Escolhendo entre o aço ferramenta H13 e o 1.2714 (L6) para matrizes de forjamento

Compradores buscando fornecedores aço para ferramentas de trabalho a quente Muitas vezes presume-se que qualquer grau de metal usado na conformação a quente pode ser usado de forma intercambiável em todos os processos de forjamento. H13 e 1.2714 (L6, próximo ao ASTM 6F3) São frequentemente mencionados juntos porque ambos operam em ambientes de alta temperatura e alta tensão. Na prática, os dois aços são fabricados com prioridades opostas, e a escolha do aço errado leva à falha prematura da matriz, seja por fissuração térmica ou por trincas sob impacto. Entender por que os dois tipos de aço divergem começa com a sua composição química. Veja Como o H13 se compara a outros tipos de aço ferramenta?.

A composição norteia duas filosofias de design diferentes.

Os aços L6 e 1.2714 são tratados como equivalentes comerciais, pois compartilham a mesma liga de níquel-cromo-molibdênio e atendem às mesmas aplicações em matrizes resistentes a choques. No entanto, as duas normas não visam composições químicas idênticas; o L6 geralmente apresenta um teor de carbono mais elevado do que o 1.2714. Os intervalos acima refletem valores de referência comumente publicados para cada norma. A composição pode variar ligeiramente de acordo com a revisão da norma, a usina e o lote de produção; portanto, considere esses valores como um guia para as diferenças entre as duas famílias, e não como um substituto para o certificado de teste da usina. Para a discussão sobre desempenho abaixo, "1.2714 (L6)" refere-se a esta família de aços de baixa liga com níquel, para trabalho a quente e resistentes a choques, como um grupo. Se o seu projeto precisar atender a uma norma específica ou especificação de desenho, a Aobo Steel pode confirmar a composição química exata de acordo com a especificação aplicável antes da realização do pedido.

O aço H13 é construído com alto teor de cromo, molibdênio e vanádio, formando carbonetos de liga estáveis que resistem a altas temperaturas. A família 1.2714/L6 segue o caminho oposto. Uma base com maior teor de carbono, combinada com níquel, aumenta a tenacidade do material e retarda o início da propagação de trincas sob choque mecânico repentino. Isso ocorre sem os elementos formadores de carbonetos que conferem ao H13 sua resistência ao calor. Essa única diferença no projeto da liga explica praticamente todas as diferenças de desempenho entre as duas famílias de aço.

Onde o desempenho realmente diverge

O tempo de contato entre a matriz e a peça de trabalho é a variável que diferencia as duas aplicações e explica por que a mesma relação de compromisso na composição produz resultados tão diferentes em campo.

Quando uma matriz permanece em contato com metal quente por um período prolongado, como em forjamento por prensa ou fundição sob pressão, o calor se acumula dentro do aço ferramenta e leva o material ao amolecimento. O H13 resiste a isso por meio de endurecimento secundário. Sua estrutura de carbonetos permite que ele mantenha uma dureza de cerca de 50 HRC mesmo após exposição prolongada a temperaturas entre 500 °C e 550 °C. O aço 1.2714 não possui um mecanismo comparável. Uma vez exposto a calor constante, ele amolece rapidamente por não conter o molibdênio e o vanádio necessários para uma resposta de endurecimento secundário.

A mesma exposição ao calor também determina a resistência ao trincamento térmico, o padrão de fissuras superficiais causado pela expansão e contração térmica repetidas. O aço H13 é a escolha padrão para moldes de fundição sob pressão refrigerados a água justamente por tolerar bem esse ciclo. O aço 1.2714 não; o contato repetido com metal líquido e o resfriamento rápido provocam o trincamento térmico muito mais rapidamente.

A resistência ao impacto inverte a comparação. A forjagem por martelo aplica golpes de alta velocidade com um tempo de contato muito curto, de modo que a superfície da matriz absorve menos calor, mas suporta um choque mecânico muito maior. É aqui que o aço 1.2714 apresenta melhor desempenho que o H13. Trabalhando com uma dureza menor, tipicamente de 35 a 40 HRC, e reforçado pelo seu teor de níquel, o 1.2714 resiste à fragilização por têmpera e suporta impactos repetidos e intensos em blocos de matrizes maciços. O H13 permanece resistente para um aço altamente ligado. Ainda assim, em seções muito grandes, pode ser propenso à segregação de carbonetos nos contornos de grão se a taxa de resfriamento durante a têmpera não for rigorosamente controlada, o que aumenta o risco de trincas sob as mesmas condições de impacto.

A resistência ao desgaste segue o mesmo padrão. Em temperaturas elevadas, os carbonetos de vanádio do H13 conferem-lhe uma clara vantagem, e a nitretação eleva sua dureza superficial acima de 1000 HV para serviços erosivos. O aço 1.2714 apresenta um desgaste razoavelmente bom em temperaturas mais baixas devido ao seu maior teor de carbono, mas essa vantagem diminui drasticamente com o aumento da temperatura. A nitretação pode elevar sua dureza de trabalho para 55 a 60 HRC, útil para matrizes de forjamento, mas insuficiente para desgaste severo por extrusão.

O tratamento térmico reflete a mesma divisão.

O aço H13 requer austenitização a 995 °C a 1030 °C para dissolver os carbonetos da liga, seguida de revenimento duplo ou triplo a 540 °C a 650 °C para converter a austenita retida e ativar o endurecimento secundário. Como endurece por completo em ar parado, mesmo em grandes seções, a distorção e a tensão residual permanecem baixas, e a dureza de trabalho normalmente fica entre 40 e 53 HRC, dependendo da severidade do serviço. Veja mais detalhes: Guia de tratamento térmico do aço ferramenta H13

O aço 1.2714 austenitiza a uma temperatura muito mais baixa, entre 830 °C e 880 °C, e geralmente é temperado em óleo, embora seções maiores sejam frequentemente temperadas ao ar para reduzir o risco de trincas, e peças pequenas possam ser temperadas em água para obter uma camada superficial mais dura. Para matrizes de trabalho a quente, ele é comumente fornecido pré-endurecido na faixa de 331 a 375 HB, aproximadamente 35 a 40 HRC, o que simplifica a fabricação das matrizes e reduz o custo das ferramentas para o comprador.

Adequar a nota ao processo

A questão da seleção se resume a qual modo de falha representa uma ameaça maior para o chip: amolecimento e fissuras térmicas devido à carga térmica sustentada ou trincas causadas por choques mecânicos repetidos.

O H13 é a escolha certa para moldes de fundição sob pressão, núcleos, pinos extratores e camisas de injeção em fundição de alumínio, magnésio e zinco, para ferramentas de extrusão a quente, incluindo moldes, revestimentos de prensa, mandris e blocos de preenchimento, e para moldes de forjamento em prensa onde o tempo de contato prolongado leva o calor para o interior da ferramenta. Veja Limitações H13 página.

O aço 1.2714 é a escolha ideal para matrizes de forjamento a martelo e blocos maciços de forjamento por estampagem, onde impactos curtos e de alta velocidade tornam a tenacidade à fratura fundamental. Ele também apresenta bom desempenho em ferramentas de trabalho a frio, como matrizes de corte, punções, lâminas de corte e matrizes de aparar, e em peças de máquinas expostas a cargas de choque severas, incluindo eixos, componentes de embreagem, fusos, cames, mandris e linguetas. Em grandes blocos de matrizes de forjamento a martelo, o 1.2714 geralmente supera o H13 em durabilidade simplesmente por resistir à quebra sob impactos fortes e repetidos.

Nenhuma das duas classes de liga é uma solução universal para trabalho a quente. A escolha correta depende se a tensão predominante na matriz é térmica ou mecânica, e a adequação desse perfil de tensão à finalidade de projeto da liga é o que determina a vida útil.