Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas O2

Acero para herramientas O2 El tratamiento térmico es crucial para lograr un rendimiento óptimo. El acero para herramientas O2 es un acero para herramientas de trabajo en frío, templado en aceite, con alta dureza, alta resistencia al desgaste y mínima deformación durante el tratamiento térmico. En comparación con el acero templado en agua, el acero O2 presenta una mejor estabilidad dimensional y mayor tenacidad después del temple completo.¹Los grados equivalentes de acero para herramientas O2 incluyen:

1. Europa (EN/DIN): 1.2842 o 90MnCrV8.
2. Japón (JIS): SKS31
3. China (GB): 9Mn2V

Lista de verificación rápida del tratamiento térmico del acero para herramientas O2

Precalentamiento

Casi todos los aceros para herramientas, incluido el O₂, requieren precalentamiento. Este ayuda a reducir el choque térmico y el riesgo de deformación o agrietamiento al colocar herramientas frías en un horno caliente. También puede aliviar la tensión durante el procesamiento de materiales de O₂ y mejorar la eficiencia de producción del horno. Precaliente a 649-677 °C (1200-1250 °F) hasta que el material de O₂ se caliente uniformemente.

Austenitización (endurecimiento)

El rango de temperatura de austenización para el acero O2 suele ser de 760 a 800 °C (1400 a 1472 °F). A esta temperatura, se disuelven diversos carburos de aleación complejos y la microestructura se transforma en austenita. El tiempo de permanencia a esta temperatura debe controlarse cuidadosamente para evitar efectos adversos en la estructura molecular.

Enfriamiento

Después de la austenización, el acero se enfría rápidamente, generalmente en aceite para acero para herramientas O2, para transformar la austenita en martensita, que es la estructura dura deseada. El temple en aceite tiene una velocidad de enfriamiento más lenta que el temple en agua, pero presenta un menor riesgo de deformación y agrietamiento. El material de O₂ debe enfriarse a una temperatura de entre 66 y 93 °C (150 y 200 °F) antes de proceder al revenido. A diferencia del acero de temple al aire, el acero para herramientas templado en aceite no suele envolverse en una lámina de acero inoxidable durante el temple, ya que esta dificultaría el temple en aceite.

Templado

El acero para herramientas O2 se templa típicamente a bajas temperaturas, generalmente entre 150 °C y 260 °C (300 °F y 500 °F), para mantener su alta dureza. El acero para herramientas O2 generalmente requiere un solo ciclo de templado, pero a veces se puede preferir un doble templado. Cada ciclo de templado generalmente requiere un tiempo de remojo de al menos 2 horas por pulgada (4,7 minutos por milímetro) de sección transversal, con enfriamiento al aire a temperatura ambiente entre múltiples templados. El momento del templado es crítico y debe comenzar inmediatamente después de que la temperatura del paso de temple anterior baje a 52-65 °C (125-150 °F) para evitar efectos adversos en la vida útil de la herramienta y para evitar la estabilización de la austenita retenida. Cuanto mayor sea la temperatura de templado, menor será la dureza.

Problemas comunes y soluciones en el tratamiento térmico con O2

Deformación y cambios dimensionales

El acero O2 exhibe una buena estabilidad dimensional, pero un tratamiento térmico inadecuado aún puede causar deformación y cambios dimensionales, principalmente debido al temple excesivo y al calentamiento desigual.

Para controlar eficazmente la deformación, se pueden tomar las siguientes medidas:

1. Templado: Enfriar la pieza en aceite de temple o sal fundida a una temperatura aproximadamente de 14 °C a 28 °C (25 °F a 50 °F) por encima de la temperatura de inicio de la transformación de la martensita (Ms). Una vez que la pieza se haya enfriado uniformemente, proceder al enfriamiento por aire.
2. Tratamiento de precalentamiento: Se recomienda precalentar el acero a aproximadamente 650 °C (1200 °F) antes de austenizarlo para reducir el riesgo de deformación durante los procesos de endurecimiento posteriores.
3. Margen de mecanizado: Se debe conservar un margen suficiente durante el mecanizado para corregir cualquier posible deformación que pueda producirse después del tratamiento térmico final.

Enfriamiento de grietas

En comparación con el acero templado al agua, el acero al O₂ ofrece mayor seguridad de temple, pero aún conlleva riesgo de agrietamiento. Las causas incluyen velocidades de calentamiento excesivas, la selección incorrecta de los medios de temple y factores de diseño como esquinas afiladas o cambios bruscos en el espesor de la sección transversal en herramientas y matrices de O₂.

Para evitar el agrietamiento se pueden tomar las siguientes medidas:

1. El acero al O2 debe templarse en aceite; el uso de agua o salmuera está estrictamente prohibido, ya que puede causar grietas fácilmente. La temperatura óptima del aceite de temple debe mantenerse entre 50 °C y 70 °C (120 °F y 160 °F) para lograr la dureza deseada y minimizar el choque térmico.
2. El revenido debe realizarse inmediatamente después del temple. Se recomienda realizar este proceso antes de que la pieza se haya enfriado completamente a temperatura ambiente para eliminar las tensiones residuales elevadas y evitar el agrietamiento inmediato.
3. Para piezas de trabajo con formas complejas, se recomienda realizar un recocido de alivio de tensiones a 650–675 °C después del mecanizado en bruto y antes del temple final para reducir el riesgo de agrietamiento posterior.

Descarburación de la superficie

El acero al O₂ es muy susceptible a la descarburación superficial durante el calentamiento. Esta descarburación provoca la pérdida de carbono en el acero al O₂, formando una capa blanda con dureza insuficiente, lo que reduce significativamente su resistencia al desgaste.

Para evitar la descarbonatación, se deben implementar los siguientes controles de proceso:

1. El proceso de calentamiento debe realizarse en un medio protector, como una atmósfera endotérmica, un baño de sal fundida o un entorno de vacío, para evitar la oxidación de manera efectiva.
2. Antes del tratamiento térmico final, la capa de óxido en la superficie de O2, comúnmente conocida como “capa negra”, y la capa descarburada existente deben eliminarse completamente para garantizar que la pieza de trabajo de O2 alcance la dureza de superficie requerida después del endurecimiento.

Austenita retenida y control de dureza

La microestructura y la dureza final del acero al O₂ son susceptibles a la temperatura de austenización. Las temperaturas excesivamente altas provocan un aumento significativo del contenido de austenita retenida en la matriz del acero al O₂, lo que resulta en una dureza insuficiente tras el temple e inestabilidad dimensional.

Para garantizar un rendimiento estable, se recomiendan las siguientes medidas de control:

1. Respete estrictamente el rango de temperatura de austenización recomendado. Para el acero O₂, este suele ser de 790 °C a 815 °C, lo que suprime eficazmente la formación de austenita retenida excesiva en su origen.
2. El proceso de tratamiento criogénico a -196 °C (-321 °F) promueve eficazmente la transformación de la austenita retenida en martensita. Si bien no puede eliminarla, reduce significativamente su contenido.
3. Se recomienda templar a una temperatura de entre 175 °C y 205 °C (entre 345 °F y 400 °F) para lograr la dureza de trabajo deseada, que suele ser de entre 58 y 62 HRC.

Baja dureza roja

El acero O2 es un acero para herramientas de trabajo en frío que carece de dureza al rojo. Es apto únicamente para aplicaciones de estampación en frío, cizallamiento y conformado en entornos de baja temperatura. Su uso en aplicaciones de trabajo en caliente, como la fundición a presión y la forja en caliente, está estrictamente prohibido.

Preguntas frecuentes

1. Nee, JG (Revisor técnico jefe y editor gerente). (2010). Fundamentos del diseño de herramientas (6ª ed.). Sociedad de Ingenieros de Fabricación. ↩︎