Aço para matrizes de forjamento: quando o VH13 é indicado para trabalho a quente?

Em processos industriais que envolvem altas temperaturas, escolher o aço de uma matriz, punção ou ferramenta exige uma análise diferente daquela feita para aplicações convencionais.

Não basta considerar apenas dureza ou resistência ao desgaste.

Em operações de forjamento a quente, extrusão de metais e fundição sob pressão, a ferramenta passa repetidamente por ciclos de aquecimento, pressão e resfriamento. Ao longo de milhares de ciclos, essas condições podem provocar desgaste, deformação, perda de dureza e surgimento de trincas.

Por isso, existem aços ferramenta desenvolvidos especificamente para trabalhar nessas condições.

Entre eles está o aço VH13, utilizado em aplicações industriais nas quais resistência mecânica, tenacidade e comportamento em temperaturas elevadas precisam atuar em conjunto.

Mas quando esse material realmente é indicado? E quais fatores uma ferramentaria ou indústria deve avaliar antes da compra?

O que é um aço para trabalho a quente?

Aços ferramenta para trabalho a quente são desenvolvidos para fabricar ferramentas que entram em contato com metais ou outros materiais em temperaturas elevadas.

Isso acontece, por exemplo, em processos como:

• Forjamento a quente.
• Extrusão de alumínio e outras ligas não ferrosas.
• Fundição sob pressão.
• Fundição por gravidade.
• Estampagem a quente.
• Corte de materiais aquecidos.

Nessas operações, a ferramenta não precisa apenas suportar esforço mecânico.

Ela também precisa lidar continuamente com mudanças de temperatura.

Imagine uma matriz de forjamento que recebe uma peça aquecida, suporta forte pressão durante a conformação e depois passa por resfriamento antes do próximo ciclo.

Esse processo se repete inúmeras vezes durante a produção.

É um ambiente bastante diferente daquele encontrado em uma ferramenta que trabalha exclusivamente a frio.

Por que a temperatura muda a escolha do aço?

O comportamento dos materiais muda conforme a temperatura aumenta.

Uma ferramenta que apresenta excelente dureza em temperatura ambiente pode não manter o mesmo desempenho quando submetida continuamente ao calor.

Entre os problemas que podem ocorrer estão perda gradual de dureza, deformação, desgaste acelerado e aparecimento de trincas superficiais.

Por isso, escolher um aço apenas com base na dureza inicial pode ser um erro.

Em trabalho a quente, é necessário avaliar como o material se comportará durante todo o ciclo de operação.

É nesse contexto que aços como o VH13 ganham importância.

O que é o aço VH13?

O VH13 é um aço ferramenta para trabalho a quente, ligado principalmente a elementos como cromo, molibdênio e vanádio.

Essa combinação proporciona características importantes para ferramentas submetidas simultaneamente a altas temperaturas e esforços mecânicos.

Entre as propriedades que tornam esse material relevante estão:

• Boa resistência ao desgaste em temperaturas elevadas.
• Alta temperabilidade.
• Boa tenacidade.
• Resistência ao amolecimento provocado pelo calor.
• Resistência ao choque térmico.
• Boa usinabilidade.
• Boa combinação entre dureza e resistência à fratura.

Na prática, essas características explicam sua utilização em matrizes, punções e outros componentes de processos industriais severos.

O que é fadiga térmica e por que ela prejudica uma matriz?

Um dos principais desafios das ferramentas para trabalho a quente é a fadiga térmica.

Esse fenômeno ocorre devido aos sucessivos ciclos de aquecimento e resfriamento da superfície da ferramenta.

Quando a matriz entra em contato com um material quente, sua superfície se expande. Quando ela esfria novamente, ocorre contração.

Esse movimento se repete constantemente.

Ao longo do tempo, podem surgir pequenas trincas superficiais, que tendem a crescer conforme a ferramenta continua em operação.

Em determinados processos, esse efeito aparece como uma rede de pequenas fissuras na superfície da matriz.

A consequência pode ser perda de qualidade da peça produzida, necessidade de manutenção da ferramenta e redução de sua vida útil.

Por isso, a resistência à fadiga e ao choque térmico é um dos fatores importantes na seleção do material para esse tipo de operação.

VH13 em matrizes para forjamento a quente

O forjamento é uma das aplicações clássicas dos aços ferramenta para trabalho a quente.

Durante o processo, uma peça metálica aquecida é submetida a grandes esforços para assumir uma geometria determinada pela matriz.

Isso significa que a ferramenta precisa enfrentar simultaneamente:

Temperatura elevada. A matriz entra em contato repetidamente com o metal aquecido.

Pressão. Grandes forças são aplicadas durante a conformação.

Desgaste. O movimento do material sobre a superfície provoca atrito.

Ciclos térmicos. Aquecimento e resfriamento se repetem durante toda a produção.

Impacto. Dependendo do processo, a ferramenta também pode sofrer solicitações mecânicas intensas.

O VH13 pode ser utilizado justamente porque oferece uma combinação de propriedades adequada a esse cenário.

VH13 na extrusão de alumínio

Outro segmento importante é a extrusão.

Nesse processo, o material é pressionado através de uma matriz para produzir um perfil com determinada seção transversal.

Na extrusão de alumínio, por exemplo, a matriz trabalha em contato direto com material aquecido e sob grande pressão.

Isso exige do aço capacidade de resistir ao calor, desgaste e deformação.

O VH13/H13 é amplamente associado a matrizes e componentes utilizados em extrusão de alumínio justamente por apresentar boa resistência em temperaturas elevadas e boa resposta mecânica nesse tipo de aplicação.

Para fabricantes de perfis, ferramentarias e empresas responsáveis pela manutenção dessas matrizes, a seleção adequada do aço pode impactar diretamente a estabilidade do processo e a vida útil do ferramental.

Aplicações em fundição sob pressão

O VH13 também encontra aplicação em ferramentas utilizadas em processos de fundição de ligas não ferrosas.

Na fundição sob pressão, o molde está sujeito a condições particularmente severas.

O contato repetido com metal fundido gera forte solicitação térmica. Ao mesmo tempo, pressão e repetição de ciclos aumentam o esforço sobre a ferramenta.

Nessas condições, características como resistência ao choque térmico, tenacidade e capacidade de manter propriedades em temperatura elevada tornam-se relevantes.

Entre as possíveis aplicações estão moldes, insertos e outros componentes de ferramentais utilizados nesse processo.

Aço para trabalho a quente e aço para trabalho a frio não são a mesma coisa

Esse é um ponto importante na especificação.

A Rodoaços comercializa diferentes tipos de aço ferramenta porque cada família atende condições distintas.

Aços como D2, D6 e VND, por exemplo, são fortemente associados a aplicações de trabalho a frio, como corte, estampagem e conformação.

Nessas aplicações, resistência ao desgaste e dureza podem assumir grande importância.

Já o VH13 é desenvolvido para situações nas quais a temperatura se torna parte essencial do problema.

Isso significa que escolher entre D2, D6, VND ou VH13 não deve ser feito simplesmente comparando qual deles apresenta maior dureza.

A pergunta correta é:

Em quais condições a ferramenta realmente vai trabalhar?

Quais sinais indicam que a aplicação exige atenção ao trabalho a quente?

Existem algumas situações que devem acender um alerta durante a especificação do material.

A ferramenta entra repetidamente em contato com material aquecido

Se a matriz, molde ou punção recebe continuamente peças ou metais em alta temperatura, o comportamento térmico do aço precisa ser considerado.

Existem ciclos frequentes de aquecimento e resfriamento

Esse é um cenário típico de fadiga térmica.

Quanto maior a repetição dos ciclos, maior a importância de escolher um aço apropriado e controlar corretamente o processo.

A ferramenta apresenta trincas superficiais recorrentes

Falhas repetitivas podem ter diversas causas, mas o material, o tratamento térmico e as condições de operação devem fazer parte da investigação.

Existe perda de dureza durante a utilização

O calor pode alterar o desempenho do ferramental quando o aço não possui resistência suficiente ao amolecimento em temperatura elevada.

Há deformação da ferramenta durante o processo

Temperatura combinada com pressão pode favorecer deformações quando material, tratamento e dimensionamento não estão adequados.

O tratamento térmico influencia o desempenho do VH13?

Sim.

A especificação do aço é apenas uma parte da construção de uma ferramenta de alto desempenho.

O tratamento térmico também exerce papel fundamental.

Temperaturas, tempos de permanência, meios de resfriamento, revenimentos e demais parâmetros precisam ser definidos de acordo com a aplicação e com as recomendações técnicas aplicáveis.

Um tratamento incorreto pode prejudicar propriedades importantes do aço e reduzir a vida útil do ferramental.

Em peças críticas, por isso, é recomendável tratar escolha do aço, geometria da ferramenta, tratamento térmico e condições de operação como partes do mesmo projeto.

Mais dureza significa mais vida útil?

Não necessariamente.

Essa associação automática pode levar a erros.

Em uma ferramenta industrial, dureza elevada pode ser importante para resistir ao desgaste. Porém, a peça também precisa possuir tenacidade suficiente para suportar esforços sem apresentar trincas ou fraturas prematuras.

Em trabalho a quente, há ainda o componente térmico.

Por isso, o objetivo normalmente é encontrar um equilíbrio entre dureza, tenacidade, desgaste, resistência térmica e estabilidade da ferramenta.

É justamente esse equilíbrio que torna determinados aços ferramenta adequados a aplicações específicas.

A vida útil da matriz depende somente do aço?

Não.

O material é fundamental, mas não trabalha sozinho.

A vida útil de uma matriz também pode ser influenciada por fatores como:

• Projeto da ferramenta.
• Geometria.
• Raios e concentrações de tensão.
• Tratamento térmico.
• Acabamento superficial.
• Temperatura de trabalho.
• Sistema de refrigeração.
• Lubrificação.
• Ciclo de produção.
• Material processado.
• Manutenção.
• Armazenamento e manuseio.

Por isso, trocar o aço sem identificar a verdadeira causa de uma falha pode não solucionar o problema.

Quando há quebra ou desgaste prematuro recorrente, a análise deve considerar o processo como um todo.

Como o corte sob medida pode ajudar uma ferramentaria?

Depois da especificação do aço, existe outra decisão que interfere diretamente no custo: em quais dimensões comprar o material.

Moldes e matrizes muitas vezes partem de blocos de aço que passarão por operações extensas de usinagem.

Se a matéria-prima for adquirida com dimensões muito superiores às necessárias, a empresa terá mais material para remover.

Isso significa mais cavaco, maior consumo de ferramenta e mais horas de máquina.

Quando possível, comprar o aço em medidas mais próximas das dimensões necessárias pode contribuir para reduzir essas etapas.

A Rodoaços executa cortes sob medida em sua linha de aços e metais, o que permite avaliar o fornecimento de peças brutas mais adequadas às necessidades de ferramentarias e indústrias.

Por que isso importa no custo total da matriz?

Quando compras compara fornecedores, o preço do aço costuma aparecer em primeiro plano.

Porém, o custo da matéria-prima é apenas uma parcela do custo final de um ferramental.

Uma análise mais completa deve considerar:

Material: Valor do bloco ou barra comprada.

Corte: Preparação da matéria-prima para a produção.

Usinagem: Horas de centro de usinagem, torno, fresadora e outros equipamentos.

Ferramentas: Insertos, fresas, brocas e demais consumíveis.

Tratamento térmico: Processo necessário para obter as propriedades desejadas.

Acabamento: Retífica, polimento, eletroerosão ou processos complementares.

Manutenção: Recuperações realizadas durante a vida útil da matriz.

Paradas: Impacto operacional quando o ferramental falha inesperadamente.

Em uma produção seriada, aumentar a durabilidade da ferramenta pode representar uma economia muito superior à diferença inicial de preço entre materiais.

O que informar ao solicitar uma cotação de VH13?

Uma solicitação completa ajuda o fornecedor a entender a necessidade com mais rapidez e diminui trocas de mensagens durante a cotação.

Sempre que possível, informe:

• Material especificado: VH13.
• Formato desejado.
• Espessura ou diâmetro.
• Largura.
• Comprimento.
• Quantidade.
• Medidas de corte.
• Prazo necessário.
• Condição de fornecimento exigida pelo projeto.

Quando houver um desenho técnico ou lista de materiais, vale disponibilizar essas informações na solicitação.

Para peças críticas, a especificação definitiva do aço e dos tratamentos deve sempre seguir os responsáveis técnicos pelo projeto.

Onde comprar aço VH13 em São Paulo?

A Rodoaços atua na distribuição de aços e metais para diferentes setores industriais e possui uma linha de aços ferramenta destinada a diversas aplicações.

Entre os materiais comercializados está o aço ferramenta VH13, indicado para trabalho a quente e utilizado em aplicações como matrizes e punções de forjamento, extrusão de ligas não ferrosas e fundição.

Além do fornecimento dos materiais, a empresa executa corte sob medida e está localizada na Zona Norte de São Paulo, com acesso a importantes vias da região.

Conclusão

A escolha do aço para uma matriz de forjamento não deve considerar apenas resistência mecânica ou dureza.

Quando a ferramenta trabalha continuamente sob temperaturas elevadas, é necessário avaliar também fadiga térmica, choque térmico, desgaste, tenacidade e capacidade de manter suas propriedades durante os ciclos de produção.

O VH13 é um aço ferramenta desenvolvido para trabalho a quente e pode atender aplicações como forjamento, extrusão de alumínio, fundição sob pressão e outros processos industriais sujeitos a altas temperaturas.

Para obter o desempenho esperado, porém, material, projeto da ferramenta, tratamento térmico e condições de operação precisam estar alinhados.

Se sua empresa procura aço VH13 para matrizes, moldes, punções ou ferramentas para trabalho a quente, entre em contato com a Rodoaços e solicite uma cotação de acordo com as medidas necessárias para o seu projeto.