Aceros para herramientas de la serie H
Los aceros para herramientas de la serie H son aceros para trabajo en caliente que se utilizan en matrices y herramientas expuestas a calor, presión, impacto, desgaste por calor y ciclos térmicos repetidos. Se utilizan comúnmente en fundición a presión, forja en caliente, extrusión en caliente, cizallado en caliente, conformado por estampación y recalcado.
Aceros para herramientas de la serie H disponibles en Aobo Steel.
Aobo Steel suministra aceros para herramientas de trabajo en caliente de la serie H, de uso común, en forma de barras redondas y planas a granel para aplicaciones de fundición a presión, forja en caliente, extrusión en caliente, cizallado en caliente, conformado y recalcado.
H10 | 1.2365 | SKD7
Acero para trabajo en caliente de alta resistencia en caliente, conductividad térmica y herramientas de extrusión seleccionadas.
H11 | 1.2343 | SKD6
Acero al cromo para trabajo en caliente, con gran tenacidad y resistencia al agrietamiento.
H13 | 1.2344 | SKD61
Acero para herramientas de trabajo en caliente equilibrado, apto para fundición a presión, forja, extrusión y servicio de fatiga térmica.
H21 | 1.2581 | SKD5
Acero de tungsteno para trabajo en caliente, que proporciona dureza en caliente y resistencia al desgaste a altas temperaturas.
La mayoría de los compradores industriales no necesitan la lista completa de grados de la serie H de AISI. En la selección práctica de aceros para herramientas, los grados más utilizados son H10, H11, H13 y H21. Estos grados cumplen con los principales requisitos para el trabajo en caliente: resistencia al agrietamiento por calor, dureza en caliente, tenacidad, estabilidad térmica y resistencia al desgaste en caliente.
¿Qué son los aceros para herramientas de la serie H?
Los aceros para herramientas de la serie H son aceros aleados diseñados para trabajos en caliente. La superficie de la herramienta debe mantener la dureza y resistencia suficientes al entrar en contacto con metal caliente o material fundido. El cuerpo de la herramienta también debe resistir el agrietamiento bajo presión, impacto y ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento.
La mayoría de los aceros de la serie H tienen un contenido medio de carbono y contienen cromo, molibdeno, vanadio, tungsteno o una combinación de estos elementos. Los aceros para trabajo en caliente con cromo, como el H11 y el H13, ofrecen tenacidad y resistencia al agrietamiento por calor. Los aceros para trabajo en caliente con tungsteno, como el H21, ofrecen mayor dureza en caliente y mejor resistencia al ablandamiento a altas temperaturas.
La principal diferencia entre los grados de la serie H no radica únicamente en la dureza. Cada grado presenta un equilibrio diferente entre tenacidad, resistencia a la fatiga térmica, dureza en caliente y resistencia al desgaste.
Grados equivalentes de acero para herramientas de la serie H
Las equivalencias de grados ayudan a los compradores a encontrar la conformidad con las normas AISI, DIN/EN, JIS y GB chinas. Esto es importante cuando el plano, la orden de compra o la especificación del molde utilizan una denominación de norma diferente.
| Grado AISI | DIN / EN | JIS | Grado GB / Chino |
|---|---|---|---|
| H10 | 1.2365 / X32CrMoV3-3 | SKD7 | 4Cr3Mo3SiV |
| H11 | 1.2343 / X37CrMoV5-1 | SKD6 | 4Cr5MoSiV |
| H13 | 1.2344 / X40CrMoV5-1 | SKD61 | 4Cr5MoSiV1 |
| H21 | 1.2581 / X30WCrV9-3 | SKD5 | 3Cr2W8V |
El H13 / 1.2344 / SKD61 es el grado más común en el suministro internacional de aceros para herramientas de trabajo en caliente. El H11 / 1.2343 / SKD6 es similar al H13, pero prioriza la tenacidad. El H21 / 1.2581 / SKD5 tiene una aleación diferente, ya que el tungsteno mejora la resistencia al ablandamiento a altas temperaturas.
Composición química y elementos de aleación de los aceros para herramientas de la serie H.
La composición química de los aceros para herramientas de la serie H determina su respuesta al endurecimiento, dureza en caliente, tenacidad, resistencia al revenido y resistencia al desgaste en caliente. La tabla a continuación muestra los rangos típicos de composición química. Los valores exactos deben ajustarse a la norma requerida, la especificación de compra y el certificado de prueba del fabricante.
Composición química típica
| Grado | C | Cr | Mo | V | W | Si | Mn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H10 / 1.2365 | 0.28-0.35 | 2.70-3.20 | 2.50-3.00 | 0.40-0.70 | No es principal | 0.10-0.40 | 0.15-0.45 |
| H11 / 1.2343 | 0.33-0.41 | 4.80-5.50 | 1.10-1.60 | 0.30-0.60 | No es principal | 0.80-1.20 | 0.20-0.50 |
| H13 / 1.2344 | 0.35-0.42 | 4.80-5.50 | 1.20-1.75 | 0.80-1.20 | No es principal | 0.80-1.20 | 0.20-0.50 |
| H21 / 1,2581 | 0.26-0.36 | 2.50-3.50 | No es principal | 0.30-0.60 | 8.50-10.00 | 0.15-0.50 | 0.15-0.45 |
Los aceros H11 y H13 son aceros para trabajo en caliente de cromo-molibdeno-vanadio. El H13 suele tener mayor contenido de vanadio que el H11, por lo que presenta mayor resistencia al desgaste y un endurecimiento secundario más pronunciado. El H11 mantiene una mayor tenacidad debido a su menor contenido de vanadio.
El acero H21 utiliza tungsteno como elemento de aleación principal. Esto mejora la dureza en caliente y la resistencia al ablandamiento a altas temperaturas, pero reduce la tenacidad en comparación con los aceros al cromo para trabajo en caliente.
Cómo afectan los elementos de aleación al rendimiento
| Elemento | Funcionamiento en aceros para herramientas de la serie H |
|---|---|
| Carbono | Favorece el endurecimiento y la resistencia al desgaste. Su contenido medio de carbono ayuda a mantener la tenacidad. |
| Cromo | Mejora la templabilidad, la resistencia a la oxidación y la resistencia al ablandamiento por calor. |
| Molibdeno | Mejora la resistencia al calor, la resistencia al revenido y la respuesta al endurecimiento secundario. |
| Vanadio | Forma carburos duros y mejora la resistencia al desgaste en condiciones de altas temperaturas. |
| Tungsteno | Mejora la dureza en caliente y la resistencia al ablandamiento a altas temperaturas. |
| Silicio | Favorece la resistencia a la oxidación y contribuye a la resistencia en caliente en algunos grados. |
| Manganeso | Favorece el control de la templabilidad y la fabricación de acero. |
Propiedades de los aceros para herramientas de la serie H
Los aceros para herramientas de la serie H se seleccionan para matrices de trabajo en caliente porque combinan dureza en caliente, tenacidad, resistencia a la fatiga térmica, templabilidad y resistencia al revenido. Estas propiedades deben funcionar en conjunto. Una matriz con alta dureza pero poca tenacidad puede agrietarse prematuramente. Una matriz con buena tenacidad pero poca dureza en caliente puede deformarse o ablandarse durante su uso.
Propiedades clave en las herramientas para trabajos en caliente
| Propiedad | Significado práctico de las herramientas para trabajos en caliente | Dirección típica de la pendiente |
|---|---|---|
| Dureza en caliente | Ayuda a que la herramienta resista el ablandamiento y la deformación a temperaturas elevadas. | H13, H21 |
| Resistencia a la fatiga térmica | Reduce la formación de grietas por calor durante los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. | H13, H11 |
| Dureza | Reduce el agrietamiento, el astillamiento y la rotura bajo impacto o presión. | H11, H13 |
| Resistencia al temple | Ayuda a que el acero mantenga su dureza después de repetidas exposiciones al calor. | H13, H21 |
| Resistencia al desgaste por calor | Resiste la erosión, la abrasión y el desgaste por flujo de metal a altas temperaturas. | H13, H21 |
| Templabilidad | Ayuda a que las herramientas grandes alcancen una dureza más uniforme después del tratamiento térmico. | H11, H13 |
| Conductividad térmica | Ayuda a la herramienta a eliminar el calor de la superficie de trabajo. | H10 |
Dirección de la propiedad por grado
| Grado | Dureza en caliente | Dureza | Resistencia a la fatiga térmica | Resistencia al desgaste por calor | Mejor dirección inmobiliaria |
|---|---|---|---|---|---|
| H10 / 1.2365 | Bien | Bien | Bien | Medio | Transferencia de calor y resistencia térmica |
| H11 / 1.2343 | Bien | Muy bien | Bien | Medio | Resistencia y tenacidad al agrietamiento |
| H13 / 1.2344 | Bien | Bien | Muy bien | Bien | Rendimiento equilibrado en trabajos en caliente |
| H21 / 1,2581 | Muy bien | Medio | Medio | Muy bien | Dureza en caliente y resistencia al desgaste a altas temperaturas. |
Esta tabla no debe interpretarse como una clasificación absoluta. La calidad del tratamiento térmico, el tamaño de la matriz, la práctica de enfriamiento y la temperatura de trabajo pueden modificar el rendimiento final de la herramienta.
Dureza en caliente y resistencia al ablandamiento
La dureza en caliente mide la capacidad del acero para mantener su dureza y resistencia a temperaturas elevadas. Esta propiedad es importante cuando la herramienta está en contacto prolongado con metal caliente o funciona a altas temperaturas superficiales.
Las aleaciones H11 y H13 son aptas para muchas condiciones de trabajo en caliente. La aleación H21 ofrece mayor resistencia al ablandamiento debido a su alto contenido de tungsteno. Esto la hace útil para trabajos con herramientas a altas temperaturas, especialmente donde se producen abrasión y erosión simultáneamente.
La dureza en caliente no debe considerarse de forma aislada. En matrices de alto impacto, un acero al cromo para trabajo en caliente más resistente puede ofrecer un mejor rendimiento que un acero al tungsteno de mayor aleación.
Dureza y resistencia al agrietamiento
La tenacidad ayuda a que una herramienta resista el agrietamiento por impacto, presión, esquinas afiladas y espesor de sección irregular. Los troqueles de forja en caliente, los mandriles, los punzones y las herramientas de soporte suelen requerir esta propiedad.
El H11 presenta un alto nivel de tenacidad entre los grados comunes de la serie H. El H13 también posee buena tenacidad, pero ofrece una combinación más equilibrada de resistencia al agrietamiento por calor y resistencia al desgaste. El H21 requiere un uso más cuidadoso en herramientas sometidas a cargas de impacto, ya que su aleación prioriza la dureza en caliente sobre la tenacidad.
Resistencia a la fatiga térmica y agrietamiento por calor
La fatiga térmica se produce cuando la superficie de la herramienta se calienta y se enfría repetidamente. Con el tiempo, esto puede generar finas grietas superficiales, conocidas como fisuras por calor. Los moldes de fundición a presión, los moldes de forja en caliente y las herramientas de extrusión suelen fallar de esta manera.
El H13 se utiliza ampliamente porque combina resistencia al agrietamiento térmico con tenacidad y resistencia al desgaste. El H11 puede ser útil cuando el riesgo de agrietamiento es mayor. El tratamiento térmico adecuado, el estado de la superficie, las prácticas de enfriamiento y la dureza de trabajo influyen en la resistencia al agrietamiento térmico.
Una dureza de trabajo moderada suele proporcionar una mayor vida útil a la matriz que una dureza máxima. Una dureza excesiva puede aumentar el riesgo de agrietamiento, especialmente en matrices o herramientas grandes sometidas a ciclos térmicos severos.
Templabilidad y estabilidad dimensional
Muchos aceros de la serie H tienen buena templabilidad y pueden endurecerse mediante enfriamiento al aire o enfriamiento controlado. Esto reduce la deformación en comparación con métodos de temple más severos.
Las aleaciones H11 y H13 se utilizan ampliamente en herramientas de trabajo en caliente de gran tamaño, ya que desarrollan una dureza relativamente uniforme tras un tratamiento térmico adecuado. El alivio de tensiones tras el mecanizado en bruto puede reducir la deformación durante el endurecimiento final, especialmente en herramientas con cavidades profundas o secciones irregulares.
La estabilidad dimensional aún depende del tamaño de la herramienta, el control del horno, el precalentamiento, el método de temple y la práctica de revenido.
Tratamiento térmico de aceros para herramientas de la serie H
El tratamiento térmico controla la dureza final, la tenacidad, la resistencia a la fatiga térmica y la vida útil de los aceros para herramientas de la serie H. El tratamiento térmico a alta temperatura debe realizarse en un entorno controlado, como un horno de vacío, un horno de atmósfera controlada o un baño de sales neutras. Un control deficiente de la atmósfera puede provocar oxidación, carburación o descarburación.
Principales procesos de tratamiento térmico
| Proceso | Propósito | Nota práctica |
|---|---|---|
| Recocido | Ablanda el acero para el mecanizado | El rango de recocido común para los aceros al cromo para trabajo en caliente es de aproximadamente 845-900 °C. |
| Alivio del estrés | Reduce la tensión de mecanizado antes del endurecimiento. | Se utiliza a menudo después del desbaste. |
| Precalentamiento | Reduce el choque térmico antes de la austenización. | Importante para herramientas grandes o complejas. |
| Austenitización | Forma la estructura endurecible | La temperatura depende del grado y del tamaño de la sección. |
| Enfriamiento | Desarrolla dureza | Dependiendo del tamaño y el grado, se puede utilizar aire comprimido, chorro de aire, aceite o baño de sal. |
| Templado | Ajusta la dureza y la tenacidad. | El templado doble o triple se utiliza comúnmente |
| Nitruración | Mejora la resistencia al desgaste de la superficie. | Opcional después del endurecimiento y revenido final. |
Generalmente, no se recomienda la normalización para los aceros para herramientas de la serie H. Muchos de estos grados tienen una templabilidad profunda y pueden endurecerse parcialmente durante el enfriamiento al aire.
Rangos típicos de tratamiento térmico
Los siguientes valores son rangos de referencia típicos. El proceso real debe ajustarse en la planta de tratamiento térmico según el tamaño de la herramienta, el tipo de horno, el método de temple y la dureza de trabajo requerida.
| Grado | Dureza recocida | Rango típico de austenización | Dirección de enfriamiento | Dirección de templado | Dureza de trabajo típica |
|---|---|---|---|---|---|
| H10 / 1.2365 | Generalmente ≤229 HB | 1010-1050 °C | Refrigeración por aire, aceite o controlada | Se recomienda el templado múltiple | 44-52 HRC |
| H11 / 1.2343 | Generalmente ≤229 HB | 995-1025 °C | Refrigeración por aire, chorro de aire, aceite o refrigeración controlada. | Se recomienda el templado múltiple | 44-52 HRC |
| H13 / 1.2344 | Generalmente ≤229 HB | 995-1025 °C | Refrigeración por aire, chorro de aire, aceite o refrigeración controlada. | Se recomienda el templado múltiple | 44-52 HRC |
| H21 / 1,2581 | Generalmente ≤255 HB | 1095-1150 °C | Baño de aire, aceite o sal | Se recomienda el templado a alta temperatura. | 45-55 HRC |
Tras el endurecimiento, las herramientas deben templarse inmediatamente. El templado doble o triple ayuda a reducir la austenita retenida, las tensiones internas y el riesgo de agrietamiento. Muchas herramientas de la serie H se templan a alta temperatura, generalmente entre 540 y 650 °C, según el grado y la dureza requerida.
La nitruración puede mejorar la resistencia al desgaste superficial tras el tratamiento térmico final. Se utiliza con frecuencia cuando la herramienta requiere mayor resistencia a la abrasión o a la erosión por metal líquido, especialmente en aplicaciones de fundición a presión.
Solicitudes y selección de grado
El grado óptimo de la serie H depende del material de trabajo, la temperatura de la superficie, la carga de impacto, el método de enfriamiento y el modo de falla principal. La tabla a continuación combina la lógica de aplicación y selección en un solo lugar para evitar repetir las descripciones de los grados en distintas secciones.
| Aplicación | Riesgo principal de fallo | Dirección de grado adecuada | Nota de selección |
|---|---|---|---|
| matrices de fundición de aluminio | agrietamiento por calor, erosión, fatiga térmica | H13, H11 | H13 es la opción estándar. H11 es útil cuando el riesgo de agrietamiento es más grave. |
| Moldes de fundición a presión de magnesio y zinc | Ciclos térmicos y desgaste superficial | H13 | El H13 ofrece un equilibrio práctico entre resistencia y durabilidad ante el agrietamiento por calor. |
| Herramientas de aleación de latón y cobre | Ablandamiento a altas temperaturas, desgaste en caliente | H21 | El H21 es adecuado para condiciones de alta temperatura donde resulta útil la dureza en caliente con soporte de tungsteno. |
| Matrices de extrusión de aluminio | Presión, desgaste por calor, fatiga térmica | H13, H11, H10 | Los modelos H13 y H11 cubren la mayoría de las necesidades de herramientas. El modelo H10 puede ser útil cuando la transferencia de calor es importante. |
| Matrices de forja en caliente | Impacto, agrietamiento, deformación, agrietamiento por calor | H13, H11 | H11 favorece la resistencia al agrietamiento. H13 proporciona un rendimiento general más amplio. |
| Cuchillas de corte en caliente | Suavizado de bordes, resistencia al calor | H13, H21 | El H13 es adecuado para el corte en caliente en general. El H21 es adecuado para condiciones más calientes o más abrasivas. |
| Mandriles y herramientas de soporte | Alta tensión, agrietamiento | H11, H10 | H11 favorece la tenacidad. H10 puede utilizarse cuando la disipación del calor es importante. |
| Herramientas de recalcado y desmoldeo | Presión superficial, desgaste por calor | H13, H21 | H13 es la opción equilibrada. H21 se utiliza cuando predomina el desgaste por calor. |
Conclusión principal
Para la mayoría de las herramientas de trabajo en caliente, el H13 / 1.2344 / SKD61 es el punto de partida, ya que ofrece el mejor equilibrio entre dureza en caliente, tenacidad, resistencia a la fatiga térmica y resistencia al desgaste.
H11 es la mejor opción cuando la resistencia al agrietamiento y la tenacidad son más importantes. H10 es útil para herramientas específicas que requieren alta resistencia en caliente y transferencia de calor. H21 es adecuado cuando la dureza en caliente y la resistencia al desgaste a altas temperaturas son más importantes que la tenacidad al impacto.
La selección del acero para herramientas de la serie H debe comenzar con el principal modo de falla de la herramienta: agrietamiento por calor, fisuración, reblandecimiento, deformación o desgaste en caliente. Esto permite una elección de material más precisa que la selección basada únicamente en el nombre del grado.
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