AÇO PARA FERRAMENTAS H11 | 1.2343 | skd6

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O aço para ferramentas H11 é um aço endurecido por resfriamento a ar aço para ferramentas de trabalho a quente Conhecido por sua excelente tenacidade, resistência térmica, desempenho em fadiga e resistência ao desgaste em temperaturas médias. Além disso, mantém alguma tenacidade no estado temperado e demonstra forte resistência à fadiga térmica. Quando temperado ao ar em temperaturas de austenitização mais baixas, apresenta deformação mínima no tratamento térmico e baixa tendência à formação de película de óxido.

Além disso, resiste eficazmente à erosão do alumínio fundido. Por isso, o aço para ferramentas H11 é comumente utilizado na fabricação de moldes de fundição sob pressão de alumínio, ferramentas de extrusão a quente, matrizes de forjamento por pressão e moldes de plástico.

A designação para este aço é H11 no sistema ASTM A681 dos EUA. Da mesma forma, outras normas nacionais usam designações comparáveis, como ISO X37CrMoV5-1, Japão/JIS SKD6, EUA/UNS T20811, Alemanha/DIN X38CrMoV5-1, Alemanha/W-Nr. 1.2343 e República Tcheca (CSN) 19552. 

1. Aplicações

O aço para ferramentas H11 é amplamente utilizado em indústrias onde as ferramentas precisam suportar altas temperaturas e tensões mecânicas. Sua excelente estabilidade térmica, tenacidade e resistência ao desgaste atendem a diversas aplicações exigentes.

  • Matrizes de fundição sob pressão: O H11 é comumente usado para fundir alumínio, zinco e magnésio devido à sua alta estabilidade térmica e tenacidade, garantindo durabilidade em condições extremas.
  • Matrizes de forjamento: Por resistir à flexão em altas temperaturas, o H11 é a escolha preferida para matrizes de forjamento e ferramentas de conformação a quente, mantendo a resistência sob pressão intensa.
  • Ferramentas de extrusão: Este aço é ideal para matrizes de extrusão utilizadas no processamento de metais e plásticos. Oferece excelente resistência ao desgaste e pode operar em condições de alta temperatura.
  • Lâminas de corte a quente: Graças à sua resistência superior ao calor e ao desgaste, o H11 é perfeito para fabricar lâminas que cortam metais quentes com eficiência e mantêm seu fio afiado.
  • Componentes aeroespaciais: O H11 também é utilizado em peças aeroespaciais críticas, como trens de pouso, onde resistência, resistência à fadiga e confiabilidade são essenciais.

2. Composição química

A eficácia do aço para ferramentas H11 em aplicações de alta temperatura é amplamente determinada pelas porcentagens precisas de seus principais elementos de liga:

Elemento

Símbolo

Faixa típica (peso %)

Principais características e valores observados

Carbono

C

0,33 – 0,43

Essencial para a dureza. Você frequentemente verá análises em torno de 0,35% a 0,38%. Algumas especificações limitam esse valor para 0,35-0,42% ou 0,38-0,43%.

Manganês

Mn

0,20 – 0,50

Contribui para a resistência e temperabilidade. Valores típicos giram em torno de 0,30%; a faixa de 0,25 a 0,50% também é comum.

Silício

Si

0,80 – 1,20

Auxilia na desoxidação e melhora a resistência. Um valor típico é 1,00%. (Observação: existe uma variante H11 com baixo teor de silício, com silício em torno de 0,3%).

Cromo

Cr

4,75 – 5,50

O elemento definidor do H11, proporcionando resistência ao calor e à oxidação. Frequentemente chamado de aço "Cromo 5%". Típico: 5.00%.

Molibdênio

Mo

1,10 – 1,60

Crucial para manter a resistência e a dureza em temperaturas elevadas (dureza a quente) e a resistência ao revenimento. Típico: 1,30% ou 1,50%. (Uma fonte observa 1,10-1,50%).

Vanádio

V

0,30 – 0,50

Aumenta a resistência ao desgaste, especialmente em altas temperaturas, formando carbonetos duros. Valores típicos: 0,40% ou 0,50%. (Algumas análises especializadas podem apresentar valores de V de até 0,90%-1,00%).

Aço para ferramentas H11
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3. Propriedades do aço para ferramentas H11

Sua combinação única de propriedades o torna excepcionalmente adequado para uma ampla gama de aplicações exigentes de trabalho a quente e ferramentas de alta resistência.

Propriedade principal do aço para ferramentas H11

Detalhes de desempenho e benefícios para suas operações de fábrica

Ultra-alta resistência

Após o tratamento térmico adequado, o aço para ferramentas H11 atinge uma resistência notável. Normalmente, espera-se um limite de escoamento de 0,2% superior a 1380 MPa (200 ksi), com resistência à tração máxima potencialmente superior a 2070 MPa (300 ksi). Isso é vital para ferramentas sob estresse extremo.

Dureza a quente e resistência ao revenimento

O H11 é um aço de têmpera secundária, o que significa que se destaca na manutenção de sua dureza e estabilidade estrutural em temperaturas de serviço elevadas. É tipicamente revenido acima de seu pico de têmpera secundária (em torno de 510 °C / 950 °F) e resiste fortemente ao amolecimento até aproximadamente 540 °C (1000 °F). Pode manter uma dureza de cerca de 50 HRC mesmo após longos períodos a 500-550 °C.

Endurecimento ao ar profundo

Uma vantagem significativa do aço para ferramentas H11 é sua capacidade de endurecer uniformemente em grandes seções transversais simplesmente por resfriamento a ar. Essa característica de endurecimento a ar minimiza tensões residuais e distorções durante o processo de tratamento térmico, garantindo estabilidade dimensional para suas ferramentas.

Boa Resistência

O aço para ferramentas H11 oferece um equilíbrio louvável entre resistência ao impacto e tenacidade geral. Comparado a alguns aços de liga superior da série H, oferece melhor resistência à fratura frágil, o que é crucial para a longevidade e a segurança da ferramenta.

Resistência ao desgaste

Este aço oferece boa resistência inerente ao desgaste, reforçada por elementos como o vanádio, que ajuda a resistir à lavagem ou ao desgaste erosivo. Para aplicações que exigem durabilidade superficial superior, a resistência ao desgaste do H11 pode ser significativamente aumentada por meio da nitretação superficial, frequentemente atingindo níveis de dureza superficial acima de 1000 HV.

Resistência à fadiga

Em aplicações que envolvem carregamento cíclico, o aço para ferramentas H11 demonstra boa resistência à trinca por fadiga. Essa propriedade é essencial para ferramentas sujeitas a esforços repetitivos, contribuindo para uma vida útil mais longa.

Serviço de Temperatura Elevada

O H11 foi projetado para aplicações que exigem resistência consistente e estabilidade de propriedade em altas temperaturas, com desempenho confiável até aproximadamente 540 °C (1000 °F).

Soldabilidade

Do ponto de vista prático, o aço para ferramentas H11 é considerado facilmente soldável, desde que sejam seguidos procedimentos adequados de pré-aquecimento, controle de temperatura entre passes e tratamento térmico pós-soldagem para manter sua integridade.

Usinabilidade

Em sua condição recozida, o aço para ferramentas H11 oferece boa usinabilidade, geralmente com classificação em torno de 70% de um aço carbono padrão 1%. Isso permite a conformação e a preparação eficientes de suas ferramentas antes do tratamento térmico.

Resistência à corrosão e oxidação

O H11 oferece resistência acima da média à corrosão e à oxidação. A presença de silício, por exemplo, melhora sua resistência à oxidação em temperaturas de até 800 °C (1475 °F). No entanto, para serviços prolongados em altas temperaturas, ainda é recomendável uma proteção de superfície adequada.

Propriedades térmicas

As características térmicas do aço para ferramentas H11 incluem condutividade térmica aceitável e um coeficiente de expansão térmica relativamente baixo. Essas características são benéficas para ferramentas que passam por ciclos térmicos significativos, ajudando a manter a precisão dimensional e a reduzir a fadiga térmica.

 

4. Tratamento térmico de aço para ferramentas H11

Aço para ferramentas H11 de precisão tratamento térmico é crucial para atingir seu desempenho ideal como aço cromo 5% para trabalho a quente e aço de ultra-alta resistência, semelhante ao H11 Modificado e ao H13. Este processo ajusta a microestrutura para ferramentas de fábrica exigentes. Este guia detalha as principais operações de tratamento térmico para o H11, garantindo máxima durabilidade e eficiência.

4.1 Austenitização

A austenitização, a principal etapa de endurecimento do aço para ferramentas H11, envolve aquecimento para transformar sua estrutura em austenita. Isso permite conversão e dissolução uniformes de elementos de liga e carbonetos.

  • Pré-aquecimento: Recomenda-se pré-aquecer o H11 a 760-815 °C (1400-1500 °F) antes da austenitização para minimizar o choque térmico e as rachaduras, especialmente para este material de alta liga.

  • Temperaturas de austenitização e tempos de retenção:

Tipo de açoFaixa de temperatura de austenitizaçãoTemperatura típica de austenitização (para resfriamento a ar)Tempo de espera recomendado

H11

995 a 1025 °C (1825 a 1875 °F)

–

20 minutos + 5 minutos por 25 mm (1 polegada) de espessura

H11 Mod/H13

(Semelhante ao H11)

Cerca de 1010 °C (1850 °F)

(Siga as diretrizes gerais do H11)

Manter a temperatura de austenitização garante transformação e dissolução uniformes.

4.2 Resfriamento

Após a austenitização, o aço H11 é rapidamente resfriado (temperado) para formar martensita dura.

  • Vantagem do endurecimento ao ar: O H11 é um aço endurecível ao ar, proporcionando têmpera uniforme em grandes seções com tensão residual e alteração dimensional mínimas. O resfriamento ao ar é o método padrão e preferencial para o tratamento térmico do aço para ferramentas H11.

  • Têmpera em óleo: Embora o resfriamento a ar seja padrão, o resfriamento a óleo a 995 °C (1825 °F) é uma alternativa possível para o H11.

  • Nota crítica: Aços para trabalho a quente como o H11 devem nunca se apague com água, pois isso pode causar rachaduras.

4.3 Têmpera

Após o endurecimento, têmpera O reaquecimento do aço para ferramentas H11 a uma temperatura mais baixa é crucial para melhorar a tenacidade, aliviar o estresse e estabilizar as propriedades.

  • Endurecimento secundário: O H11 é um aço de têmpera secundária. Suas propriedades ótimas se desenvolvem quando revenido acima do pico de têmpera secundária (em torno de 510 °C / 950 °F), onde a dureza pode aumentar ou ser mantida.

  • Temperaturas e efeitos de têmpera:

Tipo de açoTemperatura(s) de têmperaPrincipais benefícios e considerações

H11

Acima de 510 °C (950 °F)

Desenvolve propriedades ótimas; alívio significativo do estresse; estabiliza para uso até ~55 °C (100 °F) abaixo da temperatura de revenimento.

H11

150 °C (300 °F) e 205 °C (400 °F)

Opções de têmpera em temperaturas mais baixas.

Mod H11

510 °C (950 °F) e 540 °C (1000 °F)

Intervalos típicos para atingir o desempenho desejado.

  • Têmpera dupla: Uma prática comum e recomendada para o tratamento térmico do aço para ferramentas H11 é o revenimento duplo (por exemplo, 2 horas na temperatura, resfriamento e, em seguida, mais 2 horas na temperatura) para garantir a transformação completa e o refinamento das propriedades.

4.4 Recozimento

Recozimento amacia o aço para ferramentas H11, melhora a usinabilidade e alivia tensões internas, normalmente após trabalho a quente ou soldagem.

  • Cuidados pós-forjamento/soldagem: Após o forjamento ou soldagem, as peças H11 exigem resfriamento lento e depois recozimento completo para evitar rachaduras por tensão.

  • Parâmetros de recozimento:

ProcessoFaixa de temperaturaTaxa de resfriamentoNotas

Recozimento H11

845-900°C (1550-1650°F)

Lento: 22-40°C/h (40-70°F/h)

O recozimento de esferoidização é um tipo específico para melhorar a usinabilidade.

DH31-S (semelhante)

820-870°C

Resfriamento lento

(Comparável ao SKD61, um equivalente H11)

4.5 Outras considerações importantes sobre o tratamento térmico H11

  • Normalizando: Este processo é geralmente não recomendado para aços ferramenta H11 ou H13 devido ao alto risco de rachaduras, especialmente com descarbonetação da superfície.

  • Tratamento térmico para alívio de tensões: Embora o alívio de tensões possa ser obtido abaixo de Ac1, as altas temperaturas de revenimento (acima de 510 °C / 950 °F) usadas para H11 proporcionam alívio substancial de tensões.

  • Tratamento Criogênico: O tratamento abaixo de zero (por exemplo, -73 °C / -100 °F) pode reduzir a austenita retida, mas as altas temperaturas de revenimento do H11 geralmente o tornam desnecessário para atingir a resposta máxima de endurecimento secundário.

  • Proteção de superfície: Proteger as superfícies H11 contra oxidação e descarbonetação durante tratamentos de alta temperatura, como austenitização e recozimento, é vital. Isso geralmente é obtido por meio de atmosferas controladas, fornos a vácuo ou banhos de sal.

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