Selección de acero para herramientas para la extrusión de cobre y latón
En la extrusión de cobre y latón, una palanquilla calentada se fuerza a través de una matriz bajo alta presión para formar perfiles continuos. Las temperaturas típicas del proceso oscilan entre 650 y 1100 °C, con presiones unitarias superiores a 690 MPa y que alcanzan hasta 1035 MPa en operaciones de servicio pesado.
En estas condiciones, la falla de las herramientas se debe principalmente a tres mecanismos:
deformación plástica a temperatura elevada, desgaste superficial por el flujo de metal y fatiga térmica causada por calentamiento y enfriamiento repetidos. Estos mecanismos determinan directamente la vida útil de la herramienta y la estabilidad dimensional y, por lo tanto, definen los requisitos para la selección del acero para herramientas.
Factores de selección
La selección del acero para herramientas debe abordar los modos de falla dominantes en la extrusión de cobre y latón, en lugar de las propiedades generales del material.
Dureza en caliente y resistencia al revenido
A la temperatura de extrusión, una resistencia en caliente insuficiente provoca deformación plástica de los apoyos de la matriz y pérdida de precisión dimensional. El acero debe conservar dureza y resistencia a la compresión bajo exposición térmica sostenida.
Resistencia al desgaste y a la erosión
El flujo continuo de metal causa pérdida de material superficial, especialmente en regiones de alta velocidad. Los aceros para herramientas deben contener carburos estables para resistir la abrasión y evitar la degradación rápida del perfil.
resistencia al impacto
Las fluctuaciones de carga durante la entrada de la palanquilla y el flujo inestable pueden generar tensiones localizadas. Una tenacidad insuficiente provoca agrietamiento o falla de bordes, particularmente en áreas de alta tensión.
Resistencia a la fatiga térmica (agrietamiento por calor)
Los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento generan grietas superficiales que se propagan con el tiempo. La resistencia a la fatiga térmica es crítica para mantener la integridad superficial de la matriz y la vida útil.
Aceros para herramientas recomendados
Con base en el equilibrio entre resistencia en caliente, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga térmica, se utilizan los siguientes grados para diferentes funciones de herramientas:
Acero para herramientas AISI H10 | 1.2365 | SKD7
El H10 se selecciona cuando la fatiga térmica es el modo de falla dominante en lugar del desgaste. Ofrece mejor resistencia al agrietamiento por calor que los aceros base tungsteno, lo que lo hace adecuado para mandriles y bloques ficticios en la extrusión de latón, donde el ciclado térmico es frecuente. La dureza típica es de 42–48 HRC.
Acero para herramientas AISI H21 | 1.2581 | SKD5
El H21 se selecciona cuando la resistencia al ablandamiento térmico es el requisito principal. Mantiene la resistencia bajo temperatura elevada sostenida y carga de compresión, lo que lo hace adecuado para matrices de extrusión y bloques ficticios. La dureza de trabajo típica es de 42–48 HRC para reducir el riesgo de agrietamiento bajo carga.
AISI H12
El H12 se selecciona para componentes sometidos a alta carga mecánica pero menor exposición térmica. Su mayor tenacidad reduce el riesgo de agrietamiento bajo presión, lo que lo hace adecuado para componentes de soporte como camisas, arietes y cojinetes. La dureza típica es de 40–46 HRC.
AISI H19
El H19 se utiliza en las condiciones más severas, donde deben soportarse tanto alta temperatura como alta presión sin ablandamiento. La adición de cobalto mejora la resistencia al ablandamiento térmico, lo que le permite mantener la estabilidad dimensional. Se utiliza típicamente para insertos de matriz y núcleos a 45–52 HRC.
AISI H26
El H26 se utiliza en condiciones más severas, donde temperaturas más altas y un flujo de metal más fuerte aceleran el desgaste. En comparación con el H21, ofrece mejor resistencia al desgaste y la erosión a alta temperatura, pero menor tenacidad. Se aplica típicamente en matrices de alta carga que operan a 45–50 HRC.
Tabla resumen
| Grado de acero para herramientas | Base de aleación | Dureza de trabajo | Ventaja principal | Aplicación típica |
|---|---|---|---|---|
| AISI H21 | Tungsteno | 42–48 HRC | Resistencia al ablandamiento térmico bajo carga | Matrices de extrusión, bloques ficticios |
| AISI H26 | Tungsteno | 45–50 HRC | Resistencia al desgaste y la erosión a alta temperatura | Matrices de alta carga |
| AISI H10 | Cromo | 42–48 HRC | Resistencia a la fatiga térmica (agrietamiento por calor) | Mandriles, bloques ficticios |
| AISI H19 | Cr-W-Co | 45–52 HRC | Estabilidad bajo alta temperatura y presión combinadas | Insertos de matriz, núcleos |
| AISI H12 | Cromo | 40–46 HRC | Alta tenacidad bajo carga de compresión | Camisas, arietes, cojinetes |