melhora temperabilidade. Isto assegura que um bloco de 600 mm de espessura tem uma microestrutura e dureza consistentes desde a superfície até ao núcleo.

Normas e designações comuns

Os engenheiros e gestores de compras encontrarão o 718 sob várias designações internacionais. Apesar de serem quimicamente semelhantes, o processamento específico do moinho pode variar.

Quadro 1: Designações internacionais para o aço para moldes 718

Conclusões da engenharia: O 718 ocupa o “ponto ideal” na seleção do aço para moldes. Oferece um melhor desempenho do que o P20 para peças grandes ou brilhantes, mas é significativamente mais fácil de maquinar e mais barato do que os aços de endurecimento por precipitação, como o NAK80, ou os tipos inoxidáveis, como o S136.

---

Qual é a composição química e o papel dos elementos de liga?

As vantagens de desempenho do aço 718 em relação ao aço P20 normalizado assentam na conceção específica da sua liga. Não se trata apenas de acrescentar dureza; trata-se de acrescentar uniformidade.

Tabela 2: Composição química típica (wt.%)

Porque é que o níquel (Ni) é importante no aço para moldes

A adição de níquel é a caraterística que define o 718. Nos aços normais, a taxa de arrefecimento no centro de um grande bloco é demasiado lenta para formar uma microestrutura dura, resultando em pontos moles.

• Endurecimento: O níquel suprime a formação de fases de perlite mais macias durante o arrefecimento. Isto permite a formação da microestrutura dura desejável (martensite/bainite) mesmo no centro de arrefecimento lento de um bloco maciço.

• Capacidade de polimento: Uma microestrutura uniforme permite um polimento homogéneo. O P20 tem frequentemente bandas de segregação que criam “casca de laranja” ou ondulação durante o polimento espelhado. A homogeneidade do 718 reduz significativamente este risco.

---

Quais são as propriedades mecânicas e físicas?

Para os projectistas de moldes, as propriedades mecânicas do aço 718 definem a vida útil do molde, a resistência às forças de fixação e a capacidade de suportar as pressões de injeção.

Propriedades mecânicas (condição pré-endurecida)

O 718 é quase exclusivamente utilizado no estado temperado e revenido fornecido pela fábrica.

Tabela 3: Propriedades mecânicas típicas (à temperatura ambiente)

Propriedades físicas para análise térmica

Compreender as propriedades térmicas é vital para calcular os tempos de ciclo de arrefecimento e a expansão térmica em moldes multimateriais (por exemplo, combinar 718 com inserções de cobre-berílio).

• Densidade: 7,85 g/cm³

• Condutividade térmica: ~29,0 W/m-K (a 20°C). Nota: Este valor é moderado. Para ciclos mais rápidos, as pastilhas de Cu-Be são frequentemente adicionadas aos núcleos 718.

• Coeficiente de expansão térmica: ~12,5 µm/m-°C (20-200°C).

---

É necessário tratamento térmico para o aço 718?

Uma das perguntas mais frequentes das equipas de aquisição é se o 718 requer tratamento térmico após a maquinagem. A resposta geral da engenharia é "Não".

A vantagem do “As-Delivered

O 718 é vendido como “pré-endurecido”. Trata-se de uma enorme vantagem logística.

1. Sem distorção: Uma vez que o aço já está endurecido, os fabricantes de moldes podem maquinar bolsas, perfurar linhas de água e terminar o molde até à tolerância final sem o enviar para tratamento térmico. Não há risco de o molde se deformar ou rachar durante uma têmpera.

2. Polimento imediato: Uma vez maquinado, o molde está imediatamente pronto para EDM e polimento.

É possível voltar a endurecer o 718?

Tecnicamente, sim, mas é não recomendado.

• Risco: O aquecimento do 718 a temperaturas de austenitização (aprox. 850°C) e o seu arrefecimento destruirão as dimensões de precisão obtidas durante a maquinagem.

• Teto de dureza: Mesmo com uma têmpera agressiva, o 718 raramente ultrapassa os 50-52 HRC e torna-se frágil. Se for necessária uma dureza superior, os engenheiros devem selecionar um aço diferente (como o H13 ou o 8407) desde o início.

Endurecimento de superfícies (Nitretação)

Enquanto o endurecimento em massa é evitado, Nitretação é uma excelente opção para o 718.

• Processo: Nitretação gasosa ou iónica a temperaturas inferiores ao ponto de têmpera (aprox. 500°C).

• Resultado: Cria uma pele de superfície dura (equivalente a ~60-65 HRC) para resistência ao desgaste contra plásticos abrasivos com enchimento de vidro, sem distorcer o núcleo do molde.

---

Qual é o desempenho do 718 na maquinagem e no polimento? (DFM)

Para os engenheiros de produção, a maquinabilidade do 718 é um fator crítico na orçamentação e programação.

Caraterísticas da maquinagem CNC

• Classificação de maquinabilidade: Bom. É maquinada de forma semelhante à P20, mas requer um pouco mais de potência devido à maior dureza do níquel.

• Ferramentas: As ferramentas de carboneto revestido (TiAlN) são padrão. As ferramentas de aço de alta velocidade (HSS) desgastam-se rapidamente.

• Uniformidade: A principal vantagem do 718 na maquinagem é a ausência de “pontos duros”. A estrutura uniforme permite velocidades de corte e avanços consistentes, permitindo uma fiabilidade de maquinação sem falhas.

EDM (maquinagem por descarga eléctrica)

O 718 tem um excelente desempenho em EDM. A estrutura homogénea produz uma camada refundida estável e uniforme (camada branca).

• Melhores práticas: A camada refundida deve ser removida através de retificação ou lapidação, uma vez que é frágil e pode iniciar fissuras ou falhas por fadiga na superfície do molde.

Polimento e gravação de fotos

• Polimento: O 718 cria um acabamento de alto brilho (SPI A2 ou A3) muito mais facilmente do que o P20. A desgaseificação em vácuo e o baixo teor de enxofre (normalmente <0,005%) evitam os “pinholes” e as “caudas de cometa” durante o polimento com diamante.

• Texturização: A estrutura uniforme do grão permite um desempenho consistente da gravação a ácido. As texturas são nítidas e uniformes, sem as estrias encontradas nos aços de qualidade inferior.

---

Quais são as aplicações típicas de engenharia?

O aço 718 é o cavalo de batalha para aplicações onde o tamanho, a dureza e o acabamento se cruzam.

1. Moldes de injeção de plástico de grandes dimensões:

   • Para-choques de automóveis, painéis de instrumentos e painéis de portas.

   • Caixas de televisão e caixas de grandes electrodomésticos (máquinas de lavar roupa, aparelhos de ar condicionado).

   • Porquê? Apenas o 718 garante a dureza no centro destes blocos maciços.

2. Peças cosméticas de alto brilho:

   • Caixas de eletrónica de consumo, consolas de jogos.

   • Porquê? Requer um polimento melhor do que o P20 mas mais barato do que o NAK80.

3. Moldes de compressão:

   • Moldes de borracha e SMC (Sheet Molding Compound).

4. Bases de moldes:

   • Para moldes de precisão extremamente elevada em que o aço estrutural padrão (S50C) é demasiado macio ou instável, o 718 é utilizado para as placas de base do molde para garantir a rigidez.

---

Aço 718 vs. Outros aços para moldes: Uma matriz de decisão

A seleção do aço para moldes correto é uma análise de compromisso. Eis como o 718 se compara aos seus principais concorrentes.

718 vs. P20 (1,2311)

• Diferença: O P20 carece de níquel.

• Desempenho: O P20 perde dureza no centro de blocos com espessura superior a 100-200mm. O 718 mantém a dureza até 400mm+.

• Seleção: Utilize o P20 para moldes pequenos e não críticos para poupar dinheiro. Utilize 718 para moldes grandes ou peças que exijam um acabamento uniforme texturado/polido.

718 vs. NAK80

• Diferença: O NAK80 é um aço de endurecimento por precipitação (40 HRC) que é ainda mais limpo e duro.

• Desempenho: O NAK80 dá um polimento com um acabamento espelhado superior (grau ótico), mas é mais difícil de maquinar e significativamente mais caro.

• Seleção: Utilize o NAK80 para pequenas inserções de qualidade ótica (lentes). Utilize 718 para o corpo principal do molde ou caixas maiores onde não é necessária clareza ótica.

718 vs. S136 (aço inoxidável 420)

• Diferença: O S136 é inoxidável; o 718 não é.

• Desempenho: O 718 enferruja se exposto à humidade ou a plásticos corrosivos (PVC). O S136 resiste à corrosão.

• Seleção: Utilize S136 para moldes médicos, alimentares ou de PVC. Utilize 718 para plásticos em geral (ABS, PP, PE) onde a corrosão não é uma ameaça importante.

Quadro 4: Matriz de comparação dos aços para moldes

---

Quais são as limitações e os modos de falha?

Apesar da sua versatilidade, o aço 718 tem limites claros em termos de engenharia.

1. Não resistente à corrosão

O 718 não é um aço inoxidável.

• Risco: Se moldar plásticos corrosivos como o PVC (que liberta ácido clorídrico) ou POM, ou se operar num ambiente húmido, o 718 enferruja. Isto estraga as superfícies polidas e causa problemas de ejeção das peças.

• Solução: Cromagem da cavidade do molde ou mudança para S136.

2. Não se destina a desgaste abrasivo

Embora resistente, 38 HRC é relativamente macio em comparação com os aços para ferramentas endurecidos (50+ HRC).

• Risco: A moldagem de materiais com enchimento de vidro (por exemplo, PA66 + 30% GF) irá lavar rapidamente as áreas e texturas da porta.

• Solução: Utilize pastilhas endurecidas H13 em áreas de elevado desgaste numa base de molde 718.

3. Desafios da soldabilidade

A soldadura 718 para reparações (por exemplo, reparação de um erro de maquinagem ou de uma área de rebentamento) requer protocolos rigorosos.

• Risco: A zona de soldadura pode endurecer de forma diferente do metal de base, deixando uma “linha fantasma” ou uma marca visível após a texturização/polimento.

• Solução: Utilizar varetas de enchimento químico adequadas, pré-aquecer o molde e efetuar a têmpera pós-soldadura.

---

Resumo - Conclusões de engenharia para o aço 718

aço 718 é a espinha dorsal da indústria de moldagem de plásticos em grande escala. Resolve o problema crítico de garantir uma dureza consistente no interior de blocos de aço maciços, um feito que o P20 padrão não consegue igualar.

Principais recomendações:

1. Selecionar 718 para moldes de média a grande dimensão (para-choques de automóveis, caixas de electrodomésticos) em que a estabilidade de tamanho e a resistência são fundamentais.

2. Atualização a partir do P20 se necessitar de um polimento de alto brilho ou de uma texturização uniforme da foto-construção.

3. Não voltar a endurecer. Utilizar o material no seu estado pré-endurecido para garantir a precisão dimensional.

4. Cuidado com o ambiente. Se a corrosão (PVC/Umidade) ou a abrasão (Fibra de Vidro) for um fator, chapeie o molde ou mude para aços inoxidáveis/ferramentas especializados.

Ao alinhar a escolha do material com os requisitos específicos da dimensão do molde e da resina plástica, os engenheiros podem tirar partido do aço 718 para reduzir os prazos de entrega e garantir uma qualidade consistente das peças.

---

Perguntas frequentes

P: O aço 718 é o mesmo que o Inconel 718?
A: Não. O Inconel 718 é uma superliga à base de níquel para motores a jato, que custa 20 vezes mais. O “718 Mold Steel” é um aço para ferramentas de baixa liga (DIN 1.2738). Partilham um número, mas nada mais.

P: O aço 718 pode ser polido até obter um acabamento espelhado?
A: Sim. Pode atingir um acabamento de alto brilho (aprox. SPI A2). Embora não seja de “qualidade ótica” como o NAK80 ou o S136, é suficiente para a maioria das peças de consumo brilhantes.

P: O aço 718 enferruja?
A: Sim. Contém muito pouco crómio. Necessita de produtos antiferrugem durante o armazenamento e deve ser mantido seco. Os canais de arrefecimento devem ser tratados para evitar a ferrugem interna.

P: Qual é a diferença entre 718 e 718H?
A: 718H é simplesmente uma variante tratada termicamente para uma gama de dureza ligeiramente superior (normalmente 34-38 HRC) em comparação com o 718 padrão (30-34 HRC). O “H” significa Hard (duro). O 718H oferece uma resistência ao desgaste e uma capacidade de polimento ligeiramente superiores.

Q: O 718 é adequado para moldes de fundição sob pressão?
A: Não. O 718 não pode suportar o choque térmico do alumínio ou zinco fundidos (fundição sob pressão). Para a fundição sob pressão, utilizar H13 (SKD61) aço para ferramentas trabalhado a quente.