Acero maraging para machos de fundición a presión
Cuando la carga térmica sobre un macho o un inserto pequeño supera lo que un acero para trabajo en caliente con 5 por ciento de cromo puede soportar, los fundidores recurren a un acero maraging. El nombre proviene de martensita y envejecimiento. Estos aceros se endurecen a baja temperatura después del mecanizado en lugar de por temple, por lo que la pieza se mantiene cerca de la medida a la que fue cortada, y eso es lo que los hace utilizables para un macho que debe conservar su precisión. Esta página expone los cuatro grados de uso general, su composición, la secuencia de tratamiento que los lleva de recocido a envejecido, el cambio dimensional que debe preverse y dónde estos aceros han funcionado y no han funcionado en servicio.
Por qué un acero maraging en lugar de un acero para trabajo en caliente
Un macho de fundición a presión está en la corriente de metal y soporta el mismo ciclado térmico que la cavidad, solo que con menos masa para evacuar el calor. Donde un acero para trabajo en caliente se ablanda, un macho pierde el ajuste que mantiene verdadero el agujero del macho. Los aceros maraging responden a eso con una combinación de alta resistencia y tenacidad que resiste bajo fatiga térmica severa. Son aceros de bajo carbono producidos por fusión al vacío a partir de materiales de alta calidad, y contienen níquel, molibdeno y cobalto con adiciones menores pero importantes de titanio, aluminio y silicio. Cuatro composiciones están en uso general, clasificadas por límite de fluencia y que van de 1400 a 2400 N por mm cuadrado. Los grados son vendidos por varios proveedores bajo sus propias designaciones, por lo que la clase de límite de fluencia es la forma fiable de compararlos.
Los cuatro grados de uso general
La composición de cada grado es similar, y las diferencias son deliberadas. El titanio es el elemento que decide cuánta resistencia aporta el envejecimiento y cuánto se mueve la pieza mientras se lleva a cabo. El molibdeno y el cobalto aportan el resto de la respuesta. La tabla siguiente da la química de los cuatro grados según lo publicado en la fuente.
| Grado | C | Mn | Si | Mo | Ti | Al | Ni | Co |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 18 Ni 1400 | 0.03 | 0.1 | 0.1 | 3.0-3.5 | 0.15-0.25 | 0.05-0.15 | 17-18 | 8-9 |
| 18 Ni 1700 | 0.03 | 0.1 | 0.1 | 4.6-5.1 | 0.3-0.5 | 0.05-0.15 | 17-19 | 7-8.5 |
| 18 Ni 1900 | 0.03 | 0.1 | 0.1 | 4.6-5.2 | 0.5-0.8 | 0.05-0.15 | 18-19 | 8-9.5 |
| 18 Ni 2400 | 0.01 | 0.1 | 0.1 | 3.5-4.0 | 1.6-2.0 | 0.1-0.2 | 17-18 | 12-13 |
Composición nominal de los cuatro grados de acero maraging de uso general para machos de fundición a presión, en porcentaje en peso. El manganeso y el silicio son en efecto 0.12 por ciento máximo, pero el total de manganeso más silicio no debe exceder 0.2 por ciento. El hierro equilibra el análisis en todos los grados.
De barra recocida a macho envejecido
El tratamiento tiene tres etapas, y el orden importa porque la pieza se mecaniza entre las dos primeras. El acero llega recocido y se mecaniza fácilmente a unos 30 HRC. Después del mecanizado inicial se somete a tratamiento de solución y se enfría lo suficientemente rápido para que no pueda producirse endurecimiento por envejecimiento, lo que lo deja lo bastante blando para los cortes finales. El envejecimiento va al final, sobre la forma acabada, de modo que el cambio dimensional ocurre después de dar el último corte.
| Paso | Temperatura | Mantener y enfriar | Dureza después de |
|---|---|---|---|
| Tal como se suministra, recocido | No aplicable | No aplicable | Unos 30 HRC, y fácil de mecanizar |
| Tratamiento de solución | 800 a 900 C | Enfriar al aire o en aceite, lo suficientemente rápido para impedir el endurecimiento por envejecimiento | Martensita blanda, lista para el mecanizado final |
| Endurecimiento por envejecimiento | 480 C | 6 a 9 h según el espesor de la sección, luego enfriar al aire | Unos 50 a 54 HRC |
| Mayor temperatura de envejecimiento | Por encima de 480 C | Una retención más corta | Una dureza más baja |
La secuencia de tratamiento para un macho de acero maraging. El mecanizado se realiza antes del envejecimiento para que el pequeño cambio dimensional del envejecimiento recaiga sobre la pieza acabada y no sobre el material a cortar.
El cambio dimensional que decide el sobreespesor de mecanizado
El endurecimiento por envejecimiento no deja la pieza en la medida en que entró. Estos aceros se contraen durante el envejecimiento, y la cantidad depende del contenido de titanio y de la temperatura de envejecimiento. Las cifras publicadas para el envejecimiento a 480 C son lo suficientemente pequeñas como para que la contracción pueda incluirse en el sobreespesor de acabado, pero no puede ignorarse en un macho que debe mantener una tolerancia. Una temperatura de envejecimiento más alta moverá más la pieza, y la fuente señala que la diferencia es función del contenido de titanio.
| Grado o condición | Cambio dimensional después del envejecimiento a 480 C | Qué lo determina |
|---|---|---|
| 18 Ni 1400 | Menos de 0.0004 mm por mm | El contenido de titanio más bajo de los cuatro grados |
| 18 Ni 1900 | Menos de 0.0008 mm por mm | Un contenido de titanio más alto |
| Mayor temperatura de envejecimiento | Una mayor contracción | Debe preverse en el mecanizado |
Cambio dimensional durante el endurecimiento por envejecimiento de los grados de acero maraging a 480 C, y el contenido de titanio que lo impulsa.
Soldadura de reparación de un molde con un material de aporte maraging
Una diferencia práctica entre un acero maraging y un acero para trabajo en caliente se manifiesta en el banco de soldadura. Un acero maraging se utiliza satisfactoriamente para la reparación por soldadura de aceros para moldes y, a diferencia de la soldadura con H13, no necesita precalentamiento alguno. De hecho, se desea un molde frío, para que la soldadura maraging se enfríe rápidamente. El material de aporte se deposita luego en pequeñas cantidades sucesivas como un material blando y dúctil, lo que reduce la probabilidad de que se formen grietas de soldadura. Un envejecimiento a baja temperatura después del mecanizado también sirve para revenir la zona de reendurecimiento que se forma en el acero para trabajo en caliente junto a la soldadura. Las propiedades generales del acero base del molde no se ven afectadas por la soldadura.
Dónde ha funcionado el maraging y dónde no
Los aceros maraging utilizados para machos e insertos pequeños de molde han dado un buen rendimiento en la fundición a presión de aluminio. Los insertos grandes son la excepción. En los insertos grandes utilizados en la fundición a presión de aluminio, la fuente registra un desgaste anormal, causado por la alta temperatura superficial del molde que actúa junto con la erosión del aluminio. Léase eso junto con el uso previsto. Estos son materiales para machos e insertos pequeños, elegidos por su tenacidad y precisión, y no son un reemplazo general de un acero para trabajo en caliente con 5 por ciento de cromo en todo un molde.
A dónde ir después
El acero para trabajo en caliente que estos machos suelen soportar se trata en la página del acero para herramientas H13, y los grados H13 vendidos para moldes en la página de H11 y la página de H21. Qué grado va en cada parte del molde y a qué dureza se expone en la página de materiales de componentes de moldes de fundición a presión, y la elección de macho e inserto en la página de selección de machos e insertos. La forma en que un molde falla realmente está en la página de troqueles e insertos para fundición a presión y la página de agrietamiento por fatiga térmica. La soldadura de reparación en toda la gama de aceros para herramientas se trata en la página de soldadura de herramientas y moldes, y los metales fundidos que el molde debe resistir en la página de selección de acero para moldes de fundición a presión. El tratamiento térmico de los grados para trabajo en caliente está en la página de tratamiento térmico para trabajo en caliente, y el reblandecimiento que sufre un molde en servicio en la página de ablandamiento de moldes H13.
Antes de usar esto como especificación de aleación
Esta página es un resumen de referencia de una fuente publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Las composiciones y la respuesta al tratamiento se reproducen de la fuente, que da análisis nominales para grados vendidos bajo varios nombres comerciales. La respuesta que da una colada particular de acero maraging depende de la práctica de fusión, el análisis y el tratamiento de envejecimiento. La especificación final se confirma en el trabajo.
Fuente, Die Casting Metallurgy, A. Kaye y A. Street, Butterworths Monographs in Materials, 1982, Capítulo 25, Pressure die casting dies.