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Selección de acero para herramientas de estampación en caliente (endurecimiento por prensado)
El estampado en caliente, también conocido como endurecimiento por prensado, es un proceso de conformado no isotérmico muy utilizado en la industria automotriz. Se emplea principalmente para fabricar componentes estructurales de acero de ultra alta resistencia con un adelgazamiento y una recuperación elástica mínimos.
En este proceso, las piezas en bruto de acero aleado con boro, típicamente 22MnB5, se calientan a 900 °C–950 °C para austenizarlas. Luego, la pieza en bruto caliente se transfiere rápidamente a una matriz enfriada internamente, donde se forma y temple ocurren simultáneamente dentro de la herramienta, transformando la pieza de trabajo en martensita.
Dado que el conformado y la transformación de fase ocurren dentro del mismo molde, la herramienta no solo debe soportar altas cargas mecánicas derivadas de las presiones de conformado y cierre, sino también funcionar como un intercambiador de calor eficiente. Durante la producción, el molde debe absorber y disipar continuamente una cantidad considerable de energía (hasta 100 kW) y experimentar gradientes de temperatura extremos (hasta 25 K/mm) entre sus capas internas y superficiales, lo que genera tensiones térmicas.
Además, para asegurar la transformación martensítica completa dentro del troquel, las velocidades de enfriamiento no deben caer por debajo de 27 K/s. Los materiales de los troqueles de estampado en caliente soportan intensas tensiones térmicas y mecánicas cíclicas, por lo que la selección adecuada de aceros para herramientas El primer paso fundamental para un estampado en caliente exitoso.
Factores de selección
Al seleccionar acero para herramientas para el estampado en caliente, las propiedades del material deben tener en cuenta la capacidad de gestión térmica y la fiabilidad en el servicio.
- Conductividad térmica. La productividad en una línea de estampado en caliente depende en gran medida de la eficiencia de disipación de calor del troquel. Una mayor conductividad térmica facilita una eliminación de calor rápida y uniforme durante la etapa de enfriamiento, evitando la formación de puntos calientes localizados y asegurando que la pieza alcance la velocidad de enfriamiento requerida.
- Resistencia a Comprobación de calor Fatiga térmica. Durante el estampado en caliente, la superficie de la matriz entra en contacto repetidamente con piezas en bruto a alta temperatura y se somete a refrigeración interna por agua, lo que provoca la expansión y contracción periódica de la capa superficial. Este ciclo térmico induce fatiga térmica en la superficie de la matriz, formando gradualmente fisuras superficiales con una distribución reticular. Por lo tanto, mejorar la resistencia del acero para herramientas a las fisuras térmicas es fundamental para prolongar la vida útil de la herramienta.
- Resistencia al revenido. Dado que las herramientas experimentan temperaturas superficiales elevadas durante el conformado y el temple, el acero para herramientas debe exhibir una excelente resistencia al ablandamiento, en particular resistencia al revenido. Una resistencia suficiente a altas temperaturas ayuda a mantener la estabilidad geométrica bajo cargas de servicio y suprime eficazmente deformación plástica.
- Resistencia al desgaste. Aunque las cargas mecánicas sobre las matrices durante el estampado en caliente son menores que las de la extrusión en frío, la resistencia al desgaste sigue siendo esencial para garantizar la calidad de la superficie y las tolerancias dimensionales, especialmente en condiciones de producción en masa a largo plazo.
Aceros para herramientas recomendados
En función de los requisitos exhaustivos de capacidad de gestión térmica, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la fatiga térmica durante el proceso de endurecimiento por prensado, se suelen seleccionar los siguientes grados de acero para herramientas para matrices de estampado en caliente.
Acero para herramientas H13 | 1.2344 | SKD61
El AISI H13 es uno de los aceros para herramientas más utilizados en aplicaciones de trabajo en caliente, empleado extensamente en matrices de fundición a presión, forja y estampado en caliente, sirviendo como material de referencia en este campo. Este grado de acero equilibra tenacidad con resistencia al agrietamiento por calor. H13 exhibe una excelente templabilidad durante el tratamiento térmico con mínima distorsión. H13 también exhibe buena resistencia al ablandamiento a temperaturas elevadas, manteniendo dureza Por debajo de aproximadamente 425 °C. Se puede templar en agua para su uso en matrices de estampado en caliente. Su rango típico de dureza de trabajo es de 42 a 53 HRC.
Acero para herramientas H11 | 1.2343 | SKD6 (Alternativa de alta tenacidad)
AISI H11 es un acero al cromo 5%. acero para trabajar en caliente Con una composición similar a la del H13 pero con menor contenido de vanadio, ofrece una tenacidad y resistencia a la fractura superiores. El H11 es especialmente adecuado para herramientas de trabajo en caliente con riesgo de agrietamiento importante (fallo catastrófico). Al igual que el H13, este tipo de acero se endurece al aire y presenta una distribución de propiedades relativamente uniforme en matrices de gran sección. El H11 muestra una fuerte resistencia al ablandamiento térmico y es una opción estándar para herramientas de trabajo en caliente, operando típicamente en el rango de dureza de 38 a 54 HRC. Para aplicaciones altamente susceptibles al agrietamiento, se puede seleccionar el "H11 con bajo contenido de Si", que ofrece una tenacidad mejorada.
DIN 1.2367 (H10 Modificado)
El acero DIN 1.2367 (H10 Modificado) es un acero para trabajo en caliente con bajo contenido de cromo, optimizado específicamente para matrices de endurecimiento por prensado y estampado en caliente. El DIN 1.2367 (H10 Modificado) contiene mayor cantidad de molibdeno, lo que ofrece una resistencia al revenido significativamente superior en comparación con el H13 o el H11. Su alta conductividad térmica facilita la rápida disipación del calor, lo que lo hace adecuado para matrices pequeñas de alta resistencia sometidas a un choque térmico severo y que requieren refrigeración por agua. Para aplicaciones donde los grados estándar fallan prematuramente debido a la fatiga térmica o a una resistencia insuficiente a altas temperaturas, el DIN 1.2367 (H10 Modificado) es una opción superior. templado a 600 °C, su dureza alcanza 52–54 HRC y DIN 1.2367 (H10 Modificado) exhibe una resistencia superior a altas temperaturas. límite elástico en comparación con H13/H11.
Preguntas frecuentes
Entre los factores clave se incluyen la conductividad térmica para la disipación del calor, la resistencia al agrietamiento por calor, la resistencia a altas temperaturas para evitar el ablandamiento y la resistencia al desgaste para garantizar la calidad de la superficie.
Su alta conductividad térmica permite una disipación de calor rápida y uniforme durante el temple. Esto evita la formación de puntos calientes localizados, garantiza que la pieza alcance la velocidad de enfriamiento necesaria y aumenta directamente la eficiencia de la producción.
Entre las opciones más comunes se encuentran el AISI H13, que ofrece un equilibrio entre tenacidad y resistencia al agrietamiento por calor; el AISI H11, que proporciona una alta tenacidad; y el DIN 1.2367, que ofrece una resistencia superior al choque térmico y una buena conductividad.
Seleccione AISI H11 cuando la herramienta esté en riesgo de agrietamiento importante o falla catastrófica. Contiene menos vanadio que el H13, lo que le confiere una mayor tenacidad y resistencia a la fractura.
El acero DIN 1.2367 presenta una conductividad térmica superior y una resistencia al revenido mejor que el H13. Es ideal para matrices pequeñas de alta resistencia sometidas a un choque térmico severo que requieren una rápida disipación del calor.
El agrietamiento por calor se produce por fatiga térmica causada por la expansión y contracción cíclicas. La superficie del troquel alterna continuamente entre el contacto con las piezas calientes y la refrigeración interna por agua, formando finalmente una red de grietas.
Los rangos de dureza de trabajo varían según el grado: el AISI H13 suele operar a 42–53 HRC, el AISI H11 a 38–54 HRC y el DIN 1.2367 alcanza 52–54 HRC después del revenido.
Los troqueles experimentan temperaturas superficiales elevadas durante el conformado y el temple. Una resistencia a altas temperaturas suficiente evita el ablandamiento y la deformación plástica, lo que garantiza que la herramienta mantenga su estabilidad geométrica bajo cargas pesadas.