Los mejores aceros para herramientas para matrices de extrusión de aluminio

Los mejores y más comúnmente recomendados aceros para herramientas para matrices de extrusión de aluminio son: AISI H13 (DIN 1.2344), H11 (DIN 1.2343), y H12. Estos aceros para herramientas de trabajo en caliente al cromo se utilizan ampliamente porque combinan resistencia en caliente, tenacidad, resistencia a la fatiga térmica, buena respuesta a la nitruración y una distorsión relativamente baja durante el tratamiento térmico.

Para la mayoría de las matrices de extrusión de aluminio de uso general, el H13 debería ser la primera opción. Ofrece el mejor equilibrio general entre resistencia al desgaste, dureza en caliente, tenacidad y resistencia al agrietamiento por calor.

Para mandriles, pistones, bloques de prueba y otros componentes de herramientas sometidos a altas tensiones, el acero H11 puede ser una mejor opción cuando la principal preocupación es el agrietamiento, la tensión de flexión o la fractura.

Para herramientas que requieren mayor dureza en caliente y estabilidad dimensional, se puede considerar el acero H12, especialmente para matrices de extrusión en caliente, revestimientos y pistones.

Para puntas de mandril e insertos de alto desgaste, M2 El acero rápido T1 puede utilizarse cuando la fricción y el calor localizados superan la capacidad de los aceros H13 o H11. El M2 suele ser la opción más equilibrada, mientras que el T1 se utiliza principalmente cuando se requiere la máxima dureza en caliente.

Tabla de selección de aceros para herramientas para componentes de matrices de extrusión de aluminio

La selección de herramientas para la extrusión de aluminio no se basa en un único tipo de acero universal. La elección correcta depende del componente, el nivel de tensión, el riesgo de desgaste, la exposición térmica y la vida útil requerida.

H13 vs H11: Cómo elegir entre resistencia al desgaste y tenacidad

El H13 contiene más vanadio que el H11, generalmente alrededor de 1,01 TP3T en comparación con aproximadamente 0,51 TP3T en el H11. Este mayor contenido de vanadio contribuye a la formación de carburos de vanadio más duros, lo que mejora la resistencia al desgaste y a la corrosión por calor. Por esta razón, el H13 se utiliza ampliamente como material estándar de uso general para matrices de extrusión de aluminio, tanto macizas como huecas.

Elija H13 cuando las herramientas lo requieran:

• Rendimiento general equilibrado: H13 proporciona una excelente combinación de dureza en caliente, tenacidad, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga térmica.
• Mayor resistencia al desgaste que el H11: Su mayor contenido en vanadio favorece una mayor formación de carburo duro.
• Resistencia al agrietamiento por calor: H13 es adecuado para superficies de matrices que se calientan y enfrían repetidamente.
• Rendimiento estándar de la matriz de extrusión: Suele ser la opción más segura para matrices sólidas y huecas de uso general.

El H11 tiene un menor contenido de vanadio, lo que le confiere una resistencia al desgaste ligeramente inferior a la del H13, pero una mayor tenacidad a la fractura y ductilidad. Esto convierte al H11 en una excelente opción para componentes sometidos a altas tensiones de flexión, cargas de impacto o riesgo de agrietamiento.

Elija H11 cuando las herramientas lo requieran:

• Mayor tenacidad: El H11 es adecuado cuando la resistencia a la fractura es más importante que la resistencia al desgaste.
• Menor riesgo de agrietamiento: Es útil para mandriles largos y herramientas estructurales sometidas a altas tensiones.
• Mayor ductilidad: El H11 puede soportar mejor la tensión de flexión y los golpes mecánicos.
• Fiabilidad estructural: Adecuado para rams, bloques ficticios, soportes de chips y otros componentes de soporte.

Elija H13 cuando la resistencia al desgaste y la vida útil general del troquel sean las principales preocupaciones. Elija H11 cuando la resistencia al agrietamiento y la tenacidad sean más importantes.

¿Cuándo utilizar H12 para herramientas de extrusión de aluminio?

El H12 también es un acero para herramientas de trabajo en caliente con cromo, pero su función es más específica que la del H13 o el H11.

El acero H12 contiene tungsteno, además de cromo, molibdeno y vanadio. Esto le confiere mayor resistencia al ablandamiento a altas temperaturas y una mejor estabilidad dimensional en condiciones exigentes de trabajo en caliente. El H12 puede seleccionarse para matrices de extrusión en caliente, revestimientos y pistones donde la dureza en caliente y el control de la deformación son importantes.

Elija H12 cuando las herramientas lo requieran:

• Geometría compleja de la matriz: Una mayor estabilidad dimensional ayuda a reducir el riesgo de deformación y distorsión.
• Alta carga térmica: El soporte de aleación de tungsteno mejora la resistencia al ablandamiento a temperaturas elevadas.
• Herramientas de soporte de alta resistencia: El material H12 se puede utilizar para revestimientos, pistones y matrices de extrusión en caliente donde la dureza en caliente es importante.
• Requisitos específicos de estabilidad: Resulta útil cuando el control dimensional es más importante que simplemente elegir el grado más común.

En la mayoría de las decisiones de compra prácticas, H13 y H11 siguen siendo las opciones principales, mientras que H12 es una alternativa para requisitos específicos de dureza y estabilidad en caliente.

Cuándo usar M2 o T1 para puntas de mandril e insertos de alto desgaste

Los aceros M2 y T1 son aceros de alta velocidad. No son materiales de uso general para el cuerpo de las matrices de extrusión de aluminio. Se utilizan selectivamente para las puntas de los mandriles, los insertos de las matrices u otras zonas localizadas de alto desgaste.

El cuerpo principal del troquel necesita resistencia y solidez estructural. Las puntas y los insertos pueden requerir una resistencia al desgaste local y una dureza en caliente mucho mayores.

En comparación con los aceros H13 o H11, los aceros M2 y T1 pueden someterse a un tratamiento térmico para alcanzar una mayor dureza y mantenerla incluso bajo calor localizado intenso. Esto los hace idóneos cuando la fricción y la carga térmica en una pequeña área de la herramienta son demasiado elevadas para los aceros estándar para trabajo en caliente.

Elija M2 cuando las herramientas lo requieran:

• Fricción localizada severa: El alto contenido de carburo proporciona la resistencia al desgaste necesaria para las puntas de los mandriles y los insertos.
• Resistencia al astillamiento equilibrada: El M2 ofrece un mejor equilibrio de tenacidad que muchos aceros rápidos con aleaciones más pesadas.
• Condiciones mixtas de desgaste e impacto: Es adecuado para aplicaciones en las que el inserto debe resistir tanto la abrasión como el estrés mecánico.
• Rendimiento rentable: El M2 suele ser más económico que los aceros rápidos ricos en tungsteno.

El acero M2 suele ser la opción más práctica de acero de alta velocidad para puntas e insertos de mandriles, ya que proporciona una gran resistencia al desgaste con un mejor equilibrio de tenacidad que muchos aceros de alta velocidad con aleaciones más pesadas.

Elija T1 cuando las herramientas lo requieran:

• Dureza máxima en rojo: T1 es adecuada para aplicaciones en las que el inserto debe resistir el ablandamiento térmico a altas temperaturas.
• Alta estabilidad térmica: Su composición rica en tungsteno ayuda a mantener la dureza a temperaturas elevadas.
• Resistencia al ablandamiento térmico: Útil cuando el ablandamiento es el principal modo de fallo.
• Menor riesgo de astillamiento: El material T1 es menos atractivo si son frecuentes las fallas por impacto o el astillamiento de los bordes.

El T1 es un acero rápido de tungsteno clásico con una excelente dureza en caliente, pero suele ser más caro y menos resistente que el M2. En la mayoría de los casos, el M2 es la opción más equilibrada, mientras que el T1 se reserva para problemas de ablandamiento térmico extremo.

Por qué la respuesta a la nitruración es importante en la selección del acero para matrices de extrusión de aluminio

La respuesta a la nitruración es una razón importante por la que los materiales H11, H12 y H13 se utilizan ampliamente para matrices de extrusión de aluminio.

Las matrices de extrusión de aluminio necesitan una superficie dura y resistente al desgaste, sostenida por un núcleo resistente. Aceros para trabajo en caliente de la serie H Contienen cromo, molibdeno y vanadio, que pueden formar nitruros estables durante la nitruración. Esto permite que la superficie del molde alcance una alta resistencia al desgaste, mientras que el núcleo conserva la suficiente tenacidad para soportar una elevada presión de extrusión.

Por este motivo, la nitruración no debe considerarse un proceso secundario. Si el acero seleccionado no responde bien a la nitruración, es posible que no tenga un buen rendimiento en la extrusión de aluminio, incluso si su dureza base parece aceptable.

Esta es una de las razones por las que los aceros H13, H11 y H12 son más adecuados que muchos aceros aleados de uso general para matrices de extrusión de aluminio. Pueden combinar una superficie de trabajo nitrurada con un núcleo de soporte resistente.

Recomendación práctica

Para la mayoría de las matrices de extrusión de aluminio, el H13 es la mejor opción inicial, ya que ofrece la combinación más equilibrada de resistencia al desgaste, dureza en caliente, tenacidad, resistencia a la fatiga térmica, respuesta a la nitruración y coste.

Elija H11 cuando el componente de la herramienta esté sometido a grandes esfuerzos y el principal riesgo sea el agrietamiento, la flexión o la fractura.

Elija H12 cuando la dureza en caliente, la estabilidad dimensional o el control de la deformación sean especialmente importantes.

Elija M2 para puntas de mandril e insertos de alto desgaste cuando sea necesario mejorar la resistencia al desgaste localizada sin que todo el cuerpo de la matriz resulte demasiado duro o costoso.

Elija T1 solo cuando se requiera la máxima dureza en rojo y el inserto falle principalmente debido al ablandamiento térmico en lugar de al astillamiento.

En un conjunto práctico de herramientas para extrusión de aluminio, la mejor solución no suele ser usar un solo acero para cada pieza. Un diseño robusto puede emplear H13 para la matriz principal, H11 para mandriles o herramientas de soporte sometidos a altas tensiones, y M2 o T1 para insertos localizados de alto desgaste. Esto proporciona a las herramientas un mejor equilibrio entre vida útil, resistencia al agrietamiento y estabilidad en trabajos en caliente.