Composição química

Graus equivalentes de aço para ferramentas H11 e suas composições

Propriedades

O aço para ferramentas H11 possui uma combinação excepcional de dureza atingível, dureza vermelha (dureza a quente), tenacidade e resistência ao desgaste.

• Resistência: Pode ser tratado termicamente para atingir limites de resistência de 0,2% bem acima de 1380 MPa (200 ksi) e resistências à tração superiores a 2070 MPa (300 ksi). 
• Dureza: As durezas de trabalho normais variam tipicamente de 40 a 55 HRC. Para aplicações como fundição de alumínio sob pressão, recomenda-se uma dureza de 47 HRC. Na fundição sob pressão, os moldes de H11 podem ser endurecidos para 42–52 HRC; insertos e núcleos para 46–52 HRC; êmbolos para 46–50 HRC; corrediças para 46–52 HRC; camisas de injeção para 44–48 HRC; e bicos para 32–42 HRC. Para punções e moldes de forjamento a quente, a dureza varia tipicamente de 44–48 HRC. Cilindros de laminação a quente (para lotes curtos e baixas temperaturas) são feitos de H11 com dureza de 40–48 HRC. Moldes de estampagem a quente têm dureza típica de 48–52 HRC.
• Dureza a Quente/Dureza a Vermelho: Boa resistência à têmpera, mantendo alta dureza e resistência em temperaturas elevadas. Resiste ao amolecimento durante a exposição contínua a temperaturas de até 540 °C (1000 °F). Embora sua dureza a quente seja menor do que a de alguns outros aços para trabalho a quente, como o H19 ou o H21, ainda retém a dureza melhor do que outros aços de média liga em temperaturas mais altas. A dureza a quente/dureza a vermelho é uma propriedade muito importante para aços-ferramenta para trabalho a quente.
• Tenacidade e Ductilidade: Boa ductilidade e resistência ao impacto. Apresenta melhor resistência à fratura frágil do que aços com maior teor de liga, como H14, H19 e H21. Os processos de refusão por eletroescória (ESR) ou refusão por arco a vácuo (VAR) podem melhorar significativamente a ductilidade e a tenacidade.
• Resistência à fadiga: Este material oferece alta resistência à fadiga e estabilidade térmica em uma faixa de temperatura de 75 a 540 °C (167 a 1000 °F). Comparado ao aço 4340 submetido ao mesmo tratamento térmico de alta intensidade, o H11 apresenta melhor resistência à fadiga.
• Resistência ao desgaste: Sua resistência ao desgaste é menor que a do H13.
• Soldabilidade: É facilmente soldável, mesmo em seções espessas. 
• Usinabilidade: Boa usinabilidade, classificada em torno de 70% de um aço carbono padrão 1%.
• Propriedades térmicas: Possui um coeficiente de expansão térmica relativamente baixo e uma condutividade térmica de 26 W/m·K.
• Resistência à corrosão: Resistência à oxidação e à corrosão acima da média.
• Resistência ao trincamento térmico: Boa resistência à fadiga térmica (trincamento térmico).

Tratamento térmico do aço ferramenta H11

Preciso tratamento térmico O processo de fabricação do aço ferramenta H11 é crucial para alcançar o desempenho ideal como um aço para matrizes de trabalho a quente com cromo 5% e um aço de ultra-alta resistência, similar ao H11 Modificado e ao H13. Esse processo ajusta a microestrutura para atender às exigências das ferramentas de fábrica. 

Forjamento

Este aço é facilmente forjado, com uma faixa de temperatura adequada de 1120 a 1150 °C (2050 a 2100 °F). Recomendamos pré-aquecer o tarugo a 790-815 °C (1450-1500 °F) e, em seguida, aquecê-lo uniformemente até a temperatura de forjamento. A temperatura de forjamento NÃO deve ser inferior a 925 °C (1700 °F). Se a temperatura cair para perto desse nível, o tarugo deve ser reaquecido antes de continuar o processo de forjamento.

Austenitização

A austenitização, etapa primária de endurecimento, envolve o aquecimento para transformar sua estrutura em austenita. Isso permite a conversão e dissolução uniformes dos elementos de liga e dos carbonetos.

• Pré-aquecimento: Pré-aqueça o H11 a 760-815 °C (1400-1500 °F) antes da austenitização para minimizar o choque térmico e o surgimento de trincas, especialmente para este material de alta liga.
• Temperaturas e tempos de austenitização: A temperatura de austenitização é de 995-1025 °C (1825-1875 °F). O tempo de austenitização é de 20 minutos + 5 minutos por cada 25 mm (1 polegada) de espessura.

Manter a temperatura de austenitização garante transformação e dissolução uniformes.

Resfriamento

Após a austenitização, o aço H11 é resfriado rapidamente para formar martensita dura. O H11 é um aço de endurecimento ao ar que proporciona endurecimento uniforme em grandes seções com mínimas tensões residuais e alterações dimensionais. O resfriamento ao ar é o método padrão e preferido para o aço ferramenta H11. Embora o resfriamento ao ar seja o padrão, a têmpera em óleo a partir de 995 °C (1825 °F) é uma alternativa possível. O H11 e outros aços ferramenta para trabalho a quente nunca devem ser temperados em água, pois isso pode levar ao surgimento de trincas.

Têmpera

Após o endurecimento, o revenimento do aço ferramenta H11 por meio de reaquecimento a uma temperatura mais baixa é crucial para melhorar a tenacidade, aliviar tensões e estabilizar as propriedades. O aço H11 é um aço de têmpera secundária. Ele atinge seu melhor desempenho quando revenido a temperaturas acima de 510 °C (950 °F). Recomendamos a realização de múltiplos tratamentos de revenimento para obter tenacidade ideal e prolongar a vida útil da ferramenta. Deixe as peças esfriarem até a temperatura ambiente entre os ciclos de revenimento para minimizar a austenita residual. 

Tabela de Dureza e Temperatura de Revenimento para Aço H11

Recozimento 

A temperatura de recozimento varia de 845 a 900 °C (1550 a 1650 °F). A taxa de resfriamento é de 22 a 40 °C/h (40 a 75 °F/h). A dureza após o recozimento é de 192 a 229 HB.

Outras considerações importantes sobre o tratamento térmico H11

• Normalização: Este processo geralmente não é recomendado para aços ferramenta H11 ou H13 devido ao alto risco de fissuras, principalmente quando ocorre descarbonetação superficial.
• Alívio de tensões: Após o processamento do aço H11, como retificação, soldagem ou eletroerosão (EDM), recomendamos fortemente um tratamento de alívio de tensões a 650 °C. Este tratamento deve ser realizado a uma temperatura de 14 a 28 °C (25 a 50 °F) inferior à temperatura de revenimento anterior. Após o alívio de tensões, o resfriamento deve ser lento, a uma taxa máxima de 300 °C/h, para evitar a formação de novas tensões.
• Tratamento criogênico: O tratamento a temperaturas abaixo de zero (por exemplo, -73°C / -100°F) pode reduzir a austenita retida; no entanto, as altas temperaturas de revenido do H11 geralmente tornam esse tratamento desnecessário para atingir o endurecimento secundário máximo.
• Proteção da superfície: Proteger as superfícies contra oxidação e descarbonetação durante tratamentos em altas temperaturas, como austenitização e recozimento, é fundamental. Isso geralmente é obtido utilizando atmosferas controladas, fornos a vácuo ou banhos de sal.

Aplicativos

• Matrizes de fundição sob pressão
• Matrizes de forjamento
• Ferramentas de extrusão
• Lâminas de corte a quente:
• Componentes aeroespaciais