Datos de ensayo del acero rápido CPM, resistencia al revenido, dureza en caliente y vida útil de la herramienta

Qué miden los cuatro ensayos

La resistencia al revenido y la dureza en caliente responden a preguntas distintas y las tablas son fáciles de confundir. La resistencia al revenido se mide a temperatura ambiente después de haber mantenido el acero a alta temperatura y enfriarlo, por lo que indica cómo estará la herramienta cuando vuelva a la máquina. La dureza en caliente se mide mientras la probeta aún está caliente, por lo que indica qué ocurre en el filo de corte durante el corte. La energía de impacto y la resistencia a la fractura por flexión indican si el filo se astillará, y el ensayo de torno indica a cuánto asciende todo ello en minutos de vida útil de la herramienta. Un acero rápido tiene que superar los cuatro para valer su precio.

La condición de referencia en todas las tablas es la misma. Las aleaciones se austenizaron a 1190 °C (2175 °F) y se revenieron a 550 °C (1025 °F) tres veces durante dos horas, que es el tratamiento con el que se citan las cifras de dureza recomendadas. Las columnas de re-revenido mantienen después el acero a 595 o 650 °C y vuelven a medir la dureza.

Resistencia al revenido, dureza después de una exposición a alta temperatura

La columna de 550 °C es la referencia y las tres aleaciones parten de 67.5 HRC. El M42 convencional y el CPM Rex M42 son la misma aleación, por lo que la comparación entre ellos es el objetivo de la tabla. A 595 °C, una o dos veces durante dos horas, el acero P/M mantiene 65.5 y 65 HRC frente a 65 y 65 del producto convencional, una diferencia lo bastante pequeña como para considerarla igual. A 650 °C los dos se separan. El CPM Rex M42 termina en 55.5 HRC frente a 55 del M42 convencional, y el CPM Rex 20, que es un grado diferente y más aleado, mantiene 57 HRC. La lectura práctica es que la vía pulvimetalúrgica no aporta por sí misma resistencia al revenido, porque eso es función de la aleación, y un grado con más tungsteno y cobalto mantiene mayor dureza a temperatura independientemente de cómo se fabricó.

Tabla 3. Resistencia al revenido de las aleaciones CPM, dureza en HRC después de la exposición indicada

Source, ASM Handbook Vol.1, article P/M Tool Steels, Table 3. The first column is the baseline condition, austenitized at 1190 °C (2175 °F) and tempered at 550 °C (1025 °F) three times for 2 h. The remaining columns are additional tempers applied to that condition.

Dureza en caliente, medida a temperatura

Aquí se reportan dos grados en lugar de tres, y los números son más bajos que en la tabla anterior porque se toman mientras la probeta está caliente. Ambas aleaciones pierden unos 10 HRC entre temperatura ambiente y 540 °C, y ambas están cerca de 56 HRC a 595 °C. La última columna es la comprobación que merece atención. Después de la exposición a 650 °C se vuelve a medir la probeta a temperatura ambiente y vuelve a 64 HRC para el CPM Rex 20 y 63 HRC para el CPM Rex M42, por lo que la dureza que se pierde a temperatura se recupera en gran medida al enfriar y la herramienta no queda permanentemente reblandecida por un corte en caliente.

Tabla 4. Dureza en caliente de las aleaciones CPM, HRC

Fuente, ASM Handbook Vol.1, artículo P/M Tool Steels, Tabla 4. Mismo tratamiento térmico de referencia que la Tabla 3.

Energía de impacto y resistencia a la fractura por flexión

Esta tabla mantiene la dureza constante a 67.5 HRC para que la comparación sea entre los materiales y no entre dos revenidos diferentes, y es el resultado único más claro del artículo. El CPM Rex 20 y el CPM Rex M42 absorben ambos 16 J de energía de impacto Charpy entalla C y ambos alcanzan 4006 MPa (581 ksi) en el ensayo de fractura por flexión. El M42 convencional a la misma dureza absorbe 7 J y 2565 MPa (372 ksi). La energía de impacto se multiplica por más de dos y la resistencia a la flexión es aproximadamente 1.6 veces mayor a la misma dureza en la misma aleación, y la única diferencia entre el CPM Rex M42 y el M42 convencional es cómo se produjo el acero. Esa es la afirmación más clara de lo que cambia la vía pulvimetalúrgica en una herramienta de corte.

Tabla 5. Resistencia al impacto Charpy entalla C y a la fractura por flexión de dos aleaciones CPM y una aleación convencional

Source, ASM Handbook Vol.1, article P/M Tool Steels, Table 5. (a) 4 min soak in a salt bath and oil quenched, then tempered at 550 °C (1025 °F) three times for 2 h.

Vida útil de la herramienta de torno sobre H13 y sobre una superaleación de níquel

La última tabla convierte todo lo anterior en minutos. Se probaron dos grados CPM como herramientas de torneado de punta única hasta desarrollar 0.38 mm (0.015 in.) de desgaste de flanco, frente al acero para matrices H13 a 33 HRC y frente al P/M René 95, una superaleación base níquel. El CPM Rex M42 duró 8 minutos en el corte interrumpido sobre H13 y 16 minutos en el corte continuo, y el CPM Rex 20 duró 8.5 y 14 minutos. Frente a la superaleación, el corte continuo se realizó a 0.06 m/s (12 sfm) en lugar de 0.20 m/s (40 sfm) y la vida útil de la herramienta aumentó marcadamente, hasta 31 minutos para el CPM Rex 20 y 27 minutos para el CPM Rex M42. Lea las tres columnas junto con las condiciones de ensayo debajo de ellas, porque las velocidades no son las mismas y los números solo se comparan dentro de una columna.

Tabla 6. Resultados del ensayo de herramienta de torno con aleaciones CPM, vida útil de la herramienta en minutos hasta 0.38 mm (0.015 in.) de desgaste de flanco

Fuente, ASM Handbook Vol.1, artículo P/M Tool Steels, Tabla 6.

Condiciones de ensayo para la Tabla 6

Fuente, ASM Handbook Vol.1, artículo P/M Tool Steels, bloque de condiciones de ensayo de la Tabla 6.

Lo que dicen las cuatro tablas en conjunto

El patrón a lo largo de la página es consistente y vale la pena enunciarlo claramente para una decisión de compra. La vía pulvimetalúrgica aporta tenacidad y seguridad de filo a una dureza dada, que es lo que muestra la Tabla 5 y lo que la Tabla 6 mide en minutos, y por sí sola no aporta dureza en caliente ni resistencia al revenido, que están determinadas por el análisis. Un taller que está rompiendo filos o astillando dientes con un M42 o T15 convencional obtendrá una mejora real con el grado P/M del mismo nombre. Un taller cuyo problema es que la herramienta se reblandece a la temperatura de corte necesita un grado más aleado en lugar de una versión P/M del grado que ya tiene, y el cobalto es el elemento que mueve ese número.

A dónde ir después

Las composiciones de los grados CPM, ASP y HAP están en la tabla de composición del acero para herramientas P/M, y los datos de tamaño de carburo, resistencia al desgaste y rectificabilidad de la misma familia están en la página de propiedades de aceros para herramientas P/M. La dureza en caliente de las familias de aceros para herramientas convencionales está recopilada en la tabla de dureza en caliente del acero para herramientas, y la energía de impacto de esos grados en su revenido óptimo está en la Tabla de tenacidad al impacto del acero para herramientas. Aobo Steel suministra los grados convencionales de alta velocidad como barra forjada y laminada en caliente y puede cotizar la vía P/M contra un plano.

Fuente: ASM Handbook, Vol 1, Properties and Selection: Irons, Steels and High-Performance Alloys.