Acero para herramientas H13 | 1.2344 | skd61

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El acero para herramientas H13 es un acero para herramientas de trabajo en caliente que se endurece al aire y es uno de los más utilizados entre todos los aceros para herramientas de trabajo en caliente. Similar a Acero para herramientas D2 Como referencia para aceros para herramientas de trabajo en frío, el H13 es el acero para herramientas de trabajo en caliente. Comparado con el acero para herramientas H11, este grado de acero presenta mayor resistencia térmica y dureza. Es templable al aire, por lo que presenta un buen rendimiento en términos de deformación por temple y tensión residual, y presenta una menor probabilidad de oxidación superficial. Además, puede alcanzar un temple secundario, posee una excelente estabilidad térmica y resiste eficazmente la corrosión del metal fundido de aleación de aluminio.

Los fabricantes utilizan ampliamente este grado de acero para producir matrices y mandriles de extrusión en caliente, matrices de forja con martillo de caída y matrices de forja. También se utiliza comúnmente para insertos en máquinas de forja de precisión y matrices de fundición a presión para aluminio, cobre y sus aleaciones.

La designación en el sistema estadounidense ASTM A681 es H13, y en el sistema estadounidense AISI es acero AISI H13. Asimismo, otras normas nacionales utilizan designaciones comparables, como ISO 40CrMoV5, Japón/JIS SKD61, EE. UU./UNS T20813, Alemania/DIN X40CrMoV5-1, Alemania/W-Nr. 1.2344 y República Checa (CSN) 19554. 

1. Aplicaciones

  • Herramientas para trabajo en caliente:Es la opción principal para la mayoría de las operaciones de trabajo en caliente, especialmente cuando las matrices requieren enfriamiento con agua u otros medios de limpieza.
  • Moldes de fundición a presiónEl material H13 es especialmente adecuado para la fundición a presión de aleaciones de zinc, aluminio y magnesio, como varillas de empuje, pasadores de expulsión, pasadores de núcleo, correderas, boquillas y bebederos. Los bloques de material H13 purificados mediante refusión por electroescoria (ESR) son adecuados para moldes de plástico que requieren un acabado superficial de alta calidad, como los moldes de lentes para automóviles, gracias a su mayor pureza y uniformidad.
  • Matrices y punzones de forja en caliente
  • Matrices de extrusión en caliente:Extrusión en caliente de metales ligeros como aluminio y magnesio, así como para mandriles, punzones y matrices.
  • Moldes de inyección de plástico:Esta es la aplicación más común, especialmente para mecanizar cavidades.
  • Cuchillas de corte:Aplicaciones de cizallamiento en caliente.
  • Herramientas de soldadura por fricción y agitación (FSW)Las herramientas FSW, en particular las utilizadas para soldar placas de aluminio, suelen estar recubiertas con TiN para mejorar su rendimiento. [Referencias: Totten, GE y MacKenzie, DS (Eds.). (2003). Manual del aluminio: Volumen 2: Producción de aleaciones y fabricación de materiales (pág. 581).]
  • Componentes estructuralesEl acero H13 tiene una alta resistencia y puede mantener su dureza a altas temperaturas, por lo que se utiliza en componentes estructurales que están sujetos a altos esfuerzos, como trenes de aterrizaje de aeronaves, ganchos de detención y carcasas de cohetes en la industria aeroespacial.

 2. Composición del acero H13

ElementoCarbono (C)Cromo (Cr)Molibdeno (Mo)Vanadio (V)Silicio (Si)Manganeso (Mn)Fósforo (P)Azufre (S)
Contenido (%)0.32 – 0.454.75 – 5.501.10 – 1.750.80 – 1.200.80 – 1.250.20 – 0.60≤ 0.030≤ 0.030

[Referencias: Bringas, JE (Ed.). (2002). Manual de normas comparativas mundiales del acero (2.ª ed., pág. 434). ASTM International.]

3. Propiedades del acero para herramientas H13

El acero para moldes H13 es un acero para herramientas de trabajo en caliente ampliamente utilizado en todo el mundo. se caracteriza Se caracteriza por su alta resistencia, tenacidad, templabilidad y resistencia al agrietamiento térmico. En particular, mantiene su resistencia y dureza a altas temperaturas. AdemásTiene excelentes propiedades mecánicas integrales y alta estabilidad de revenido.

3.1 Propiedades mecánicas

Las propiedades específicas dependen en gran medida de la temperatura de revenido. A continuación se presentan las propiedades mecánicas longitudinales típicas cuando Enfriado por aire a partir de 1025 °C (1875 °F) y templado:

Propiedades mecánicas clave (valores típicos a temperatura ambiente, doble revenido 2 h + 2 h)

Propiedad

Temple a 527 °C (980 °F)

Temple a 555 °C (1030 °F)

Temple a 575 °C (1065 °F)

Dureza

52 HRC

50 HRC

48 HRC

Resistencia a la tracción (Rm)

1960 MPa (284 ksi)

1835 MPa (266 ksi)

1730 MPa (251 ksi)

Límite elástico (Rp0,2)

1570 MPa (228 ksi)

1530 MPa (222 ksi)

1470 MPa (213 ksi)

Elongación (en 4D)

13.0%

13.1%

13.5%

Reducción de la superficie

46.2%

50.1%

52.4%

Impacto Charpy con muesca en V

16 J (12 pies·lbf)

24 J (18 ft·lbf)

27 J (20 ft·lbf)

3.2 Propiedades físicas

PropiedadValor
Densidad7,75 – 7,80 g/cm3
Resistencia a la tracción, última1200 – 2050 MPa (174000 – 231000 psi)
Resistencia a la tracción, límite elástico1000 – 1380 MPa (145000 – 200000 psi)
Dureza45-52 HRC (dureza Rockwell C)
Resistencia al impacto20-40 J/cm2
Resistencia a la compresión2550 MPa

3.3 Otras propiedades importantes:

  • Resistencia al desgaste: Excelente resistencia al desgaste. Para mejorar aún más esta resistencia, se puede nitrurar, lo que aumenta su dureza superficial a más de 1000 HV (>70 HRC).
  • Dureza y resistencia al impacto: Excelente resistencia al impacto y buena ductilidad.
  • Resistencia a la comprobación de calor: Excelente resistencia al agrietamiento térmico, característica que está influenciada por su tenacidad al impacto sin entalla y dureza.
  • Resistencia a la fatiga: Buena resistencia a la fatiga, y en este sentido este acero tiene una ventaja sobre acero de aleación 4340.
  • Estabilidad dimensional: Cuando este acero se somete a un enfriamiento por aire, su volumen generalmente se expande aproximadamente 0,001 pulg./pulg. (0,001 mm/mm).
  • Maquinabilidad: Si la clasificación de maquinabilidad del acero al carbono con un contenido de carbono de 1% se establece en 100, entonces el H13 tiene una clasificación de maquinabilidad de 70 cuando está recocido correctamente.
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4. Tratamiento térmico

El tratamiento térmico El desarrollo de H13 implica varios pasos críticos para lograr las propiedades deseadas:

4.1 Forjado y enfriamiento posterior al forjado

Es fácil de forjar y normalmente se forja a temperaturas entre 1120 y 1150 °C (2050 a 2100 °F)Antes de forjar, recomendamos precalentar el acero a 790 a 815 °C (1450 a 1500 °F), calentándolo luego uniformemente a la temperatura de forja requerida.

Durante el forjado, la temperatura del material no debe descender por debajo de 925 °C (1700 °F)Si está a punto de caer por debajo de esta temperatura, debe recalentarse hasta la temperatura de forja requerida.

Este material es un acero de temple al aire que debe enfriarse lentamente para evitar el agrietamiento por tensión. Después del forjado, el material debe colocarse en un horno a 790 °C (1450 °F) y se mantiene hasta que la temperatura sea uniforme; luego se enfría lentamente.

4.2 Recocido (recocido esferoidizado)

Después del paso anterior, el material H13 debe someterse a un recocido esferoidizante, cuyo objetivo es eliminar la tensión, mejorar la tenacidad y la ductilidad y formar la microestructura requerida.

Los detalles específicos del proceso de recocido son los siguientes: calentar el acero a 871 °C (1600 °F), mantener durante 1 hora por pulgada (25,4 mm) de espesor, luego enfriar a una velocidad de 14 °C (25 °F) por hora hasta 482 °C (900 °F), seguido de enfriamiento con aire a temperatura ambiente.

4.3 Normalización (generalmente no recomendada)

Debido al riesgo de agrietamiento, generalmente no recomendamos el tratamiento de normalización para el H13, especialmente cuando un horno de atmósfera controlada no previene la descarburación superficial. Sin embargo, este tratamiento de normalización puede mejorar la uniformidad del material. Este paso debe realizarse inmediatamente después del recocido de esferoidización.
Los pasos específicos son los siguientes: precalentar a aproximadamente 790 °C (1450 °F), calentar lenta y uniformemente a 1040 a 1065 °C (1900 a 1950 °F), mantener durante 1 hora por cada 25 mm (1 pulgada) de espesor y luego enfriar al aire.

4.4 Endurecimiento (Austenitización y Enfriamiento)

La temperatura de endurecimiento es de alrededor de 1030 °C (1885 °F)Otras fuentes sugieren un rango de 1010-1040 °C (1850-1900 °F), o específicamente 1025 °C (1875 °F).

El H13 es un acero de temple al aire, por lo que recomendamos realizar un tratamiento de precalentamiento. La temperatura de precalentamiento es 815 °C (1500 °F)Para un cubo de 25 mm (1"), debe precalentarse a 650 °C (1200 °F) y mantenerse así de 10 a 15 minutos antes de preparar el horno para el remojo. Para piezas delicadas, podría ser necesario un precalentamiento adicional.

Después del precalentamiento, eleve la temperatura del horno a su temperatura de austenización de 1010 °C (1850 °F)A continuación, comienza el proceso de remojo, cuyo tiempo se calcula a partir del momento en que la temperatura del material coincide con la del horno. Los detalles específicos son los siguientes: Para piezas con un espesor superior a 25 mm (1"), el tiempo de remojo suele ser de media hora por cada pulgada de la sección transversal más pequeña. Para piezas más pequeñas, se proporcionan tiempos de remojo específicos: 3,175 mm (1/8") durante 10-15 minutos, 6,350 mm (1/4") durante 15 minutos, 12,70 mm (1/2") durante 20 minutos, 19,05 mm (3/4") durante 25-30 minutos y 25 mm (1") durante 30 minutos.

El temple al aire puede minimizar la tensión residual y reducir el choque térmico. Si bien el temple al aire es el método más común para el H13, el temple en aceite también se utiliza en la práctica. La dureza después del temple es de 52-54 HRC. Durante el ciclo de temple del material, el siguiente paso de revenido debe realizarse inmediatamente a una temperatura no inferior a 66 °C/150 °F para evitar el agrietamiento.

4.5 Templado

Te recomendamos templado H13 dos o incluso tres veces para lograr una tenacidad óptima y prolongar la vida útil de la herramienta. La primera temperatura de revenido es 565 °C (1050 °F), la segunda temperatura de revenido es 550°C (1025°F), con cada ciclo con una duración de 2 horas por pulgada (25 mm) de espesor.

Tras el revenido, la dureza varía con la temperatura de revenido. Por ejemplo, el H13 recién templado tiene una dureza de 52-54 HRC. El revenido a 204 °C (400 °F) produce una dureza de 51-53 HRC, mientras que el revenido a 538 °C (1000 °F) produce una dureza de 47-48 HRC, y a 621 °C (1150 °F) puede alcanzar una dureza de 36-38 HRC. Las temperaturas de revenido habituales oscilan entre 540 y 620 °C (1000-1150 °F), lo que produce una microestructura estable que lo hace ideal para aplicaciones de alta temperatura.

Es esencial para Evite templar el H13 a alrededor de 500 °C (930 °F), ya que esta temperatura produce La tenacidad más baja.

Preguntas frecuentes

1. ¿Se puede soldar el acero H13?

Sí, el acero H13 se puede soldar, pero requiere procedimientos y precauciones específicos debido a sus características como acero para matrices de trabajo en caliente de ultra alta resistencia y endurecimiento al aire.

2. ¿El H13 es acero de alta velocidad?

El acero H13 no se clasifica como acero de alta velocidad. Se identifica como acero para matrices de trabajo en caliente.

3. ¿Cuál es la resistencia máxima del H13?

La resistencia última (también conocida como resistencia a la tracción) del acero H13 varía según la temperatura de revenido y el proceso de fabricación. Las propiedades mecánicas longitudinales típicas del acero H13 a temperatura ambiente, basadas en barras revenidas a diferentes niveles de dureza, son las siguientes:

  • Cuando se templa a 527 °C (980 °F), la resistencia a la tracción es típicamente 1960 MPa (284 ksi).
  • Cuando se templa a 555 °C (1030 °F), la resistencia a la tracción es típicamente 1835 MPa (266 ksi).
  • Cuando se templa a 575 °C (1065 °F), la resistencia a la tracción es típicamente 1730 MPa (251 ksi).
  • Cuando se templa a 593 °C (1100 °F), la resistencia a la tracción es típicamente 1580 MPa (229 ksi).
  • Cuando se templa a 605 °C (1120 °F), la resistencia a la tracción es típicamente 1495 MPa (217 ksi).

4. ¿Es difícil mecanizar el H13?

Sí, el acero H13 puede ser difícil de mecanizar, especialmente una vez endurecido. Sin embargo, su maquinabilidad puede verse afectada por su estado y la operación de mecanizado específica.

5. ¿Cuál es la dureza Rockwell del acero H13?

La dureza Rockwell C (HRC) del acero H13 varía según su tratamiento térmico, incluido el estado templado, la temperatura de revenido y las aplicaciones específicas.

6. ¿Cuál es la diferencia entre el acero H11 y H13?

La principal diferencia entre el acero H11 y el H13 radica en su contenido de vanadio y el impacto resultante en sus propiedades. H13 puede mostrar tenacidad ligeramente menor que H11, especialmente durante la fragilización por temple.

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