Seleção de aço ferramenta para moldes de fundição sob baixa pressão
A fundição sob baixa pressão (LPDC, na sigla em inglês) é um processo controlado de preenchimento pela parte inferior, no qual o metal fundido é empurrado para a cavidade do molde pela pressão do gás. O comportamento estável do preenchimento reduz a turbulência e a porosidade, mas não reduz a carga térmica e química sobre o molde.
Os moldes LPDC operam sob ciclos de aquecimento e resfriamento. O contato com alumínio ou magnésio fundido eleva rapidamente a temperatura da superfície, seguido pelo resfriamento durante a solidificação e ejeção da peça. Esse ciclo repetido leva à fadiga térmica (trincas térmicas). Ao mesmo tempo, o fluxo contínuo de metal causa erosão superficial e interação química, como soldagem, especialmente em ligas de alumínio.
Fatores de seleção
A seleção centra-se na resistência à fadiga térmica, propagação de fissuras, amolecimento e transferência de calor sob condições cíclicas.
Resistência à fadiga térmica (fissuração por calor)
A fadiga térmica é o principal modo de falha em matrizes LPDC. Ela é impulsionada por mudanças repetidas de temperatura, e não apenas pela temperatura máxima. O aço deve resistir ao início e à propagação lenta de trincas sob tensão cíclica. Isso requer resistência e tenacidade estáveis na temperatura de operação.
Equilíbrio entre resistência e durabilidade
O aumento da dureza melhora a resistência à erosão e ao escoamento do metal, mas reduz a resistência à fratura. Em matrizes LPDC, a falha geralmente ocorre por fissuração em vez de desgaste uniforme. Matrizes com cantos vivos, seções finas ou concentração de tensão exigem maior tenacidade. Geometrias mais simples e grandes superfícies de contato podem priorizar a resistência ao desgaste.
Dureza a quente (resistência à têmpera)
A exposição térmica repetida pode reduzir a dureza do aço que não possui resistência à têmpera. A perda de dureza leva à deformação plástica, instabilidade dimensional e danos superficiais acelerados. O material deve manter a dureza sob aquecimento cíclico.
Condutividade térmica
A condutividade térmica afeta os gradientes de temperatura internos. Uma condutividade mais alta reduz a tensão térmica e retarda a formação de trincas por fissuração térmica, especialmente em chips refrigerados a água.
Aços para ferramentas recomendados
Fornecedor de aço ferramenta H13 | 1.2344 | SKD61
O H13 é o material padrão para matrizes LPDC devido à sua resistência equilibrada ao trincamento térmico, amolecimento e fissuração. Ele mantém a estabilidade mecânica sob ciclos térmicos repetidos e proporciona tenacidade suficiente para limitar a propagação de trincas. Uma dureza de trabalho de 44–48 HRC é normalmente utilizada para equilibrar durabilidade e resistência à fissuração.
Aço ferramenta AISI H11 | 1.2343 | SKD6
O H11 oferece maior tenacidade que o H13, tornando-o mais adequado para matrizes propensas a trincas. É preferível para matrizes grandes, geometrias complexas ou áreas com concentração de tensões. O menor teor de vanádio melhora a resistência à fratura, mantendo um desempenho adequado em fadiga térmica. A dureza de trabalho típica é de 44–47 HRC.
Aço ferramenta AISI H10 | 1.2365 | SKD7
O H10 é utilizado quando o estresse térmico é o fator limitante. Sua maior condutividade térmica reduz os gradientes de temperatura internos e o risco de fadiga térmica. É adequado para matrizes com resfriamento intenso ou condições de alta carga térmica. Comparado ao H13, sacrifica um pouco da resistência ao desgaste em prol de uma melhor dissipação de calor.
Aço ferramenta AISI P20 | 1.2311 | 3Cr2Mo
Para ligas de baixa temperatura, como o zinco, o P20 é uma opção com boa relação custo-benefício. Ele é fornecido pré-endurecido (~300 HB), permitindo usinagem e uso diretos, sem necessidade de tratamento térmico. É adequado para baixa carga térmica e ciclos de produção limitados, mas não para soldagem a frio de alumínio ou magnésio com alta tensão térmica.
Tabela Resumo
| Aço ferramenta de alta qualidade | Dureza típica | Principal vantagem do LPDC |
| H13 | 44–48 HRC | Resistência equilibrada ao calor, incluindo rachaduras, amolecimento e fissuras. |
| H11 | 44–47 HRC | Maior resistência para matrizes sensíveis a trincas |
| H10 | 38–46 HRC | Uma maior condutividade térmica reduz o estresse térmico. |
| P20 | ~300 HB | Custo-benefício para aplicações com baixa carga térmica. |