Los mejores aceros para herramientas para matrices de extrusión en frío
Para insertos de extrusión en frío de alta presión, M2, M4, T15, D2, D3, D4 y A2 son opciones comunes. Para matrices, bases, contenedores, anillos de contracción y retenedores, se utilizan aceros más resistentes como el A2, S1, L6, H11y H13 son más adecuados.
La regla básica es usar aceros duros y resistentes al desgaste para el inserto de trabajo. Para la estructura de soporte, utilice aceros más resistentes.
Tabla de selección rápida de matrices de extrusión en frío
| Posición del troquel / Condición de funcionamiento | Riesgo principal de fallo | Aceros para herramientas recomendados | Dureza típica | Motivo de la selección |
| Insertos de extrusión en frío de acero de alta resistencia | Deformación plástica, desgaste abrasivo | M2, M4, T15 | 60–67 HRC | Alta resistencia a la compresión y gran resistencia al desgaste. |
| Insertos de extrusión en frío de larga duración para uso general | Desgaste, cambio dimensional | D2, D3, D4 | 58–64 HRC | Buena resistencia a la abrasión, estabilidad y relación costo-beneficio. |
| Insertos con mayor riesgo de agrietamiento | Desconchado, agrietamiento | A2 | 56–62 HRC | Mayor tenacidad que los aceros de la serie D. |
| Troqueles de extrusión de aluminio o de metales no ferrosos más blandos. | Desgaste moderado, control de costos | A2, O1, O2, D2 | 56–62 HRC | Resistencia al desgaste suficiente sin costes de material innecesarios. |
| Bases de troqueles, contenedores, bloques de soporte | Agrietamiento, tensión mecánica | A2, S1, L6 | Depende de la aplicación | Mayor resistencia y capacidad de soporte. |
| Anillos termorretráctiles y retenedores | Presión de ruptura, división | H11, H13 | 46–48 HRC | Soporte robusto para insertos de alta dureza. |
¿Por qué las matrices de extrusión en frío requieren diferentes aceros para herramientas?
La extrusión en frío fuerza al metal a fluir a temperatura ambiente. La matriz debe resistir altas tensiones de compresión, fricción y presión interna. En aplicaciones exigentes, la tensión de compresión puede superar los 350 ksi (aproximadamente 2400 MPa).
Las diferentes partes del troquel soportan diferentes cargas.
| Riesgo de fallo | Posición común | Requisitos de acero |
| Desgaste abrasivo | Insertar, perforar, superficie de trabajo | Alta dureza y resistencia al desgaste con soporte de carburo. |
| Deformación plástica | Insertar bajo presión de formación | Alta resistencia a la compresión |
| Desconchado o agrietamiento | Borde de inserción, esquina afilada, área sin soporte | Mayor resistencia y soporte adecuado para la matriz. |
| Fallo por estallido | Insertar, contenedor, área del anillo retráctil | Soporte exterior robusto y pretensado compresivo |
Por eso, las matrices de extrusión en frío suelen utilizar un inserto rígido junto con una estructura de soporte exterior más resistente. El inserto soporta el desgaste y la presión de conformado. La estructura de soporte reduce el riesgo de agrietamiento, rotura y estallido.
Aceros para herramientas para insertos de extrusión en frío
Los insertos para extrusión en frío requieren alta dureza, resistencia a la compresión, resistencia al desgaste y estabilidad dimensional. El material adecuado para el inserto depende del nivel de presión, el volumen de producción, el material de la pieza y el riesgo de agrietamiento.
M2, M4 y T15 para insertos de extrusión en frío severa
Los aceros para herramientas de alta velocidad son una excelente opción para insertos de extrusión en frío severa, especialmente para la extrusión de acero. Contienen elementos formadores de carburos resistentes como molibdeno, tungsteno y vanadio. Estos carburos mejoran la resistencia al desgaste y la resistencia a la compresión.
| Grado | Instrucciones de mejor uso | Ventaja principal | Limitación |
| M2 | Insertos de extrusión en frío severo | Resistencia a la compresión y resistencia al desgaste equilibradas. | Más costoso que los aceros de la serie D. |
| M4 | Cargas más pesadas y trayectos más largos | Mayor resistencia al desgaste que el M2. | Necesita un buen soporte para troqueles |
| T15 | Desgaste abrasivo extremo | Muy alta dureza y resistencia al desgaste. | Más propenso a agrietarse |
El acero M2 es la opción equilibrada de acero rápido. Es adecuado cuando el acero D2 no proporciona suficiente vida útil del troquel bajo alta presión o desgaste intenso.
El M4 se utiliza cuando el M2 no es suficiente. Ofrece una mayor resistencia al desgaste y es adecuado para ciclos de producción más largos o condiciones de extrusión más abrasivas.
El T15 es la opción de máxima resistencia al desgaste. Puede funcionar con una dureza muy alta, generalmente de entre 65 y 67 HRC. Sin embargo, una dureza elevada también aumenta el riesgo de agrietamiento. Los insertos T15 requieren un soporte robusto, un tratamiento térmico preciso y un diseño adecuado del anillo de contracción.
Los aceros de alta velocidad suelen utilizarse como insertos, en lugar de como el cuerpo completo de la matriz. Su valor se concentra en la superficie de trabajo.
D2, D3 y D4 para insertos de extrusión en frío de larga duración.
Serie D Los aceros para herramientas de trabajo en frío se utilizan ampliamente para la fabricación de insertos de extrusión en frío. Su alto contenido de carbono y cromo forma carburos de cromo duros, que mejoran la resistencia a la abrasión durante el flujo de metal en frío.
| Grado | Instrucciones de mejor uso | Ventaja principal | Limitación |
| D2 | Insertos de extrusión en frío de larga duración para uso general | Buen equilibrio entre resistencia al desgaste, estabilidad y coste. | Menor tenacidad que A2, S1, H11 o H13. |
| D3 | Aplicaciones de insertos de alto desgaste | Fuerte resistencia a la abrasión | Necesita un buen soporte porque su resistencia es limitada. |
| D4 | Aplicaciones de inserción más resistentes al desgaste | Alta dureza y fuerte resistencia al desgaste | No apto en lugares con alto riesgo de agrietamiento. |
El acero D2 suele ser la opción más práctica de la serie D. Ofrece buena resistencia al desgaste, estabilidad dimensional y una excelente relación costo-beneficio. Su comportamiento de endurecimiento al aire también contribuye a reducir la distorsión durante el tratamiento térmico en comparación con los aceros de endurecimiento al aceite o al agua.
El diseño D3 es adecuado cuando el desgaste abrasivo es el principal modo de fallo y el diseño del troquel ya controla el riesgo de agrietamiento.
El acero D4 se puede utilizar cuando se requiere mayor dureza y resistencia al desgaste. Al igual que el D3, requiere un soporte adecuado, ya que los aceros con alto contenido de carbono y cromo no son ideales para condiciones de impacto o rotura.
Cuando la presión y el desgaste se vuelven demasiado severos para los aceros de la serie D, las opciones de insertos más resistentes son M2, M4 o T15.
A2 para insertos con mayor riesgo de agrietamiento
El tipo A2 resulta útil cuando el inserto necesita resistencia al desgaste, pero también se enfrenta a un mayor riesgo de agrietamiento o astillamiento.
En comparación con el acero D2, el acero A2 presenta mayor tenacidad, pero menor resistencia a la abrasión. Esto lo hace adecuado para insertos donde el acero D2 podría ser demasiado frágil, especialmente en presencia de esquinas afiladas, soporte deficiente o cargas de impacto moderadas.
El acero A2 no es la primera opción para una máxima vida útil. Su valor reside en el equilibrio entre tenacidad, estabilidad dimensional y resistencia al desgaste moderada.
O1 y O2 para extrusión en frío menos severa
Los aceros O1 y O2 pueden utilizarse en procesos de extrusión en frío menos exigentes o en el conformado de metales no ferrosos. Son más económicos que los aceros de alta velocidad y ciertos aceros de alta aleación para trabajo en frío.
No son adecuadas para la extrusión de acero en condiciones extremas. Su función principal reside en aplicaciones de carga moderada, donde el coste de las herramientas es más importante que la vida útil máxima del troquel.
Aceros para herramientas para extrusión en frío de aluminio y metales no ferrosos más blandos.
El aluminio y los metales no ferrosos más blandos suelen ejercer cargas menores sobre la matriz que el acero. Si bien estas aplicaciones requieren resistencia al desgaste, es posible que no justifiquen el costo de los aceros de alta velocidad.
| Condiciones de aplicación | Aceros para herramientas adecuados | Razón |
| Extrusión moderada de metales no ferrosos | O1, O2 | Menor coste de utillaje para trabajos menos exigentes. |
| Se requiere mayor resistencia y estabilidad. | A2 | Resistencia, estabilidad y desgaste equilibrados. |
| Se requiere una vida útil de producción más prolongada | D2 | Mayor resistencia al desgaste y estabilidad dimensional. |
El acero A2 suele ser una buena opción cuando el troquel necesita un equilibrio entre tenacidad, resistencia al desgaste y estabilidad dimensional.
O1 y O2 son opciones económicas para condiciones de utillaje moderadas. Página relacionada: Acero para herramientas O1 vs O2: ¿Qué acero para trabajo en frío debería elegir?
El acero D2 se puede utilizar cuando se requiere mayor resistencia al desgaste y una vida útil más prolongada. Es más adecuado que los aceros de la serie O cuando la estabilidad dimensional y la resistencia a la abrasión son más importantes.
Para la extrusión de aluminio y metales no ferrosos más blandos, la mejor opción no siempre es el acero más duro. Se trata del grado que proporciona suficiente resistencia al desgaste sin costes innecesarios ni riesgo de agrietamiento.
Aceros para herramientas para bases de matrices, contenedores y componentes de soporte.
Las bases de la matriz, los contenedores y los componentes de soporte no cumplen la misma función que el inserto. Sujetan el inserto, soportan la carga de conformado y reducen el riesgo de agrietamiento o rotura.
Estas piezas necesitan mayor resistencia y capacidad de soporte que máxima resistencia al desgaste.
| Componente | Aceros para herramientas recomendados | Requisito principal |
| Bases de troqueles | A2, S1, L6 | Resistencia y soporte mecánico |
| contenedores | A2, L6, H11, H13 | Resistencia al agrietamiento y al desgaste |
| Piezas de soporte pesadas | S1, L6 | Resistencia al impacto y a la tensión mecánica. |
El tipo A2 resulta útil cuando la pieza de soporte aún necesita cierta resistencia al desgaste, pero también requiere una mayor tenacidad que la que ofrece el tipo D2.
El acero S1 es un acero para herramientas resistente a los impactos. Es adecuado para componentes sometidos a cargas pesadas, impactos o riesgo de agrietamiento. No debe sustituir a los aceros M2, M4, T15, D2 ni D4 en insertos sometidos a un alto desgaste.
El acero L6 se utiliza cuando la tenacidad es el requisito principal. Funciona bien en bases de matrices, contenedores y componentes de soporte pesados. No es un acero resistente al desgaste para insertos de uso intensivo, pero puede ayudar a que el conjunto de la matriz soporte altas tensiones mecánicas.
Estos aceros más resistentes protegen el conjunto del troquel de fallos repentinos. Son especialmente útiles cuando un inserto duro resultaría demasiado frágil sin soporte externo.
H11 y H13 para anillos termorretráctiles y retenedores
Los anillos de contracción y los retenedores son fundamentales en los conjuntos de matrices de extrusión en frío. Mantienen el inserto bajo compresión, reduciendo el riesgo de que se rompa debido a la presión interna.
| Grado | Instrucciones de mejor uso | Razón principal |
| H11 | Anillos termorretráctiles, retenedores, piezas de soporte resistentes | Alta tenacidad y resistencia al agrietamiento |
| H13 | Anillos termorretráctiles, retenedores, contenedores | Resistencia, tenacidad y capacidad de endurecimiento profundo. |
El material H11 resulta útil cuando la estructura de soporte requiere una alta tenacidad y resistencia al agrietamiento.
El acero H13 es conocido comúnmente como acero para herramientas de trabajo en caliente, pero también ofrece un buen rendimiento en estructuras de soporte para extrusión en frío. Proporciona resistencia, tenacidad y templabilidad profunda, lo que lo hace adecuado para anillos de contracción, retenedores y contenedores.
Las aleaciones H11 y H13 no se seleccionan por ser más resistentes al desgaste que las M2 o D2, sino porque pueden soportar insertos frágiles de alta dureza bajo una elevada presión interna.
Los aceros aleados de alta resistencia, como el 4340 y el 6150, también se utilizan para algunos componentes de sujeción, pero no son aceros para herramientas. Para una guía de selección centrada en aceros para herramientas, se recomiendan los aceros H11 y H13. Página relacionada: Acero para herramientas H13 vs. H11
Acero de inserción vs. Acero de soporte: La regla principal de selección
Las matrices de extrusión en frío fallan cuando se utiliza el acero incorrecto en la posición incorrecta. Los aceros M2, M4, T15, D2, D3 y D4 ofrecen una gran resistencia al desgaste, pero pueden agrietarse al usarse en posiciones de soporte debido a su insuficiente tenacidad. Los aceros S1, L6, H11 y H13 resisten el agrietamiento y la rotura, pero generalmente no alcanzan la resistencia al desgaste abrasivo de los aceros de alta velocidad o de la serie D.
| Si el problema principal es… | Elegir principalmente por… | Mejor dirección del acero |
| El inserto se desgasta demasiado rápido. | Resistencia al desgaste y dureza | D2, D3, D4, M2, M4, T15 |
| El inserto pierde su forma bajo presión. | Resistencia a la compresión | M2, M4, T15 |
| Insertar astillas o grietas | Resistencia y apoyo | A2, mejor soporte para el troquel, diseño adecuado del anillo de contracción. |
| El conjunto del troquel se parte o se rompe. | Soporte, resistencia y dureza | H11, H13, S1, L6 |
| El costo es demasiado alto para trabajos con metales no ferrosos. | Suficiente resistencia al desgaste a un menor coste. | A2, O1, O2, D2 |
El mejor diseño de matriz de extrusión en frío suele combinar un inserto de alto rendimiento con una estructura de soporte más robusta.
Recomendación final
Para insertos de extrusión en frío extremo, elija M2, M4 o T15 cuando la resistencia a la compresión y la resistencia al desgaste sean los requisitos principales.
Para insertos de extrusión en frío de uso general a largo plazo, D2, D3 y D4 son opciones prácticas. D2 ofrece el mejor equilibrio general, mientras que D3 y D4 son opciones más resistentes cuando la abrasión es más severa.
Para insertos con mayor riesgo de agrietamiento, el acero A2 suele ser más seguro que los aceros de la serie D porque ofrece una mayor tenacidad.
Para extrusiones de aluminio y otros metales no ferrosos más blandos, los aceros A2, O1, O2 y D2 pueden resultar más rentables que los aceros de alta velocidad.
Para matrices, bases, contenedores, anillos de contracción y retenedores, utilice aceros más resistentes como A2, S1, L6, H11 y H13.
La clave no reside en seleccionar el acero más duro para cada pieza. La elección del acero depende de la posición del troquel y del principal riesgo de fallo. Los aceros duros controlan el desgaste y la deformación. Los aceros tenaces controlan el agrietamiento y la rotura.