Amolecimento do molde H13 em serviço

O amolecimento é o que inicia a trinca

Em um molde onde não há concentrador de tensão severo, o amolecimento do aço é o fator mais importante na iniciação de trincas. Essa é a conclusão que a fonte tira de sua própria série de ensaios. Um limite de escoamento mais alto significa maior resistência à deformação plástica, e o limite de escoamento de um aço ferramenta em temperatura acompanha sua dureza. Enquanto a superfície consegue suportar a tensão de compressão em cada ciclo sem escoar, nada se inicia. Uma vez que a superfície amoleceu além de um nível definido pela temperatura e pela tensão, a compressão se torna plástica, uma tração residual é deixada para trás, e uma trinca se abre no primeiro concentrador de tensão que encontra. A extensão da trinca é governada da mesma forma, pela resistência do aço à frente da ponta da trinca e não pela trinca em si.

A dureza à frente da trinca acompanha a temperatura

Os corpos de prova no ensaio da fonte foram revenidos a 44 a 46 HRC antes do ciclismo. A tabela abaixo apresenta a temperatura atingida no canto, a dureza próxima ao canto, a dureza medida à frente da trinca máxima média, e a trinca resultante, tudo em 15.000 ciclos. A imersão mais curta mantém a maior parte da dureza e causa quase nenhum dano. A imersão mais longa leva o canto a 24,3 HRC, cerca de vinte pontos abaixo da dureza de revenimento, e a área de trinca aumenta por um fator de cerca de oitenta e cinco em relação à imersão mais curta.

A temperatura, a dureza e a trinca para quatro tempos de imersão, todos em uma série de corpos de prova de H13 de grau premium em 15.000 ciclos. A dureza à frente da trinca é medida a uma distância do canto igual ao comprimento médio da trinca máxima.

Restaurando a dureza antes do início das trincas

A fonte também testou se a resistência pode ser restaurada. Um corpo de prova foi ciclado por 2.500 ciclos e então submetido a novo tratamento térmico de volta à dureza original, e o tratamento foi repetido a cada 2.500 ciclos. Em comparação com um corpo de prova mantido a 46 HRC e outro mantido a 51 HRC, o corpo de prova que foi submetido a novo tratamento térmico a 51 HRC a cada 2.500 ciclos apresentou a melhor resistência à formação de trincas térmicas. Restaurar a resistência enquanto a superfície ainda não estava trincada impediu a iniciação de trincas, e também desacelerou o crescimento das trincas que já haviam se formado. A leitura prática é que um molde que está amolecido mas ainda não trincado vale a pena ser recuperado, porque a recuperação atua na iniciação e na propagação ao mesmo tempo.

Amolecimento que avança além da curva de revenimento

A fonte verificou se a exposição à temperatura sozinha explica a perda. Para o corpo de prova de 12 segundos, a parte de pico do ciclo fica entre 1100 F e 1150 F por cerca de 5,5 segundos, o que ao longo de 15.000 ciclos soma cerca de 23 horas nessa temperatura. Na curva de revenimento do aço, uma queda de 45 HRC para cerca de 30 HRC é o que 23 horas a 1150 F produziriam, e a dureza medida a 0,06 in de profundidade a partir do canto foi de 30,6 HRC. Mais para dentro do aço a temperatura é menor e o tempo na temperatura é mais curto, ainda assim a zona amolecida alcança maior profundidade do que a curva permite. A fonte conclui que a exposição térmica sozinha não explica o amolecimento, e que o amolecimento por tensão cíclica contribui para ele. Ambos atuam ao mesmo tempo, então o amolecimento de um molde em serviço não pode ser lido apenas de uma curva de revenimento.

O que isso significa na prática

O aço nesses testes é o H13 grau premium, o aço cromo para trabalho a quente abordado na página do aço ferramenta H13. A resistência ao amolecimento da família de trabalho a quente é comparada na página de resistência ao amolecimento para trabalho a quente, e as temperaturas de pré-aquecimento e de trabalho usadas para manter um molde longe da faixa frágil estão na página de temperatura de pré-aquecimento e revenimento. O que o aço precisa suportar está apresentado na página de trinca por fadiga térmica, e o projeto de resfriamento que mantém a temperatura de pico baixa está na página de projeto de linha de resfriamento de molde. A classificação geral dos graus está na página de aços ferramenta resistentes à fadiga térmica, e a mudança de estrutura por trás da perda de dureza na página de engrossamento de carbonetos do H13. A estrutura do grau como temperado é descrita na página de microestrutura do H13, os outros modos de falha na página de desgaste e falha do molde, e a forma como um grau é escolhido para uma prensa na página de seleção de fundição sob pressão de alta pressão.

Fonte, Effect of Design Factors on Thermal Fatigue Cracking of Die Casting Dies, D. Schwam, J. F. Wallace and S. Birceanu, Case Western Reserve University, relatório técnico final ao U.S. Department of Energy, Award No. DE-FC07-00ID138486, outubro de 2004.