Aços-ferramenta resistentes à fadiga térmica para fissuração a quente e trincas por calor.
A fadiga térmica ocorre quando a superfície de uma ferramenta é repetidamente aquecida e resfriada durante o uso. A superfície se expande, se contrai e, por fim, desenvolve microfissuras. Em ferramentas para trabalho a quente, essa falha é geralmente chamada de trincas térmicas, fissuras por chama ou fissuras a quente.
Aços para ferramentas resistentes à fadiga térmica disponíveis na Aobo Steel.
A Aobo Steel fornece aços-ferramenta para trabalho a quente da série H e aços de suporte para trabalho a quente de alta resistência para matrizes de fundição sob pressão, matrizes de extrusão a quente, matrizes de forjamento a quente, mandris, punções a quente e ferramentas de grande porte para trabalho a quente.
H13 | 1,2344 | SKD61
Aço balanceado para trabalho a quente, oferecendo resistência a trincas térmicas, resistência mecânica a quente, tenacidade e resistência ao desgaste.
H11 | 1,2343 | SKD6
Aço para trabalho a quente com maior tenacidade e resistência à fissuração para insertos, punções a quente e ferramentas com maior risco de fissuração.
H10 | 1,2365 | SKD7
Direção do aço para trabalho a quente em ferramentas que necessitam de transferência de calor mais rápida e gradientes de temperatura superficial reduzidos.
H21 | 1.2581 | SKD5
Aço tungstênio para trabalho a quente, indicado para serviços em altas temperaturas onde o amolecimento a quente é mais grave do que o choque térmico.
L6 | 1,2714 | SKT4
Opção robusta para matrizes de forjamento de grandes dimensões, porta-matrizes e ferramentas de suporte para trabalhos a quente de alta resistência.
Para a maioria das ferramentas de trabalho a quente, H13 e H11 são as principais opções. H10 é útil quando a transferência rápida de calor é importante. H21 é adequado para serviços em temperaturas mais elevadas, onde o amolecimento a quente é mais grave do que o choque térmico.
O que é fadiga térmica em aço ferramenta?
A fadiga térmica é o surgimento de fissuras superficiais causadas por estresse térmico repetido. A superfície da ferramenta aquece mais rapidamente que o núcleo quando entra em contato com metal fundido ou uma peça quente. Durante o resfriamento, a superfície se contrai mais rapidamente que a seção interna. Esse ciclo de estresse repetido cria microfissuras na superfície de trabalho.
O primeiro sinal visível geralmente é uma rede de microfissuras superficiais. Se o aço não conseguir retardar a propagação das fissuras, estas se aprofundam e podem causar lascamento das bordas, descamação da superfície ou fissuras maiores.
Aços para ferramentas recomendados e resistentes à fadiga térmica
Os aços-ferramenta resistentes à fadiga térmica são principalmente aços-ferramenta para trabalho a quente. A melhor escolha depende da necessidade da ferramenta: desempenho equilibrado, maior tenacidade, transferência de calor mais rápida ou maior resistência ao amolecimento a quente.
| Grau | Notas equivalentes | Principal motivo de seleção | Instruções de uso típicas |
|---|---|---|---|
| H13 | 1.2344 / SKD61 / 4Cr5MoSiV1 | Equilíbrio entre resistência a fissuras térmicas, resistência a altas temperaturas, tenacidade e desgaste. | Matrizes de fundição de alumínio, matrizes de extrusão a quente, matrizes de forjamento a quente |
| H11 | 1.2343 / SKD6 / 4Cr5MoSiV | Melhor resistência e durabilidade em comparação com o H13. | Pastilhas de matriz, punções a quente, ferramentas com maior risco de fissuração |
| H10 | 1.2365 / SKD7 | Maior condutividade térmica que o H13, útil para reduzir gradientes de temperatura na superfície. | Ferramentas de extrusão a quente, matrizes de endurecimento por prensagem, mandris |
| H21 | 1.2581 / SKD5 | Melhor retenção de resistência em temperaturas de trabalho mais elevadas. | Matrizes de extrusão de latão, ferramentas de liga de cobre, ferramentas para trabalho a quente em altas temperaturas. |
| 1.2714 | L6 / SKT4 | Opção robusta para ferramentas de trabalho a quente de grande porte. | Matrizes de forjamento de grande porte, porta-matrizes, ferramentas de suporte para trabalho a quente pesado. |
H13 é o ponto de partida padrão para muitas aplicações de fadiga térmica. H11 é melhor quando a resistência à fissuração é mais importante do que a resistência ao desgaste. H10 é útil quando a ferramenta precisa de uma transferência de calor mais rápida. H21 é mais adequado para trabalhos em temperaturas mais altas, mas não é a melhor escolha para resfriamento rápido e severo.
Por que esses aços para ferramentas resistem à fadiga térmica?
A resistência à fadiga térmica resulta da atuação conjunta de diversas propriedades do material.
A resistência a altas temperaturas ajuda a superfície a resistir à deformação plástica durante o aquecimento. A resistência à têmpera ajuda o aço a manter sua dureza e resistência durante o serviço em altas temperaturas. A tenacidade retarda a propagação de trincas após o início da fissuração térmica. A condutividade térmica reduz a diferença de temperatura entre a superfície quente e o núcleo mais frio.
Os principais elementos de liga também contribuem para essas propriedades. O cromo melhora a resistência à oxidação e a estabilidade dos carbonetos. O molibdênio e o tungstênio melhoram a dureza a quente e a resistência ao amolecimento. O vanádio forma carbonetos estáveis, que ajudam a manter uma estrutura mais fina.
O H10 contém cerca de 3% de cromo, enquanto o H13 contém cerca de 5%. Isso confere ao H10 uma condutividade térmica mais elevada, cerca de 32 W/mK, em comparação com cerca de 26 W/mK para o H13. Em ferramentas onde a temperatura da superfície varia rapidamente, isso pode ajudar a reduzir o trincamento térmico.
O H21 funciona de uma maneira diferente. Seu teor de tungstênio ajuda o aço a manter a resistência até cerca de 620 °C (1150 °F). Isso o torna útil para latão, ligas de cobre e outras ferramentas de trabalho a quente em altas temperaturas, desde que a ferramenta não seja exposta a resfriamento rápido e severo.
Aplicações comuns de aços-ferramenta resistentes à fadiga térmica
Os aços resistentes à fadiga térmica são utilizados em ferramentas para trabalho a quente, onde a superfície de trabalho entra em contato repetidamente com material quente e depois esfria.
| Aplicativo | Principal risco de fadiga térmica | Escolha de nota comum |
|---|---|---|
| Matrizes de fundição de alumínio | Verificação térmica devido ao contato com alumínio fundido e ciclos repetidos de resfriamento. | H13, H11 |
| Matrizes de fundição de magnésio e zinco | Rachaduras superficiais sob ciclos térmicos repetidos | H13, H11 |
| Ferramentas de latão e liga de cobre | Temperaturas de trabalho mais elevadas e risco de amolecimento a quente | H21, H10 |
| Matrizes de extrusão a quente | Contato prolongado com altas temperaturas, pressão e fissuras superficiais. | H13, H11, H10 |
| Matrizes de forjamento a quente | Ciclos térmicos combinados com pressão e impacto | H13, H11, 1,2714 |
| socos quentes e mandris | Aquecimento local e estresse de contato repetido | H10, H13, H21 |
| Matrizes de têmpera por prensagem | Transferência de calor rápida e ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento. | H10, H13 |
Como escolher o aço ferramenta certo para resistência à fadiga térmica
Selecione a classe de acordo com o padrão de falha visível e a temperatura de trabalho.
| Condição de falha | Melhor Direção de Notas |
|---|---|
| Verificação geral de temperatura em ferramentas para trabalho a quente | H13 |
| Fissuração por calor e maior risco de rachaduras | H11 |
| Choque térmico severo e propagação de fissuras | H11 |
| Aquecimento e resfriamento rápidos, com necessidade de melhor transferência de calor. | H10 |
| Ferramentas de latão ou liga de cobre para altas temperaturas | H21 |
| Ferramentas de grande porte para trabalhos a quente com alto impacto. | H11 ou 1,2714 |
| Fadiga térmica combinada com desgaste a quente | H13 ou H21, dependendo da temperatura de trabalho. |
| Fadiga térmica combinada com amolecimento a quente | H13, H10 ou H21 |
Em resumo, use H13 para equilíbrio geral, H11 para maior resistência a trincas, H10 para transferência de calor mais rápida e H21 para serviço em altas temperaturas sem choque térmico severo. O aço 1.2714 é uma opção complementar para ferramentas de trabalho a quente de grande porte, onde a tenacidade é mais importante do que o desempenho máximo em trabalhos a quente.
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