1.2343 vs 1.2344 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam a escolha entre dois aços para ferramentas de trabalho a quente de origem alemã, quando especificam matrizes e ferramentas: 1.2343 e 1.2344. A decisão geralmente equilibra a resistência a quente e a resistência ao desgaste contra tenacidade, soldabilidade e custo. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção de um aço para matrizes de conformação em alta temperatura (onde a dureza a quente e a resistência ao revenido são importantes) ou para ferramentas expostas a choque térmico (onde a tenacidade e a resistência a trincas são críticas).
A principal distinção prática é que o 1.2344 é formulado para fornecer uma dureza um pouco mais alta, resistência a quente e resistência ao desgaste, enquanto o 1.2343 troca um pouco dessa dureza a quente máxima por uma tenacidade melhorada e características de tratamento térmico e reparo ligeiramente mais fáceis. Como ambos são graus de trabalho a quente de designação alemã, eles são frequentemente comparados diretamente para fundição sob pressão, forjamento, extrusão e outras aplicações de trabalho a quente.
1. Normas e Designações
- EN (Europeia): 1.2343 e 1.2344 (designações numéricas EN comumente usadas para aços para ferramentas de trabalho a quente)
- Nomes comerciais/AISI comuns: Esses aços correspondem à família de aços para ferramentas de trabalho a quente da série H; 1.2344 é amplamente referenciado como o equivalente H13 em muitos catálogos internacionais; 1.2343 mapeia para um grau de trabalho a quente intimamente relacionado (frequentemente comparado ao H11 em discussões).
- Outras normas: JIS, GB e ASTM fornecem seus próprios equivalentes ou quase equivalentes; formas de produto (barra, chapa, forjados, blocos pré-endurecidos) seguem especificações do fornecedor.
- Classificação: Ambos são aços para ferramentas de trabalho a quente (aços para ferramentas de liga endurecíveis por ar), não são aços inoxidáveis, não são HSLA, e são usados onde a resistência a altas temperaturas e a resistência ao revenido são necessárias.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir mostra as faixas de composição típicas citadas por normas de materiais e principais fornecedores. As químicas reais variam de acordo com o lote do moinho e a especificação; trate os valores como faixas representativas usadas para selecionar a estratégia de liga, em vez de mínimas/máximas garantidas absolutas.
| Elemento | 1.2343 (wt% típico) | 1.2344 (wt% típico) |
|---|---|---|
| C | 0.32 – 0.40 | 0.32 – 0.45 |
| Mn | 0.30 – 0.60 | 0.30 – 0.60 |
| Si | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.20 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 4.00 – 5.00 | 4.75 – 5.50 |
| Ni | ≤ 0.30 | ≤ 0.30 |
| Mo | 0.80 – 1.25 | 1.10 – 1.75 |
| V | 0.70 – 1.00 | 0.80 – 1.20 |
| Nb | traço | traço |
| Ti | traço | traço |
| B | traço | traço |
| N | traço | traço |
Como a estratégia de liga afeta as propriedades: - Carbono: define o potencial de dureza da martensita e contribui para a resistência ao desgaste; maior teor de carbono ajuda na dureza, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade. - Cromo: melhora a endurecibilidade, a dureza vermelha (dureza a quente) e a resistência à oxidação em temperaturas elevadas. - Molibdênio e Vanádio: formam carbonetos estáveis que aumentam o endurecimento secundário, a resistência ao revenido e a resistência ao desgaste em temperaturas de trabalho a quente; eles também melhoram a endurecibilidade. - Silício e Manganês: desoxidação e ajustes de resistência; impactam o comportamento de revenido. - Microaliagem menor (Nb, Ti, B): quando presentes em quantidades traço, podem refinar o grão, influenciar a endurecibilidade ou ajudar na tenacidade; frequentemente não estão presentes em quantidades significativas para esses aços clássicos de trabalho a quente.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestrutura e resposta típicas: - Ambos os graus são aços para ferramentas martensíticos com carbonetos de liga dispersos (carbonetos ricos em Cr, Mo, V). Na condição de resfriamento rápido, apresentam uma matriz martensítica revenida com rede de carbonetos. - O 1.2344, com seu teor geralmente mais alto de Cr e Mo (e às vezes ligeiramente mais alto de C), exibe maior endurecibilidade e uma fração maior de carbonetos de liga capazes de fornecer um endurecimento secundário mais forte após o revenido. Isso resulta em superior dureza a quente e resistência ao amolecimento em temperaturas elevadas. - O 1.2343 tende a uma matriz martensítica revenida ligeiramente mais tenaz, com menos carbonetos de liga duros em relação ao 1.2344, o que pode se traduzir em melhor resistência à iniciação de trincas sob fadiga térmica.
Caminhos e efeitos do tratamento térmico: - Normalização: ambos os aços são comumente normalizados para refinar o grão e homogeneizar antes da têmpera; isso reduz a segregação e melhora a tenacidade. - Resfriamento: o resfriamento em ar ou óleo a partir da temperatura de austenitização é típico; o maior teor de liga do 1.2344 suporta a têmpera em ar com boa endurecibilidade. O meio de resfriamento e a taxa de resfriamento influenciam a austenita retida e a distorção. - Revenido: múltiplos ciclos de revenido são usados para alcançar martensita revenida estável e endurecimento secundário. O 1.2344 se beneficia mais dos picos de endurecimento secundário devido aos carbonetos de Mo e V, proporcionando superior resistência ao revenido em temperaturas de revenido mais altas. - Processamento termo-mecânico: forjamento ou laminação controlada seguidos de tratamento térmico apropriado podem melhorar a tenacidade por meio do refino do grão para ambos os graus.
4. Propriedades Mecânicas
A tabela a seguir fornece faixas típicas de propriedades para condições de têmpera e revenido (os valores reais dependem fortemente do tratamento térmico específico e da temperatura de revenido). Use estes como orientação de projeto em vez de dados garantidos do fornecedor.
| Propriedade | 1.2343 (típico) | 1.2344 (típico) |
|---|---|---|
| Resistência à tração (MPa) | 900 – 1.200 | 1.000 – 1.300 |
| Resistência ao escoamento (MPa) | 700 – 950 | 800 – 1.050 |
| Alongamento (%) | 8 – 14 | 7 – 12 |
| Tenacidade ao impacto (J, Charpy) | relativamente maior | moderada a alta |
| Dureza (HRC, temperado e revenido) | 42 – 52 | 44 – 54 |
Interpretação: - O 1.2344 geralmente alcança maiores resistências à tração e ao escoamento e dureza máxima após tratamento térmico apropriado devido ao seu maior teor de liga e população de carbonetos mais forte. - O 1.2343 comumente oferece uma ductilidade e tenacidade ao impacto marginalmente melhores em níveis de dureza equivalentes, tornando-o ligeiramente menos propenso à fratura frágil sob carregamento térmico cíclico ou choque. - Designers escolhem o 1.2344 para aplicações que exigem maior dureza a quente e resistência ao desgaste; escolhem o 1.2343 onde a tenacidade e a resistência à propagação de trincas são a prioridade.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende do equivalente de carbono e da microaliagem. Para avaliação qualitativa, os engenheiros usam índices como o Equivalente de Carbono IIW e Pcm. Fórmulas representativas:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Tanto o 1.2343 quanto o 1.2344 têm carbono moderado e liga significativa, resultando em equivalentes de carbono moderados a elevados. Isso requer pré-aquecimento controlado, controle de temperatura entre passes e tratamento térmico pós-solda (PWHT) para evitar trincas assistidas por hidrogênio e para re-revender zonas endurecidas. - O 1.2344 geralmente apresenta valores de CE/PCM ligeiramente mais altos devido ao maior teor de Cr/Mo/V; portanto, é marginalmente mais desafiador de soldar e reparar do que o 1.2343. O pré-aquecimento e o resfriamento lento são especialmente importantes para o 1.2344 para evitar trincas. - Prática recomendada: use consumíveis de baixo hidrogênio, pré-aquecimento adequado (dependente do fornecedor e do procedimento de solda) e realize PWHT para restaurar o revenido e aliviar tensões residuais.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, 1.2343 ou 1.2344, são aços inoxidáveis; eles não possuem o teor de cromo (>10,5–11%) necessário para resistência à corrosão em serviço. Portanto, estratégias de proteção contra corrosão são necessárias para ambientes onde a oxidação ou ataque químico são relevantes.
- Proteções típicas: revestimento (eletrodeposição, cromo duro onde compatível com temperatura), sistemas de pintura, óleo/graxas ou barreiras físicas; para controle de oxidação em alta temperatura, tratamentos de superfície como nitretação (onde aplicável) ou revestimentos de barreira térmica podem ser considerados.
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) não é aplicável a esses aços de trabalho a quente de baixo Cr, pois não são graus inoxidáveis; portanto, a fórmula PREN não é relevante:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Use tais índices apenas para ligas inoxidáveis austeníticas.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Maquinabilidade: Ambos os graus são usináveis de forma semelhante na condição de recozido; a maquinabilidade diminui significativamente após a têmpera. O 1.2344, com teor de liga e potencial de dureza ligeiramente mais altos, pode ser mais abrasivo nas ferramentas e pode exigir ferramentas de carboneto ou insertos revestidos.
- Formabilidade e dobra: Estes não são aços para conformação em chapa; para qualquer conformação a frio, o aço deve ser fornecido na condição apropriada de macio/recozido. Após a têmpera, a conformação não é viável.
- Acabamento de superfície: Ambos aceitam retificação, EDM e operações de acabamento convencionais. EDM é comum para cavidades complexas; atenção à trinca e à entrada de calor local é essencial.
- Reparo: O 1.2343 é tipicamente mais fácil de retificar e reparar por solda do que o 1.2344; no entanto, ambos requerem pré-aquecimento e PWHT ao soldar.
8. Aplicações Típicas
| Tipo de aplicação | 1.2343 (usos típicos) | 1.2344 (usos típicos) |
|---|---|---|
| Matrizes de forjamento a quente | Matrizes de forjamento a quente de menor a médio porte onde maior tenacidade é valorizada | Matrizes de forjamento de alta resistência que requerem maior dureza a quente e resistência ao desgaste |
| Ferramentas de fundição sob pressão | Inserções sujeitas a ciclagem térmica, mas onde a resistência a trincas é importante | Pinos de núcleo, inserções de matriz com alto desgaste térmico e abrasivo |
| Ferramentas de extrusão | Ferramentas para extrusão onde resistência a quente moderada e tenacidade são necessárias | Matrizes de extrusão operando em temperaturas/pressões mais altas |
| Ferramentas de trabalho a quente (geral) | Ferramentas de prensa, matrizes de corte sujeitas a choque | Pistões de alta temperatura, pinos de ejeção, matrizes que necessitam de resistência ao revenido |
| Ferramentas reparáveis | Preferido onde a soldabilidade e os reparos em campo são frequentes | Usado onde o desempenho ao desgaste justifica procedimentos de reparo mais cuidadosos |
Racional de seleção: - Escolha 1.2344 para temperaturas de serviço mais altas, aplicações com desgaste abrasivo severo ou quando manter a dureza em temperaturas de revenido elevadas é crítico. - Escolha 1.2343 quando fadiga térmica, resistência a trincas e facilidade de reparo são prioridades mais altas.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: 1.2344 (tipo H13) é um dos aços para ferramentas de trabalho a quente mais onipresentes globalmente; geralmente está disponível a um custo comparável ou ligeiramente mais alto do que o 1.2343 devido à demanda e ao processamento. O maior teor de liga no 1.2344 pode aumentar marginalmente o custo do material.
- Disponibilidade: 1.2344 tem excelente disponibilidade em muitas formas de produto (barra redonda, chapa, blocos pré-endurecidos, forjados). O 1.2343 também está amplamente disponível, mas às vezes é mais comum em aplicações específicas ou cadeias de suprimento regionais.
- Formas de produto: Ambos são vendidos nas condições recozidas e pré-endurecidas; os prazos de entrega dependem do tamanho, acabamento e estoque do fornecedor.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | 1.2343 | 1.2344 |
|---|---|---|
| Soldabilidade (qualitativa) | Melhor (reparos mais fáceis) | Ligeiramente mais desafiador |
| Equilíbrio entre resistência e tenacidade | Mais tenaz, ligeiramente mais dúctil | Maior resistência e dureza a quente |
| Custo (típico) | Competitivo | Comparável a ligeiramente mais alto |
| Disponibilidade | Boa | Excelente, amplamente estocado |
Escolha 1.2343 se: - Suas ferramentas estão expostas a ciclagens térmicas frequentes ou choque e a resistência a trincas e a facilidade de reparo em campo são prioridades. - Você precisa de uma combinação equilibrada de tenacidade e desempenho em trabalho a quente com requisitos de soldagem/reparo um pouco mais simples. - Uma dureza a quente máxima ligeiramente mais baixa é aceitável em troca de melhor resistência à fratura.
Escolha 1.2344 se: - A aplicação exige maior endurecibilidade, dureza a quente sustentada e superior resistência ao desgaste em temperaturas de revenido elevadas. - Você está projetando para altas tensões térmicas e abrasivas (matrizes de forjamento pesadas, núcleos de fundição exigentes, extrusão em alta temperatura). - Você pode acomodar procedimentos de soldagem mais rigorosos, pré-aquecimento e PWHT para reparo e junção.
Nota final: Tanto o 1.2343 quanto o 1.2344 são aços para ferramentas de trabalho a quente comprovados; a seleção deve ser confirmada com as fichas técnicas do fornecedor, cronogramas específicos de tratamento térmico e testes de protótipos sob condições de serviço representativas para validar dureza, tenacidade e vida útil para a aplicação pretendida.