Aços Utilizados na Cutelaria(*) (1ª parte)
 
Eng. Antenor Ferreira Filho*
 
Na fabricação de facas o maior compromisso é equilibrar dureza com tenacidade. Algumas lâminas podem ser feitas para serem excepcionalmente duras, mas podem lascar ou trincar se simplesmente cairem em uma superfície dura.
  1. INTRODUÇÃO:
A profissão de cuteleiro é uma das mais antigas. A arte de fazer faca, mesmo que primitivamente, data à pré-história, quando os objetos eram feitos de lascas de pedras e auxiliavam a construir lanças e a cortar o couro.
O inicio da cutelaria se deu no ano de 1785 quando o mestre cuteleiro John Frederick Peter instalou uma cutelaria ao leste da França. O neto de John, já na terceira geração de mestres cuteleiros, Gustave Emile Peter, abriu uma cutelaria em Paris no ano de 1887. A cutelaria ficava na rua 4 em Paris e vendia finos artigos de cutelaria como facas, navalhas de barbear, facas de mesa e canivetes. As peças de Emile Peter vinham marcadas com marca de E.PETER, enquanto que as de Albert Peter eram marcadas como A.PETER.

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A peça E.PETER da matéria pertenceu a um abastado estancieiro de São Gabriel que viveu por volta dos anos 1900
Atualmente, a profissão ainda é exercida, mas por poucos artesões, que trabalham com materiais mais sofisticados e com ajuda de máquinas, apesar de 90% do material ainda ser elaborado a mão. Assim como em outras artes, a produção artesanal tem status de artigo de luxo e único. Sendo assim, normalmente os cuteleiros são avessos ao uso de máquinas.
A definição do termo Cutelaria se relaciona com o esforço e a habilidade artística manual, sem a produção em larga escala ou repetida.
Ao escolher a melhor faca, canivete, tesoura ou utensilio cortante deve-se prestar atenção especial ao tipo de aço usado na lâmina. O aço é, na verdade, a essência da lâmina e o principal responsável pelo desempenho da faca.
O aço é basicamnte uma liga ferro e carbono frequentemente enriquecida com outros elementos adicionados na composição química visando otimizar certas características dependendo da aplicação desejada.
Na indústria de facas, por exemplo, diferentes tipos de aço são criados variando-se os tipos de elementos de liga adicionados, bem como a forma como a lâmina é tratada termicamente (endurecida).
Facas de alto desempenho têm como característica serem feitas de aços que reúnem uma série de propriedades indispensáveis ao bom desempenho do produto. Esses materiais devem garantir após o tratamento térmico de têmpera uma dureza alta e uniforme ao longo de todo o fio, retenção de fio para garantir o desempenho sem reafiações frequentes e uma tenacidade elevada para permitir a resistência a golpes e impactos durante o uso.
Devem, porém não ter somente elementos de liga e sim um correto balanceamento de composição química para obtenção de características que os tornem diferenciados, pois para sua seleção e oferta ao mercado são levados em consideração fatores que garantam:
COMPOSIÇÃO QUÍMICA ADEQUADA: a presença de elementos de liga em proporções balanceadas é fator determinante para obtenção de bom desempenho, pois serão eles que garantem no tratamento térmico a ocorrência das transformações de fases, que darão as características necessárias para o bom desempenho do produto.
PUREZA: os aços para alto desempenho têm que ser obtidos por processos metalúrgicos de fusão, refino e conformação que garantam uma estrutura livre de impurezas e inclusões, que podem afetar a resistência e tenacidade do material por gerarem descontinuidades e consequentemente “pontos frágeis” e imperfeições. Elementos residuais como Pb, S e P prejudiciais devem ser mantidos a níveis baixíssimos.
MICROESTRUTURA: grãos refinados e uniformes, com presença de finos carbonetos secundários garantem ao aço alta resistência à abrasão mantendo o fio uniforme para o desempenho de corte ideal.
TRATAMENTO TÉRMICO: deve seguir rigorosamente as recomendações do fabricante do aço com adequados controles de temperatura e resfriamentos. O correto tratamento é fator determinante para obtenção da microestrutura ideal para garantir propriedades mecânicas e desempenho.
Em última análise, os diferentes tipos de aço usados nas lâminas exibem cada um deles, graus variáveis de cinco propriedades principais, a saber:
 
DUREZA: é a capacidade de resistir à deformação quando sujeita a forças de tensão aplicadas. A dureza nos aços para facas é geralmente referida como sendo a resistência da lamina. Esta dureza é medida usando a escala Rockwell C (também conhecida como “HRC”).
 
TENACIDADE: é a capacidade da lamina de resistir a danos como trincas formação de “dentes” ou “lascas” quando usada em aplicações pesadas. Isso também define a capacidade do aço flexionar sem quebrar. A formação de “lascas” é o pior inimigo de uma faca e nunca é fácil de consertar. Deve-se considerar que quanto mais duro o aço, maior a tendencia a formação destes defeitos. Além disso, a medição da tenacidade é menos padronizada como dureza.
 
RESISTÊNCIA AO DESGASTE: é a capacidade do aço de resistir a danos causados pelo desgaste abrasivo e adesivo. O desgaste abrasivo ocorre do contato entre superfícies mais bem acabadas (polidas) que entram em contato com superficies mais ásperas.
Já o desgaste adesivo ocorre quando pequenas partículas de metal ou outra origem são retiradas de uma superfície e conectadas a outra. A resistência ao desgaste geralmente se correlaciona com a dureza do aço, e é fortemente influenciada pela composição química específica do aço. Em aços de igual dureza, o aço com carbonetos maiores (pense em partículas microscópicas, duras e resistentes ao desgaste) normalmente resistirá melhor ao desgaste se comparado a aços com carbonetos finos e homogeneamente distribuidos na matrix do aço.
 
RESISTÊNCIA A CORROSÃO: é a capacidade de resistir à corrosão, como a oxidação/ferrugem causada por elementos externos, como umidade, umidade e sal. Observe que uma alta resistência à corrosão envolve um sacrifício no desempenho geral da aresta.
 
RETENÇÃO DE FIO: representa quanto tempo a lâmina reterá sua capacidade de corte quando sujeita a períodos de uso. Infelizmente a medição da retenção de borda não tem nenhum conjunto definido de padrões e muitos dos dados são subjetivos. A retenção de “fio” pode ser considerada como uma combinação de resistência ao desgaste e à deformação de uma borda.
Infelizmente, o "melhor aço faca" não é simplesmente um caso de maximizar cada uma das propriedades acima, é uma combinação entre elas.
O maior compromisso é de se equilibrar dureza com tenacidade. Algumas lâminas podem ser feitas para serem excepcionalmente duras, mas podem lascar ou trincar se simplesmente cairem em uma superfície dura. Por outro lado, uma lâmina pode ser extremamente resistente e capaz de dobrar/flexionar, mas terá dificuldade em manter o “fio”.
Deve-se observar também que o termo "aço inoxidável" é geralmente equivocado, pois todos os tipos de aço apresentarão algum tipo de oxidação se ficar expostos a determinados meios por tempo suficiente.
  1. CLASSIFICAÇÃO DOS PRINCIPAIS AÇOS UTILIZADOS EM LAMINAS/FACAS:
Os tipos de aço laminado mais comuns utilizados na confecção de facas e laminas geralmente se enquadram nas seguintes categorias:
  • Aço Carbono – Os aços mais usados e comuns para estas aplicações são os denominados aços de alto teor de carbono, onde o teor de carbono do aço em média é superior a 0,70%. Geralmente são produzidos para uso bruto, onde tenacidade e durabilidade são importantes. É muito comum encontra-los em facas de sobrevivência e facões. São aços que tomam uma borda afiada e são relativamente fáceis de serem reafiados. O aço carbono, usado em faca em geral, mais popular é o aço SAE1095.
  • Aço Carbono baixa liga – aços carbono de baixa liga apresentam resultados um pouco superior ao aço carbono tradicional dada a introdução de elementos de liga formadores de carbonetos e refinadores de grão como Cr e V. Os aços mais populares desta lista são os aços da familia CrV, como DIN 58CrV4.
  • Aço Ferramenta – são aços principalmente ligados de elevada dureza usados em ferramentas de corte. Alguns aços populares deste grupo incluem as séries D2, O1, além dos aços rápidos mais avançados, como o M4.
  • Aço Inoxidável – é basicamente o aço carbono com adição de cromo para resistir à corrosão e outros elementos que aumentam os níveis de desempenho, mas geralmente apresentam uma tenacidade inferior. A categoria mais popular hoje inclui as séries AISI400 – Inox martensitico, e os aços de propriedade de marca Sandvik, Böhler e Crucible. Note que, para se qualificar como um verdadeiro aço inoxidável deve-se ter na composição quimica um (teor) de pelo menos 13% de cromo.
Ainda dentro desta classificação podemos destacar:
  • Aços denominados de “DAMASCO” e;
  • Aços produzidos via metalurgia do pó: como os aços CPM – Crucible (Ex:CPM 3V).
3.PROCESSO DE PRODUÇÃO DOS PRINCIPAIS AÇOS UTILIZADOS EM LAMINAS/FACAS:
3.1 – Aço ao carbono – Siderúrgico convencional:
Os aços carbono mais tradicionais seguem o processo siderúrgico de fabricação a seguir, considerando para cada um deles suas particularidades.
Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com sílica.
O processo de produção do aço se inicia com a preparação das matérias primas onde o carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500° Celsius) necessárias à fusão do minério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. Antes de serem levados ao alto forno (processo redução), o minério e o carvão são previamente preparados para melhoria do rendimento e economia do processo.
O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos. Junto a eles é adicionado ainda o fundente.
De forma resumida a produção do aço pode ser dividida em basicamente 03 etapas:
Etapa 1 – Redução do minério de Ferro – Alto Forno: O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno. No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de cimento. Esta primeira etapa do processo é ilustrada a seguir conforme o fluxo da figura abaixo:
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Figura 1 – Processo de redução do aço em AF
Etapa 2 – Refino do aço: – Aciaria + Lingotamento: A etapa seguinte do processo é o refino. Onde o ferro gusa é então levado para a área de aciaria, ainda em estado líquido (carro torpedo), para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos. Uma vez que o aço é produzido passa por etapas posteriores de refino secundário até que se atinja a composição química e temperatura desejável de vazamento. Posteriormente o aço é vazado através de panelas em distribuidores de forma a transformar o aço liquido em placas através do processo de lingotamento contínuo. Estas etapas do processo podem ser ilustradas esquematicamente através da figura abaixo:

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Figura 2 – Processo de refino – Aciaria + lingotamento contínuo

Etapa 3 – Laminação a Quente: Finalmente, a terceira fase clássica do processo de fabricação do aço é a laminação a quente. A placa é então reaquecida e deformada mecanicamente e a transforma em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas e ou bobinas (matéria prima para produção de facas), conforme mostra a fig. 3.
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Figura 3 – Processo contínuo de laminação a quente
3.2 – Aços Inox e Ferramenta – Siderúrgico convencional:
A produção destes aços pode ser dividida da mesma forma anterior, basicamente 03 etapas, porém normalmente a etapa de refino do aço é realizada em aciarias do tipo elétrica, onde aço líquido é vazado normalmente em lingoteiras (moldes metálicos) e posteriormente, laminados quentes em produtos como barras, vergalhões, arames, perfilados, barras etc, conforme mostra a fig. 4:
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Figura 4 – Processo Siderúrgico aço inox e ferramenta
Os dois processos apresentados anteriormente cobrem a grande maioria de toda a produção de aços para uso em facas e laminas. Existem ainda processos alternativos e especiais de produção, como:
3.3 – Processo especial (artezanal) de produção de aço DAMASCO:
O processo de soldagem padrão ou Damascening foi visto pela primeira vez na Pérsia, por volta de 500 a.C, na cidade antiga de Damasco. Esse processo originou-se da diferenciação dos procedimentos convencionais utilizados pelos ferreiros da época para confecção de espadas e artigos cortantes.
O nome da cidade Damasco, uma das cidades mais antigas do mundo, esconde um mistério e várias versões sobre seu histórico. Alguns acreditam que a palavra Damasco vem de “barragem shaq”, que em essência significa “Uma cidade construída sobre a rocha onde o sangue de Mash, o filho diante de Aram Bin Bin Sam Noé, fluiu depois que ele tomou uma grave pancada na cabeça pelo próprio irmão”. Outros acreditam que a cidade foi nomeada em homenagem a Damashaq, bisneto de Sam, filho de Noé que foi o responsável por realmente construir a cidade. Ainda outros acreditam que o nome foi dado pela origem da palavra “damashaq”, que significa camelo veloz.
O termo em si “Damascus steel”, ou aço damasco, vem das cruzadas, onde os europeus entraram em contato com essas armas superiores comercializadas na cidade de Damasco. Quando essa tecnologia se espalhou por toda a Ásia e Índia foi chamada de Wootz.
No processo tradicional de produção de aço de Damasco, o cuteleiro (artesão) deve soldar e prensar/caldear dois ou mais tipos de aço em camadas formando um tarugo inicial. Os aços normalmente utilizados para produção do aço Damasco são uma combinação do aço 15N20 (aço de marca comercial Uddeholm) com o aço SAE1095 / 1075 / O1 ou 5160. Ainda hoje, os fabricantes de aço Damasco usam esta técnica unindo normalmente duas chapas de aço em camadas alternadas através de um processo de soldagem padrão.
O processo se inicia com a criação de um tarugo/lingote (uma série de chapas de aço em camadas). O tarugo então é aquecido, forjado e dobrado repetidamente (figura 5). Os padrões distintos na lâmina são criados artisticamente por torcer, dobrar e assim desenhar o padrão desejado. Em geral, o processo cria uma lâmina muito resistente, porém a sua durabilidade está diretamente ligada aos aços (composição química) selecionados para criar a lâmina.
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Fig. 5 – Tarugo de aço DAMASCO sendo forjado.
O padrão em aço Damasco só é revelado visualmente após o aço ser limpo/decapado, preparado superficialmente e devidamente atacado com reativos específicos onde os dois tipos de aço caldeados/forjados irão reagir de forma diferente no processo de oxidação, quando atacados.
No geral, o aço Damasco possui a beleza e arte que faz com que seja muito famoso, e apresente uma boa resistência e durabilidade. Exemplo de padrões tradicional de aço DAMASCO pode ser visto na figura 6, a seguir:
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Fig. 6 – Exemplos de padrões tradicionais de aço DAMASCO (Damasteel).
3.4 – Processo de produção de aço especial via metalurgia do pó:
Os aços rápidos, aços ferramenta entre outros especiais obterão melhorias de propriedades com o aumento da velocidade de solidificação, que propicia uma microestrutura fina e carbonetos pequenos bem distintos na matriz. Aços produzidos por MP são largamente utilizados em aplicações muito exigentes em trabalho a frio, moldes plásticos e ferramentas de corte (incluso facas especais).
A sequência de produção segue as seguintes etapas:
Processo de fabricação por Metalurgia do Pó
  • Fusão em Forno Elétrico;
  • Refino Secundário;
  • Solidificação Rápida (Atomização Gasosa):
Produção de Pós Metálicos
  • Separação Dimensional dos Pós;
  • Encapsulação à vácuo e Compactação Isostática à Quente (HIP)
Etapas Subsequentes:
  • Forjamento/ Laminação
Durante o processo de metalurgia do pó (MP) utilizando-se uma sequência especial de refino, a pureza do aço fundido é melhorada, antes do processo de atomização, resultando na melhoria das propriedades mecânicas e um nível extremamente baixo de inclusões (SuperCleanTM). Uma corrente de aço fundido é atomizada com o gás Nitrogênio em pequenas partículas/pós (com dimensões em torno de 50-100 mm). Os pós são então encapsulados diretamente para evitar contaminação. E através de um processo com pressão isostática a quente (HIP), o pó metálico é consolidado a 100% da densidade. A cápsula de MP, que passou pelo processo HIP (consolidação), é então forjada e laminada para dimensões menores, seguidas de tratamento térmico de sinterização.

*Antenor Ferreira Filho - Doutor em Engenharia Metalúrgica e Materiais pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP-2005). Mestre em Engenharia Metalúrgica e Materiais pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP-2000). Pós-graduado em Engenharia de Produção (FEI -1984); Engenheiro Metalurgista graduado pela Faculdade de Engenharia Industrial (FEI -1981); Técnico Metalurgista pela Escola SENAI de Osasco (1975). Consultor independente na AFF - Consultoria desde JAN/15. Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.

 

(*) Nota do Editor: A complementação desta matéria será apresentada nas edições subsequentes da revista Siderurgia Brasil