Cómo elegir entre acero para herramientas H13 y 1.2714 (L6) para matrices de forja
Búsqueda de compradores acero para herramientas de trabajo en caliente A menudo se da por sentado que cualquier grado de metal utilizado en el conformado en caliente puede servir indistintamente en diferentes procesos de forja. H13 y 1,2714 (L6, cercano a ASTM 6F3) Se mencionan con frecuencia juntos porque ambos operan en entornos de alta temperatura y alta tensión. En la práctica, los dos aceros se construyen con prioridades opuestas, y elegir el incorrecto conduce a fallas prematuras del troquel, ya sea por agrietamiento térmico o por agrietamiento directo por impacto. Comprender por qué los dos grados divergen comienza con su composición química. Ver Comparación del acero H13 con otros grados de acero para herramientas..
La composición impulsa dos filosofías de diseño diferentes.
| Elemento | H13 (UNS T20813 / DIN 1.2344) | AISI L6 | DIN 1.2714 (55NiCrMoV7) |
|---|---|---|---|
| Carbono | 0,32% a 0,45% | 0,65% a 0,75% | 0,50% a 0,60% |
| Cromo | 4.75% a 5.50% | 0,60% a 1,20% | 0,90% a 1,20% |
| Níquel | 0,30% máximo | 1,25% a 2,00% | 1,50% a 1,80% |
| Vanadio | 0,80% a 1,20% | 0,20% a 0,30% | 0,07% a 0,12% |
| Molibdeno | 1.10% a 1.75% | 0,50% máx. | 0,35% a 0,55% |
L6 y 1.2714 se consideran grados comercialmente equivalentes porque comparten la misma aleación de níquel-cromo-molibdeno y se utilizan en las mismas aplicaciones de matrices resistentes a los impactos, pero las dos normas no apuntan a composiciones químicas idénticas; L6 generalmente tiene un rango de carbono más alto que 1.2714. Los rangos anteriores reflejan los valores de referencia comúnmente publicados para cada norma. La composición puede variar ligeramente según la revisión de la norma, la fábrica y el lote, por lo que estas cifras deben considerarse como una guía de las diferencias entre las dos familias, en lugar de un sustituto del certificado de prueba de la fábrica. En la discusión de rendimiento que se presenta a continuación, "1.2714 (L6)" se refiere a esta familia de aceros de baja aleación con contenido de níquel para trabajo en caliente y resistentes a los impactos como un grupo. Si su proyecto requiere que se ajuste a una norma o especificación de plano específica, Aobo Steel puede confirmar la composición química exacta con respecto a la especificación aplicable antes de realizar el pedido.
El acero H13 se basa en un alto contenido de cromo, molibdeno y vanadio, lo que da lugar a la formación de carburos de aleación estables que resisten el calor prolongado. La familia 1.2714/L6 sigue el camino opuesto. Una mayor base de carbono combinada con níquel aumenta la tenacidad y retrasa la aparición de grietas ante impactos mecánicos repentinos. Esto se logra sin los elementos formadores de carburos que confieren al H13 su resistencia al calor. Esta única diferencia en el diseño de la aleación explica prácticamente todas las diferencias de rendimiento entre ambas familias de acero.
Donde el desempeño realmente diverge
El tiempo de contacto entre la matriz y la pieza de trabajo es la variable que diferencia ambas aplicaciones, y explica por qué la misma relación de compromiso en la composición produce resultados tan diferentes en la práctica.
Cuando una matriz permanece en contacto con metal caliente durante un período prolongado, como en el forjado por prensa o la fundición a presión, el calor se acumula en el interior del acero para herramientas y tiende a ablandarse. El acero H13 resiste este proceso mediante un endurecimiento secundario. Su estructura de carburo le permite mantener una dureza de aproximadamente 50 HRC incluso después de una exposición prolongada a temperaturas de entre 500 °C y 550 °C. El acero 1.2714 carece de un mecanismo comparable. Al exponerse a calor sostenido, se ablanda rápidamente debido a la falta de molibdeno y vanadio necesarios para un endurecimiento secundario.
La misma exposición al calor también determina la resistencia al agrietamiento térmico, el patrón de fisuras superficiales causado por la expansión y contracción térmica repetidas. El H13 es la opción estándar para moldes de fundición a presión refrigerados por agua precisamente porque tolera bien este ciclo. El 1.2714 no; el contacto repetido con el metal líquido y el enfriamiento rápido provocan agrietamiento térmico mucho más rápidamente.
La tenacidad al impacto invierte la comparación. El forjado con martillo produce golpes de alta velocidad con un tiempo de contacto muy corto, por lo que la superficie del troquel absorbe menos calor pero sufre un choque mecánico mucho mayor. Aquí es donde el 1.2714 se comporta mejor que el H13. Al trabajar con una dureza menor, típicamente de 35 a 40 HRC, y reforzado por su contenido de níquel, el 1.2714 resiste la fragilización por temple y soporta impactos fuertes repetidos en bloques de troqueles masivos. El H13 sigue siendo tenaz para un acero altamente aleado. Sin embargo, en secciones muy grandes puede ser propenso a la segregación de carburos en los límites de grano si la velocidad de enfriamiento durante el temple no se controla estrictamente, lo que aumenta el riesgo de agrietamiento bajo las mismas condiciones de impacto.
La resistencia al desgaste sigue el mismo patrón. A temperaturas elevadas, los carburos de vanadio del H13 le confieren una clara ventaja, y la nitruración aumenta su dureza superficial por encima de 1000 HV para aplicaciones erosivas. El 1.2714 presenta un desgaste razonable a bajas temperaturas debido a su mayor contenido de carbono, pero esta ventaja se reduce drásticamente al aumentar la temperatura. La nitruración puede elevar su dureza de trabajo a entre 55 y 60 HRC, útil para matrices de forja, pero insuficiente para soportar un desgaste severo en extrusiones.
El tratamiento térmico refleja la misma división
El acero H13 requiere austenización a 995 °C a 1030 °C para disolver sus carburos de aleación, seguida de un doble o triple revenido a 540 °C a 650 °C para convertir la austenita retenida y activar el endurecimiento secundario. Debido a que se endurece completamente en aire estático, incluso en secciones grandes, la distorsión y las tensiones residuales se mantienen bajas, y la dureza de trabajo suele estar entre 40 y 53 HRC, según la severidad del servicio. Ver más detalles: Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas H13
El acero 1.2714 se austeniza a una temperatura mucho menor, entre 830 °C y 880 °C, y generalmente se templa en aceite. Sin embargo, las secciones más grandes suelen templarse en aire para reducir el riesgo de agrietamiento, y las piezas pequeñas pueden templarse en agua para obtener una capa endurecida. Para matrices de trabajo en caliente, se suele suministrar pretemplado con una dureza de entre 331 y 375 HB (aproximadamente 35 a 40 HRC), lo que simplifica la fabricación de matrices y reduce el coste de utillaje para el comprador.
Hacer coincidir el grado con el proceso
La cuestión de la selección se reduce a determinar qué modo de fallo supone una mayor amenaza para el chip: el ablandamiento y el agrietamiento por calor debido a una carga térmica sostenida, o el agrietamiento por impactos mecánicos repetidos.
H13 es la opción correcta para matrices de fundición a presión, núcleos, pasadores eyectores y manguitos de inyección en fundición de aluminio, magnesio y zinc, para herramientas de extrusión en caliente, incluyendo matrices, revestimientos de prensa, mandriles y bloques ficticios, y para matrices de forja de prensa donde el tiempo de contacto prolongado introduce el calor profundamente en la herramienta. Ver Limitaciones de H13 página.
La aleación 1.2714 es la opción ideal para matrices de forja por martillo y bloques de forja por estampación de gran tamaño, donde el impacto corto y de alta velocidad hace que la tenacidad a la fractura sea primordial. También ofrece un buen rendimiento en herramientas de trabajo en frío, como matrices de troquelado, punzones, cuchillas de corte y matrices de recorte, así como en piezas de maquinaria expuestas a cargas de choque severas, incluyendo mandriles, piezas de embrague, husillos, levas, mandriles y trinquetes. En grandes bloques de matrices de forja por martillo, la aleación 1.2714 suele durar más que la H13, simplemente porque resiste la rotura bajo fuertes golpes repetidos.
Ninguno de los dos grados es una solución universal para trabajos en caliente. La elección correcta depende de si la tensión predominante en la matriz es térmica o mecánica, y la vida útil se determina adaptando ese perfil de tensión al diseño previsto de la aleación.