Cambio dimensional del acero para herramientas en el tratamiento térmico
El acero templado sale del temple más grande de lo que entró, y cuánto se mueve depende de la familia de grado. Las cifras a continuación muestran el crecimiento esperado para aceros para herramientas de temple en agua, en aceite y en aire, de modo que pueda dejar un troquel con suficiente sobreespesor para el corte de acabado después del temple en lugar de desecharlo.
Crecimiento esperado por familia de acero para herramientas
Crecimiento de una pieza totalmente templada por pulgada de dimensión. Las dos columnas de ejemplo a la derecha traducen la tasa a una longitud de 12 in. y de 300 mm, y se calculan a partir de la tasa en lugar de citarse. El crecimiento de un bloque particular también depende de su forma, por lo que la segunda mitad de esta página importa tanto como la tabla.
| Familia | Grados típicos | Crecimiento esperado, in. por in. | En una longitud de 12 in. | En una longitud de 300 mm |
|---|---|---|---|---|
| Temple al agua | W1, W2 | +0.002 a +0.004 | +0.024 a +0.048 pulg. | +0.6 a +1.2 mm |
| Temple en aceite | O1, O2, O6 | +0.0015 | +0.018 pulg. | +0.45 mm |
| endurecimiento por aire | A2, A6, S7, H13 | +0.001 | +0.012 pulg. | +0.30 mm |
| endurecimiento por aire | D2 | ±0.0005 | ±0.006 in. | ±0.15 mm |
Fuente: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabla 8-9, a partir de datos de distorsión de Bethlehem Steel Corporation. Las columnas de 12 in. y 300 mm se calculan a partir de la tasa de la tercera columna.
De dónde proviene el movimiento
Cada cambio de tamaño en el temple es un cambio de volumen en la estructura cristalina, y la tabla a continuación muestra los tres pasos que lo componen. El cambio de volumen se cita según lo publicado, y la tercera columna es un tercio de este, que es el cambio en una sola dimensión.
| Reacción | Cambio de volumen, % | Cambio dimensional, in. por in. |
|---|---|---|
| Esferoidita a austenita, durante el calentamiento | -4.64 + 2.21 (%C) | -0.0155 + 0.0074 (%C) |
| Austenita a martensita, durante el temple | 4.64 – 0.53 (%C) | 0.0155 – 0.0018 (%C) |
| Esferoidita a martensita, cambio neto después del endurecimiento | 1.68 (%C) | 0.0056 (%C) |
Fuente: ASM Handbook, Volumen 11, Failures Related to Heat Treating Operations, Tabla 2, cambios dimensionales durante el endurecimiento de aceros para herramientas al carbono. La columna dimensional es un tercio del cambio de volumen, la relación de deformación dada como Eq 2 en el mismo capítulo.
- C es el carbono disuelto en la austenita, no el carbono del análisis. En un grado alto en cromo como el D2, gran parte del carbono reside en carburos de aleación y nunca entra en solución, por lo que el cambio neto para ese grado es mucho menor de lo que sugiere la fórmula por sí sola. Use la fórmula para ver la dirección de cada paso y la tabla de crecimiento anterior para la tolerancia.
- La esferoidita es la microestructura del acero para herramientas recocido tal como se entrega.
Leyendo la tabla
El crecimiento en al menos una dimensión es normal. Una pieza que no muestra ninguno se ha transformado por completo, y el volumen faltante aparecerá más tarde, a menudo después de una operación de rectificado o en servicio. Los aceros que retienen mucha austenita son los que más se mueven, por lo que grados de temple al aire se revenen dos y tres veces.
La geometría decide qué dimensiones se mueven. Una pieza rectangular larga y delgada que se templa de forma completa crece en ancho, espesor y longitud. Una pieza larga y gruesa que no se templa de forma completa crece en ancho y espesor y se contrae en longitud, que es lo que sorprende a un taller que mecaniza un bloque de troquel largo a la medida final antes del tratamiento térmico.
La ruta segura es dejar sobreespesor y mecanizar el acabado después del temple. Cuando eso no es posible, un grado de endurecimiento al aire es lo más cercano a una garantía, ya que D2 y sus similares se transforman lentamente y muestran el menor cambio dimensional de las cuatro familias. El material a eliminar de la barra tal como se suministra antes de comenzar el mecanizado se establece en la Tabla de sobremedida de mecanizado.
Cuatro pasos reducen el movimiento antes de que comience. El alivio de tensiones de la pieza después del mecanizado en desbaste libera las tensiones dejadas por el corte, para que el temple no las perturbe primero. El precalentamiento en una o dos etapas mantiene pequeña la diferencia de temperatura entre secciones delgadas y gruesas. Cargar el horno de modo que la pieza pueda suspenderse verticalmente elimina el pandeo causado por su propio peso a temperatura. La permanencia completa a la temperatura de austenización uniformiza la transformación en toda la sección, como el diagrama de solución de problemas de tratamiento térmico.
Cuando una dimensión debe mantenerse con tolerancia estricta, un tratamiento subcero o criogénico completa la transformación que el enfriamiento a temperatura ambiente deja incompleta, y la pieza deja de moverse después. El orden importa. La pieza se templa, se revene una vez para aliviar tensiones, se mantiene por debajo de cero, se devuelve lentamente a temperatura ambiente y se revene de nuevo. Una congelación profunda a menos 120 °F se mantiene durante 120 minutos por pulgada de espesor; el enfriamiento criogénico controlado llega a aproximadamente menos 320 °F; y un re-revenido sigue a cada ciclo de congelación profunda. Un ciclo como este es una decisión del tratador térmico y no del taller, y las etapas que debe incluir un ciclo de acero para herramientas se enumeran en el guía de tratamiento térmico.
Mecanizar una herramienta a la medida final antes del temple ahorra tiempo de rectificado justo hasta el punto en que la pieza vuelve sobredimensionada, subdimensionada o fuera de planitud, y entonces cuesta un segundo tratamiento térmico y una reelaboración. Para los troqueles que mantienen una tolerancia, el sobreespesor es el hábito más económico. El error más común, y las comprobaciones que lo previenen, se exponen en el Errores en el tratamiento térmico D2.
El tamaño se mide en la pieza fría y totalmente revenida, nunca directamente después del temple. Una pieza que se lee sobredimensionada antes del revenido se moverá de nuevo a través de los ciclos de revenido y cualquier paso subcero posterior, así que verifique las dimensiones al final de todo el ciclo y compruebe la dureza en la misma cara, usando Métodos de ensayo de dureza cuando una lima no es suficiente.
Revenir dos veces antes de medir
Los grados de temple al aire se revenen dos o tres veces porque cada ciclo convierte más austenita retenida y mueve las dimensiones un poco más. Una pieza medida después de un solo revenido no mantendrá la medida que muestra. Las ventanas de revenido y la dureza que produce cada una están en el tabla de templado.
El temple al aire gana en estabilidad
La diferencia entre más o menos 0.0005 in. por in. para el D2 y 0.0015 in. por in. para un grado de temple al aceite es la diferencia entre una pasada de acabado y un bloque desechado. Donde una matriz se rectifica después del endurecimiento, incline la elección hacia los grados de trabajo en frío que se transforman al aire.
El D2 es el caso de referencia
D2 es el grado que más a menudo se mecaniza cerca de la medida antes del temple, y el que tiene el menor margen de error cuando el taller supone que no hay movimiento. El Guía de tratamiento térmico D2 incluye la secuencia de temple, incluidos el precalentamiento y los ciclos de revenido que estabilizan el tamaño.
Conserve el registro del tratamiento térmico
Las cifras de crecimiento anteriores promedian una familia de grado, y la pieza que tiene delante es una colada de acero con un registro de tratamiento térmico. Anote lo que hizo el horno y conserve el certificado de colada junto con ella para que la próxima pieza del mismo grado se prevea a partir de datos en lugar de memoria.
Páginas de referencia relacionadas
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Fuentes: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed, Hanser Gardner), Tabla 8-9 y las secciones sobre distorsión y tratamiento subcero, basadas en datos de distorsión de Bethlehem Steel; ASM Handbook, Volumen 11, Failures Related to Heat Treating Operations, Tabla 2. Datos de referencia solo para comparación. El movimiento real depende del diseño de la pieza, la masa, la geometría, el grado y la práctica de temple. Confirme la tolerancia con su proveedor de tratamiento térmico antes de mecanizar la pieza a medida.