Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas M2

Acero para herramientas de alta velocidad M2 de Aobo Steel

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Tabla de temperaturas de tratamiento térmico del acero para herramientas M2

La siguiente tabla resume los datos principales del tratamiento térmico del acero para herramientas M2. La secuencia completa del proceso se explica en la sección paso a paso que aparece a continuación.

El M2 debe calentarse en un horno de vacío, en una atmósfera neutra controlada o, si es posible, en un baño de sales neutras. A las temperaturas de endurecimiento del M2, puede producirse una descarburación superficial. Esto deja una capa exterior blanda y reduce la resistencia al desgaste.

Cómo realizar el tratamiento térmico del acero para herramientas M2 paso a paso

El tratamiento térmico M2 debe gestionarse como un proceso metalúrgico continuo; cada etapa se interrelaciona e influye en las demás. Un precalentamiento inadecuado aumenta la probabilidad de choque térmico y agrietamiento. Una austenización subóptima interrumpe la disolución de carburos y aumenta la austenita retenida. Un temple inadecuado reduce la dureza alcanzable y provoca distorsión. Un revenido multietapa insuficiente deja la microestructura en estado metaestable.

Paso 1: Aliviar el estrés antes del endurecimiento

Se recomienda el alivio de tensiones cuando una herramienta M2 ha sido sometida a un mecanizado intensivo antes del endurecimiento. Cuando se ha eliminado una gran cantidad de material, las tensiones internas de mecanizado pueden provocar movimientos o fisuras durante el tratamiento térmico final.

Caliente la herramienta lentamente a 650–675 °C (1200–1245 °F) y manténgala a esa temperatura durante aproximadamente 1–2 horas por pulgada de sección transversal. Enfríe la herramienta lentamente a temperatura ambiente. Este paso no endurece el acero, sino que alivia las tensiones internas antes del ciclo de endurecimiento a alta temperatura. Complete el mecanizado basto antes de aliviar las tensiones. Deje suficiente margen para el rectificado final después del endurecimiento y el revenido.

Paso 2: Doble precalentamiento para acero para herramientas M2

El M2 no debe someterse directamente al proceso de austenización. Debido a su alto contenido de aleación y su elevada temperatura de endurecimiento, el calentamiento directo a altas temperaturas puede provocar un choque térmico significativo y aumentar el riesgo de agrietamiento.

El objetivo del precalentamiento es igualar las temperaturas, no mantenerlas a esa temperatura durante mucho tiempo. Una vez calentada uniformemente, austenícela sin demora. Mantener la temperatura durante un tiempo excesivo durante el calentamiento es innecesario, ya que puede aumentar la descarburación si la atmósfera no está bien protegida.

Algunas referencias indican un rango general de precalentamiento M2 de 730–845 °C, o un ciclo elevado de dos etapas a 843 °C y 1010 °C. Para un proceso claro y por etapas, las secuencias de 540–650 °C y 845–870 °C son más fáciles de seguir y explican directamente el orden de calentamiento previo al endurecimiento.

Paso 3: Temperatura de austenización y tiempo de remojo

El M2 se austeniza típicamente a 1190–1230 °C (2175–2245 °F). Este es el paso más crítico. La temperatura debe ser suficiente para disolver los carburos de aleación necesarios, pero sin superar los umbrales de crecimiento de grano, exceso de austenita retenida o daño térmico.

El tiempo de mantenimiento a la temperatura de austenización debe ser breve. Una vez que la herramienta alcance la temperatura, mantenga M2 durante solo 2 a 5 minutos. Este es el tiempo a temperatura después de que la sección se haya ecualizado, no el ciclo completo del horno. El tiempo de calentamiento no se cuenta como mantenimiento. Las secciones muy grandes pueden requerir entre 5 y 7 minutos. No mantenga M2 a temperatura constante como lo haría con un acero de baja aleación.

El sobrecalentamiento es una de las causas más comunes de fallos en el tratamiento térmico M2. Un tiempo excesivo a alta temperatura disuelve demasiado carbono y aleación en la austenita, lo que aumenta la austenita retenida, engrosa el grano y reduce la tenacidad. El calentamiento insuficiente tiene el efecto contrario: provoca una disolución insuficiente de los carburos, menor dureza y un endurecimiento secundario más débil durante el revenido. El objetivo es lograr una disolución controlada de los carburos dentro de un rango estrecho, no el tiempo máximo en el horno.

Paso 4: Métodos de enfriamiento: Aceite, aire y baño de sal

Tras la austenización, temple el M2 en aceite, aire o un baño de sales calientes. El mejor método depende del tamaño de la herramienta, la dureza deseada, la tolerancia a la deformación y el equipo disponible.

El temple en aceite se suele elegir cuando se requiere la máxima dureza, enfriando la herramienta desde la austenización hasta 66–93 °C (150–200 °F). El temple al aire es más suave y reduce el riesgo de deformación, por lo que resulta adecuado para secciones o herramientas más pequeñas donde la estabilidad dimensional es más importante que un enfriamiento agresivo. El temple en baño de sales calientes proporciona un mejor control de la igualación de temperatura: la herramienta se mantiene a esa temperatura hasta que la sección se iguala, y luego se enfría aún más antes del revenido, lo que reduce el choque térmico y la deformación cuando se controla adecuadamente.

Independientemente del medio de temple, el revenido debe comenzar tan pronto como la herramienta se enfríe a 66–93 °C. Una retención prolongada en el estado martensítico resultante del temple aumenta el riesgo de agrietamiento tardío o distorsión dimensional debido a la austenita retenida sin revenir y las tensiones residuales.

Paso 5: Tratamiento opcional a temperaturas bajo cero

El tratamiento a temperaturas bajo cero es opcional. Se utiliza principalmente cuando la estabilidad dimensional es fundamental, como en el caso de herramientas complejas, componentes de precisión o piezas donde la austenita retenida debe reducirse aún más.

Un rango típico de temperaturas bajo cero es de -100 a -195 °C (-150 a -320 °F). Una vez que la pieza alcanza la temperatura ambiente, el revenido debe comenzar de inmediato. Para formas complejas, se puede aplicar un breve revenido de alivio de tensiones a baja temperatura antes de la congelación para reducir el riesgo de agrietamiento. El tratamiento bajo cero no reemplaza la austenización, el temple y los múltiples revenidos adecuados. Es solo un paso de estabilización adicional cuando el diseño de la herramienta y las condiciones de servicio lo requieren.

Paso 6: Templado doble o triple

El revenido debe comenzar inmediatamente después del temple. Si se utiliza un ciclo bajo cero, el revenido debe realizarse inmediatamente después de que la pieza alcance la temperatura ambiente. El proceso M2 se basa en el endurecimiento secundario. El revenido no solo alivia las tensiones, sino que también controla la transformación de la austenita retenida, la precipitación de carburos, la dureza final y la tenacidad.

El rango de revenido habitual para el acero M2 es de 538–595 °C (1000–1105 °F). El doble revenido es el requisito mínimo práctico. El triple revenido se utiliza con frecuencia para herramientas de corte, herramientas de precisión y condiciones de servicio exigentes.

Tras cada ciclo de revenido, es necesario enfriar la muestra a temperatura ambiente antes de comenzar el siguiente. Esta etapa de enfriamiento es importante porque la austenita retenida puede transformarse en martensita durante el proceso, y el siguiente revenido alivia la tensión en dicha martensita recién formada. No se debe confiar en un solo revenido para la aleación M2. Un solo ciclo generalmente no es suficiente para estabilizar la estructura.

Tabla de temperatura y dureza de revenido M2

El M2 presenta una fuerte respuesta de endurecimiento secundario. Su dureza no disminuye simplemente al aumentar la temperatura de revenido. En el rango de revenido alto, precipitan finos carburos de aleación, y la dureza puede volver a aumentar.

El gráfico que aparece a continuación muestra la dureza típica después del doble revenido cuando el M2 se austeniza a unos 1230 °C / 2250 °F.

Para muchas aplicaciones de corte y mecanizado de herramientas en acero M2, es común el revenido a una temperatura de entre 540 y 565 °C, ya que se sitúa cerca del rango de endurecimiento secundario y equilibra la dureza, el rendimiento de corte, la tenacidad y la estabilidad.

El M2 no debe someterse a un revenido insuficiente. Una temperatura de revenido baja o un número insuficiente de ciclos pueden provocar altas tensiones internas y una austenita retenida inestable. El revenido doble es el mínimo, y el revenido triple se suele utilizar para herramientas más exigentes.

Efecto de la temperatura de austenización sobre la dureza templada M2

La temperatura de austenización afecta la dureza final. Una temperatura de endurecimiento más alta disuelve más carbono y elementos de aleación, lo que fortalece el endurecimiento secundario durante el revenido, pero también aumenta la austenita retenida y el riesgo de sobrecalentamiento.

La tabla que aparece a continuación utiliza un conjunto de datos independiente expresado en °C, por lo que sus valores máximos difieren ligeramente del gráfico de doble revenido en °F que se muestra arriba. Ambos no son contradictorios. Provienen de diferentes coladas, condiciones de austenización y configuraciones de prueba, y ambos muestran la misma tendencia: un pico de endurecimiento secundario cerca de 525–550 °C, seguido de una caída por encima de 575 °C.

Por eso, el M2 no debe someterse a tratamiento térmico únicamente para alcanzar la máxima dureza. Una temperatura de endurecimiento más alta puede producir un endurecimiento secundario mayor, pero el margen de procesamiento seguro se reduce. En producción, el objetivo ideal es lograr una dureza estable con una tenacidad aceptable, una austenita retenida controlada y una vida útil fiable de la herramienta.

Problemas de tratamiento térmico M2

La mayoría de los fallos en el tratamiento térmico del M2 se deben a cinco factores: austenización incorrecta, remojo excesivo, protección atmosférica deficiente, temple inadecuado y revenido insuficiente.

El sobrecalentamiento y el tiempo de remojo excesivo son graves, ya que el M2 se procesa cerca de su límite de alta temperatura. El exceso de temperatura o tiempo provoca un engrosamiento del grano, aumenta la austenita retenida, reduce la tenacidad y disminuye la fiabilidad de la herramienta. El calentamiento insuficiente impide la disolución de suficientes carburos de aleación, lo que reduce la dureza tras el temple y debilita el endurecimiento secundario durante el revenido.

En el acero M2 se espera la presencia de austenita retenida, pero un exceso de esta causa problemas. Posteriormente, durante el servicio, puede transformarse, formando martensita nueva, lo que provoca un crecimiento dimensional y tensiones internas, e incrementa el riesgo de agrietamiento. La descarburación es otra causa importante de fallos: al calentarse sin vacío, en atmósfera neutra o sin protección mediante baño de sales, la superficie pierde carbono y permanece blanda tras el endurecimiento.

Los errores de revenido son especialmente costosos. El M2 requiere múltiples ciclos de revenido, ya que la transformación de la austenita retenida y el revenido de la martensita recién formada no pueden completarse en un solo ciclo. Para un rendimiento estable, la herramienta debe enfriarse a temperatura ambiente entre revenidos.