Aço Ferramenta H13 Aço Redondo Laminado Aço Redondo Liso H13

Código digital unificado T20502; grau 4Cr5MoSiV1. Possui boas propriedades abrangentes em temperatura média (~600°), alta temperabilidade (pode ser temperado ao ar), baixa taxa de deformação no tratamento térmico, seu desempenho e vida útil são maiores que os do 3Cr2W8V. Pode ser usado para matrizes de forjamento a martelo, matrizes de fundição sob pressão de liga de alumínio, matrizes de extrusão a quente, matrizes de forjamento de alta velocidade de precisão e matrizes de prensas de forjamento, etc.

Dureza: Recozimento, 245～205HB, Têmpera, ≥50HRC

Dureza Brinell HBW10/3000 (≤235)

O aço H13 é um aço para matrizes de trabalho a quente amplamente utilizado e representativo. Suas principais características são:

(1) Alta temperabilidade e alta tenacidade;

(2) Excelente resistência à fissuração térmica e pode ser resfriado a água no local de trabalho;

(3) Possui resistência moderada ao desgaste, podendo ser utilizados processos de cementação ou nitretação para aumentar sua dureza superficial, mas a resistência ao craqueamento térmico será ligeiramente reduzida;

(4) Devido ao seu baixo teor de carbono, sua capacidade de endurecimento secundário durante o revenimento é baixa;

(5) Tem a capacidade de resistir ao amolecimento em temperaturas mais altas, mas a dureza diminui rapidamente quando a temperatura de operação é superior a 540 ℃ (1000 ℉) (ou seja, a temperatura de trabalho é 540 ℃);

(6) Pequena deformação após tratamento térmico;

(7) Usinabilidade média e alta;

(8) Resistência moderada à descarbonetação.

O que é mais notável é que ele também pode ser usado para fabricar componentes importantes na indústria da aviação.

Suas aplicações são basicamente as mesmas do aço para moldes 9CRWMN, mas devido ao seu teor ligeiramente mais elevado de vanádio, seu desempenho em temperaturas médias (600 graus) é melhor do que o aço 4Cr5MoSiV. É um grau de aço representativo com aplicações muito amplas entre os aços ferramenta para trabalho a quente.

O aço H13 é usado para fabricar matrizes de forjamento com grandes cargas de impacto, matrizes de extrusão a quente, matrizes de forjamento de precisão e matrizes de fundição sob pressão para alumínio, cobre e suas ligas.

Têmpera: pré-aquecimento a 790 graus +- 15 graus, aquecimento a 1000 graus (banho de sal) ou 1010 graus (atmosfera controlada no forno) +- 6 graus, manutenção do calor por 5-15 minutos, resfriamento ao ar, revenimento a 550 graus +- 6 graus; recozimento, trabalho a quente;

O aço H13 é um aço do tipo C-Cr-Mo-Si-V, extremamente comum em aplicações em todo o mundo. Muitos estudiosos em vários países realizaram pesquisas extensas sobre ele e estão explorando melhorias em sua composição química. A ampla aplicação e as excelentes propriedades do aço são principalmente determinadas por sua composição química. Claro, reduzir os elementos de impureza no aço também é importante. Dados mostram que, quando Rm é 1550 MPa, reduzir o teor de enxofre de 0,005% para 0,003% pode aumentar a tenacidade ao impacto em cerca de 13J. A norma NADCA 207-2003 estipula que o aço H13 premium tem um teor de enxofre inferior a 0,005%, enquanto o grau superior deve ter menos de 0,003% de S e 0,015% de P. A composição do aço H13 será analisada abaixo.Carbono: O teor de carbono do aço americano AISI H13, UNS T20813, ASTM (versão nova) H13 e FED-T-570 H13 é especificado como (0,32~0,45)%, que é a faixa mais ampla de teor de carbono entre todos os aços H13. O teor de carbono do alemão X40CrMoV5-1 e 1.2344 é (0,37~0,43)%, que é uma faixa mais estreita. O alemão DIN17350 também tem o X38CrMoV5-1 com um teor de carbono de (0,36~0,42)%. O teor de carbono do japonês SKD 61 é (0,32~0,42)%. O teor de carbono de 4Cr5MoSiV1 e SM 4Cr5MoSiV1 nas normas GB/T 1299 e YB/T 094 do meu país é (0,32~0,42)% e (0,32~0,45)%, respectivamente, que é o mesmo que SKD61 e AISI H13. Deve-se notar especialmente que o teor de carbono do aço H13 nos padrões da North American Die Casting Association NADCA 207-90, 207-97 e 207-2003 é especificado como (0,37~0,42)%.

O teor de carbono no aço determina a dureza da matriz do aço temperado. De acordo com a curva de relação entre o teor de carbono no aço e a dureza do aço temperado, a dureza de têmpera do aço H13 é de cerca de 55HRC. Para aço ferramenta, parte do carbono no aço entra na matriz do aço para causar fortalecimento por solução sólida. Outra parte do carbono se combinará com os elementos formadores de carbonetos nos elementos de liga para formar carbonetos de liga. Para aço para matrizes de trabalho a quente, além de uma pequena quantidade de carbonetos de liga residuais, também é necessário dispersar e precipitar na matriz de martensita temperada durante o processo de revenimento para produzir um fenômeno de dupla têmpera. Portanto, o desempenho do aço para matrizes de trabalho a quente é determinado pelos compostos de carbono de liga residuais uniformemente distribuídos e pela organização da martensita revenida. Pode-se ver que o teor de C no aço não pode ser muito baixo.

O aço H13 contendo 5% de Cr deve ter alta tenacidade, portanto seu teor de C deve ser mantido em um nível que forme uma pequena quantidade de carbonetos de liga. Woodyatt e Krauss apontaram que no diagrama de fases ternário Fe-Cr-C a 870℃, a posição do aço H13 é preferencialmente na fronteira das regiões trifásicas austenita A e (A+M3C+M7C3). O teor de C correspondente é de aproximadamente 0,4%. O gráfico também marca as posições dos aços A2 e D2, que possuem maior resistência ao desgaste devido às quantidades aumentadas de C ou Cr, para comparação. Adicionalmente, é importante que a manutenção de um teor de C relativamente baixo mantenha o ponto Ms do aço em um nível de temperatura relativamente alto (o Ms do aço H13 é geralmente introduzido como cerca de 340℃), de modo que o aço obtenha uma estrutura principalmente de martensita com uma pequena quantidade de austenita retida e carbonetos de liga uniformemente distribuídos após o resfriamento até a temperatura ambiente, e uma estrutura uniforme de martensita revenida após o revenimento. Isso evita a transformação de austenita retida excessiva em temperaturas de trabalho, o que afetaria o desempenho de trabalho ou a deformação da peça. Essas pequenas quantidades de austenita retida devem ser completamente transformadas durante os processos de dois ou três revenimentos após o resfriamento. Observa-se também aqui que a estrutura de martensita obtida após o resfriamento do aço H13 é martensita lamelar + uma pequena quantidade de martensita laminar + uma pequena quantidade de austenita retida. Os carbonetos de liga muito finos precipitados na martensita lamelar após o revenimento também foram estudados por pesquisadores nacionais em certa medida.

Como todos sabemos, aumentar o teor de carbono no aço melhorará a resistência do aço. Para aço para matriz de trabalho a quente, aumentará a resistência em alta temperatura, a dureza a quente e a resistência ao desgaste, mas levará a uma diminuição em sua tenacidade. Acadêmicos na literatura do manual de produtos de aço ferramenta provaram claramente este ponto comparando as propriedades de vários aços do tipo H. Acredita-se geralmente que o limite de teor de carbono que leva a uma diminuição na plasticidade e tenacidade do aço é 0,4%. Portanto, exige-se que as pessoas sigam o seguinte princípio no projeto de liga de aço: o teor de carbono do aço deve ser reduzido o máximo possível, mantendo a resistência. Alguns dados propuseram que quando a resistência à tração do aço atinge acima de 1550MPa, o teor de C deve estar na faixa de 0,3%-0,4%. A resistência Rm do aço H13 é introduzida em alguma literatura como 1503,1MPa (a 46HRC) e 1937,5MPa (a 51HRC).

De acordo com as informações da FORD e da GM, o teor de C nos aços TQ-1, Dievar e ADC3 recomendados é de 0,39% e 0,38%, etc. Os indicadores de tenacidade correspondentes estão listados na Tabela 1, e as razões podem ser vistas a partir disso.

Para aço ferramenta para trabalho a quente que requer maior resistência, o método utilizado é aumentar o teor de Mo ou aumentar o teor de carbono com base na composição do aço H13, o que será discutido posteriormente. É claro que uma ligeira diminuição na tenacidade e plasticidade é esperada.

2.2 Cromo: O cromo é um elemento de liga comum e barato em aços ferramenta ligados. Nos Estados Unidos, os aços para matrizes de trabalho a quente do tipo H contêm Cr na faixa de 2%~12%. Nos aços ferramenta ligados da China (GB/T1299), todas as 37 classes de aço, exceto 8CrSi e 9Mn2V, contêm Cr. O cromo tem efeitos benéficos na resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas, dureza a quente, tenacidade e temperabilidade do aço. Ao mesmo tempo, ele se dissolve na matriz e melhora significativamente a resistência à corrosão do aço. No aço H13, a presença de Cr e Si torna a película de óxido densa, melhorando assim a resistência à oxidação do aço. Além disso, analisando o efeito do Cr no desempenho de revenimento do aço 0,3C-1Mn, adicionar <6% de Cr é benéfico para melhorar a resistência ao revenimento do aço, mas não constitui endurecimento secundário; quando o aço contém >6% de Cr, ocorrerá um efeito de endurecimento secundário ao revenimento a 550℃ após o têmpera. As pessoas geralmente escolhem uma adição de cromo de 5% para aços para matrizes de trabalho a quente.

Parte do cromo no aço ferramenta se dissolve no aço para desempenhar um papel no fortalecimento por solução sólida, e a outra parte se combina com o carbono para existir na forma de (FeCr)3C, (FeCr)7C3 e M23C6 de acordo com o teor de cromo, afetando assim o desempenho do aço. Além disso, a interação dos elementos de liga também deve ser considerada. Por exemplo, quando o aço contém cromo, molibdênio e vanádio, Cr>3%Quando, Cr pode impedir a formação de V4C3 e adiar a precipitação coerente de Mo2C, V4C3 e Mo2C são fases de fortalecimento que melhoram a resistência em alta temperatura e a resistência à têmpera do aço.^[14], esta interação melhora o desempenho de resistência ao calor do aço.

O cromo se dissolve na austenita do aço e aumenta a temperabilidade do aço. Cr, Mn, Mo, Si, Ni são todos elementos de liga que aumentam a temperabilidade do aço como o Cr. As pessoas estão acostumadas a caracterizar isso com fatores de temperabilidade. Geralmente, os dados domésticos existentes [15] ainda usam apenas os dados de Grossmann et al. Posteriormente, o trabalho adicional de Moser e Legat [16,22] propôs determinar o diâmetro básico de temperabilidade Dic com base no teor de carbono e no tamanho do grão austenítico, e os fatores de temperabilidade determinados pelo conteúdo de elementos de liga (mostrados na Figura 3) para calcular o diâmetro crítico ideal Di do aço ligado. Ele também pode ser calculado aproximadamente pela seguinte fórmula:

Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)

(1) Na fórmula, cada elemento de liga é expresso em porcentagem de massa. A partir desta fórmula, as pessoas têm uma compreensão semi-quantitativa razoavelmente clara da influência dos elementos Cr, Mn, Mo, Si e Ni na temperabilidade do aço.

O efeito do Cr no ponto eutetóide do aço é aproximadamente semelhante ao do Mn. Com um teor de cromo de cerca de 5%, o teor de carbono no ponto eutetóide cai para cerca de 0,5%. Além disso, a adição de Si, W, Mo, V e Ti reduz ainda mais significativamente o teor de carbono no ponto eutetóide. A partir disso, pode-se saber que o aço para matrizes de trabalho a quente e o aço rápido, como outros tipos de aço, pertencem ao aço hipereutetóide. A redução no teor de carbono eutetóide aumentará o teor de carbonetos de liga na estrutura após a austenitização e na estrutura subsequente.

O comportamento dos carbonetos de liga no aço está relacionado à sua própria estabilidade. De fato, a estrutura, a estabilidade e o grau de deficiência eletrônica da camada d e da camada s dos elementos formadores de carbonetos correspondentes estão relacionados [17]. À medida que o grau de deficiência eletrônica diminui, o raio atômico do átomo metálico diminui, a razão do raio atômico do carbono para o elemento metálico rc/rm aumenta e o carboneto de liga passa de uma fase intersticial para um composto intersticial. A estabilidade do carboneto enfraquece, sua temperatura de fusão e temperatura de dissolução correspondentes em A diminuem, o valor de sua energia livre de formação diminui e o valor de dureza correspondente diminui. O carboneto VC, que possui uma rede cúbica de face centrada, tem alta estabilidade e começa a se dissolver a uma temperatura de cerca de 900~950℃, e se dissolve em grandes quantidades acima de 1100℃ (a temperatura de conclusão da dissolução é 1413℃) [17]; ele precipita durante o revenimento a 500~700℃, não é propenso à agregação e crescimento e pode servir como uma fase de reforço no aço. Os carbonetos M2C e MC formados por elementos moderados formadores de carbonetos W e Mo possuem redes hexagonais simples e compactas, e sua estabilidade é um pouco menor. Eles também possuem alta dureza, ponto de fusão e temperatura de dissolução, e ainda podem servir como fases de reforço para aços usados na faixa de 500~650℃. M23C6 (como Cr23C6, etc.) possui uma rede cúbica complexa e estabilidade ainda menor. Sua força de ligação é fraca, e seu ponto de fusão e temperatura de dissolução são baixos (ele se dissolve em A a 1090℃). Apenas em alguns aços resistentes ao calor após uma liga abrangente ele possui maior estabilidade (como (CrFeMoW)23C6, que pode servir como uma fase de reforço). M7C3 (como Cr7C3, Fe4Cr3C3 ou Fe2Cr5C3), que possui uma estrutura hexagonal complexa, tem estabilidade ainda menor. Como os carbonetos do tipo Fe3C, ele é muito fácil de dissolver e precipitar e tem uma grande taxa de agregação e crescimento, geralmente não sendo adequado como uma fase de reforço em alta temperatura [17].

Ainda podemos entender facilmente as fases de carboneto de liga no aço H13 a partir do diagrama de fases ternário Fe-Cr-C. De acordo com as seções isotérmicas do sistema Fe-Cr-C a 700℃[18~20] e 870℃[9], para aço contendo 0,4%C, os carbonetos de liga do tipo (FeCr)3C (M3C) e (CrFe)7C3 (M7C3) aparecerão conforme o teor de Cr aumenta. Observe que no diagrama de 870℃, M23C6 só aparece quando o teor de Cr é maior que 11%). Além disso, de acordo com a seção vertical do sistema ternário Fe-Cr-C a 5%Cr, para aço contendo 0,40%C no estado recozido, existem fase α (cerca de 1% Cr em solução sólida) e carboneto de liga (CrFe)7C3. Quando aquecido acima de 791℃, a austenita A se forma e entra na região trifásica (α+A+M7C3), por volta de 795℃ entra na região bifásica (A+M7C3), e por volta de 970℃, (CrFe)7C3 desaparece, entrando na região monofásica A. Quando o teor de carbono na matriz é <0,33%, a região trifásica (M7C3+M23C6+A) existe apenas por volta de 793℃, e a 796℃ entra na região (A+M7C3) (a 0,30%C), que então persiste até a fase líquida. O M7C3 residual no aço tem o efeito de inibir o crescimento dos grãos A. Nilson propôs que para a liga com uma composição de 1,5%C-13%Cr, o (CrFe)23C6 metastável não se forma [20]. Claro, haverá alguns desvios se apenas o sistema ternário Fe-Cr-C for analisado, e a influência dos elementos de liga adicionados deve ser considerada.