Visão geral técnica do aço H13

Visão geral técnica do aço H13: Aqui estão as informações sobre o aço H13 que você procura. O aço para ferramentas H13 é um aço para trabalho a quente, temperado e resfriado a ar. É amplamente utilizado em aplicações de alta temperatura e alta carga, como moldes de fundição sob pressão, laminação a quente e ferramentas de forjamento a quente, devido à sua excelente resistência ao calor, ao desgaste e à fadiga térmica. Após o tratamento térmico, pode obter boas propriedades mecânicas abrangentes e alta resistência ao revenimento.

1. Composição química do aço H13

Carbono (C)	Cromo (Cr)	Molibdênio (Mo)	Vanádio (V)	Silício (Si)	Ferro (Fe)	Níquel (Ni)	Cobre (Cu)	Manganês (Mn)
0.32 – 0.45	4.75 – 5.50	1.10 – 1.75	0.80 – 1.20	0.80 – 1.20	≥ 90,9	≤ 0,3	≤ 0.25	Quantidades menores

2. Propriedade mecânica do aço H13

Propriedades mecânicas longitudinais típicas à temperatura ambiente do aço H13

Temperatura de revenimento (°C)	Temperatura de revenimento (°F)	Resistência à tração (MPa)	Resistência à tração (ksi)	Resistência ao escoamento (MPa)	Resistência ao escoamento (ksi)	Alongamento em 4D (%)	Redução de Área (%)	Energia de impacto Charpy V-Notch (J)	Energia de impacto Charpy V-Notch (ft-lbf)	Dureza (HRC)
527	980	1960	284	1570	228	13	46.2	16	12	52
555	1030	1835	266	1530	222	13.1	50.1	24	18	50
575	1065	1730	251	1470	213	13.5	52.4	27	20	48
593	1100	1580	229	1365	198	14.4	53.7	28.5	21	46
605	1120	1495	217	1290	187	15.4	54	30	22	44

Fonte: ASM Manual, Volume 4: Tratamento Térmico

3. Aplicações

Com base nas características do aço para ferramentas H13, suas aplicações são principalmente em áreas que alavancam sua alta resistência ao calor, tenacidade, resistência ao desgaste e resistência à fadiga térmica.

3.1 Fundição sob pressãos: O H13 é amplamente utilizado na fabricação de matrizes para fundição sob pressão. Isso inclui matrizes para:

• • Ligas de alumínio.
  • Ligas de magnésio.
  • Ligas de zinco.
  • Ligas de cobre. Sua resistência a choques térmicos e rachaduras causadas pelos rápidos ciclos de aquecimento e resfriamento na fundição sob pressão o torna um material preferencial.

3.2 Matrizes de forjamento a quente: Devido à sua alta resistência e tenacidade em temperaturas elevadas, o H13 é adequado para matrizes de forjamento a quente, incluindo matrizes de forjamento em máquina.

3.3 Matrizes de extrusão a quente: A resistência ao calor e ao desgaste do H13 o tornam adequado para processos de extrusão a quente, incluindo matrizes para perfis de alumínio.

3.4 Matriz de extrusão quentes: O H13 também pode ser usado para aplicações de extrusão a quente.

3.5 Moldes de plástico:Embora seja principalmente um aço para trabalho a quente, certos graus ou condições pré-endurecidas de H13 (ou aços similares) são usados em moldagem de plástico, particularmente para:

• Moldes termoplásticos.
• Moldes plásticos termoendurecíveis.
• Moldes de cavidade complexos. A tenacidade e a usinabilidade (especialmente em condições pré-temperadas) beneficiam essas aplicações.

3.6 Bases de Moldes: H13 (ou seu equivalente SKD61) pode ser usado para bases de moldes onde resistência e estabilidade são necessárias.

3.7 Trabalho a quente de precisão Componentes: Devido às suas propriedades, o H13 pode ser usado em acessórios e bicos de trabalho a quente de alta precisão, especialmente aqueles que trabalham com ligas de zinco e alumínio por períodos prolongados.

3.8 Matrizes de rolamento:Na indústria de rolamentos, H11 e H13 são usados para fabricar matrizes de laminação, oferecendo maior vida útil.

O ponto em comum entre essas aplicações é a necessidade de um material que resista a altas temperaturas e tensões, mantendo sua integridade e resistência ao desgaste e à formação de fissuras. O tratamento térmico específico aplicado ao H13, como discutimos anteriormente, é crucial para adaptar suas propriedades a esses diversos usos.

4. Tratamento térmico do aço H13

Observe que parâmetros específicos podem variar de acordo com a aplicação final e o tamanho dos componentes.

Aqui está um esboço geral do processo de tratamento térmico H13:

• Pré-aquecimento: Normalmente, o aço H13 passa por uma etapa de pré-aquecimento. A temperatura de pré-aquecimento é de 815 °C (1500 °F). Isso atenua o choque térmico durante a etapa de austenitização em alta temperatura. Geralmente, é aconselhável consultar as recomendações do fabricante para o processo de pré-aquecimento apropriado para o aço específico em questão.
• Austenitização (Encruamento): O aço é aquecido a uma temperatura na zona de formação da austenita, geralmente em torno de 1.025 °C (1.875 °F). Esta etapa visa alterar a estrutura do aço para a de austenita, onde o carbono é dissolvido. Uma regra geral para o tempo de imersão a esta temperatura é de 1 hora por polegada (25 mm) de espessura. Esta etapa requer a manutenção de um ambiente protetor no forno para evitar a oxidação da superfície ou a descarbonetação da peça. Recomenda-se que os aços H13 utilizem uma atmosfera endotérmica com ponto de orvalho de 3 a 4 °C (38 a 40 °F) quando austenitizados a 1.010 °C (1.850 °F). Outra prática comum para proteger uma superfície é envolver a peça em uma folha de aço inoxidável.
• Têmpera: O H13, um aço temperado ao ar, é submetido à têmpera ao ar para atingir a dureza máxima. A têmpera ao ar garante que as tensões residuais sejam minimizadas após a têmpera. No entanto, para seções maiores, um jato de ar ou mesmo uma têmpera em óleo pode ser necessário para endurecê-las completamente. A têmpera em água não é ideal para o H13, pois o material é propenso a trincas. As peças temperadas em óleo devem ser totalmente imersas até atingirem a temperatura do banho e, em seguida, imediatamente colocadas no forno de revenimento.
• Revenimento: O H13 é um aço de têmpera secundária, sendo necessário revenimento a uma temperatura superior ao pico de têmpera secundária (aproximadamente 510 °C – 950 °F). O revenimento é vital para aliviar tensões e atingir o equilíbrio desejado entre dureza e tenacidade. O revenimento duplo é uma prática comum. Um exemplo de etapa inicial de revenimento seria 205 °C (400 °F). O tempo para cada ciclo de revenimento é normalmente de 2 horas por polegada (25 mm) de espessura. O nível de dureza obtido variará de acordo com a temperatura de revenimento aplicada. Por exemplo, um tratamento térmico visando 45 HRC pode envolver revenimento a 610 °C após o revenimento a 1020 °C.
• Alívio de Tensões: Se a precisão dimensional for de vital importância, componentes usinados em desbaste podem ser tratados com um tratamento de alívio de tensões antes do último tratamento térmico de têmpera. Isso significa aquecer a 650 a 675 °C (1200 a 1250 °F), mantendo-se a temperatura por 1 hora ou mais e, em seguida, resfriar lentamente até a temperatura ambiente.
• Nitretação (Opcional): Se as peças H13 já tiverem recebido tratamento térmico, as peças acabadas podem ser submetidas à nitretação, dependendo da resistência ao desgaste necessária. Esse processo é frequentemente realizado em temperaturas semelhantes à temperatura de revenimento e, portanto, a nitretação pode, às vezes, servir como um segundo revenimento em um tratamento de revenimento duplo. Por exemplo, a nitretação a gás a 510 °C (950 °F) por 10 a 12 horas produzirá uma profundidade de camada de 0,10 a 0,13 mm (0,004 a 0,005 pol.).

5. Equivalentes H13

• Padrão japonês (JIS): SKD61 (às vezes listado como X40CrMoV5-1)
• Norma alemã (DIN): 1.2344, X40CrMoV5-1, GS344ESR
• Norma Europeia (EN): X40CrMoV5-1 (1.2344)
• Norma Internacional (ISO): X40CrMoV5-1
• Padrão chinês (GB/YB): 4Cr5MoSiV1
• Norma sueca (ASSAB): 8407, 8402
• Padrão Austríaco (BOHLER): W302, W321
• Norma Americana (AISI/SAE/ASTM/UNS): H13, UNS T20813

6. Comparação dos aços H11 e H13

Principais diferenças entre o aço H11 e o H13:

• Teor de vanádio: H13 normalmente tem um teor de vanádio maior (cerca de 1%) do que H11 (cerca de 0,3-0,5%).
• Dureza a quente e resistência ao revenimento: O maior teor de vanádio no H13 geralmente leva a uma melhor dureza a quente e uma resistência ao revenimento ligeiramente melhorada.
• Tenacidade: O H11 é frequentemente considerado como tendo uma tenacidade ligeiramente maior que o H13. Algumas fontes sugerem que o aumento de vanádio no H13 pode reduzir ligeiramente a tenacidade, especialmente durante a fragilização por têmpera.
• Resistência ao desgaste: Devido à maior dispersão de carbonetos de vanádio duros, o H13 geralmente oferece maior resistência ao desgaste que o H11.
• Aplicações (Nuances): Embora ambos sejam usados para aplicações semelhantes, o H13 pode ser preferível para matrizes que sofrem temperaturas operacionais mais altas ou exigem maior resistência ao desgaste, enquanto o H11 pode ser selecionado quando a tenacidade máxima é crítica. O H11 também é muito popular para moldes plásticos que exigem alto polimento, especialmente em graus refinados por ESR.

Em resumo, escolha H13 quando melhores características como dureza a quente, resistência ao revenimento e resistência ao desgaste forem as principais preocupações. Escolha H11 quando uma tenacidade ligeiramente maior for mais crítica para a aplicação.