Resistência à Tração de Aços Ferramenta para Trabalho a Quente em Temperatura Elevada

Os aços ferramenta para trabalho a quente são escolhidos pela resistência que mantêm enquanto estão quentes, e os valores que respondem a essa questão são a resistência à tração e o limite de escoamento medidos na temperatura de trabalho e não à temperatura ambiente. Três graus de cromo para trabalho a quente estão reunidos aqui. H11 e H13 são os dois aços com que se fabricam a maior parte das ferramentas de fundição de alumínio sob pressão e forjamento a quente, e H12 é o grau mais altamente ligado usado onde a ferramenta tem de suportar choque mais pesado. Cada valor pertence ao tratamento térmico exato e à temperatura de ensaio exata indicada ao lado, portanto leia a tabela como o comportamento medido dessa única condição. Este é um resumo de referência da prática publicada e não uma especificação nossa.

O que os valores medem

A resistência à tração é medida num corpo de prova tracionado na temperatura da primeira coluna, portanto o número descreve o aço enquanto está quente e não depois de arrefecido. Acima de cerca de 400 °C todo aço cromo para trabalho a quente perde resistência de forma constante, e a taxa a que a perde é o que distingue um grau de outro. O alongamento e a redução de área são medidos no mesmo corpo de prova e aumentam à medida que a resistência cai, razão pela qual a condição mais tenaz de um aço para trabalho a quente nunca é a sua mais resistente.

Os três graus foram ensaiados após tratamentos térmicos diferentes e cada tabela é precedida pelo tratamento a que pertence. Duas das condições de H12 foram ensaiadas após têmpera em óleo a partir de 1050 °C e uma terceira após arrefecimento ao ar a partir de 980 °C, portanto os valores de H12 não são um único conjunto. A fonte não reporta limite de escoamento para todas as condições, e não reporta a dureza após o ensaio para todas as condições; essas células estão marcadas como Não reportado em vez de transportadas de outra condição.

Propriedades de tração do aço ferramenta H11 em temperatura

Arrefecido ao ar a partir de 1010 °C e duplo revenido 2,5 h a 570 °C

Temperatura de ensaio, °C (°F)	Resistência à tração, MPa	Resistência à tração, ksi	Limite de escoamento (offset 0,2%), MPa	Limite de escoamento (offset 0,2%), ksi	Alongamento em 50 mm (2 pol.), %	Redução de área, %	Dureza antes do ensaio, HRC	Dureza após o ensaio, HRC
Ambiente	1806	262	1482	215	10.0	35.8	50	50
150 (300)	1689	245	1358	197	10.1	36.1	50	50
260 (500)	1600	232	1345	195	9.8	34.5	50	50
345 (650)	1579	229	1317	191	10.0	35.2	50	50
425 (800)	1510	219	1289	187	11.4	38.7	50	50
480 (900)	1427	207	1145	166	12.2	38.9	50	50
540 (1000)	1241	180	965	140	11.0	35.4	50	50
595 (1100)	979	142	724	105	12.8	46.2	50	47
650 (1200)	586	85	434	63	18.9	66.6	50	41

Fonte, Tabela 13-4, Propriedades de tração de aços-ferramenta para trabalho a quente de cromo-molibdênio em temperaturas elevadas, H11 de Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss). Composição 0,40% C, 0,92% Si, 5,09% Cr, 1,34% Mo, 0,52% V; austenitizado a 1010 °C (1850 °F) e resfriado ao ar, depois duplo revenido de 2,5 h a 570 °C (1060 °F). A linha de temperatura ambiente é impressa como Room na fonte e não traz valor separado em graus.

O H11 mantém 1482 MPa de limite de escoamento à temperatura ambiente e ainda mantém 1289 MPa a 425 °C, portanto a ferramenta perdeu apenas cerca de um décimo do seu limite de escoamento até à temperatura em que a fundição de alumínio sob pressão opera. Acima de 480 °C a queda acentua-se, e acima de 540 °C é rápida, com o limite de escoamento a descer para 965 MPa a 540 °C e para 434 MPa a 650 °C. O alongamento e a redução de área sobem à medida que a resistência cai, de 10,0 por cento de alongamento à temperatura ambiente para 18,9 por cento a 650 °C, que é a ductilidade que permite a uma ferramenta quente fletir em vez de fissurar quando sobrecarregada. A dureza após o ensaio mostra quanto o corpo de prova amoleceu enquanto era tracionado, mantendo 50 HRC até 540 °C mas caindo para 47 HRC a 595 °C e 41 HRC a 650 °C.

Propriedades de tração do aço ferramenta H13 em temperatura

Temperado em óleo a partir de 1010 °C e revenido 2 h a 565 °C

Temperatura de ensaio, °C (°F)	Resistência à tração, MPa	Resistência à tração, ksi	Limite de escoamento (offset 0,2%), MPa	Limite de escoamento (offset 0,2%), ksi	Alongamento em 50 mm (2 pol.), %	Redução de área, %	Dureza antes do ensaio, HRC	Dureza após o ensaio, HRC
480 (900)	1531	222	Não reportado	Não reportado	9	37	52	Não reportado
540 (1000)	1413	205	Não reportado	Não reportado	11	43	52	Não reportado
595 (1100)	1193	173	Não reportado	Não reportado	15	49	52	Não reportado
650 (1200)	814	118	Não reportado	Não reportado	22	59	52	Não reportado

Fonte, Tabela 13-4, H13 de Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss). Composição 0,40% C, 1,00% Si, 5,25% Cr, 1,15% Mo, 1,00% V; austenitizado a 1010 °C (1850 °F) e temperado em óleo, depois revenido de 2 h a 565 °C (1050 °F). A fonte não reporta limite de escoamento nem dureza após o ensaio para esta condição.

A condição de H13 aqui reportada foi ensaiada apenas a partir de 480 °C, que é a faixa que importa dentro de um molde. A resistência à tração cai de 1531 MPa a 480 °C para 814 MPa a 650 °C, e o alongamento medido nos mesmos corpos de prova sobe de 9 para 22 por cento nesse intervalo. O H13 apresenta 52 HRC antes do ensaio em todas as temperaturas da tabela, portanto a perda de resistência com a temperatura ocorre sem uma perda correspondente na dureza tal como revenida. A fonte não reporta limite de escoamento nem dureza após o ensaio para esta condição.

Propriedades de tração do aço ferramenta H12 em temperatura

Temperado em óleo a partir de 1050 °C e revenido 2 h a 565 °C

Temperatura de ensaio, °C (°F)	Resistência à tração, MPa	Resistência à tração, ksi	Limite de escoamento (offset 0,2%), MPa	Limite de escoamento (offset 0,2%), ksi	Alongamento em 50 mm (2 pol.), %	Redução de área, %	Dureza antes do ensaio, HRC	Dureza após o ensaio, HRC
400 (750)	1703	247	Não reportado	Não reportado	12	36	53	Não reportado
540 (1000)	1482	215	Não reportado	Não reportado	12	41	53	Não reportado
650 (1200)	531	77	Não reportado	Não reportado	32	83	53	Não reportado
760 (1400)	124	18	Não reportado	Não reportado	71	97	53	Não reportado

Fonte, Tabela 13-4, H12 temperado em óleo a partir de 1050 °C de Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss). Composição 0,33% C, 0,85% Si, 5,00% Cr, 1,25% W, 1,45% Mo, 0,23% V; austenitizado a 1050 °C (1925 °F) e temperado em óleo, depois revenido de 2 h a 565 °C (1050 °F). A fonte não reporta limite de escoamento nem dureza após o ensaio para esta condição.

Arrefecido ao ar a partir de 980 °C e revenido 1,5 h a 565 °C

Temperatura de ensaio, °C (°F)	Resistência à tração, MPa	Resistência à tração, ksi	Limite de escoamento (offset 0,2%), MPa	Limite de escoamento (offset 0,2%), ksi	Alongamento em 50 mm (2 pol.), %	Redução de área, %	Dureza antes do ensaio, HRC	Dureza após o ensaio, HRC
540 (1000)	1358	197	1086.7	157.6	10	55	50	Não reportado
620 (1150)	593.7	86.1	396.5	57.5	24	71	49.5	Não reportado

Fonte, Tabela 13-4, H12 resfriado ao ar a partir de 980 °C de Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss). O aço foi austenitizado a 980 °C (1800 °F), resfriado ao ar, depois revenido de 1,5 h a 565 °C (1050 °F). A fonte não reporta dureza após o ensaio para esta condição.

O H12 é o membro com tungstênio do grupo cromo para trabalho a quente, e as duas condições acima mostram quanto o tratamento térmico inicial importa. Após têmpera em óleo a partir de 1050 °C o aço mantém 1703 MPa a 400 °C e 1482 MPa a 540 °C, depois cai para 531 MPa a 650 °C e 124 MPa a 760 °C, com o alongamento a subir de 12 para 71 por cento no mesmo intervalo de temperatura. A condição arrefecida ao ar é mais macia desde o início, com 1358 MPa a 540 °C, e é a única condição de H12 para a qual a fonte reporta limite de escoamento, 1086,7 MPa a 540 °C e 396,5 MPa a 620 °C.

Lendo os quatro conjuntos de valores em conjunto

Os quatro conjuntos demonstram o mesmo ponto em temperaturas diferentes. A resistência cai com a temperatura em todos os casos e a ductilidade sobe para a acompanhar, portanto uma ferramenta para trabalho a quente operada acima da sua temperatura de trabalho não se torna frágil, torna-se macia e deforma-se. O H12 temperado em óleo a partir de 1050 °C começa mais resistente que o H11 ou o H13 na mesma temperatura de ensaio, e o H12 mantém 53 HRC e o H13 mantém 52 HRC antes do ensaio onde o H11 apresenta 50 HRC. A seleção entre os três graus segue primeiro a temperatura de trabalho da ferramenta e em segundo o carregamento por choque a que está sujeita.

Duas advertências aplicam-se aos quatro conjuntos. A primeira é que os valores pertencem ao tratamento térmico exato indicado na legenda acima da tabela, portanto um molde austenitizado ou revenido de forma diferente situar-se-á noutro ponto destas escalas. A segunda é que os valores provêm de uma única fonte publicada sobre um único vazamento de cada condição, portanto confirme os valores de trabalho com o certificado de ensaio do vazamento que comprar.

Dados de referência relacionados

Os dois graus mais usados em ferramentas para trabalho a quente estão listados com as suas formas, faixas de seção e condições de entrega em Aço ferramenta H11 e Aço ferramenta H13. As suas faixas de dureza e desempenho à temperatura de trabalho estão apresentados em Propriedades do aço para ferramentas H11 e Propriedades do aço H13, e a dureza que cada grau mantém de 315 a 650 °C está representada em dureza a quente de aço ferramenta. Propriedades físicas como condutividade térmica e dilatação estão em Propriedades Físicas do Aço Ferramenta para Trabalho a Quente, o tratamento térmico do H12 está em Tratamento Térmico do Aço Ferramenta H12, e a escolha do grau para um molde específico é desenvolvida em seleção de aço ferramenta para matriz de extrusão a quente.

Fonte: Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss).