Seleção de aço ferramenta para matrizes de fundição sob pressão
A fundição sob pressão é um processo de alto volume no qual o metal fundido é injetado sob alta pressão em uma cavidade de molde fechada. Em cada ciclo, o molde absorve e libera calor continuamente, funcionando, portanto, não apenas como uma ferramenta de conformação, mas também como um componente submetido a repetidas cargas térmicas.
Na produção, os danos em matrizes não são aleatórios. Normalmente, desenvolvem-se sob a ação de três condições que interagem entre si. A superfície é repetidamente aquecida pelo metal fundido e, em seguida, resfriada rapidamente, criando tensões cíclicas que eventualmente levam ao surgimento de fissuras térmicas. Ao mesmo tempo, a alta pressão de injeção e o rápido fluxo de metal causam erosão e deformação localizada. Além disso, o contato contínuo com ligas fundidas promove a soldagem e a degradação da superfície, especialmente na fundição de alumínio.
O que determina a vida útil do chip não é a presença dessas condições, mas sim qual delas se torna dominante em uma aplicação específica.
Fatores de seleção para aços-ferramenta de fundição sob pressão
A seleção de materiais deve começar pela identificação de como o chip realmente falha em serviço, em vez de comparar propriedades gerais do material.
Resistência à fadiga térmica (verificação de calor)
Na maioria das operações de fundição sob pressão de alumínio e magnésio, os moldes falham devido a fissuras superficiais causadas por ciclos térmicos repetidos. Quando as fissuras se iniciam precocemente e se propagam rapidamente, o aumento da dureza não resolve o problema. O que importa mais é a capacidade do material de resistir à tensão cíclica e retardar o crescimento das fissuras. Nesses casos, são necessários aços com boa tenacidade e microestrutura estável sob aquecimento repetido.
Resistência ao calor e à têmpera
Quando a temperatura de fundição aumenta, especialmente com ligas de latão ou cobre, o modo de falha geralmente muda. Em vez de trincar, o molde pode começar a amolecer, deformar ou perder a estabilidade dimensional. Se a dureza superficial não puder ser mantida durante o uso, o molde falhará mesmo que a trinca seja controlada. Nessas condições, a resistência ao amolecimento torna-se mais crítica do que a tenacidade.
Equilíbrio entre dureza e tenacidade
Uma dureza maior melhora a resistência ao desgaste e à erosão, mas também aumenta o risco de propagação de trincas sob tensão térmica. É por isso que a maioria dos moldes de fundição sob pressão opera com dureza entre 42 e 50 HRC. Abaixo desse intervalo, a deformação torna-se mais provável. Acima dele, a propagação de trincas tende a acelerar. Quando os moldes falham devido à fissuração prematura, reduzir a dureza ou selecionar uma liga mais resistente geralmente é mais eficaz do que aumentar ainda mais a dureza.
Aços para ferramentas recomendados
Fornecedor de aço ferramenta H13 | 1.2344 | SKD61
O H13 é usado como material base para a maioria das aplicações de fundição sob pressão, pois oferece um equilíbrio estável entre resistência à fadiga térmica, resistência a altas temperaturas e tenacidade.
É indicado quando a falha do molde se deve principalmente ao trincamento térmico e não há condições extremas predominantes. Na fundição sob pressão de alumínio e magnésio, onde a ciclagem térmica é inevitável, mas não excessivamente severa, o H13 oferece desempenho consistente e previsível.
Variantes mais limpas, como os graus ESR, melhoram ainda mais a resistência ao início de fissuras, reduzindo defeitos internos, o que é importante em longos períodos de produção.
Aço ferramenta AISI H11 | 1.2343 | SKD6
H11 torna-se relevante quando H13 não dura o esperado e a falha é dominada por fissuras em vez de desgaste ou deformação.
Isso normalmente ocorre em matrizes expostas a resfriamento agressivo, grandes gradientes de temperatura ou ciclos térmicos de alta frequência. Nessas condições, a maior tenacidade do H11 ajuda a retardar a propagação de trincas e prolongar a vida útil da matriz.
Na prática, a mudança de H13 para H11 é uma resposta direta aos problemas de fratura prematura.
Aço ferramenta AISI H21 | 1.2581 | SKD5
O H21 é selecionado quando a temperatura se torna o fator limitante em vez do trincamento.
Se a superfície da matriz amolecer durante a operação, apresentar deformação plástica ou não conseguir manter a dureza em temperaturas elevadas, os aços convencionais à base de cromo deixam de ser suficientes. Nesses casos, utiliza-se um aço à base de tungstênio, como o H21, pois ele mantém a resistência e a dureza em temperaturas mais altas.
No entanto, sua menor resistência o torna inadequado para aplicações sujeitas a choques térmicos severos. Portanto, seu uso é seletivo, ocorrendo apenas quando a estabilidade em altas temperaturas é o requisito principal.
Aço ferramenta AISI P20 | 1.2311 | 3Cr2Mo
O P20 é escolhido quando os requisitos de produção são mais influenciados pelo custo e pela velocidade de entrega do que pela vida útil máxima da matriz.
Por ser fornecido em condição pré-endurecida, permite usinagem direta sem tratamento térmico, reduzindo o prazo de entrega e evitando distorções. Isso o torna adequado para produção em pequenos lotes ou fundição em baixa temperatura, como a de zinco.
No entanto, sob cargas térmicas mais elevadas, especialmente na fundição de alumínio sob pressão, o P20 não possui resistência suficiente ao revenimento e falhará rapidamente. Seu uso, portanto, é limitado a aplicações em que uma vida útil mais curta da ferramenta seja aceitável.
Tabela Resumo
| Aço ferramenta de alta qualidade | Dureza típica | Aplicações primárias | Lógica de Seleção |
| AISI H13 | 42–52 HRC | Alumínio, magnésio, zinco (uso geral) | Utilizado quando a verificação por calor é o principal modo de falha. |
| AISI H11 | 44–50 HRC | Al, Zn (Ciclos térmicos severos) | Selecionado quando o rachamento ocorre antes do esperado. |
| AISI H21 | 38–52 HRC | Latão, Cobre | Utilizado quando o amolecimento em altas temperaturas se torna essencial. |
| AISI P20 | 28–32 HRC | Zinco (curto prazo) | Utilizado quando o custo e a rapidez de usinagem são priorizados. |