H13 vs 8407 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Introdução
Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente enfrentam a escolha entre dois aços para ferramentas de trabalho a quente, próximos, mas distintos: o AISI H13, amplamente reconhecido globalmente, e uma classe especificada regionalmente, comumente citada como 8407 em listas de fornecedores escandinavos/europeus. A decisão geralmente depende de trocas entre disponibilidade e custo, reprodutibilidade e limpeza do material, e sutis diferenças em endurecimento, tenacidade e práticas de tratamento térmico.
De maneira geral, ambas as classes desempenham funções de ferramentas de trabalho a quente (matrizes, núcleos, punções) e são ligadas para endurecimento e resistência ao revenido; a seleção prática muitas vezes se resume a se um padrão de fornecedor/moinho (controle e rastreabilidade de classe regional) ou uma especificação padronizada internacionalmente é preferido. Como o desempenho do design depende fortemente do tratamento térmico e da limpeza, os engenheiros devem sempre confirmar a química do certificado e a prática de tratamento térmico do fornecedor.
1. Normas e Designações
- AISI/ASTM: H13 (aço para ferramentas de trabalho a quente) — amplamente referenciado em compras americanas e internacionais.
- EN/DIN: Um equivalente europeu típico ao H13 é X40CrMoV5-1 / variantes X38CrMoV5-1 (a nomenclatura varia conforme a norma).
- Nacional/regional: 8407 — uma designação encontrada em alguns catálogos de moinhos escandinavos/europeus e tabelas de referência cruzada; frequentemente produzido de acordo com especificações de moinhos suecos com rastreabilidade e controle de processo específicos para aquele moinho.
- Classificação: Ambos são aços para ferramentas de alta liga (aços para ferramentas de trabalho a quente), não inoxidáveis, não HSLA. Eles são aços para ferramentas ligadas projetados para resistência a altas temperaturas e resistência à fadiga térmica.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir apresenta faixas de composição típicas para AISI H13 e uma composição representativa de 8407 comumente citada como uma variante europeia/escandinava. Como as designações nacionais/regionais e as químicas de moinho podem variar, trate as faixas de 8407 como indicativas; sempre confirme a composição exata no certificado do moinho.
| Elemento | H13 (faixas típicas AISI, % em peso) | 8407 (representativa, faixas típicas, % em peso) |
|---|---|---|
| C | 0,32 – 0,45 | 0,36 – 0,44 |
| Mn | 0,20 – 0,50 | 0,30 – 0,60 |
| Si | 0,80 – 1,20 | 0,80 – 1,20 |
| P | ≤ 0,03 | ≤ 0,025 |
| S | ≤ 0,03 | ≤ 0,025 |
| Cr | 4,75 – 5,50 | 4,5 – 5,3 |
| Ni | ≤ 0,30 | ≤ 0,30 |
| Mo | 1,10 – 1,75 | 0,9 – 1,3 |
| V | 0,80 – 1,20 | 0,8 – 1,2 |
| Nb | — (traço) | — (traço) |
| Ti | — (traço) | — (traço) |
| B | — | — |
| N | — | — |
Como a liga afeta as propriedades: - Carbono: principal fator de endurecimento e dureza alcançável; maior C aumenta a resistência e a resistência ao desgaste, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade. - Cromo e molibdênio: aumentam o endurecimento, a resistência a altas temperaturas e a resistência ao revenido. - Vanádio: refina os carbonetos e o tamanho do grão, melhorando a resistência ao desgaste e a tenacidade. - Silício e manganês: desoxidação e resistência; o Mn contribui para o endurecimento, mas o excesso de Mn pode promover segregação. - Controle de elementos traço e baixos níveis de P/S melhoram a tenacidade e a limpeza — uma área onde classes específicas de moinho (como certas ofertas de material 8407) podem enfatizar limites mais rigorosos.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas: - H13 e 8407, após têmpera e revenido, são matrizes de martensita revenida contendo carbonetos de liga dispersos (carbonetos de Cr, Mo, V). A microestrutura incluirá limites de grão de austenita anterior, lâminas martensíticas e carbonetos de liga, dependendo do tratamento térmico.
Resposta ao tratamento térmico e rotas: - Recozimento/normatização: Recozimento suave para usinagem a um nível de dureza especificado (comumente ~200–260 HB) e para homogeneizar a estrutura. A normatização refina os grãos de austenita anterior. - Endurecimento (têmpera): Austenitização na faixa de 1000–1050 °C (a prática típica do AISI H13 depende do tamanho da seção e das recomendações do fornecedor), seguida de têmpera em ar, óleo ou têmpera controlada até a temperatura ambiente. Como estes são aços de liga com endurecimento moderado, o meio de têmpera e o tamanho da seção afetam fortemente a uniformidade da dureza. - Revenido: Múltiplos ciclos de revenido na faixa de 500–600 °C para alcançar um equilíbrio entre dureza e resistência ao revenido; o revenido em temperaturas mais altas aumenta a resistência ao amolecimento para aplicações de trabalho a quente. - Processamento termo-mecânico: Para 8407 produzido por alguns moinhos europeus, um controle mais rigoroso sobre cronogramas de forjamento e laminação e normatização pós-forjamento pode produzir melhor homogeneização, limpeza e tenacidade.
Diferenças na resposta: - Ambas as classes respondem de maneira semelhante a ciclos padronizados de têmpera e revenido. Práticas específicas de moagem (atmosfera controlada, desgasificação a vácuo, cronogramas de forjamento) aplicadas ao 8407 em alguns moinhos podem resultar em uma têmpera mais consistente e uma leve melhoria na tenacidade para uma dureza dada.
4. Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas dependem fortemente do tratamento térmico, do tamanho da seção e do revenido. A tabela abaixo apresenta faixas típicas de propriedades após endurecimento e revenido para condições de serviço de ferramentas. Use estas como faixas indicativas apenas; verifique com os dados do fornecedor.
| Propriedade | H13 (típico, pós tratamento térmico) | 8407 (representativa, pós tratamento térmico) |
|---|---|---|
| Resistência à Tração (MPa) | ~900 – 1600 | ~900 – 1600 |
| Resistência ao Esforço (MPa) | ~700 – 1400 | ~700 – 1400 |
| Alongamento (%) | ~8 – 15 | ~8 – 15 |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy, J) | ~10 – 40 (depende da dureza) | ~12 – 45 (pode ser maior para aço mais limpo) |
| Dureza (HRC) | ~40 – 56 (faixa típica de ferramentas 45–52) | ~40 – 56 (faixa típica de ferramentas 45–52) |
Interpretação: - As faixas de resistência e dureza se sobrepõem para H13 e 8407 porque a química é semelhante. Diferenças práticas vêm do processamento do moinho e do controle de impurezas: um lote de 8407 mais limpo pode mostrar tenacidade marginalmente maior na mesma dureza. - Para aplicações que priorizam máxima dureza e resistência ao desgaste, ambas as classes podem ser tratadas termicamente para alcançar HRC comparáveis; para tenacidade máxima em uma dureza dada, uma variante de alta qualidade de 8407 pode oferecer vantagens.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é governada pelo equivalente de carbono e pelo conteúdo de liga (elementos de endurecimento). Use índices padrão para estimar a soldabilidade qualitativamente:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Ambas as classes têm carbono moderado e significativa liga (Cr, Mo, V). Isso eleva $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ em relação a aços de baixa liga, indicando uma propensão a trincas a frio e endurecimento martensítico na zona afetada pelo calor. - Recomendações práticas: pré-aqueça antes de soldar, use metais de enchimento de dureza correspondente ou inferior, controle a temperatura entre passes e realize revenido ou alívio de tensões pós-solda. Para ferramentas críticas, reparos de solda devem ser planejados com especificações de procedimento de solda (WPS) definidas e procedimentos qualificados. - Entre os dois, as diferenças de soldabilidade são menores e dominadas pelo exato conteúdo de carbono e espessura da seção; se lotes de 8407 forem produzidos com Mn ou C ligeiramente mais altos, os requisitos de solda podem ser mais rigorosos.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, H13 ou 8407, é inoxidável; a resistência à corrosão em ambientes úmidos ou corrosivos é limitada. Estratégias de proteção típicas:
- Pinturas, vernizes ou revestimentos à base de solvente para proteção atmosférica.
- A galvanização não é típica para peças de ferramentas (o revestimento pode interferir nas dimensões e no contato térmico).
- Tratamentos de superfície localizados, como revestimentos PVD/CVD (TiN, CrN) para desgaste e abrasão; revestimentos de barreira térmica para aplicações de alta temperatura.
- Jateamento e polimento de superfície para mitigar a iniciação de fadiga.
- PREN não é aplicável porque estes são aços para ferramentas não inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice se aplica apenas a ligas inoxidáveis; H13/8407 não são avaliados por PREN.
7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade
- Usinabilidade: Na condição recozida (macia), ambas as classes usinam bem; a prática típica é recozer para ~180–260 HB para usinagem. O conteúdo de carboneto e a liga podem reduzir a usinabilidade na condição endurecida — use ferramentas de carboneto, montagens rígidas e parâmetros de corte apropriados.
- Usinagem dura vs. convencional: Fresagem/lixamento duro após tratamento térmico é comum para dimensionamento final — moagem com diamante ou ferramentas CBN são usadas para alta dureza.
- Formabilidade: Estes aços não são destinados a formação a frio extensiva na condição endurecida. O forjamento e o trabalho a quente são padrão no processamento do moinho; a dobra ou formação deve ser feita no estado recozido macio.
- Acabamento de superfície: Polimento e EDM são comuns; EDM afeta a superfície afetada pelo calor e normalmente requer reendurecimento ou acabamento para remover a camada recast se crítica para o serviço.
8. Aplicações Típicas
| H13 (Usos Típicos) | 8407 (Usos Típicos) |
|---|---|
| Matrizes de fundição a quente, pinos de ejeção, inserts | Matrizes de forjamento a quente, núcleos de fundição, ferramentas de extrusão |
| Matrizes de forjamento a quente e matrizes para estampagem a altas temperaturas | Ferramentas que requerem alta rastreabilidade e baixo conteúdo de impurezas (por exemplo, ferramentas aeroespaciais) |
| Extrusão e lâminas de corte a quente | Aplicações de trabalho a quente de alto desempenho onde o controle do moinho é especificado |
| Núcleos de moldes plásticos que requerem resistência à fadiga térmica | Aplicações semelhantes de trabalho a quente onde normas de moinho europeias/escandinavas são especificadas |
Racional de seleção: - Escolha qualquer uma das classes para aplicações de trabalho a quente onde resistência ao calor e ao ciclo térmico é necessária. Selecione 8407 quando rastreabilidade específica do moinho, controle de impurezas mais rigoroso ou processamento específico de moinho europeu for necessário. Escolha H13 quando a especificação exigir a designação AISI/ASTM ou quando a ampla disponibilidade do fornecedor for importante.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: H13 é amplamente produzido em todo o mundo e pode ser mais competitivo em termos de custo devido à produção em volume. 8407, se produzido por moinhos especializados com controles de processo mais rigorosos, pode ter um preço premium.
- Disponibilidade: H13 está amplamente disponível em várias formas de produto (barras, chapas, forjados, blanks de ferramentas) de muitos fornecedores globais. A disponibilidade de 8407 pode ser regional ou atrelada a moinhos específicos — os prazos de entrega podem ser mais longos fora das regiões dos fornecedores.
- Formas de produto: Ambos estão disponíveis como blocos forjados, barras e blanks pré-endurecidos. Para matrizes grandes e críticas, especifique certificados de moinho, testes não destrutivos e termos de entrega/inspeção acordados.
10. Resumo e Recomendação
| Métrica | H13 | 8407 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Moderada — requer pré-aquecimento/revenido pós-solda | Moderada — similar, depende da química exata |
| Equilíbrio Força–Tenacidade | Alta resistência e resistência ao revenido; curvas de tratamento térmico estabelecidas | Resistência comparável; potencial para tenacidade ligeiramente maior se produzido com limpeza mais rigorosa |
| Custo & Disponibilidade | Amplamente disponível, geralmente mais custo-efetivo | Potencial premium por qualidade controlada pelo moinho; pode ter prazos de entrega regionais |
Recomendação: - Escolha H13 se você precisar de um aço para ferramentas de trabalho a quente amplamente reconhecido, prontamente disponível, com especificações estabelecidas, opções extensas de fornecedores e preços competitivos. É a escolha padrão para matrizes de trabalho a quente de uso geral, núcleos de fundição, ferramentas de extrusão e estoque de reparo. - Escolha 8407 se seu projeto exigir uma classe europeia/escandinava especificada pelo moinho, enfatizando a limpeza do material, rastreabilidade e processamento termo-mecânico consistente, ou quando as especificações de aquisição exigirem essa designação. 8407 pode ser vantajoso para aplicações de alta confiabilidade onde ganhos marginais em tenacidade e consistência justificam potenciais diferenças de custo ou prazo de entrega.
Nota final: Como o desempenho em serviço depende criticamente da química exata, do tamanho da seção e do cronograma de tratamento térmico, sempre solicite o certificado do moinho, os ciclos recomendados de endurecimento/revenido e, para ferramentas críticas, a documentação de NDT/limpeza do fornecedor antes da seleção e aquisição.