Tiempo de calentamiento hasta la temperatura de revenido para acero para herramientas

El reloj comienza después de que la herramienta alcanza la temperatura

La práctica publicada es explícita en que debe permitirse suficiente tiempo durante el revenido para que la temperatura se distribuya uniformemente en toda la herramienta antes de contar el tiempo a temperatura. Ese requisito es más fuerte a bajas temperaturas de revenido y en herramientas con secciones grandes, que son las dos condiciones en las que el centro de la sección va por detrás de la superficie por el mayor margen.

Si no se permite suficiente tiempo, el resultado es un revenido no uniforme y posibles daños a la herramienta. La superficie puede estar a la temperatura nominal y completamente revenida mientras el núcleo aún está por debajo de ella, por lo que una lectura de dureza tomada en la superficie no revelará el problema. La guía publicada también descarta dos atajos que se usan en la práctica. El color de la película de óxido no debe usarse como guía, porque los colores de revenido indican la temperatura superficial de la herramienta y no su temperatura interna, y las grietas de rectificado en herramientas endurecidas pueden ser causadas por un revenido inadecuado.

Horno de aire caliente sin circulación

La primera tabla cubre un horno de aire caliente sin circulación, que es la configuración más lenta de las de la fuente. Ambas tablas dan minutos por milímetro, con el equivalente en minutos por pulgada entre paréntesis.

Tiempo de calentamiento aproximado para que una herramienta alcance la temperatura del horno, para herramientas con superficies oscuras o con cascarilla. Fuente, Tabla 7 de Introduction to Heat Treating of Tool Steels, en ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating.

Horno de aire con circulación o baño de aceite

La segunda tabla cubre un horno de aire con circulación y un baño de aceite, que la fuente da como un solo conjunto de cifras.

Tiempo de calentamiento aproximado para que una herramienta alcance la temperatura del horno, para herramientas con superficies oscuras o con cascarilla. Fuente, Tabla 7 de Introduction to Heat Treating of Tool Steels, en ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating.

Cómo se usan las cifras

Las cifras se aplican al diámetro o al espesor de la pieza, con el horno mantenido a la temperatura de la primera columna. Multiplique la cifra por la dimensión controlante de la pieza. Para una barra redonda o un cilindro es el diámetro, y para un plano es el espesor.

Un ejemplo resuelto muestra la dispersión. Un bloque cuadrado de 50 mm llevado a 205 °C necesita unos 90 minutos para alcanzar la temperatura en un horno de aire caliente sin circulación, a 1,8 minutos por milímetro, y unos 40 minutos en un horno de circulación o un baño de aceite, a 0,8 minutos por milímetro. A 480 °C el mismo bloque necesita unos 60 minutos en el horno sin circulación y unos 40 minutos en el baño.

Qué cambian la forma y el horno

Se tabulan tres formas. Un cubo o una esfera se calientan más rápido, un cuadrado o un cilindro quedan en el medio, y un plano promedio es el más lento de los tres, porque la distancia desde la superficie al centro es lo que gobierna el calentamiento y un plano conlleva la mayor distancia de este tipo para su masa. A 120 °C en un horno sin circulación las tres cifras son 1,2, 2,2 y 3,2 minutos por milímetro.

El horno importa más a baja temperatura que a alta temperatura. En un horno de aire caliente sin circulación las cifras disminuyen a medida que sube la temperatura de revenido, de 3,2 a 1,6 minutos por milímetro para un plano, mientras que un horno de circulación y un baño de aceite mantienen las mismas cifras a todas las temperaturas de la tabla. Un plano, por lo tanto, necesita aproximadamente 2,7 veces más tiempo en el horno sin circulación a 120 °C y aproximadamente 1,3 veces más tiempo a 480 °C.

Superficies brillantes y cargas completas

Los tiempos de ambas tablas son para herramientas con superficies oscuras o con cascarilla. Si la superficie ha sido rectificada de acabado o está brillante de otro modo, debe permitirse el doble de tiempo en un horno de aire caliente sin circulación, y no se necesita ningún margen adicional en un horno de circulación ni en un baño de aceite.

Para una carga de formas irregulares o de muchas piezas, la guía publicada es estimar el tamaño total de la carga y aplicar el mismo margen a la distancia desde el exterior hasta el centro de la carga en lugar de a cualquier pieza individual.

Los baños de aceite normalmente no se usan por encima de 205 °C (400 °F).

Dos revenidos para acero rápido

Los aceros rápidos se reveniden más de una vez, y la práctica existe debido a la austenita retenida. Se especifica un mínimo de dos revenidos para asegurar una estructura martensítica revenida consistente y para superar la incertidumbre creada por las variaciones en la cantidad de austenita retenida que queda en la condición de templado. Esas variaciones provienen de diferencias en la composición química, el historial térmico previo, la temperatura de endurecimiento y las condiciones de temple.

Se publican tres puntos adicionales con la práctica. Un aumento en el contenido de carbono libre de la matriz aumenta la cantidad de austenita retenida en la condición de templado. La austenita retenida tiene un efecto significativo en la velocidad de transformación, particularmente en ciclos de revenido cortos, por lo que el revenido múltiple importa más cuando el tiempo de revenido es corto. El cobalto actúa en sentido contrario, y en grados como Acero para herramientas M42 reduce la cantidad de austenita retenida en la condición de templado y acelera su transformación durante el revenido.

La lectura práctica es que un revenido corto es un riesgo que la herramienta conlleva después de salir del horno, y el riesgo es mayor en los grados que no contienen cobalto. Las ventanas de revenido por grado se reúnen en la Tabla de revenido del acero para herramientas, y la tabla de tiempo de permanencia del acero para herramientas cubre el mantenimiento a temperatura en lugar del calentamiento.

Qué significa esto para un pedido

El revenido lo realiza el tratador térmico y no en la acería, por lo que una especificación de compra de acero para herramientas normalmente se detiene en la condición de entrega y el rango recomendado de endurecimiento y revenido para el grado. El tiempo en el horno es decisión del tratador térmico, y lo útil que un comprador puede llevar a esa conversación es cuánta sección hay que calentar.

En una herramienta con una sección pesada, o en un trabajo que se carga como carga completa, el calentamiento es la parte del ciclo con más probabilidad de acortarse. Los grados donde esto aparece primero son los grados de trabajo en frío usados en bloques grandes, como acero para herramientas D2, y los grados de trabajo en caliente usados en bloques de matrices, como acero para herramientas H13, y la misma precaución se aplica a cualquier herramienta que se reviene en el extremo inferior de su rango.

Fuente: ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating, ASM International, 1991.