Aço Ferramenta H21: Propriedades e Principais Aplicações

O Aço Ferramenta H21 é classificado como um aço ferramenta de alta velocidade, projetado especificamente para aplicações que requerem alta resistência ao desgaste e tenacidade. É principalmente ligado com tungstênio, molibdênio e cromo, que aumentam significativamente sua dureza e resistência ao calor. Esta classe de aço é conhecida por seu excelente desempenho em aplicações de alta temperatura, tornando-a adequada para a fabricação de ferramentas de corte, matrizes e moldes.

Visão Geral Abrangente

O Aço Ferramenta H21 faz parte da categoria de aço ferramenta de alta velocidade AISI/SAE, caracterizado por sua capacidade de manter dureza e resistência a temperaturas elevadas. Os principais elementos de liga incluem tungstênio (W), molibdênio (Mo), cromo (Cr) e vanádio (V). Esses elementos contribuem para a tenacidade geral do aço, resistência ao desgaste e capacidade de suportar fadiga térmica.

As características significativas do Aço Ferramenta H21 incluem:

• Dureza Alta: Alcança níveis de dureza de 60 HRC ou mais após tratamento térmico.
• Excelente Resistência ao Desgaste: Adequado para aplicações de alta tensão onde a abrasão é uma preocupação.
• Boa Tenacidade: Mantém a integridade estrutural sob cargas de impacto.

Vantagens:
- Desempenho excepcional em ambientes de alta temperatura.
- Mantém bordas afiadas e resiste a deformações durante operações de corte.
- Aplicações versáteis em diversas indústrias.

Limitações:
- Mais desafiador de usinar em comparação com aços de liga inferior.
- Requer tratamento térmico preciso para alcançar propriedades ótimas.
- Custo mais alto em comparação com aços ferramenta padrão.

Historicamente, o H21 tem sido uma escolha preferida para fabricantes de ferramentas devido ao seu equilíbrio entre dureza e tenacidade, tornando-se um elemento essencial na fabricação de ferramentas e matrizes de precisão.

Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes

Organização Padrão	Designação/Classe	País/Região de Origem	Notas/Observações
UNS	T20821	EUA	Equivalente mais próximo ao AISI H21
AISI/SAE	H21	EUA	Designação comumente usada
ASTM	A681	EUA	Especificação para aços ferramenta
EN	1.2561	Europa	Propriedades semelhantes, diferenças composicionais menores
JIS	SKD6	Japão	Classe comparável com ligeiras variações

As diferenças entre essas classes equivalentes podem afetar o desempenho em aplicações específicas. Por exemplo, enquanto H21 e SKD6 podem apresentar durezas semelhantes, sua tenacidade e resistência ao desgaste podem variar devido a diferenças nos elementos de liga e processos de tratamento térmico.

Propriedades Chave

Composição Química

Elemento (Símbolo e Nome)	Faixa de Percentagem (%)
C (Carbono)	0,30 - 0,50
Cr (Cromo)	4,00 - 5,00
Mo (Molibdênio)	1,00 - 1,50
W (Tungstênio)	11,00 - 13,00
V (Vanádio)	0,50 - 1,00

O papel principal do tungstênio no Aço Ferramenta H21 é aumentar a dureza e a resistência ao desgaste, particularmente em temperaturas elevadas. O molibdênio contribui para a resistência e tenacidade, enquanto o cromo melhora a resistência à corrosão e a capacidade de temperabilidade. O vanádio ajuda a refinar a estrutura granular, o que melhora a tenacidade.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Temperatura de Teste	Valor/Típico Faixa (Métrico)	Valor/Típico Faixa (Imperial)	Padrão de Referência para Método de Teste
Resistência à Tração	Templado & Revenido	Temperatura Ambiente	1800 - 2200 MPa	261 - 319 ksi	ASTM E8
Resistência ao Escoamento (0,2% de desvio)	Templado & Revenido	Temperatura Ambiente	1500 - 1900 MPa	217 - 276 ksi	ASTM E8
Alongamento	Templado & Revenido	Temperatura Ambiente	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
Dureza	Templado & Revenido	Temperatura Ambiente	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Resistência ao Impacto	Templado & Revenido	-20 °C	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

A combinação de alta resistência à tração e ao escoamento, juntamente com uma dureza significativa, torna o Aço Ferramenta H21 adequado para aplicações envolvendo altas cargas mecânicas e desgaste, como ferramentas de corte e matrizes. Sua resistência ao impacto garante que possa suportar choques repentinos sem fraturar.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (Métrico)	Valor (Imperial)
Densidade	Temperatura Ambiente	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Ponto de Fusão/Intervalo	-	1425 - 1450 °C	2600 - 2642 °F
Condutividade Térmica	Temperatura Ambiente	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Capacidade Térmica Específica	Temperatura Ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividade Elétrica	Temperatura Ambiente	0,0005 Ω·m	0,0003 Ω·in

A densidade do Aço Ferramenta H21 contribui para seu peso e estabilidade geral em aplicações. Seu alto ponto de fusão permite que mantenha a integridade estrutural sob condições térmicas extremas, enquanto a condutividade térmica é crucial para a dissipação de calor durante processos de usinagem.

Resistência à Corrosão

Agente Corrosivo	Concentração (%)	Temperatura (°C)	Avaliação de Resistência	Notas
Cloretos	5%	25 °C	Regular	Risco de corrosão por picadas
Ácido Sulfúrico	10%	60 °C	Pobre	Não recomendado
Hidróxido de Sódio	50%	25 °C	Bom	Resistência moderada

O Aço Ferramenta H21 exibe resistência regular a cloretos, que podem levar a picadas, particularmente em ambientes marinhos. Seu desempenho em condições ácidas é pobre, tornando-o inadequado para aplicações que envolvem ácidos fortes. Comparado a outros aços ferramenta, como D2 ou M2, a resistência à corrosão do H21 é geralmente inferior, necessitando de revestimentos ou tratamentos protetores em ambientes corrosivos.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Notas
Temp. Máx. de Serviço Contínuo	540 °C	1000 °F	Adequado para aplicações de alta temperatura
Temp. Máx. de Serviço Intermitente	600 °C	1112 °F	Apenas exposição a curto prazo
Temperatura de Escalonamento	700 °C	1292 °F	Risco de oxidação além deste ponto

O Aço Ferramenta H21 mantém sua dureza e resistência a temperaturas elevadas, tornando-se ideal para aplicações como ferramentas de trabalho a quente. No entanto, deve-se ter cuidado para evitar exposição prolongada a temperaturas superiores a 600 °C, pois isso pode levar à oxidação e degradação do material.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Adição Recomendado (Classificação AWS)	Gás/Fluxo de Proteção Típicos	Notas
MIG	ER70S-6	Mistura de Argônio/CO2	Pré-aquecimento recomendado
TIG	ER70S-2	Argônio	Requer tratamento térmico pós-soldagem

O Aço Ferramenta H21 pode ser soldado, mas requer consideração cuidadosa do processo de soldagem e dos materiais de adição. O pré-aquecimento é frequentemente necessário para evitar fraturas, e o tratamento térmico pós-soldagem é recomendado para restaurar as propriedades mecânicas.

Usinabilidade

Parâmetro de Usinagem	Aço Ferramenta H21	AISI 1212	Notas/Dicas
Índice Relativo de Usinabilidade	50%	100%	Mais desafiador de usinar
Velocidade de Corte Típica	20 m/min	30 m/min	Use ferramentas de carbeto para melhores resultados

O Aço Ferramenta H21 é mais difícil de usinar do que os aços de liga inferior devido à sua dureza. Usar ferramentas de aço rápido ou ferramentas de carbeto e otimizar as velocidades de corte pode melhorar a usinabilidade.

Formabilidade

O Aço Ferramenta H21 não é particularmente formável devido à sua alta dureza e resistência. A conformação a frio geralmente não é recomendada, enquanto a conformação a quente pode ser realizada com cuidado para evitar fraturas. O raio mínimo de dobra deve ser considerado durante a fabricação.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Faixa de Temperatura (°C/°F)	Tempo Típico de Imersão	Método de Resfriamento	Propósito Principal / Resultado Esperado
Recobrimento	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	1 - 2 horas	Ar	Reduzir dureza, melhorar usinabilidade
Durecimento	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 - 60 minutos	Óleo	Alcançar alta dureza
Revenimento	500 - 600 °C / 932 - 1112 °F	1 - 2 horas	Ar	Reduzir fragilidade, aumentar tenacidade

Os processos de tratamento térmico afetam significativamente a microestrutura do Aço Ferramenta H21. O durecimento transforma o aço em uma estrutura martensítica, enquanto o revenimento reduz tensões residuais e fragilidade, melhorando a tenacidade.

Aplicações Típicas e Usos Finais

Indústria/Sector	Exemplo de Aplicação Específica	Propriedades Chave do Aço Utilizadas nesta Aplicação	Razão para Seleção
Aeroespacial	Ferramentas de corte	Alta dureza, resistência ao desgaste	Precisão e durabilidade
Automotivo	Matrizes para injeção de plástico	Tenacidade, resistência ao calor	Produção em alta volume
Manufatura	Matizes para estampagem	Resistência ao desgaste, resistência ao impacto	Vida útil longa da ferramenta

Outras aplicações incluem:
- Ferramentas para conformação de metais
- Ferramentas para trabalho a frio
- Ferramentas de corte de alta velocidade

O Aço Ferramenta H21 é escolhido para essas aplicações devido à sua capacidade de manter dureza e tenacidade em condições exigentes, garantindo longevidade e confiabilidade.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Informações

Feature/Property	Aço Ferramenta H21	AISI D2	Aço de Alta Velocidade M2	Nota Breve de Prós/Contras ou Compromissos
Dureza	Alta	Alta	Muito Alta	O H21 oferece um equilíbrio entre tenacidade e dureza
Resistência à Corrosão	Regular	Boa	Regular	D2 tem melhor resistência à corrosão
Soldabilidade	Moderada	Pobre	Pobre	H21 pode ser soldado com cuidado
Usinabilidade	Moderada	Boa	Pobre	D2 é mais fácil de usinar do que H21
Custo Aproximado Relativo	Moderado	Moderado	Alto	H21 é econômico para ferramentas de alto desempenho
Disponibilidade Típica	Comum	Comum	Menos comum	H21 está amplamente disponível nos mercados de aço ferramenta

Ao selecionar o Aço Ferramenta H21, considerações incluem suas propriedades mecânicas, custo-benefício e disponibilidade. Embora ofereça desempenho excelente em aplicações de alta temperatura, sua usinabilidade e soldabilidade requerem manuseio cuidadoso. A escolha entre H21 e classes alternativas como D2 ou M2 depende dos requisitos específicos da aplicação, incluindo resistência ao desgaste, tenacidade e resistência à corrosão.

Em resumo, o Aço Ferramenta H21 é um material versátil que se destaca em aplicações exigentes, tornando-se uma escolha preferida para fabricantes de ferramentas e indústrias que buscam durabilidade e desempenho.