Limitações do aço ferramenta H13: modos de falha e como evitá-los

Guia rápido para as limitações do H13

O aço ferramenta H13 é resistente à corrosão?

O aço H13 contém cerca de 51% de cromo, mas não é inoxidável e oferece pouca resistência à corrosão. Uma prevenção confiável contra ferrugem requer um teor de cromo de cerca de 11% a 12% de cromo. Em ambientes úmidos, água de refrigeração ou condições operacionais corrosivas, as superfícies de H13 podem sofrer corrosão por pite, e essas pites se tornam pontos de concentração de tensão que iniciam trincas.

Considere a corrosão como um problema de projeto, não como uma propriedade com a qual você pode contar. Tratamentos de superfície, como nitretação ou revestimentos, juntamente com ambientes de armazenamento e operação controlados, são defesas práticas. A corrosão por pite, se não controlada, pode reduzir a vida útil da matriz antes mesmo do desgaste mecânico.

A que temperatura o H13 perde resistência e tenacidade?

O aço H13 apresenta bom desempenho em temperaturas elevadas, mas sua resistência cai drasticamente acima de aproximadamente 650 °C (1202 °F), à medida que sua estrutura começa a se deformar. Se o molde for submetido a temperaturas acima da especificada, ele amolece, aumentando o risco de falhas.

A tenacidade também é determinada pelo revenimento. O revenimento próximo a 500 °C (930 °F) pode deixar o aço H13 em um estado de alta dureza e baixa tenacidade, conhecido como fragilidade de revenimento. Uma temperatura de austenitização muito alta torna os grãos mais grosseiros e fragiliza os contornos de grão.

A solução é o controle rigoroso da austenitização e do revenido, geralmente dois ou três ciclos de revenido, para equilibrar dureza e tenacidade. Para o procedimento completo, consulte o Guia de tratamento térmico do aço ferramenta H13.

Quão difícil é usinar o H13?

O aço H13 apresenta dificuldades moderadas de usinagem. Sua usinabilidade é de aproximadamente 70, comparada à do aço carbono 1%, que é de 100, e sua tenacidade acelera o desgaste da ferramenta e aumenta os custos. A usinagem é muito mais fácil no estado recozido do que após o endurecimento.

Para usinagem de aço H13 endurecido, com dureza em torno de 52-55 HRC, ferramentas de metal duro revestido ou PCBN, profundidades de corte reduzidas de 0,05-0,3 mm e avanços de 0,05-0,2 mm/rev ajudam a manter a pressão e o calor sob controle. Acabamentos superficiais em torno de 0,14-0,48 µm são alcançáveis com a configuração adequada. Para parâmetros detalhados, consulte [inserir referência aqui]. H13 Usinabilidade do Aço Ferramenta.

O aço ferramenta H13 pode ser soldado?

Sim, mas é de alto risco e propenso a fissuras. Como uma liga de alta temperabilidade, o H13 forma martensita frágil não revenida na zona afetada pelo calor durante o resfriamento rápido, o que leva ao surgimento de fissuras a frio induzidas por hidrogênio. Essas fissuras podem aparecer dias ou semanas após a soldagem, mesmo após a primeira inspeção.

Para um reparo bem-sucedido, é necessário um pré-aquecimento de 100-200 °C, um material de adição compatível com a composição e dureza do H13 e um tratamento térmico pós-soldagem para transformar a austenita retida e aliviar as tensões. A omissão de qualquer uma dessas etapas pode levar a uma nova origem de trincas na zona de solda. Para obter informações completas sobre o método e suas limitações, consulte [link para o método]. O aço ferramenta H13 pode ser soldado?.

Por que se formam fissuras de retificação no H13?

Trincas de retificação surgem devido ao superaquecimento localizado. Quando uma passada aquece a superfície mais rapidamente do que o material consegue absorver, a superfície ou endurece novamente, formando uma camada branca quebradiça com dureza de 65-70 HRC, ou amolece devido ao revenimento localizado. A tensão térmica resultante abre microfissuras.

Essas microfissuras são frequentemente invisíveis, mas se aprofundam com passes inadequados e se tornam pontos críticos de início de fadiga. A seleção correta do rebolo, velocidades controladas e refrigeração suficiente e bem direcionada previnem esse dano. Considere a retificação como uma etapa de acabamento que pode silenciosamente destruir uma matriz que, de outra forma, estaria em perfeitas condições.

O que dá errado durante o tratamento térmico H13?

O tratamento térmico é onde a maioria das matrizes H13 são fabricadas ou perdidas. Quatro modos de falha predominam: a descarbonetação deixa uma camada superficial macia e com baixa resistência ao desgaste; a distorção e o trincamento ocorrem após aquecimento ou têmpera desiguais, especialmente em seções complexas; e a austenita retida permanece macia e instável, transformando-se posteriormente e fragilizando a matriz.

Cada um desses problemas está relacionado ao controle da atmosfera e à taxa de aquecimento ou resfriamento, e não à qualidade do material em si. Tratam-se de falhas de processo, não de limitações do material, portanto, a defesa reside no procedimento. Os controles completos de têmpera, revenimento e endurecimento estão descritos no documento. Guia de tratamento térmico do aço ferramenta H13.

Quais são os modos de falha mais comuns do H13 em serviço?

A fadiga térmica, ou fissuração por calor, é especialmente comum na fundição sob pressão. O alumínio fundido, forçado para dentro dessas fissuras sob pressão, piora a extração da peça e a qualidade da superfície. A fissuração grosseira é uma fratura grande e profunda causada pela combinação de tensões mecânicas e térmicas em pontos de concentração de tensão, como raios pequenos. O desgaste predomina em muitas aplicações de forjamento e pode ser responsável por uma grande parcela das falhas de matrizes.

Quando não se deve usar H13?

Escolha uma classe diferente quando o trabalho for predominantemente marcado por corrosão, desgaste abrasivo muito elevado ou temperaturas de serviço acima da faixa de amolecimento do H13. O H13 é um aço para trabalhos a quente, não um aço inoxidável ou um aço para trabalhos a frio de alta resistência.

Para ambientes úmidos ou quimicamente agressivos, um aço resistente à corrosão é mais adequado. Para desgaste abrasivo intenso em temperaturas mais baixas, um aço para trabalho a frio com alto teor de carbono e cromo, como... D2 Mantém a vantagem por mais tempo. Adequar a classe de resistência ao modo de falha predominante é mais econômico do que operar o H13 fora de sua faixa de resistência.

A qualidade do material afeta a falha do H13?

Sim, e muitas vezes essa é a causa oculta. Muitas falhas prematuras do aço H13 são atribuídas ao próprio aço, e não à especificação da classe. Limpeza, controle da temperabilidade e baixa segregação determinam a resistência de uma matriz a trincas e fissuras térmicas, e duas barras com a mesma composição química de H13 podem apresentar comportamentos diferentes em serviço.

Inclusões e segregação de carbonetos atuam como pontos de iniciação de trincas, e uma estrutura não homogênea reduz a tenacidade onde a tensão se concentra. O aço ESR H13 reduz inclusões e segregação, razão pela qual é a opção mais comum para moldes exigentes de fundição e extrusão. O material recozido também apresenta usinabilidade mais previsível e menor tensão residual no processo de têmpera. Para saber quando a melhoria vale a pena, consulte [link para a documentação]. Quando escolher o aço ferramenta ESR H13.