Seleção de aço ferramenta para moldes de fundição sob alta pressão
A fundição sob pressão (HPDC, na sigla em inglês) é um processo de alta velocidade no qual o metal fundido é injetado em um molde de aço sob pressões de 6,9 a 206,8 MPa (1.000 a 30.000 psi). A cavidade se preenche e solidifica em segundos, expondo a superfície do molde a repetidas cargas térmicas e mecânicas.
Durante cada ciclo, a face do chip sofre aquecimento rápido ao entrar em contato com a liga fundida, seguido de resfriamento durante a ejeção da peça. Isso cria tensões cíclicas de compressão e tração. Ao mesmo tempo, o fluxo de metal em alta velocidade causa erosão superficial, enquanto a interação química entre a liga fundida e o chip pode resultar em soldagem.
Na prática, a vida útil do chip é determinada pelo mecanismo de falha predominante nas condições reais de operação: fadiga térmica, erosão ou soldagem.
Fatores de seleção
A seleção do aço ferramenta para HPDC começa com a identificação do modo de falha predominante e, em seguida, com a escolha do material capaz de resistir a ele.
A fadiga térmica (fissuração por calor) é a causa mais comum de falhas. O aquecimento e o resfriamento repetidos geram fissuras superficiais que se propagam sob tensão mecânica, levando eventualmente ao lascamento ou à fratura.
Para retardar esse processo, o aço deve manter sua resistência em altas temperaturas, o que significa que deve resistir ao amolecimento por revenido durante o aquecimento cíclico. Ao mesmo tempo, é necessária tenacidade suficiente para retardar a propagação de trincas após o seu início.
Esses requisitos entram em conflito na prática. O aumento da dureza melhora a resistência à erosão e à deformação, mas acelera a propagação de trincas. O aumento da tenacidade melhora a resistência à propagação de trincas, mas reduz a resistência a altas temperaturas e a resistência ao desgaste.
Na produção, esse equilíbrio é controlado principalmente pela seleção da dureza dentro de uma faixa viável, em vez de maximizar qualquer propriedade individual.
Aços para ferramentas recomendados
Fornecedor de aço ferramenta H13 | 1.2344 | SKD61
H13 é a escolha padrão para HPDC de alumínio e magnésio, onde nenhum modo de falha específico predomina.
Seu sistema de liga proporciona resistência estável ao amolecimento por revenido, permitindo que mantenha sua resistência sob ciclos térmicos repetidos. Ao mesmo tempo, sua tenacidade é suficiente para controlar a propagação de trincas, o que é crucial para o gerenciamento de fissuras térmicas.
Normalmente, utiliza-se uma dureza de 42 a 52 HRC, uma faixa amplamente adotada por proporcionar resistência consistente tanto à fadiga térmica quanto à deformação plástica sob carga.
Aço ferramenta AISI H11 | 1.2343 | SKD6
O H11 é preferível quando o risco de fissuras supera o risco de desgaste.
Em comparação com o H13, oferece maior tenacidade e melhor resistência ao choque térmico, tornando-o mais adequado para matrizes grandes ou geometrias complexas onde as concentrações de tensão aumentam o risco de início de trincas.
É comumente utilizado com dureza entre 42 e 50 HRC. A dureza ligeiramente inferior melhora a resistência à propagação de trincas, podendo prolongar a vida útil em áreas de alta tensão.
Aço ferramenta AISI H21 | 1.2581 | SKD5
O H21 é utilizado quando a temperatura de operação é o principal fator limitante.
Seu alto teor de tungstênio permite que ele mantenha a resistência em temperaturas nas quais os aços H11 e H13 começam a amolecer. Isso o torna adequado para fundição sob pressão de latão e cobre, onde a carga térmica é significativamente maior.
A desvantagem é uma menor tenacidade e maior sensibilidade ao choque térmico. Normalmente, utiliza-se uma dureza de 38–42 HRC para reduzir o risco de falha frágil, e o resfriamento inadequado pode aumentar significativamente o risco de fissuração.
Aço ferramenta AISI P20 | 1.2311 | 3Cr2Mo
O P20 deve ser considerado apenas para fundição de zinco sob pressão, onde a carga térmica é relativamente baixa.
Por ser um aço pré-endurecido (28–37 HRC), permite usinagem direta até as dimensões finais sem tratamento térmico adicional, reduzindo o risco de distorção e o tempo de produção.
No entanto, não possui a resistência a altas temperaturas necessária para a soldagem HPDC de alumínio ou magnésio e não é adequado para essas condições.
Tabela Resumo
| Aço ferramenta de alta qualidade | Dureza típica | Principal vantagem do HPDC |
| AISI H13 | 42–52 HRC | Resistência equilibrada à fadiga térmica, ao amolecimento e à deformação. |
| AISI H11 | 42–50 HRC | Maior tenacidade; melhor resistência à propagação de fissuras. |
| AISI H21 | 38–42 HRC | Mantém a resistência em temperaturas elevadas em aplicações de alta temperatura. |
| AISI P20 | 28–37 HRC | Pré-endurecido; adequado para fundição de zinco em baixa temperatura. |