Constantes Térmicas e Transformação do Aço para Trabalho a Quente Cr-Mo-V

Para que servem estes valores

Uma matriz de trabalho a quente é aquecida e resfriada por números. A condutividade e o calor específico determinam quanto calor um bloco retém à temperatura e com que rapidez ele cede esse calor durante a têmpera, e o coeficiente de transferência de calor da superfície determina a outra metade da mesma troca pelo lado do meio. O módulo de elasticidade e a tensão de escoamento determinam quanto o bloco se move sob carga à temperatura, e os valores de expansão determinam quanto ele se move ao aquecer e resfriar.

A fonte descreve o aço apenas como um aço Cr-Mo-V de 7800 kg por metro cúbico, e publica cada valor duas vezes, uma para austenita e uma para bainita. A austenita é a estrutura que o aço mantém acima da faixa de transformação e a bainita é a estrutura que ele assume quando a têmpera é lenta demais para formar martensita, de modo que as duas colunas delimitam os dois extremos pelos quais um bloco passa em seu trajeto do forno ao tanque de têmpera.

Constantes térmicas

As duas estruturas não são publicadas na mesma faixa de temperatura. A austenita vai de 200 a 1000 °C e a bainita de 20 a 600 °C, que é a faixa em que a fonte mediu cada uma, de modo que as células pontilhadas são faixas em que o aço não está naquela estrutura e não lacunas na medição. A austenita conduz de 24 a 28 W por metro por kelvin e a bainita de 41,9 a 44,2 W, de modo que um bloco mantido acima da faixa de transformação cede seu calor a pouco mais da metade da taxa do mesmo bloco depois de transformado.

O coeficiente de transferência de calor cai acentuadamente à medida que a temperatura sobe e depois se estabiliza, de 5250 W por metro quadrado por kelvin a 20 °C para 1750 a 100 °C, 1050 a 150 °C e um valor constante de 700 de 200 °C a 1000 °C. É uma propriedade da superfície e do meio de têmpera e não da estrutura, razão pela qual uma única coluna serve a ambos os estados.

Constantes térmicas do aço Cr-Mo-V nas condições austenítica e bainítica

Fonte, constantes térmicas do aço Cr-Mo-V, página impressa 4-28 do relatório (página 89 do PDF).

Austenita e bainita são as duas condições publicadas pela fonte. Uma célula é marcada com um ponto onde não há valor e essas células são marcadas como n/a aqui, de modo que um valor ausente não é lido como zero. A densidade é 7800 kg por metro cúbico. Apenas uma tabela de referência, não é uma especificação da Aobo Steel.

Propriedades mecânicas

O módulo de elasticidade é publicado para o aço como um todo e cai de forma constante com a temperatura, de 205 GN por metro quadrado a 20 °C para 85 a 1000 °C, uma queda de 59 por cento ao longo da faixa. A tensão de escoamento separa nitidamente as duas estruturas. A bainita mantém 860 MN por metro quadrado em todas as temperaturas até 600 °C, enquanto a austenita cai de 105 a 200 °C para 20 a 1000 °C. A expansão térmica é de 11 milionésimos por kelvin na bainita em todas as temperaturas e entre 21 e 25 milionésimos por kelvin na austenita, que é a divisão usual entre uma estrutura cúbica de corpo centrado e uma cúbica de face centrada e a razão pela qual as duas colunas de expansão não podem ser usadas de forma intercambiável ao longo de uma têmpera.

Propriedades mecânicas do aço Cr-Mo-V nas condições austenítica e bainítica

Fonte, propriedades mecânicas do aço Cr-Mo-V, página impressa 4-28 do relatório (página 89 do PDF).

A fonte publica a expansão multiplicada por 10 elevado a menos 5 por kelvin, de 1,1 a 2,5, e os valores são escritos aqui em milionésimos por kelvin, de modo que 2,1 se torna 21. O coeficiente de Poisson 0,3 e um coeficiente de encruamento de 0,05 E pertencem ao mesmo aço e são declarados na nota de rodapé da fonte. Apenas uma tabela de referência, não é uma especificação da Aobo Steel.

Transformação de fase

Uma reação é descrita, com a temperatura na qual ela começa, a temperatura na qual ela termina, o calor que ela libera e a variação linear que a acompanha. A transformação libera 753 kJ por quilograma de aço e o bloco cresce 0,38 por cento em comprimento enquanto ela ocorre. A fonte não nomeia nem a transformação nem a estrutura que ela produz, e a linha é publicada aqui como a fonte a apresenta.

Temperatura de início e fim, calor latente e dilatação da transformação

Fonte, características da transformação de fase do aço Cr-Mo-V, página impressa 4-28 do relatório (página 89 do PDF).

A fonte publica o calor latente como 7,53 multiplicado por 10 elevado a 5 J por kg, que é 753 kJ por kg, e não dá nome à transformação nem à estrutura que ela produz. A dilatação é uma variação linear em por cento. Apenas uma tabela de referência, não é uma especificação da Aobo Steel.

Leitura das tabelas

Duas constantes estão nas notas de rodapé e não nas tabelas. O coeficiente de Poisson é 0,3 e o coeficiente de encruamento é 0,05 vezes o módulo de elasticidade, ambos citados pela fonte para o mesmo aço, e a densidade é dada como 7800 kg por metro cúbico, que fica entre os 7,76 e os 7,89 g por centímetro cúbico que a tabela de densidade neste site lista para os graus de trabalho a quente ao cromo.

Vale a pena examinar as células pontilhadas antes de usar as tabelas em um cálculo. São faixas em que o aço não está naquela estrutura, e uma variação dos valores em ambos os lados de uma delas não é uma tendência. A coluna de expansão da austenita, por exemplo, é constante em 21 milionésimos por kelvin de 200 a 400 °C e depois sobe para 25 a 800 °C, enquanto a condutividade da bainita varia menos de uma unidade entre 200 e 600 °C.

Dados de referência relacionados

O ciclo de tratamento térmico que produz essas estruturas está descrito na Guia de tratamento térmico H13, e o calor específico, a condutividade, a densidade, a resistividade e o módulo de elasticidade para quatro graus de trabalho a quente nomeados estão na página de propriedades físicas do aço ferramenta para trabalho a quente. A condutividade para outros sete graus está na tabela de condutividade térmica, a densidade e a expansão média para uma lista de graus muito mais longa estão na tabela de densidade e expansão térmica, e os graus de trabalho a quente ao cromo que compartilham esta base Cr-Mo-V estão descritos na página do aço ferramenta H13 e o página do aço ferramenta H11.

Dados de referência compilados de Improved Life of Die Casting Dies of H13 Steel by Attaining Improved Mechanical Properties and Distortion Control During Heat Treatment (J. F. Wallace e D. Schwam, relatório final do Departamento de Energia dos EUA DOE/ID/13320-3, outubro de 1998). As três tabelas estão impressas juntas na página 4-28 desse relatório, que é a página 89 do PDF. Todos os valores desta página foram lidos da imagem da página e não de uma camada de texto automática.