O aço para ferramentas H11 é um aço endurecido por resfriamento a ar aço para ferramentas de trabalho a quentePossui excelente tenacidade, resistência térmica, desempenho à 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. O aço para ferramentas H11 resiste eficazmente à corrosão do alumínio fundido, tornando-se uma escolha popular para a fabricação de moldes de fundição sob pressão de alumínio, ferramentas de extrusão a quente, moldes de estampagem e forjamento e moldes plásticos.
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, República Tcheca (CSN) 19552 e China/GB. 4Cr5MoSiV.
1. Aplicações
- Matrizes de fundição sob pressão
- Matrizes de forjamento
- Ferramentas de extrusão
- Lâminas de corte a quente:
- Componentes aeroespaciais
2. Composição química1
| C | Mn | Si | Cr | Mo | V |
| 0,33 – 0,43% | 0,20 – 0,60% | 0,80 – 1,25% | 4,75 – 5,50% | 1.10 – 1.60% | 0,30 – 0,60% |
Graus equivalentes de aço para ferramentas H11 e suas composições
| Notas | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | V |
| DIN 1.2343 | 0.33 – 0.43% | 0.80 – 1.25% | 0.20 – 0.60% | ≤ 0,030% | ≤ 0,030% | 4.75 – 5.50% | 1.10 – 1.60% | 0.30 – 0.60% |
| JIS SKD6 | 0.32 – 0.42% | 0.80 – 1.20% | 0.20 – 0.50% | ≤ 0,030% | ≤ 0,030% | 4.50 – 5.50% | 1.00 – 1.50% | 0.30 – 0.60% |
| GB 4Cr5MoSiV | 0.33 – 0.43% | 0.80 – 1.20% | 0.20 – 0.50% | ≤ 0,030% | ≤ 0,030% | 4.75 – 5.50% | 1.10 – 1.60% | 0.30 – 0.60% |
3. Propriedades2
O aço para ferramentas H11 possui uma combinação excepcional de dureza atingível, dureza vermelha (dureza a quente), tenacidade e resistência ao desgaste.
- Força:Pode ser tratado termicamente para limites de escoamento de 0,2% bem acima 1380 MPa (200 ksi) e resistências à tração máximas superiores 2070 MPa (300 ksi).
- Dureza: Durezas de trabalho normais normalmente variam de 40 a 55 HRC. Para aplicações como fundição sob pressão de alumínio, uma dureza preferencial de 47 HRC é observada. Na fundição sob pressão, matrizes H11 podem ser temperadas para 42–52 HRC, insertos e núcleos para 46–52 HRC, êmbolos para 46–50 HRC, corrediças para 46–52 HRC, mangas de injeção para 44–48 HRC e bicos para 32–42 HRC. Para punções e matrizes de forjamento a quente, a dureza normalmente varia de 44–48 HRC. Cilindros de laminação a quente (para pequenas tiragens e baixas temperaturas) usam H11 a 40–48 HRC. Matrizes de estampagem a quente são normalmente de 48–52 HRC.
- Dureza a quente/Dureza a vermelho: Boa resistência ao revenimento, mantendo alta dureza e resistência a temperaturas elevadas. Resiste ao amolecimento durante exposição contínua a temperaturas de até 540 °C (1000 °F). Embora sua dureza a quente seja menor do que a de outros aços para trabalho a quente, como H19 ou H21, ainda mantém a dureza melhor do que outros aços de média liga em temperaturas mais altas. A Dureza a Quente/Dureza Vermelha é uma propriedade muito importante para aços para ferramentas de trabalho a quente.
- Tenacidade e Ductilidade: Boa ductilidade e resistência ao impacto. Apresenta melhor resistência à fratura frágil em comparação com aços com maior teor de liga, como H14, H19 e H21. Os processos de refusão por eletroescória (ESR) ou por arco a vácuo (VAR) podem melhorar significativamente a ductilidade e a tenacidade.
- Resistência à fadiga: Este material pode proporcionar altos níveis de resistência à fadiga e estabilidade térmica em uma faixa de temperatura de 75 a 540 °C (167 a 1000 °F). Comparado ao aço 4340, que passou pelo mesmo tratamento térmico de alta intensidade, o H11 apresenta melhor resistência à fadiga.
- Resistência ao desgaste:Sua resistência ao desgaste é menor que a do H13.
- Soldabilidade: É facilmente soldável, mesmo em seções pesadas.
- Usinabilidade: Boa usinabilidade, classificada em torno de 70% de um aço carbono padrão 1%.
- Propriedades térmicas: Possui um coeficiente de expansão térmica relativamente baixo e uma condutividade térmica de 26 W/m·K.
- Resistência à corrosão: Resistência acima da média à oxidação e corrosão.
- Resistência à verificação de calor: Boa resistência à fadiga térmica ou à corrosão.
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4. Tratamento térmico de aço para ferramentas H11
Preciso Tratamento térmico de aço para ferramentas H11 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.
4.1 Forjamento
Este aço é facilmente forjado, com uma faixa de temperatura de forjamento adequada de 1120 a 1150°C (2050 a 2100°F). Nós recomendamos pré-aquecendo a tarugo a 790 a 815°C (1450 a 1500°F), aquecendo-o uniformemente até a temperatura de forjamento. A temperatura de forjamento deve NÃO ser menor que 925°C (1700°F). Se a temperatura cair perto desse nível, ela deverá ser reaquecida antes de continuar o processo de forjamento.
4.2 Austenitização (endurecimento)
A austenitização, a principal etapa de endurecimento, 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 imersão: A temperatura de austenitização é de 995 a 1025 °C (1825 a 1875 °F). O tempo de imersão é de 20 minutos + 5 minutos para cada 25 mm (1 polegada) de espessura.
Manter a temperatura de austenitização garante transformação e dissolução uniformes.
4.3 Têmpera
Após a austenitização, o aço H11 é rapidamente temperado para formar martensita dura. O H11 é um aço endurecível ao ar, proporcionando têmpera uniforme em grandes seções com tensão residual e alteração dimensional mínimas. O resfriamento a ar é o método padrão e preferencial para o aço para ferramentas H11. Embora o resfriamento a ar seja padrão, a têmpera em óleo a 995 °C (1825 °F) é uma alternativa possível. O H11 e outros aços para ferramentas para trabalho a quente devem nunca se apague com água, pois isso pode causar rachaduras.
4.4 Têmpera
Após a têmpera, o revenimento do aço para ferramentas H11, reaquecido a uma temperatura mais baixa, é crucial para melhorar a tenacidade, aliviar tensões e estabilizar as propriedades. O aço H11 é um aço de têmpera secundária. Ele atinge seu melhor desempenho quando revenido em temperaturas acima de 510 °C (950 °F). Recomendamos a realização de múltiplos tratamentos de revenimento para atingir a tenacidade ideal e prolongar a vida útil da ferramenta. Deixe as peças esfriarem à temperatura ambiente entre cada ciclo de revenimento para minimizar a austenita residual.
Tabela de Dureza e Temperatura de Revenimento para Aço H11
| Temperatura de têmpera | Rockwell C |
| Como extinto | 56 |
| 700°F/370°C | 54 |
| 800°F/425°C | 55 |
| 900°F/480°C | 57 |
| 1000°F/540°C | 56 |
| 1100°F/595°C | 46 |
| 1200°F/650°C | 36 |
4.5 Recozimento
A temperatura de recozimento é 845-900°C (1550-1650°F). A taxa de resfriamento é 22-40°C/h (40-75°F/h). A dureza após o recozimento é 192-229 HB.
4.6 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.
- Alívio do estresse: Após o processamento do H11, como retificação, soldagem ou eletroerosão (EDM), recomendamos fortemente que ele seja submetido a um tratamento de alívio de tensões a 650 °C. Este tratamento deve ser realizado a uma temperatura 14–28 °C (25–50 °F) inferior à temperatura de revenimento anterior. Após o alívio de tensões, resfrie lentamente a uma taxa máxima de 300 °C/h para evitar a formação de novas 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 suas superfícies 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.
5. Fornecimento de formas e dimensões
O aço para ferramentas H11 que fornecemos está disponível em diversos formatos, incluindo barras redondas, chapas finas, placas, barras planas, barras quadradas e blocos. As dimensões da barra plana variam de: largura 20 a 600 mm × espessura 20 a 400 mm × comprimento 1.000 a 5.500 mm. As dimensões da barra redonda variam de um diâmetro de 20 a 400 mm × comprimento de 1.000 a 5.500 mm. As dimensões do bloco são obtidas cortando a barra plana.
Para tamanhos menores, como barras redondas com diâmetro inferior a 70 mm, utilizamos o processo de laminação a quente. Para tamanhos superiores a 70 mm, oferecemos produtos forjados.
Teste UT: setembro de 1921-84 D/d, E/e.
Tratamento de superfície: acabamentos de superfície originais pretos, descascados, usinados/torneados, polidos, retificados ou fresados.
Status do Estoque: Não mantemos estoque de aço para ferramentas H11. Organizamos a produção com base nos pedidos dos clientes.
Prazo de entrega: Materiais para forno elétrico a arco (EAF) levam de 30 a 45 dias. Materiais para ESR levam aproximadamente 60 dias.
- Bringas, JE (Ed.). (2004). Manual de Padrões Comparativos de Aço do Mundo (3ª ed., p. 434). ASTM Internacional. ↩︎
- Murray, GT (Ed.). (1997). Manual de Seleção de Materiais para Aplicações de Engenharia. Imprensa CRC. ↩︎
Perguntas frequentes
O aço H11 é principalmente um aço para moldes de trabalho a quente com resfriamento a ar, frequentemente conhecido como DIN 1.2343 ou JIS SKD6. É um aço para ferramentas de trabalho a quente à base de cromo, altamente valorizado por sua tenacidade excepcional e capacidade de manter suas propriedades mesmo em temperaturas elevadas. É amplamente utilizado na fabricação de moldes.
O aço para ferramentas H11 é conhecido por sua excelente tenacidade ao impacto, forte resistência à fadiga térmica (também conhecida como "heat checking") e alta resistência, mantendo essas qualidades em temperaturas próximas a 600 °C. Também oferece boa resistência ao desgaste, temperabilidade, plasticidade, resistência à corrosão, estabilidade em altas temperaturas, resistência à oxidação e soldabilidade, tornando-o relativamente fácil de processar.
O aço H11 é reconhecido globalmente por diversas designações, incluindo DIN 1.2343 (Alemanha), JIS SKD6 (Japão) e BH11 (Norma Britânica). Nos EUA, ele atende a normas como ASTM A681, FED QQ-T-570, SAE J437, SAE J438 e SAE J467, e sua designação no Sistema de Numeração Unificado (UNS) é T20811.
O aço H11 contém menos vanádio do que o aço H13. Isso resulta em maior tenacidade e resistência superior à trinca por fadiga térmica (melhor capacidade de suportar ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento) em comparação ao H13, embora possa apresentar resistência ligeiramente menor ao desgaste e ao revenimento.
O aço H11 é frequentemente escolhido quando a aplicação exige máxima resistência a trincas e choques térmicos, especialmente quando o resfriamento a água está envolvido em serviço ou sob ciclos frequentes de aquecimento e resfriamento. Sua tenacidade superior e usinabilidade geralmente mais fácil (devido à menor dureza) também o tornam uma escolha favorável em relação ao H13 para determinados projetos.
O aço para ferramentas H11 é frequentemente utilizado em aplicações de ferramentas a quente que exigem alta resistência à fissuração. Suas principais aplicações incluem matrizes de fundição sob pressão (especialmente para ligas de alumínio e magnésio), matrizes de forjamento, punções a quente, lâminas de cisalhamento a quente e ferramentas de extrusão. Também é utilizado na indústria aeroespacial para componentes estruturais críticos, como trens de pouso de aeronaves.
Sim, o aço H11 é amplamente utilizado na fabricação de moldes de plástico, especialmente nas peças de inserção do molde.
O aço para ferramentas H11 está comumente disponível em barras redondas, chapas, chapas e barras planas. Também pode ser fornecido em placas, tarugos, arames, perfis, bobinas de aço e tubos. As condições da superfície variam, incluindo preto original, descascado, polido, usinado, laminado a quente, retificado, torneado, trefilado ou laminado a frio.
Para a têmpera, os aços para ferramentas H11 são geralmente pré-aquecidos a 816 °C (1500 °F) e, em seguida, aquecidos diretamente a 1010 °C (1850 °F), onde são mantidos nessa temperatura por 15 a 40 minutos. O processo de têmpera é concluído por têmpera ao ar, que é eficaz devido à altíssima temperabilidade do H11. Alguns métodos envolvem o resfriamento em óleo após a têmpera de 1000 °C a 1030 °C, seguido de resfriamento ao ar.
O revenimento do aço H11 é realizado em temperaturas que variam de 538 a 649 °C (1000 a 1200 °F) para atingir uma dureza Rockwell C entre 54 e 38. O revenimento duplo é altamente recomendado, com cada etapa de revenimento durando uma hora na temperatura escolhida, seguida de resfriamento ao ar.
Sim, os aços para ferramentas H11 podem ser soldados usando métodos convencionais. No entanto, procedimentos especiais são frequentemente necessários, incluindo pré-aquecimento e o uso de materiais de adição que correspondam à composição do material base. É importante observar que o H11 é suscetível a trincas induzidas por hidrogênio (HIC) devido ao seu alto teor de liga e temperabilidade, portanto, o controle preciso da temperatura (por exemplo, 310-370 °C para revestimento duro) durante a soldagem é crucial.
Sim, o aço H11 apresenta boa usinabilidade. Sua taxa de usinabilidade é de aproximadamente 75% a 80%, em comparação com o aço carbono 1% e cerca de 75% dos aços para ferramentas do grupo "W". É frequentemente considerado mais fácil de usinar do que o aço H13 devido à sua menor dureza.
Os aços para ferramentas H11 são normalmente forjados a cerca de 1121 °C (2050 °F). Forjamento abaixo de 899 °C (1650 °F) não é recomendado. A temperatura exata pode variar, geralmente na faixa de 1000 a 1200 °C (1832 a 2192 °F), dependendo das propriedades de deformação desejadas.
Sim, o aço H11 serve como um excelente substrato para revestimento PVD. Para nitretação, uma pequena zona de difusão é preferível, e a formação de camadas compostas e oxidadas deve ser evitada. O H11 é adequado para processos de nitretação por banho, gás e plasma, podendo ser nitretado a temperaturas de 500 a 600 °C para obter uma superfície dura. Estudos também exploraram revestimentos de TiN em aço H11.
A dureza do aço H11 pós-tratamento térmico varia com o revenimento. Para aplicações gerais, uma dureza de 50-54 HRC é comum. Quando resfriado a ar de 1038 °C (1900 °F) por 45 minutos, pode atingir até 57 HRC. O revenimento na faixa de 538-649 °C (1000-1200 °F) pode resultar em uma dureza Rockwell C de 54 a 38.
Sim, o aço para ferramentas H11 (especificamente DIN 1.2343 / AISI H11) pode ser produzido por meio de processos de manufatura aditiva, como a Fusão em Leito de Pó a Laser (LPBF). Pesquisas indicam que tratamentos térmicos subsequentes à LPBF podem ser usados para ajustar com precisão a microestrutura e a dureza desses aços fabricados por meio de manufatura aditiva.
O H11 é normalmente classificado em 60-70% quando comparado ao aço para ferramentas endurecível em água W1 (que serve como referência de usinabilidade de 100% para aços para ferramentas).
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