Aço para ferramentas H13 é o aço mais utilizado entre os aços para matrizes de trabalho a quente, servindo como referência nesta categoria. Portanto, a falha do aço H13 é um tópico que merece uma discussão aprofundada. Com base em mais de 20 anos de experiência da nossa empresa no setor e nas mais recentes descobertas de pesquisas internacionais, este artigo resume os fatores comuns que contribuem para a falha do aço H13.
1. Falha do aço H13 causada por tratamento térmico
O tratamento térmico inadequado é um fator significativo que contribui para a falha do molde de aço H13.
1.1 H13 Falha do aço causada pelo tratamento de normalização
O tratamento de normalização geralmente não é recomendado para aço H13, pois aumenta o risco de trincas, principalmente quando a atmosfera do forno não é controlada e causa descarbonetação da superfície. Embora existam métodos específicos para normalizar o aço H13, o risco de trincas permanece.
1.2 H13 Falha do aço durante a têmpera
Se ocorrer rachadura no material H13 durante a extração do óleo têmpera, pode resultar de projeto inadequado do molde ou controle inadequado durante o processo de têmpera.
Para matrizes de extrusão a quente H13 com geometrias complexas — como cantos vivos, variações excessivas de espessura ou mudanças bruscas na seção transversal — o resfriamento rápido durante a têmpera causa contração desigual nas diferentes seções. Isso gera tensões internas significativas, que se concentram em pontos vulneráveis e levam à formação de trincas.
O material H13 possui um teor de carbono relativamente alto, resultando em maior dureza. O uso de água como meio de têmpera pode causar taxas de resfriamento excessivas, levando à formação de trincas. Portanto, um óleo com uma taxa de resfriamento relativamente suave deve ser selecionado como meio de têmpera. Durante a têmpera, ainda podem ocorrer trincas se o material H13 entrar no óleo a uma temperatura muito alta, se a temperatura do óleo estiver muito baixa ou se o tempo de resfriamento no óleo for insuficiente — tudo isso pode causar taxas de resfriamento muito rápidas ou irregulares.
Por outro lado, como um aço para ferramentas de trabalho a quente, o H13 também deve evitar o resfriamento excessivamente lento durante a têmpera, pois isso promove a formação de bainita e a precipitação de carboneto nos contornos dos grãos — ambos fatores que contribuem para a fragilização.
A falha em revenir o material H13 imediatamente após a têmpera também pode causar trincas. O aço H13 deve ser removido do ciclo de têmpera enquanto ainda estiver quente (aproximadamente 66–93 °C ou 150–200 °F para têmpera em água/óleo, ou não mais frio que 66 °C ou 150 °F para têmpera ao ar) e revenido imediatamente para minimizar a trinca por têmpera.
Existem dois métodos para determinar se as trincas realmente ocorreram durante a têmpera. Um deles é observar a morfologia da trinca; trincas induzidas pela têmpera apresentam fratura intergranular. O outro método envolve a inspeção da presença de incrustações na superfície interna da trinca. Se incrustações forem encontradas na superfície interna da trinca durante o processo de revenimento subsequente, isso confirma que a trinca se formou durante a têmpera antes do revenimento, e não durante o revenimento em si.
1.3 H13 Falha do aço durante o revenimento
Durante o processo de revenimento do material H13, o controle inadequado da temperatura e do tempo de revenimento pode levar à falha. Se a temperatura de revenimento for muito baixa, os carbonetos de liga presentes no aço — como os de Cr, Mo e V — não conseguem precipitar de forma suficiente e uniforme. Isso resulta em dureza excessivamente alta e tenacidade reduzida. Isso também prejudica o efeito de têmpera secundária do H13, diminuindo a resistência ao calor dos moldes de H13. Por outro lado, temperaturas de revenimento excessivamente altas ou tempos de espera prolongados podem causar crescimento de grãos grosseiros, fragilização nos contornos de grão e aumento da austenita residual, reduzindo assim a tenacidade do H13. Alguns estudos sugerem que a fragilização nos contornos de grão pode estar ligada à segregação de fósforo.1.
Se você quiser saber mais sobre o tratamento térmico do aço H13, consulte o Tratamento térmico de aço ferramenta H13 guideia.
2. Falhas de projeto no molde H13
Falhas de projeto são uma causa comum de falha. Matrizes H13 podem falhar devido a altas tensões induzidas por mudanças bruscas na espessura da seção, material inadequado deixado entre os furos roscados e as superfícies internas, ou concentrações de tensões causadas por marcas profundas de carimbos de identificação.
3. Fragilização por hidrogênio
O aço H13 é particularmente suscetível à fragilização por hidrogênio. A fragilização por hidrogênio é perceptível em baixas taxas de deformação e temperaturas ambientes, e é caracterizada por uma natureza retardada de falha. Ela reduz a ductilidade e causa falha prematura sob cargas estáticas. O hidrogênio migra para regiões de tensão de tração triaxial (por exemplo, pontas de trincas) e pode reduzir as forças de coesão entre os átomos. Também pode aumentar a plasticidade localizada (mecanismo HELP). O hidrogênio pode ser introduzido durante decapagem, galvanoplastia, corrosão e soldagem.
Concluindo, as falhas do aço H13 decorrem de uma interação complexa de propriedades inerentes do material, deficiências no tratamento térmico e defeitos de processamento.
- Roberts, G., Krauss, G., & Kennedy, R. (1998). Aços para ferramentas (5ª ed.), p. 331. ASM International. ↩︎
