P/M H13 Comparado ao H13 Convencional, Propriedades e Fadiga Térmica

Por que a uniformidade é todo o argumento para um molde de trabalho a quente

Um lingote de H13 convencional segrega à medida que solidifica, e a laminação transforma essa segregação em bandas. As bandas são visíveis em uma micrografia e também são visíveis em serviço, porque a trinca que se inicia em um molde de trabalho a quente percorre a banda fraca um pouco mais a cada ciclo. A rota do pó elimina o bandeamento na origem. Um fundido é atomizado em pó, cada partícula solidifica por conta própria, e o pó é consolidado por prensagem isostática a quente, de modo que não há último líquido rico em liga e nada para a segregação seguir. As quatro tabelas abaixo são as medições feitas para mostrar quanto isso vale.

Dureza em uma seção de 152 mm

Ambos os produtos receberam o mesmo tratamento térmico e então a dureza foi medida em intervalos de 1,6 mm em toda a seção. As duas médias são próximas, 47,5 a 48,1 HRC para o produto P/M contra 46,0 a 47,7 HRC para o convencional. O que os separa é a dispersão. A seção P/M varia 0,6 HRC em 152 mm, a seção convencional varia 1,7 HRC em 127 mm, e um molde que não é uniforme em dureza não se desgasta uniformemente.

Tabela 8. Dureza do H13 convencional e P/M

Source, ASM Handbook Vol.1, article P/M Tool Steels, Table 8. (a) Preheated at 816 °C (1500 °F), austenitized at 1010 °C (1850 °F) for 1 h, air cooled, tempered at 593 °C (1100 °F) for 2 + 2 h.

Mudança dimensional na têmpera e no revenido

A mudança de tamanho é onde os dois produtos se comportam de forma mais diferente, e a tabela é clara uma vez que as colunas são entendidas. Os valores estão em unidades de 0,0001 in./in., então +6 é seis décimos de milésimo de polegada por polegada. O material P/M dá o mesmo valor nas três direções, +6, +6 e +6, que é o que um material isotrópico faz e o que uma oficina de moldes quer, porque pode então prever o crescimento de uma cavidade com um número em vez de três. O material convencional não. O redondo de 127 mm dá -5 longitudinalmente e +14 na espessura, e o bloco de 152 por 406 mm dá -1 longitudinalmente contra +7 na espessura em uma posição e -2 contra +17 em outra. Um molde que cresce 17 unidades em uma direção e encolhe 2 unidades na outra tem que ser cortado sobredimensionado em uma direção que a ferramentaria tem que calcular para cada trabalho.

Tabela 9. Mudança de tamanho do H13 convencional e P/M após tratamento térmico, 0,0001 in./in.

Fonte, ASM Handbook Vol.1, artigo P/M Tool Steels, Tabela 9. (a) Mesmo tratamento térmico da Tabela 8. A fonte imprime a localização do corpo de prova uma vez para os dois conjuntos de medições que apresenta sob ela, portanto as duas linhas que compartilham uma localização repetem esse rótulo.

Propriedades de impacto e tração a 21 e 538 °C

Esta é a tabela a ser lida antes de assumir que a rota do pó é melhor em tudo. Em ambas as temperaturas de teste o produto P/M é uniforme, o que se mostra como resultados idênticos para os corpos de prova longitudinal e transversal e para as posições de borda e centro. O H13 convencional não é uniforme, e a dispersão é grande. No corpo de prova transversal à temperatura ambiente o material convencional cai para 4 J contra 13,6 J longitudinal, e a redução de área cai de 43 para 24 por cento. O produto P/M mantém 13,6 J e 42 por cento em ambas as direções. As resistências à tração e ao escoamento são efetivamente iguais entre os dois, então o comprador não está pagando por resistência aqui, apenas pela independência de direção e pela ausência de uma orientação transversal fraca.

Tabela 10. Propriedades de impacto e tração do H13 convencional e P/M

Fonte, ASM Handbook Vol.1, artigo P/M Tool Steels, Tabela 10. (a) Mesmo tratamento térmico da Tabela 8. (b) Localizações dos corpos de prova, A longitudinal, B transversal, C centro longitudinal, D borda transversal, E borda longitudinal. Um traço significa que a fonte não lista nenhum valor.

Vida em fadiga térmica

O teste de fadiga térmica é o que corresponde ao serviço do molde, porque reproduz o ciclo que um molde de trabalho a quente vive: os corpos de prova foram mergulhados alternadamente em chumbo fundido a 621 °C (1150 °F) e água a 93 °C (200 °F) três vezes por minuto, e os ciclos até a iniciação de trinca foram contados. O H13 P/M alcançou 9000 ciclos contra 6000 para o produto convencional, uma melhoria de 50 por cento, e esse número é a consequência direta das duas tabelas acima. O mesmo mecanismo é visível no único teste de campo que a fonte relata, onde um punção CPM H19V em uma operação de forjamento a quente produziu 1700 a 4500 peças entre falhas enquanto o H13 convencional teve média de 900.

Tabela 11. Resistência à fadiga térmica do H13 convencional e P/M, ciclos médios até a iniciação de trinca

Source, ASM Handbook Vol.1, article P/M Tool Steels, Table 11. (a) Same heat treatment as Table 8. Test condition, alternate immersion in molten lead at 621 °C (1150 °F) and water at 93 °C (200 °F), three cycles per minute.

Esses números já existem no aço convencional

O H13 convencional está disponível em classes de segregação melhores, e a fonte faz a comparação explicitamente. O H13 convencional de qualidade premium é fundido com limites mais rígidos e de fato reduz o bandeamento, de modo que fica entre o H13 convencional padrão e o H13 P/M, e não na base do grupo. Onde a rota do pó ainda vence é na extremidade grande da faixa de seção e em ferramentas onde o modo de falha é uma trinca que segue uma banda, porque a etapa de consolidação P/M elimina as bandas por completo em vez de reduzi-las. Para um inserto pequeno em serviço moderado, o grau convencional premium costuma ser a resposta mais barata, e o prêmio do pó compra pouco.

Onde encomendar a partir daqui

A composição dos graus P/M para trabalho a quente, incluindo CPM H13, CPM H19 e CPM H19V, está na tabela de composição do aço ferramenta P/M, e os dados de resistência ao desgaste, energia de impacto e tamanho de carboneto para toda a família P/M estão na página de propriedades do aço ferramenta P/M. Os dados do grau H13 convencional estão na Propriedades do aço H13 página, o ciclo está na Tratamento térmico do H13 página, e as taxas de resfriamento que a têmpera precisa atingir estão na H13 têmpera e taxas de resfriamento página. A Aobo Steel fornece H13 em barra e chapa forjadas e laminadas a quente, com o certificado de usina acompanhando o pedido.

Fonte: ASM Handbook, Vol 1, Properties and Selection: Irons, Steels and High-Performance Alloys.