Limitaciones del acero para herramientas H13: modos de fallo y cómo evitarlos.

Guía rápida sobre las limitaciones de H13

¿El acero para herramientas H13 es resistente a la corrosión?

El acero H13 contiene aproximadamente 51 TP3T de cromo, pero no es inoxidable y ofrece poca resistencia a la corrosión. Para una prevención fiable contra la oxidación, se requiere un contenido de cromo de entre 11 y 121 TP3T. En ambientes húmedos, con agua de refrigeración o en condiciones de funcionamiento corrosivas, las superficies de H13 pueden picarse, y estas picaduras se convierten en puntos de concentración de tensiones que inician grietas.

Considere la corrosión como un problema de diseño, no como una propiedad en la que pueda confiar. Los tratamientos superficiales, como la nitruración o los recubrimientos, junto con el almacenamiento y el funcionamiento en entornos controlados, constituyen medidas de protección prácticas. Si no se controla, la corrosión por picaduras puede acortar la vida útil del molde antes que el desgaste mecánico.

¿A qué temperatura pierde resistencia y tenacidad el H13?

El H13 se mantiene bien a temperaturas elevadas, pero su resistencia disminuye drásticamente por encima de los 650 °C (1202 °F) aproximadamente, ya que su estructura comienza a transformarse. Si se utiliza un molde fuera de su rango de temperatura nominal, se ablanda, lo que aumenta el riesgo de fallo.

La tenacidad también se determina durante el revenido. Un revenido cercano a los 500 °C (930 °F) puede dejar el acero H13 en un estado de alta dureza y baja tenacidad, conocido como fragilidad por revenido. Una temperatura de austenización demasiado alta provoca el engrosamiento del grano y la fragilización de los límites de grano.

La solución consiste en un control estricto de la austenización y el revenido, generalmente dos o tres ciclos de revenido, para equilibrar la dureza y la tenacidad. Para conocer el procedimiento completo, consulte la Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas H13.

¿Qué tan difícil es mecanizar H13?

El acero H13 es moderadamente difícil de mecanizar. Su índice de maquinabilidad es de aproximadamente 70, en comparación con el acero al carbono 1%, que tiene un índice de 100. Su tenacidad acelera el desgaste de las herramientas y aumenta los costos. El mecanizado es mucho más sencillo en estado recocido que después del endurecimiento.

Cuando se deba cortar acero endurecido H13, con una dureza aproximada de 52-55 HRC, el uso de herramientas de carburo sólido recubierto o PCBN, profundidades de corte bajas de 0,05-0,3 mm y avances de 0,05-0,2 mm/rev ayudan a mantener la presión y el calor bajo control. Con una configuración adecuada, se pueden lograr acabados superficiales de aproximadamente 0,14-0,48 µm. Para obtener parámetros detallados, consulte Maquinabilidad del acero para herramientas H13.

¿Se puede soldar el acero para herramientas H13?

Sí, pero conlleva un alto riesgo y es propenso a agrietarse. Al ser una aleación de alta templabilidad, la H13 forma martensita frágil sin templar en la zona afectada por el calor durante el enfriamiento rápido, lo que provoca agrietamiento en frío inducido por hidrógeno. Este agrietamiento puede aparecer días o semanas después de la soldadura, incluso después de la primera inspección.

Para una reparación exitosa se requiere un precalentamiento de 100-200 °C, un material de aporte con la composición y dureza adecuadas para el H13, y un tratamiento térmico posterior a la soldadura para transformar la austenita retenida y aliviar las tensiones. Si se omite cualquiera de estos pasos, la zona de soldadura se convertirá en el próximo origen de grietas. Para conocer el método completo y sus limitaciones, consulte ¿Se puede soldar el acero para herramientas H13?.

¿Por qué se forman grietas por rectificado en el H13?

Las grietas por rectificado se producen por sobrecalentamiento localizado. Cuando una pasada calienta la superficie más rápido de lo que el material puede absorber el calor, la superficie se endurece formando una capa blanca quebradiza de 65-70 HRC o se ablanda debido al revenido localizado. La tensión térmica resultante abre finas grietas.

Estas microfisuras suelen ser invisibles, pero se profundizan con pasadas agresivas y se convierten en puntos críticos de inicio de fatiga. La selección correcta de la muela, las velocidades controladas y un refrigerante suficiente y bien dirigido previenen el daño. Considere el rectificado como un paso final que puede dañar silenciosamente una matriz que, de otro modo, estaría en buen estado.

¿Qué falla durante el tratamiento térmico H13?

El tratamiento térmico es donde se fabrican o se pierden la mayoría de los troqueles H13. Predominan cuatro modos de fallo: la descarburación deja una superficie blanda y de bajo desgaste; la distorsión y el agrietamiento se producen tras un calentamiento o enfriamiento desigual, especialmente en secciones complejas; y la austenita retenida permanece blanda e inestable, para luego transformarse y fragilizar el troquel.

Cada uno se remonta al control de la atmósfera y a la velocidad de calentamiento o enfriamiento, más que al grado en sí. Se trata de fallas del proceso, no de limitaciones del material, por lo que la defensa es el procedimiento. Los controles completos de endurecimiento, temple y revenido se tratan en el Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas H13.

¿Cuáles son los modos de fallo más comunes del H13 en servicio?

La fatiga térmica, o agrietamiento por calor, es especialmente común en la fundición a presión. El aluminio fundido que penetra en estas grietas bajo presión dificulta la extracción de la pieza y afecta la calidad de la superficie. El agrietamiento macroscópico es una fractura grande y profunda causada por la combinación de esfuerzos mecánicos y térmicos en puntos de concentración de tensiones, como radios pequeños. El desgaste predomina en muchas aplicaciones de forja y puede ser la causa principal de las fallas de los moldes.

¿Cuándo no se debe usar H13?

Elija un grado diferente cuando el trabajo se caracterice por corrosión, desgaste abrasivo muy elevado o temperaturas de servicio que superen el rango de reblandecimiento del H13. El H13 es un acero para trabajos en caliente, no un acero inoxidable ni un acero para trabajos en frío de alta resistencia al desgaste.

Para ambientes húmedos o químicamente agresivos, es más apropiado un grado resistente a la corrosión. Para un desgaste abrasivo intenso a temperaturas más bajas, un acero de trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo, como D2 Mantiene el filo durante más tiempo. Adaptar el grado al modo de fallo predominante es más económico que utilizar H13 fuera de su rango de resistencia.

¿Influye la calidad del material en el fallo del H13?

Sí, y a menudo es la causa oculta. Muchos fallos prematuros en el acero H13 se deben al propio acero, más que a la especificación del grado. La limpieza, el control de la templabilidad y la baja segregación determinan la resistencia de un troquel al agrietamiento y al agrietamiento por calor, y dos barras con la misma composición química del H13 pueden comportarse de forma diferente en servicio.

Las inclusiones y la segregación de carburos actúan como puntos de inicio de grietas, y una estructura no homogénea reduce la tenacidad donde se concentra la tensión. El ESR H13 reduce las inclusiones y la segregación, por lo que es la mejora habitual para matrices exigentes de fundición a presión y extrusión. El material recocido también se mecaniza de forma más predecible y presenta menos tensiones residuales en el proceso de endurecimiento. Para saber cuándo merece la pena la mejora, consulte ¿Cuándo elegir el acero para herramientas ESR H13?.