Seleção de aço ferramenta para extrusão de cobre e latão
Na extrusão de cobre e latão, um tarugo aquecido é forçado através de uma matriz sob alta pressão para formar perfis contínuos. As temperaturas típicas do processo variam de 650 a 1100 °C, com pressões unitárias superiores a 690 MPa e atingindo até 1035 MPa em operações de alta exigência.
Nessas condições, a falha das ferramentas é causada principalmente por três mecanismos:
Deformação plástica em altas temperaturas, desgaste superficial devido ao fluxo de metal e fadiga térmica causada por ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento. Esses mecanismos determinam diretamente a vida útil e a estabilidade dimensional da ferramenta e, portanto, definem os requisitos para a seleção do aço ferramenta.
Fatores de seleção
A seleção do aço ferramenta deve levar em consideração os modos de falha predominantes na extrusão de cobre e latão, em vez das propriedades gerais do material.
Dureza a quente e resistência ao revenimento
Na temperatura de extrusão, a resistência térmica insuficiente resulta em deformação plástica dos mancais da matriz e perda de precisão dimensional. O aço deve manter a dureza e a resistência à compressão sob exposição térmica prolongada.
Resistência ao desgaste e à erosão
O fluxo contínuo de metal causa perda de material na superfície, especialmente em regiões de alta velocidade. Os aços para ferramentas devem conter carbonetos estáveis para resistir à abrasão e evitar a rápida degradação do perfil.
Resistência ao Impacto
As flutuações de carga durante a entrada do tarugo e o fluxo instável podem gerar tensões localizadas. A tenacidade insuficiente leva ao aparecimento de fissuras ou falhas nas bordas, principalmente em áreas de alta tensão.
Resistência à fadiga térmica (fissuração por calor)
Ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento geram fissuras superficiais que se propagam ao longo do tempo. A resistência à fadiga térmica é fundamental para manter a integridade da superfície do chip e prolongar sua vida útil.
Aços para ferramentas recomendados
Com base no equilíbrio entre resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e resistência à fadiga térmica, as seguintes classes são utilizadas para diferentes funções em ferramentas:
Aço ferramenta AISI H10 | 1.2365 | SKD7
O aço H10 é selecionado quando a fadiga térmica é o modo de falha predominante, em vez do desgaste. Ele oferece melhor resistência à fissuração térmica do que os aços à base de tungstênio, tornando-o adequado para mandris e blocos de fixação na extrusão de latão, onde a ciclagem térmica é frequente. A dureza típica é de 42–48 HRC.
Aço ferramenta AISI H21 | 1.2581 | SKD5
O aço H21 é selecionado quando a resistência ao amolecimento térmico é o requisito principal. Ele mantém sua resistência sob altas temperaturas e cargas de compressão constantes, tornando-o adequado para matrizes de extrusão e blocos de teste. Sua dureza de trabalho típica é de 42 a 48 HRC, reduzindo o risco de fissuras sob carga.
AISI H12
O aço H12 é selecionado para componentes sujeitos a alta carga mecânica, mas menor exposição térmica. Sua maior tenacidade reduz o risco de fissuras sob pressão, tornando-o adequado para componentes de suporte, como camisas, cilindros e reforços. A dureza típica é de 40–46 HRC.
AISI H19
O aço H19 é utilizado nas condições mais severas, onde altas temperaturas e pressões precisam ser suportadas sem amolecimento. A adição de cobalto melhora a resistência ao amolecimento térmico, permitindo que ele mantenha a estabilidade dimensional. É tipicamente usado para insertos e núcleos de matrizes com dureza de 45–52 HRC.
AISI H26
O aço H26 é utilizado em condições mais severas, onde temperaturas mais elevadas e maior fluxo de metal aceleram o desgaste. Comparado ao H21, oferece melhor resistência ao desgaste e à erosão em altas temperaturas, porém com menor tenacidade. É tipicamente aplicado em matrizes de alta carga operando com dureza de 45–50 HRC.
Tabela Resumo
| Aço ferramenta de alta qualidade | Base de liga metálica | Trabalho árduo | Vantagem primária | Aplicação típica |
| AISI H21 | Tungstênio | 42–48 HRC | Resistência ao amolecimento térmico sob carga | Matrizes de extrusão, blocos fictícios |
| AISI H26 | Tungstênio | 45–50 HRC | Resistência ao desgaste e à erosão em altas temperaturas | matrizes de carga pesada |
| AISI H10 | Cromo | 42–48 HRC | Resistência à fadiga térmica (fissuração por calor) | Mandris, blocos fictícios |
| AISI H19 | Cr-W-Co | 45–52 HRC | Estabilidade sob condições combinadas de alta temperatura e pressão. | Insertos de matriz, núcleos |
| AISI H12 | Cromo | 40–46 HRC | Alta resistência sob carga compressiva | Forros, aríetes, reforços |