AISI Acero para herramientas A2 Es un acero para herramientas de trabajo en frío de aleación media, de temple al aire, ampliamente utilizado, que ofrece un equilibrio favorable entre resistencia al desgaste y tenacidad. Actualmente, es uno de los aceros para herramientas más populares en Estados Unidos y se emplea comúnmente en la fabricación de herramientas de alta precisión, como calibres, instrumentos de medición de precisión y matrices complejas para operaciones de conformado, troquelado y embutición. El acero A2 es un grado de temple al aire que puede templarse en aire, ofreciendo una alta templabilidad que lo hace adecuado para el mecanizado de componentes de precisión complejos. La ventaja del temple al aire reside en minimizar la distorsión del material y mejorar la estabilidad dimensional durante la transformación crítica de austenita a martensita, lo que proporciona una mayor seguridad de temple en comparación con los grados templados en agua.
Entendiendo la distorsión
¿Qué es el endurecimiento?
El temple es un proceso de tratamiento térmico diseñado para aumentar la dureza y la resistencia del acero. En el caso de los aceros para herramientas, este proceso suele constar de tres pasos: austenización (calentamiento para formar austenita), temple (enfriamiento rápido para transformar la austenita en martensita) y revenido. El objetivo principal es desarrollar una alta dureza, lo que mejora la resistencia al desgaste y la capacidad de corte. Un requisito clave para el temple es la formación de austenita, que disuelve los carburos y constituye la fase de alta temperatura. Al enfriarse rápidamente (temperatura), esta austenita se transforma en martensita, la estructura de matriz dura de grano fino de los aceros.
Las tres causas principales de la distorsión
La distorsión se refiere a cambios inesperados o inconsistentes en el tamaño y la forma que ocurren durante el tratamiento térmico. Es un problema complejo, con tres factores principales:
- Estrés térmico: Esto se debe a los gradientes de temperatura que se establecen durante el calentamiento o el temple. La expansión o contracción diferencial se produce porque la superficie de una pieza se calienta o enfría más rápido que su interior, lo que genera tensiones. Las características de enfriamiento generalmente uniformes de los aceros de temple al aire, como el A2, ayudan a minimizar este problema en comparación con los grados de temple líquido.
- Estrés residual de mecanizado: Estas tensiones se originan en operaciones de trabajo en frío, como el mecanizado o el rectificado. Estas tensiones retenidas se liberan por deformación plástica cuando el acero se calienta y su límite elástico disminuye, lo que puede causar distorsión, flexión o torsión. Para mitigar esta causa, es necesario aliviar las tensiones después del mecanizado de desbaste.
- Geometría de la pieza: El diseño del componente influye significativamente en la distorsión. Características como esquinas afiladas, cambios bruscos de sección y paredes delgadas dificultan un calentamiento y enfriamiento uniformes, lo que aumenta el riesgo de agrietamiento y deformación.
Cambio de tamaño vs. cambio de forma
La distorsión se manifiesta principalmente de dos formas: cambio de tamaño y cambio de forma. El cambio de tamaño se refiere a la variación volumétrica irreversible (crecimiento o contracción) causada principalmente por cambios en la estructura cristalina y el volumen de transformación de fase. Esta expansión ocurre cuando una microestructura recocida se convierte en martensita. Los cambios de tamaño son generalmente predecibles para un tipo de acero determinado; por ejemplo, se espera que el acero para herramientas A2, al ser templado al aire desde la temperatura de endurecimiento adecuada, se expanda aproximadamente 0,001 pulgadas por pulgada. El cambio de forma, también conocido como alabeo, implica cambios en la forma geométrica, como la flexión o la torsión. Se debe principalmente a tensiones térmicas y de transformación no uniformes o a la relajación de tensiones residuales. Acero para herramientas A2. Placas de acero para herramientas A2.
Los 5 pasos para minimizar la distorsión del acero para herramientas A2
Paso 1 – Preparación y alivio del estrés
El mecanizado de desbaste del acero A2 induce deformación plástica y una alta deformación superficial en la microestructura recocida. Cuando estas tensiones se combinan con las tensiones térmicas y de transformación de fase durante el temple posterior, pueden causar deformaciones o agrietamiento significativo en el material A2. Para eliminar estas tensiones inherentes, se recomienda encarecidamente un tratamiento de alivio de tensiones entre el mecanizado de desbaste y el mecanizado de acabado.
Caliente lenta y uniformemente el acero para herramientas A2 sin templar a 649-677 °C (1200-1250 °F). La pieza debe mantenerse a esta temperatura durante 4,7 minutos por milímetro de espesor. Tras el remojo, debe enfriarse lentamente a temperatura ambiente dentro del horno de calentamiento.
Paso 2 – El calor austenitizante
El proceso de endurecimiento comienza con Austenitización, donde el acero se calienta para formar austenita, requisito necesario para lograr la estructura martensítica (endurecida). La velocidad de calentamiento debe controlarse cuidadosamente; un calentamiento rápido puede causar distorsión o agrietamiento debido a las diferencias de temperatura (gradientes térmicos) que se desarrollan entre la superficie y el núcleo.
Para garantizar la uniformidad de la temperatura y minimizar el choque térmico, se suele utilizar un método de dos pasos para los aceros para herramientas, aunque el acero A2 se basa principalmente en un precalentamiento inicial. Tras el precalentamiento, la temperatura se incrementa rápidamente hasta la temperatura final de austenización, que para el acero A2 suele estar entre 925 y 980 °C (1697 y 1796 °F). Tenga en cuenta que una temperatura demasiado baja limita la disolución del carburo y reduce la dureza, mientras que una temperatura demasiado alta provoca un exceso de austenita retenida, lo que reduce la dureza y aumenta el riesgo de agrietamiento. El tiempo de remojo estándar para el acero A2 es de aproximadamente 1 hora por cada 25 mm (0,25 pulgadas) de sección transversal, lo que garantiza la homogeneidad sin causar efectos indeseables por un remojo excesivo.
Paso 3 – El temple (endurecimiento al aire)
El acero A2 es un acero para herramientas de temple al aire. Este método reduce significativamente la intensidad de la deformación y el choque térmico que experimenta el acero, minimizando así la deformación y mejorando la resistencia al agrietamiento.
El proceso de enfriamiento debe realizarse en aire ambiente en calma, asegurando un espacio adecuado para una circulación uniforme del aire. Para evitar la descarburación superficial, el acero A2 puede sellarse con una lámina de acero inoxidable. Al igual que con todos los aceros de temple al aire, la templabilidad total del acero A2 está limitada por el tamaño de la sección; las secciones superiores a 102 mm (4 pulgadas) generalmente no alcanzan el temple completo durante el enfriamiento al aire.
Para secciones tan grandes, una alternativa como Enfriamiento rápido con aceite Se puede utilizar un método donde la pieza se sumerge solo en aceite hasta que se disipa el calor rojo visible (alrededor de 540 °C o 1000 °F), seguido de un enfriamiento al aire en calma a 65 °C (150 °F). Independientemente del método de temple, el objetivo es enfriar la pieza a 65 °C (150 °F) (pero no a una temperatura inferior) para permitir que se produzca la transformación de la martensita y luego transferirla inmediatamente al revenido.
Paso 4 – El temperamento “rápido”
Tras el temple del acero A2, la pieza debe transferirse inmediatamente al horno de revenido cuando la temperatura alcance los 65 °C (150 °F). La transferencia debe ser rápida; de lo contrario, la martensita recién formada dejará el acero en un estado frágil de alta tensión. Si el revenido no se realiza con prontitud, la austenita retenida se estabilizará a temperatura ambiente o se transformará espontáneamente en martensita frágil sin revenido, lo que provocará cambios dimensionales incontrolables y agrietamiento.
Paso 5 – Templado final
El revenido elimina las tensiones internas, mejora la tenacidad y la ductilidad, y promueve la estabilidad dimensional al transformar la austenita retenida. Para el acero para herramientas A2, se requieren múltiples ciclos de revenido para lograr propiedades óptimas.
La temperatura típica de revenido para el acero A2 es de 205 °C (400 °F), con un tiempo de mantenimiento de 2 horas por pulgada (25 mm) de espesor de sección. La temperatura recomendada de revenido secundario para el acero A2 es de 190 °C (375 °F), 14 °C (25 °F) inferior a la temperatura de revenido inicial. Este proceso refina la estructura del grano, mejora la tenacidad y la vida útil de la herramienta, y es especialmente adecuado para piezas con geometrías complejas.
Protocolos de seguridad críticos para el tratamiento térmico del acero A2
Equipo de protección individual (EPI)
Todas las operaciones que involucran metal fundido deben considerar cuidadosamente la seguridad del operador. El Equipo de Protección Personal (EPP) requerido para el tratamiento térmico incluye casco, pantalla facial (sobre gafas de seguridad), guantes aislantes y batas o delantales de protección para altas temperaturas (como aluminizados o de cuero). La protección para los pies requiere protectores de acero para zapatos o botas altas de cuero con protectores de acero. Al operar hornos con baños de sal, el personal debe usar protectores, guantes, delantales y protección ocular, y también debe recibir instrucción detallada sobre el manejo de sales tóxicas que contienen cianuro. El personal también debe recibir capacitación sobre la operación y el mantenimiento seguros de todo el equipo.
Seguridad del horno y del medio ambiente
El éxito del tratamiento térmico depende de la elección adecuada del horno y del tipo de atmósfera que se mantenga en su interior. Las atmósferas controladas son necesarias para proteger la superficie del acero de la oxidación y la descarburación. Se recomienda una ventilación adecuada del horno y los tanques de enjuague al exterior para evitar humos y salpicaduras, y minimizar la corrosión en el área de trabajo. Al utilizar gases exotérmicos o endotérmicos para el control de la atmósfera, estos gases no deben introducirse hasta que la temperatura del horno alcance o supere los 760 °C (1400 °F) para evitar el riesgo de explosión. Las temperaturas del horno deben controlarse uniformemente y la carga debe estar equilibrada para minimizar la distorsión y las tensiones térmicas. El buen orden y limpieza en las áreas de trabajo y seguridad también es esencial.
Manipulación segura del acero caliente
Las piezas muy calientes, especialmente cuando superan la temperatura de transformación, se vuelven resbaladizas en su superficie y deben manipularse con sumo cuidado. Las piezas calientes siempre se manipulan con pinzas de agarre largas, y es recomendable tener dos pares disponibles. Las pinzas deben calentarse antes de sujetar la pieza caliente para reducir el choque térmico y la tensión en el acero. Al sumergir piezas y soportes de piezas de trabajo en baños de sales fundidas, es fundamental precalentarlos para eliminar la humedad y evitar salpicaduras. Además, las sales fundidas de nitrato-nitrito no deben entrar en contacto con las sales de nitruración en estado fundido, ya que este contacto puede provocar una explosión. Si se endereza acero caliente a más de 205 °C (400 °F), es imprescindible utilizar equipo de protección, ya que el acero es muy inestable en estas condiciones.
Solución de problemas: una guía rápida para problemas comunes
Problema 1: La pieza está deformada o torcida
Causas: La deformación es el resultado de la liberación de tensiones mecánicas existentes (del mecanizado) o de grandes gradientes térmicos/de transformación.
Soluciones: Alivie la tensión del componente antes del temple, idealmente a 649-677 °C (1200-1250 °F). Asegúrese de que el calentamiento sea uniforme utilizando el precalentamiento necesario a 650 °C (1200 °F) para igualar la temperatura. La característica de temple al aire del acero A2 minimiza inherentemente la distorsión en comparación con los aceros templados en líquido.
Problema 2: La pieza se agrietó
Causas: El agrietamiento se debe a tensiones localizadas que superan la resistencia del material, a menudo originadas por defectos de diseño, como esquinas afiladas o agujeros. El sobrecalentamiento durante la austenización produce granos gruesos, fragilización y mayor susceptibilidad27….
Soluciones: Revenido inmediatamente después del temple a 65 °C (150 °F) para aliviar las altas tensiones residuales y prevenir el agrietamiento retardado. Evite las esquinas afiladas y los cambios bruscos de sección en el diseño.
Problema 3: La dureza es demasiado baja
Causas: La baja dureza puede deberse a la descarburación superficial o a un tiempo de remojo insuficiente. Además, si la temperatura de austenización es demasiado alta, se forma un exceso de austenita retenida.
Soluciones: Dado que el A2 es susceptible a la descarburación, proteja la superficie con papel de aluminio o una atmósfera controlada para evitar este problema. El doble revenido (400 °F y luego 375 °F) es crucial para convertir la austenita retenida en martensita fresca, mejorando así la dureza y la estabilidad finales de la herramienta.
Si tiene alguna pregunta sobre el acero para herramientas A2 o desea adquirirlo, no dude en contactarnos. Nuestra empresa, AoboSteel, cuenta con más de 20 años de experiencia en la industria de la forja de acero para herramientas, con un profundo conocimiento del acero para herramientas y una amplia experiencia en aplicaciones prácticas.
