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Guia de Tratamento Térmico do Aço Ferramenta H11
Diretrizes para tratamento térmico do aço ferramenta H11, com foco no equilíbrio entre tenacidade, estabilidade térmica e desempenho confiável em aplicações de ferramentas para trabalho a quente.
O propósito de Aço para ferramentas H11 O tratamento térmico visa transformar a microestrutura macia e recozida, composta principalmente de ferrita e carbonetos de liga, em uma estrutura martensítica endurecida e revenida com carbonetos benéficos que proporcionam as propriedades de corte ou usinagem desejadas. Esse processo de múltiplas etapas normalmente envolve pré-aquecimento, endurecimento, têmpera e revenido.
Então, o que é o aço ferramenta H11? O H11 é um aço ferramenta para trabalho a quente com cromo, da classe 5%, bastante popular. É amplamente utilizado em aplicações de alta temperatura, como moldes de fundição sob pressão, laminação a quente, extrusão a quente e forjamento a quente, bem como em componentes estruturais para aplicações aeroespaciais, como eixos de rotores de helicópteros.
Lista de verificação rápida do tratamento térmico do aço ferramenta H11
Tempo necessário: 1 dia
O tratamento térmico do H11 envolve uma sequência de recozimento, aliviando o estresse, austenitização (endurecimento), têmpera e têmpera para alcançar as propriedades metalúrgicas desejadas.
- Preparação e Recozimento
Aqueça lentamente a 845–900 °C (1550–1650 °F), protegendo com atmosferas controladas ou material inerte. Resfrie no forno a 480 °C (900 °F) a uma taxa de aproximadamente 22 °C (40 °F) por hora e, em seguida, deixe esfriar ao ar.
- Alívio do estresse
Aqueça a 650–730 °C (1200–1350 °F) ou 500–600 °C. Mantenha nessa temperatura por no mínimo 2 horas ou 0,5 horas por polegada da seção mais larga, depois resfrie lentamente em local parado.
- Austenitização
Pré-aqueça a 760–815 °C (1400–1500 °F). Aqueça a 995–1040 °C (1825–1900 °F) usando fornos a vácuo, banhos de sal ou atmosferas endotérmicas. Mantenha nessa temperatura por 15–40 minutos.
- Resfriamento
Resfrie em ar parado até atingir a temperatura ambiente. Para seções grandes, use jato de ar ou interrompa o resfriamento em óleo a 595–650 °C (1100–1200 °F) ou quando a superfície estiver preta, e então resfrie ao ar. Não resfrie em água.
- Têmpera
Quando a peça atingir 50–65 °C (120–150 °F), faça o revenimento imediatamente. Aqueça até 540–650 °C (1000–1200 °F). Mantenha nessa temperatura por 1 hora para cada polegada (mínimo de 2 horas), deixe esfriar ao ar e repita o processo.
1. Pré-aquecimento e alívio do estresse
O pré-aquecimento desempenha três funções: reduzir o choque térmico (que pode causar deformação ou fissuras), aumentar a produtividade do equipamento reduzindo o tempo de forno em alta temperatura e minimizar a carbonização/descarbonetação quando a atmosfera do forno em alta temperatura não é neutra.
A temperatura de pré-aquecimento para o H11 é de 650 °C (1200 °F), e é mantida nessa temperatura por 10 a 15 minutos. Para peças com grandes variações transversais ou para ferramentas grandes ou complexas, é mais seguro aquecer lentamente o forno até a temperatura de pré-aquecimento ou colocar a peça sobre o forno para remover o frio antes de colocá-la dentro. Para tratamento térmico com atmosfera ou a vácuo, normalmente é utilizado um único pré-aquecimento entre 790 e 845 °C (1450 e 1550 °F).1.
Embora o pré-aquecimento possa aliviar algumas tensões, o alívio de tensões convencional é mais eficaz. O revenimento em alta temperatura do aço H11 pode aliviar significativamente as tensões. O alívio de tensões visa reduzir as tensões internas que podem causar distorção ou fissuras durante o tratamento térmico subsequente ou em serviço. Recomenda-se fortemente o revenimento para alívio de tensões após operações substanciais de usinagem, retificação, soldagem ou eletroerosão (EDM). A temperatura de alívio de tensões é geralmente de 14 a 28 °C (25 a 50 °F) inferior à temperatura de revenimento anterior. A temperatura de revenimento está listada abaixo.
2. Austenitização (endurecimento)
Esta é a segunda etapa crítica, onde o aço é aquecido a uma alta temperatura para dissolver vários carbonetos de liga complexos e transformar a estrutura ferrita-perlita em austenita. A faixa de temperatura de austenitização para o aço H11 é de 995 a 1025 °C (1825 a 1875 °F). Os tempos de imersão variam de 20 minutos, mais 5 minutos adicionais para cada 25 mm (1 polegada) de espessura de seção. Para o H13, as temperaturas de austenitização são geralmente mais altas, variando de 1050 a 1180 °C (1920 a 2155 °F). Saiba mais. Aço H11 vs H13.
3. Têmpera
A têmpera é o processo de resfriamento rápido de um material a partir da temperatura de austenitização para transformar a austenita em uma estrutura martensítica dura. O aço H11 é um aço de endurecimento ao ar, o que minimiza a tensão residual e as alterações dimensionais quando resfriado ao ar. O aço H11 é resfriado ao ar a 52–65 °C (125–150 °F) antes de ser submetido a tratamento de revenido. De modo geral, todos os aços ferramenta para trabalho a quente não podem ser temperados em água, pois a têmpera em água apresenta alto risco de fissuração.
4. Têmpera
O revenido é realizado após a têmpera. O objetivo é aumentar a tenacidade do aço e aliviar as elevadas tensões internas que tornam a estrutura martensítica temperada muito suscetível a fissuras. O H11 é um aço de endurecimento secundário. O desempenho do H11 atinge seu estado ideal após dois processos de revenido. A temperatura de revenido para o aço H11 é de 510 °C (950 °F), e o tempo de permanência para ambos os processos de revenido é de duas horas. Após a têmpera, o aço H11 deve ser revenido imediatamente ao atingir a temperatura recomendada para evitar fissuras.
| Temperatura de têmpera | Rockwell C (Dureza) |
| Como extinto | 56 |
| 700°F / 370°C | 54 |
| 800°F / 425°C | 55 |
| 900°F / 480°C | 57 (Pico) |
| 1000°F / 540°C | 56 |
| 1100°F / 595°C | 46 |
| 1200°F / 650°C | 36 |
As etapas acima descrevem os procedimentos comuns de tratamento térmico para o aço H11, com base em nossa experiência e literatura especializada. Esperamos que essas informações sejam úteis para usuários do aço H11. Caso necessite de materiais em aço H11, entre em contato conosco.
Problemas comuns e soluções no tratamento térmico do aço ferramenta H11
Rachaduras
O aço H11 é um aço de têmpera ao ar. Se o resfriamento durante a têmpera for muito rápido, podem ocorrer trincas de têmpera. Para seções mais espessas de aço H11, o resfriamento ao ar pode não atingir a dureza total. Uma têmpera gradual (têmpera interrompida) pode ser empregada: imergir a peça em um banho de sal a 595 °C a 650 °C (1105 °F a 1200 °F), manter até que a temperatura se torne uniforme e, em seguida, resfriar ao ar.
Se o resfriamento em óleo for inevitável, interrompa o processo quando a temperatura da superfície atingir aproximadamente 540 °C (1000 °F) e complete o resfriamento ao ar. Como alternativa, resfrie a peça até que ela ainda esteja morna (aproximadamente 60-80 °C) e transfira-a imediatamente para o forno de revenimento. Nunca deixe a peça atingir a temperatura ambiente antes do revenimento.
Deformação
Em matrizes complexas para trabalho a quente, a deformação é um problema significativo causado pelo aquecimento irregular durante o tratamento térmico ou pelo acúmulo de tensões durante a usinagem.
Para resolver esse problema, recomenda-se realizar primeiro um recozimento de alívio de tensões. As peças usinadas em desbaste devem ser aquecidas a 650–675 °C (1200–1250 °F) antes da têmpera final, mantidas nessa temperatura por 1 hora por polegada quadrada de área da seção transversal e, em seguida, resfriadas ao ar para eliminar as tensões residuais. Em segundo lugar, um ciclo duplo de pré-aquecimento deve ser empregado durante a têmpera para minimizar o choque térmico. Em terceiro lugar, o resfriamento ao ar deve ser utilizado, pois a têmpera ao ar produz tensões residuais e alterações dimensionais mínimas em comparação com a têmpera em líquido.
Descarbonização
O aço H11 é propenso à descarbonetação durante o aquecimento, o que reduz sua resistência e resistência à fadiga.
Para evitar tais alterações químicas superficiais, a austenitização deve ser realizada em um banho de sal neutro, um forno de atmosfera controlada ou um forno a vácuo. Caso não haja disponibilidade de equipamentos de atmosfera controlada, devem ser tomadas medidas de proteção: o aço ferramenta H11 deve ser envolvido em compostos neutros, como asfalto residual, coque ou folha de aço inoxidável, para minimizar a exposição ao oxigênio.
Rachaduras por calor
A fissuração térmica é um modo de falha em aços-ferramenta caracterizado por uma rede de microfissuras superficiais que se formam sob tensões térmicas cíclicas durante o uso. Embora esse fenômeno seja inevitável, o tratamento térmico inadequado pode acelerar sua ocorrência.
Para solucionar esse problema, primeiro certifique-se de que o aço H11 seja temperado até atingir a dureza correta. Segundo, controle rigorosamente a profundidade de nitretação e a camada branca durante o tratamento de nitretação do aço H11 para evitar o lascamento.
Dureza insuficiente
O aço H11 é um aço de têmpera secundária cuja dureza aumenta durante o revenido em altas temperaturas. O uso de uma temperatura de revenido baixa resulta em uma microestrutura instável que amolece durante o uso.
Para solucionar esse problema, o revenido em alta temperatura deve ser realizado inicialmente a temperaturas superiores ao pico de endurecimento secundário, tipicamente acima de 510 °C/950 °F. Esse processo não apenas alivia as tensões residuais, mas também estabiliza a microestrutura para suportar as condições de serviço em altas temperaturas. Em seguida, deve-se realizar um revenido duplo. O primeiro revenido transforma a austenita retida em martensita recém-formada; o segundo revenido endurece a martensita recém-formada.
O tratamento térmico estável H11 começa com aço ferramenta de alta qualidade.
O aço H11 (1.2343) é o padrão da indústria para ferramentas de trabalho a quente de alta tenacidade. A Aobo Steel previne falhas prematuras de matrizes fornecendo peças forjadas em H11 de alta pureza e microestrutura rigorosamente controlada. Nosso material apresenta temperabilidade ao ar otimizada, grau UT Sep 1921-82 D/d garantido e dureza recozida < 229 HB, assegurando resposta consistente ao tratamento térmico para suas matrizes de forjamento e fundição mais exigentes.
Perguntas frequentes
845 a 900 °C (1550 a 1650 °F). Aqueça lenta e uniformemente até essa faixa de temperatura. Resfrie muito lentamente no forno a aproximadamente 22 °C (40 °F) por hora até que a peça atinja 480 °C (900 °F), depois deixe esfriar ao ar até a temperatura ambiente.
Aqueça a 650–730 °C (1200–1350 °F). Alternativamente, utilize 500–600 °C. Realize este procedimento após o desbaste para minimizar a distorção. Mantenha a temperatura por no mínimo 2 horas ou 0,5 horas por polegada da seção mais larga e, em seguida, resfrie lentamente ao ar livre.
995 a 1040 °C (1825 a 1900 °F). A prática comum visa atingir aproximadamente 1010 °C (1850 °F). Mantenha nessa temperatura por 15 a 40 minutos, dependendo do tamanho da seção. Certifique-se de que a superfície esteja protegida contra descarbonetação ou oxidação.
760 a 815 °C (1400 a 1500 °F). O pré-aquecimento é essencial para minimizar o choque térmico. Para peças complexas, utilize um pré-aquecimento duplo: primeiro a aproximadamente 650 °C e, em seguida, a aproximadamente 815–870 °C, antes de elevar a temperatura até a temperatura final de têmpera.
Resfriamento por ar (ar parado). Este método é preferível para minimizar a distorção em seções de até 150 mm (6 polegadas). Para seções maiores, pode-se utilizar um jato de ar ou têmpera em óleo interrompida (têmpera gradual a 595–650 °C). Nunca utilize têmpera em água para o aço H11 devido ao risco de fissuras.
540 a 650 °C (1000 a 1200 °F). Essa faixa de dureza normalmente resulta em uma dureza de trabalho de 38-54 HRC. O revenimento deve começar imediatamente após a peça esfriar para 50–65 °C (120–150 °F).
Recomenda-se vivamente a têmpera dupla. O processo de têmpera tripla também pode ser utilizado. Um ciclo típico envolve o aquecimento até a temperatura desejada, a manutenção dessa temperatura por pelo menos 1 hora para cada polegada de espessura (mínimo de 2 horas), o resfriamento ao ar até a temperatura ambiente e a repetição do processo.
Sim. O H11 é um aço de endurecimento secundário com uma faixa de dureza máxima de 510 °C (950 °F) a 540 °C. A dureza aumenta ou permanece estável nessas temperaturas devido à precipitação de carbonetos de vanádio e molibdênio.
Links relacionados
- ASM Internacional. (1989). Manual ASM, Volume 16: Usinagem (p. 120). ASM Internacional. ↩︎