Acero para herramientas serie S

El acero para herramientas de la serie S pertenece al grupo de aceros resistentes a los impactos del sistema de clasificación AISI. La designación "S" indica su resistencia a los impactos, lo que hace que estos aceros sean adecuados para herramientas expuestas a impactos repetidos, cargas repentinas, astillamiento, agrietamiento o rotura.

A diferencia de los aceros para herramientas de trabajo en frío con alto contenido de carbono, los aceros de la serie S no están diseñados principalmente para ofrecer la máxima resistencia al desgaste abrasivo. Suelen utilizar un menor contenido de carbono y una matriz más resistente y tratada térmicamente, lo que permite que la herramienta absorba la energía del impacto en lugar de fallar repentinamente.

La mayoría de los aceros de la serie S contienen combinaciones de silicio, manganeso, cromo, molibdeno, tungsteno o vanadio. Estos elementos de aleación controlan la templabilidad, la respuesta al revenido, la resistencia, la tenacidad y la resistencia al calor. Debido a que la composición de la aleación varía según el grado, los aceros S1, S2, S5 y S7 pueden comportarse de forma muy diferente durante el tratamiento térmico y su uso.

Entre los grados comunes de la serie S, el S7 es el más utilizado debido a su alta resistencia al impacto, su comportamiento de endurecimiento al aire y su mayor estabilidad dimensional. El S5 se usa frecuentemente para herramientas de alto impacto. El S1 se puede seleccionar cuando se requiere resistencia al impacto y una dureza en caliente moderada. El S2 es más adecuado para herramientas específicas que necesitan una capa superficial dura y un núcleo resistente.

Entre las aplicaciones típicas se incluyen cinceles, punzones, cuchillas de corte, remachadoras, rompedoras de hormigón, herramientas de conformado y determinadas herramientas para trabajos en caliente de intensidad moderada.

¿Por qué se utiliza el acero para herramientas de la serie S para la resistencia a los golpes?

La resistencia al impacto del acero para herramientas de la serie S se debe a su composición química y a su microestructura tratada térmicamente.

El contenido de carbono suele estar entre 0,40% y 0,65%. Este rango permite que el acero desarrolle una alta resistencia tras el endurecimiento y el revenido, limitando al mismo tiempo la formación de carburos grandes y frágiles. Los carburos grandes mejoran la resistencia a la abrasión, pero también pueden convertirse en puntos de inicio de grietas bajo cargas de impacto.

Los elementos de aleación ajustan la respuesta del acero. El silicio mejora la resistencia al revenido. El cromo, el molibdeno, el manganeso, el tungsteno y el vanadio pueden mejorar la templabilidad, la resistencia, la dureza en caliente o la resistencia al desgaste, según el grado del acero.

Tras un tratamiento térmico adecuado, los aceros de la serie S forman una estructura martensítica resistente con finos carburos. Esta estructura absorbe mejor los impactos repetidos que una estructura con alto contenido de carburos. Por esta razón metalúrgica, los aceros de la serie S se utilizan en herramientas sometidas a cargas de impacto.

Propiedades clave del acero para herramientas de la serie S

Acero para herramientas de la serie S vs. Acero para herramientas serie D

La principal diferencia en la selección radica en el modo de fallo.

Tratamiento térmico del acero para herramientas de la serie S.

El tratamiento térmico del acero para herramientas de la serie S debe controlar cuatro riesgos: descarburación superficial, grafitización, agrietamiento por temple y fragilidad excesiva.

Muchos aceros de la serie S contienen silicio. Durante el calentamiento, una atmósfera deficiente en el horno puede provocar la descarburación de la superficie. Una superficie descarburada pierde carbono y se vuelve más débil que el núcleo. Esto puede reducir la resistencia a la fatiga, la resistencia de los bordes y la vida útil.

Los aceros con alto contenido de silicio también pueden grafitizarse si se sobrecalientan o se mantienen a altas temperaturas durante demasiado tiempo. Esto daña la estructura de acero y reduce la fiabilidad. Se prefiere el calentamiento en atmósfera controlada, al vacío o en baño de sales neutras cuando la calidad de la superficie es importante.

A continuación se muestra el procedimiento habitual de tratamiento térmico.

El método de temple es una de las mayores diferencias entre los grados S.

El acero S7 se suele considerar un acero para herramientas resistente a los golpes y al aire. Se prefiere para herramientas que requieren mayor estabilidad dimensional o que presentan formas más complejas. El acero S5 se suele templar en aceite. El acero S2 generalmente conlleva un mayor riesgo de tratamiento térmico debido a que se asocia con un temple más rápido.

El revenido debe realizarse inmediatamente después del temple. Los aceros para herramientas resistentes a los golpes no deben permanecer en estado templado. En todas las series S y aplicaciones, la dureza final de trabajo suele oscilar entre 40 y 60 HRC.

Aplicaciones del acero para herramientas de la serie S

Cómo elegir acero para herramientas de la serie S

Tras decidir que un acero de la serie S es adecuado, el siguiente paso es elegir la dirección de grado correcta. La elección depende de la estabilidad dimensional, el método de temple, el tamaño de la sección, la temperatura de trabajo y el rendimiento superficial requerido.

Para la mayoría de las herramientas resistentes a impactos, el grado S7 suele ser el primero a evaluar, ya que combina tenacidad, templabilidad y estabilidad dimensional. El grado S5 sigue siendo útil para herramientas de impacto de alta resistencia donde el endurecimiento por aceite es aceptable. El grado S1 es adecuado para aplicaciones que requieren resistencia a impactos, con opciones de dureza en caliente o endurecimiento superficial moderados. El grado S2 debe usarse con mayor precaución, ya que sus requisitos de temple limitan la complejidad del diseño de las herramientas.