Catálogo de productos de acero para herramientas
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Qué es el acero para herramientas
Es una aleación especial de acero utilizada específicamente para la fabricación de herramientas, matrices y moldes. Estas herramientas, matrices y moldes se utilizan para cortar, conformar, procesar o estampar otros materiales, como metales ferrosos, metales no ferrosos, plásticos, madera, papel, roca u hormigón. El acero para herramientas presenta buena resistencia, tenacidad, dureza, resistencia al desgaste y estabilidad al temple. Según su aplicación, el acero para herramientas se puede dividir en acero de vanguardia, acero para moldes y acero de medición. Según su composición química, se puede dividir en acero al carbono, acero aleado y acero de alta velocidad.
Las principales propiedades del acero para herramientas incluyen dureza, resistencia al desgaste, resistencia mecánica, tenacidad, maquinabilidad, rango de temperatura de temple, templabilidad, sensibilidad a la descarburación, deformación por tratamiento térmico y rendimiento de rectificado. Entre estas, la alta dureza y la resistencia al desgaste son las más importantes. Mediante el temple y el tratamiento térmico, la dureza y la resistencia al desgaste pueden mejorarse significativamente.
Composición
Es una aleación compleja a base de hierro que contiene proporciones variables de elementos de aleación, incluidos carbono, cromo, vanadio, molibdeno, tungsteno, níquel, manganeso y silicio.
Las principales funciones de estos elementos de aleación incluyen:
- Carbono (C): El principal elemento de aleación, cuyo rango suele ir de 0,6% a 2,40% en aceros con alto contenido de carbono y aceros para herramientas, es crucial para lograr una alta dureza a través de la formación de martensita e influir en la precipitación de carburo.
- Chromium (Cr): Improves hardenability, wear and corrosion resistance, oxidation resistance, polishability, and high-temperature properties. It is an excellent carbide former and raises hardening temperatures. Found in various types, including high-chromium cold-work steels and chromium hot-work steels.
- Vanadium (V): A strong carbide former, especially forms vanadium-rich MC-type carbides, which significantly enhance wear resistance.
- Molybdenum (Mo): Adds heat resistance and hardenability. It is a carbide former and, along with tungsten, prevents softening during templado.
- Tungsten (W): Similar to molybdenum, it is a carbide former that significantly contributes to hot hardness and wear resistance. Tungsten-rich M6C-type carbides are common.
- Cobalto (Co): Proporciona resistencia al calor (dureza en caliente) y a menudo se agrega a los aceros de alta velocidad para mejorar la dureza a altas temperaturas.
- Manganeso (Mn): Un desoxidante que aumenta la templabilidad, incluso en pequeñas cantidades, de los aceros para herramientas al carbono.
- Silicon (Si): Improves toughness in low-alloy tool steels, raises critical points in hot-work tool steels, reduces scaling, and increases hardenability and resistance to tempering. It can also promote graphite formation, improving machinability.
Propiedades clave
La elección del acero para herramientas depende de la aplicación específica, y ningún acero para herramientas por sí solo puede satisfacer todos los requisitos. Las principales propiedades del acero para moldes incluyen:
- High Hardness and Wear Resistance. Hardness is the ability to resist penetration or withstand abrasion. It is generally a function of the tool’s hardness and its specific alloy content or type of carbide. Higher hardness typically improves strength and wear resistance, but can lower toughness. Wear resistance is primarily attributed to the hardness of the matrix (chiefly martensite) and the presence of hard, undissolved carbides.
- Toughness. It is a combination of ductility and elastic strength. It is the ability to resist breaking or chipping under impact loading or overloads. There is usually an inverse relationship between wear resistance and toughness; improving one often reduces the other. Reducing carbon and alloy content can improve toughness, but will reduce wear resistance.
- Hot Hardness/Red Hardness. This is the ability to maintain high hardness at high temperatures. Tool steel operating at high cutting speeds generates a large amount of heat, so the red heat resistance is very important. This is mainly because alloying elements such as tungsten, molybdenum, and cobalt in the composition form stable carbides that resist softening at high temperatures.
- Dimensional Stability. It can maintain minimal dimensional changes during heat treatment. Some air-hardened tool steels exhibit even less deformation during heat treatment.
- Machinability and Grindability. Machinability is the ease or difficulty with which a material can be machined to a desired size, shape, and surface finish. It is influenced by the steel’s microstructure, with spheroidized structures (where carbides are globular) generally preferred for tool steels due to their high carbon content. Grindability is also essential, especially after heat treatment, when the tool steel is extremely hard. Tool steels with lower alloy content tend to be easier to machine and grind.
Clasificación
Cada país y fabricante tiene diferentes estándares y grados. En este artículo, utilizaremos el AISI estadounidense como referencia.
Los aceros para herramientas se clasifican según AISI (Instituto Americano del Hierro y el Acero), basado principalmente en su uso previsto, composición, propiedades mecánicas especiales o método de tratamiento térmico. Los grupos principales son:
- W (Water-Hardening) Steels: High-carbon steels (0.60-1.40% C) with low alloy content. They are shallow hardening and must be water quenched for necessary hardness. Applications include chisels, files, wood-working tools, drills, reamers, and taps.
- S (Shock-Resisting) Steels: Medium-carbon (0.45-0.65% C), low-alloy steels designed for high toughness to withstand shock and impact loads. They contain elements like silicon, chromium, molybdenum, and tungsten. Used for chisels, punches, shear blades, and pneumatic tools. Our company offers S1 y Acero para herramientas S7.
- O (Oil-Hardening Cold-Work) Steels: Possess improved hardenability over W-steels, allowing oil quenching, which minimizes distortion. They offer good wear resistance and non-deforming properties. Used for taps, reamers, blanking dies, and forming dies. O6 and A10 contain graphite for improved machinability and die life. Our company offers O1 y Acero para herramientas O2.
- A (Air-Hardening Medium-Alloy Cold-Work) Steels: High alloy content allows air hardening, which minimizes distortion and promotes dimensional stability. They offer excellent abrasion resistance and good temper resistance, suitable for cold-work applications. Applications include shear knives, punches, blanking dies, forming dies, and gages. Our company offers Acero para herramientas A2.
- D (High-Carbon High-Chromium Cold-Work) Steels: Offer superb wear resistance, nondeforming properties, and minimal dimensional change in hardening due to high carbon (up to 2.25%) and chromium (12-14%). Used for blanking and piercing dies, drawing dies, and shear blades. We offer D2, D3y Acero para herramientas D6.
- H (Hot-Work) Steels: Designed for operations at elevated temperatures (200°C to 800°C), such as hot forging, hot stamping, extrusion, and die casting. They combine red hardness with good wear and shock resistance. Examples include H10, H11, H12, H13, y H21.
- M (Molybdenum-based High-Speed) Steels: Contain molybdenum as their primary alloying element, often with tungsten and cobalt. Used for high-speed cutting tools like drills, reamers, and milling cutters due to excellent wear resistance and hot hardness. M2, M35y M42 Son tipos comunes.
- T (Tungsten-based High-Speed) Steels: Very high in tungsten concentration but contain no molybdenum. Similar applications to M-series, offering excellent strength, toughness, wear resistance, and hot hardness. T1, T4, T5, T8, T15 are examples.
- L (Low-Alloy Special-Purpose) Steels: Have compositions similar to AISI alloy steels but with increased carbon. They offer moderate hardenability and can be oil quenched, providing higher toughness than high-carbon oil-hardening steels. Used for arbors, dies, pins, punches, and machine tool parts. We offer Acero para herramientas L6.
- P (Mold) Steels: Low-carbon steels, often carburized, used for plastic molding and die casting applications. They emphasize polishability, low distortion, and good machinability. Our company offers P20, P20+Ni, y P20+S.
- F (Carbon-Tungsten Special-Purpose) Steels: Extensively used for small-diameter drills.
En función de su uso previsto, también pueden clasificarse como aceros para herramientas para trabajo en frío, aceros para herramientas para trabajo en caliente, aceros para moldes de plásticoy aceros rápidos.
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico es un proceso clave para lograr el máximo rendimiento del acero para herramientas. El proceso suele dividirse en tres etapas:
- Austenitizing: The steel is heated to a specific temperature above its critical range for a defined period. This transforms the crystal structure to austenite and dissolves carbides.
- Quenching: Rapid cooling from the austenitizing temperature to transform austenite into martensite, which is the hard matrix structure in steels. The quenching medium (water, oil, air, salt) depends on the steel’s hardenability and desired dimensional stability. Tool steels generally have high hardenability, allowing for oil or air quenching to minimize distortion compared to water-quenched carbon steels.
- Tempering: Reheating the quenched and hardened steel to an intermediate temperature below the critical range to reduce internal stresses, increase toughness, and adjust hardness. This also helps in the transformation of retained austenite to martensite. Double or triple tempering cycles are common to ensure full transformation and stress relief.
Para obtener más información sobre este tema, consulte “El tratamiento térmico del acero para herramientas“.
Aplicaciones
Son indispensables en una amplia gama de aplicaciones industriales. Se utilizan para:
- Cutting Tools: Single-point lathe tools, drills, reamers, taps, milling cutters, end mills, hobs, saws, and broaches.
- Forming and Shaping Tools: Dies (blanking, forming, drawing, extrusion, forging, hot forging, coining, cold heading, stamping, trimming), punches, shear blades, rolls, and mandrels.
- Molds: For die casting, plastic molding (e.g., plastic injection molds), and ceramic molding.
- Specialized Components: Machine tool components, springs, ultrahigh-strength fasteners, special-purpose valves, and bearings, where high wear resistance, strength, toughness, and temperature stability are required.
Preguntas frecuentes
El acero para herramientas es una clase especial de aceros al carbono o de aleación, diseñado con alta dureza, resistencia al desgaste, tenacidad y, a menudo, resistencia al calor, específicamente para la fabricación de herramientas, matrices y moldes que cortan, dan forma o forman otros materiales, principalmente mediante tratamientos térmicos precisos.
Los aceros para herramientas son aceros especializados que se utilizan principalmente para la fabricación de herramientas como herramientas de corte, matrices y moldes para dar forma a otros materiales, como metales, plásticos y madera, en diversas condiciones de temperatura. También se emplean en componentes de maquinaria de alto rendimiento y aplicaciones estructurales que requieren alta resistencia al desgaste, resistencia y tenacidad.
Los aceros para herramientas son aleaciones complejas a base de hierro que contienen cantidades significativas de carbono, cromo, vanadio, molibdeno o tungsteno, y en ocasiones cobalto. Están diseñados específicamente para tener carburos duros dispersos en una matriz de acero endurecido, lo que les permite alcanzar propiedades como alta dureza y resistencia al desgaste.
Muchos aceros para herramientas son aceros con alto contenido de carbono, con un contenido de carbono típicamente superior al de la mayoría de los aceros estructurales al carbono, de entre 0,41 TP₃T y 2,51 TP₃T. Al combinar altos niveles de carbono y elementos de aleación en el acero para herramientas, se pueden obtener carburos de alta dureza y alta resistencia al desgaste tras el tratamiento térmico. Sin embargo, algunos aceros para moldes son bajos en carbono (p. ej., la serie P) y están diseñados para ser carburizados para lograr una superficie dura, manteniendo un núcleo tenaz.
Sí, la mayoría de los aceros para herramientas pueden oxidarse debido a sus aleaciones a base de hierro. Si bien algunos, en particular los aceros con alto contenido de cromo, como la serie D, ofrecen una resistencia considerable a las manchas gracias a su contenido de cromo tras el temple y el pulido, esta generalmente no es equivalente a la resistencia total a la corrosión de los aceros inoxidables. En ocasiones, se utilizan aceros inoxidables martensíticos especializados para moldes que requieren una alta resistencia a la corrosión.
Los aceros para herramientas están diseñados para una dureza alta, que suele oscilar entre 50 y 70 Rockwell C (HRC), según el tipo específico y el tratamiento térmico.
La resistencia es la capacidad de un material para soportar la tensión aplicada sin deformarse ni romperse, medida por propiedades como el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción.
La rigidez (módulo elástico) es su resistencia a la deformación elástica (temporal) bajo tensión, es decir, cuánto se dobla o se estira antes de volver a su forma original.
La ductilidad es la capacidad de deformarse plásticamente (permanentemente) antes de fracturarse, lo que permite estirarse o doblarse sin romperse.
La flexibilidad, en términos de deformación elástica, está directamente relacionada con la rigidez (módulo elástico), no con la resistencia. Si bien los aceros para herramientas son muy resistentes, su rigidez (alrededor de 210 GPa o 30 x 10^6 psi) es relativamente uniforme en todos los grados y disminuye previsiblemente con la temperatura. La resistencia, por otro lado, se refiere a la carga máxima que un material puede soportar antes de sufrir deformación permanente o fractura.
Alta dureza y resistencia al desgaste: para resistir la penetración y mantener un borde afilado contra materiales abrasivos, a menudo logrado a través de un alto contenido de carbono y la presencia de carburos de aleación dura.
Alta dureza en caliente (dureza roja): la capacidad de conservar la dureza a temperaturas elevadas generadas durante el corte a alta velocidad.
Dureza suficiente: para resistir el astillado y la rotura bajo cargas de impacto o choque, lo que a menudo es una compensación por una dureza extrema.
El tratamiento térmico del acero para herramientas implica una serie de etapas controladas de calentamiento y enfriamiento diseñadas para transformar su estructura interna, mejorando significativamente propiedades como dureza, resistencia al desgaste, tenacidad y dureza en caliente para aplicaciones exigentes. El objetivo principal es transformar la estructura blanda y recocida de ferrita y carburo en una estructura martensítica dura y resistente con carburos bien distribuidos.
El revenido es un tratamiento térmico crucial posterior al temple que aumenta principalmente la tenacidad y la ductilidad del acero, a la vez que alivia las tensiones internas causadas por el temple, que lo hacen muy frágil. También ayuda a estabilizar la microestructura, puede generar dureza secundaria en algunas aleaciones mediante la precipitación de carburos complejos y transforma la austenita retenida en martensita fresca.
El revenido se realiza inmediatamente después del paso de temple, tan pronto como la pieza se enfría a una temperatura segura (normalmente entre 50 y 75 °C o 125 y 200 °F), para minimizar el riesgo de agrietamiento debido a altas tensiones internas en el estado recién templado.
Muchos aceros para herramientas de alta aleación retienen una cantidad significativa de austenita retenida tras el temple inicial, ya que su temperatura de acabado martensítico (Mf) es inferior a la temperatura ambiente. El primer ciclo de revenido acondiciona esta austenita retenida, transformándola en martensita fresca, nueva, sin revenido y frágil, al enfriarse. Los ciclos de revenido posteriores (dobles o triples) son necesarios para revener esta martensita recién formada, aliviar sus tensiones, mejorar la tenacidad general, refinar la estructura del grano y garantizar la estabilidad dimensional.
Recocido involves heating the steel to an elevated temperature for a defined period (sometimes above, near, or below the upper critical temperature, typically 749–760°C for carbon steels), followed by very slow cooling, often within the furnace (e.g., 10-38°C per hour). The purpose is to soften the steel, usually to improve its machinability, homogenize its microstructure, and relieve internal stresses, resulting in a spheroidized microstructure with dispersed, spherical carbides in a ferrite matrix. Annealing is common for as-purchased steel and when reworking hardened tools.
El éxito de la perforación de acero para herramientas endurecido depende principalmente de diseños de brocas especializados, como brocas de carburo sólido o brocas de aleación resistentes al calor, combinadas con configuraciones de máquinas rígidas y velocidades y avances cuidadosamente controlados.
Sí, las fresas de carburo se utilizan frecuentemente para cortar acero para herramientas, incluyendo las de calidad endurecida. Ofrecen un rendimiento superior, resistencia al desgaste y la capacidad de operar a velocidades de corte más altas que las fresas de acero de alta velocidad (HSS), y suelen contar con recubrimientos avanzados para una mayor durabilidad.
Sí, un rectificado inadecuado puede dañar significativamente el temple del acero para herramientas endurecido al generar un calor localizado excesivo. Esto puede provocar efectos indeseables como el sobretemperado (ablandamiento de la superficie) o el retemplado (formación de una "capa blanca" frágil y propensa a las grietas).
Los aceros para herramientas se pueden soldar, pero es un proceso complejo que requiere gran habilidad y un control meticuloso. Un precalentamiento adecuado, la liberación de tensiones posterior a la soldadura y ciclos de revenido precisos son cruciales para prevenir el agrietamiento, minimizar la distorsión y controlar las variaciones de dureza en la zona afectada por el calor.
Sí, el acero para limas es un tipo de acero para herramientas, generalmente un grado de alto contenido de carbono, endurecible al agua, como el W1. El W1 es conocido por lograr un filo muy afilado y se utiliza para cuchillos de cocina finos. Sin embargo, estos aceros tienen menor dureza en caliente y resistencia al desgaste que los aceros para herramientas más aleados.
No, el acero 4140 se clasifica como acero de baja aleación con contenido medio de carbono, no como acero para herramientas. Se utiliza ampliamente en componentes de maquinaria y aplicaciones estructurales que requieren buena resistencia y tenacidad.
Sí, los aceros para herramientas suelen ser mucho más duros que la mayoría de los demás aceros comunes (como los aceros al carbono o de baja aleación) tras el tratamiento térmico. Están diseñados para ofrecer una dureza, resistencia al desgaste y durabilidad muy altas.
Los aceros para herramientas obtienen su resistencia gracias a su alto contenido de carbono, que permite la formación de estructuras martensíticas muy duras durante el temple, y a elementos de aleación (como cromo, tungsteno, molibdeno y vanadio) que forman partículas de carburo muy duras y resistentes al desgaste, distribuidas por toda la matriz del acero. Esta combinación, optimizada mediante tratamientos térmicos específicos, resulta en una alta resistencia y resistencia al desgaste.
Las principales ventajas de los aceros para herramientas son su alta dureza, excelente resistencia al desgaste, buena dureza en caliente (resistencia al ablandamiento a temperaturas elevadas), durabilidad y resistencia, lo que los hace ideales para cortar, formar y dar forma a otros materiales en condiciones severas.
Sí, los aceros para herramientas son una familia de aleaciones de hierro. Como todos los aceros, se componen principalmente de hierro, con diversos elementos de aleación añadidos para lograr propiedades específicas.
Todos los aceros para herramientas son un tipo de acero de aleación (o acero de alto carbono), pero no todos son aceros para herramientas. Los aceros para herramientas son una categoría especializada, diseñados específicamente para herramientas que requieren dureza, resistencia al desgaste, resistencia y durabilidad extremas en condiciones de servicio severas. Los aceros de aleación generales son un grupo más amplio que se utiliza para aplicaciones estructurales, de maquinaria y otras, donde propiedades como la templabilidad, la resistencia y la tenacidad se mejoran mediante la aleación, pero no necesariamente hasta los niveles extremos ni los equilibrios específicos requeridos para las herramientas.
Los aceros se clasifican de forma amplia, y las clasificaciones más comunes incluyen: aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables y aceros para herramientas. Algunas clasificaciones también pueden incluir una categoría separada para los aceros de alta velocidad, que también constituyen un subconjunto de los aceros para herramientas.
“El término ”más resistente“ puede referirse a diferentes propiedades (resistencia a la tracción, límite elástico, resistencia al impacto y dureza). Los aceros de ultra alta resistencia, que pueden ser aceros de baja aleación y medio carbono (como el 4340 modificado, por ejemplo, el 300M) o aceros maraging, están diseñados para una resistencia muy elevada, que a menudo supera los 1380 MPa (200 ksi) de resistencia a la tracción. Los aceros para herramientas de alta aleación, en particular ciertos aceros rápidos (por ejemplo, T15, M42) y los aceros para herramientas de pulvimetalurgia (P/M), también se encuentran entre los más resistentes en términos de dureza y resistencia al desgaste, capaces de alcanzar valores de dureza Rockwell C muy altos (por ejemplo, 66 HRC para algunos aceros para herramientas P/M, 69 HRC para la serie M40). La definición de ”más resistente» depende de la propiedad específica de interés y de la aplicación.
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