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Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas H11
Guía de tratamiento térmico para acero para herramientas H11, centrada en la tenacidad equilibrada, la estabilidad térmica y el rendimiento confiable en aplicaciones de herramientas de trabajo en caliente.
El propósito de Acero para herramientas H11 El tratamiento térmico consiste en transformar la microestructura blanda y recocida, compuesta principalmente de ferrita y carburos de aleación, en una estructura martensítica endurecida y revenida con carburos beneficiosos que proporcionan las propiedades de corte o de trabajo deseadas. Este proceso multietapa suele incluir precalentamiento, temple, temple y revenido.
¿Qué es el acero para herramientas H11? El H11 es un popular acero para herramientas de trabajo en caliente con cromo 5%. Se utiliza ampliamente en aplicaciones de alta temperatura, como moldes de fundición a presión, laminación en caliente, extrusión en caliente y forja en caliente, así como en componentes estructurales para aplicaciones aeroespaciales, como ejes de rotores de helicópteros.
Una lista de verificación rápida del tratamiento térmico del acero para herramientas H11
Tiempo necesario: 1 día
El tratamiento térmico del H11 implica una secuencia de recocido, aliviar el estrés, austenitizante (endurecimiento), temple y templado para lograr las propiedades metalúrgicas deseadas.
- Preparación y recocido
Calentar lentamente a 845–900 °C (1550–1650 °F) protegiendo con atmósferas controladas o empaque inerte. Enfriar en el horno a 480 °C (900 °F) a una velocidad de ~22 °C (40 °F) por hora, y luego enfriar al aire.
- Alivio del estrés
Calentar a 650–730 °C (1200–1350 °F) o 500–600 °C. Mantener durante un mínimo de 2 horas o 0,5 horas por pulgada de la sección más grande, luego enfriar lentamente al aire.
- Austenitización
Precalentar a 760–815 °C (1400–1500 °F). Calentar a 995–1040 °C (1825–1900 °F) utilizando hornos de vacío, baños de sales o atmósferas endotérmicas. Dejar en remojo de 15 a 40 minutos.
- Enfriamiento
Enfriar al aire en calma hasta temperatura ambiente. Para secciones grandes, utilice un soplador de aire o un enfriamiento con aceite interrumpido a 595–650 °C (1100–1200 °F) o, cuando la superficie esté negra, enfríe al aire. No enfríe con agua.
- Templado
Templar inmediatamente cuando la pieza alcance una temperatura de 50-65 °C (120-150 °F). Calentar a 540-650 °C (1000-1200 °F). Mantener durante 1 hora por pulgada (mínimo 2 horas), enfriar al aire y repetir.
1. Precalentamiento y alivio del estrés
El precalentamiento cumple tres funciones: reducir el choque térmico (que puede causar distorsión o agrietamiento), aumentar la productividad del equipo al reducir el tiempo del horno de alta temperatura y minimizar la carburación/descarburación cuando la atmósfera del horno de alta temperatura no es neutra.
La temperatura de precalentamiento para el H11 es de 650 °C (1200 °F) y se mantiene a esta temperatura durante 10 a 15 minutos. Para piezas con cambios significativos en la sección transversal, o para herramientas grandes o complejas, es más seguro calentar lentamente el horno hasta la temperatura de precalentamiento o colocar la pieza sobre el horno para eliminar el frío antes de colocarla en su interior. Para el tratamiento térmico en atmósfera o vacío, se suele utilizar un único precalentamiento entre 790 y 845 °C (1450 y 1550 °F).1.
Aunque el precalentamiento puede aliviar algunas tensiones, el revenido convencional es más efectivo. El revenido a alta temperatura del acero H11 puede aliviar significativamente las tensiones. El revenido busca reducir las tensiones internas que pueden causar distorsión o agrietamiento durante el tratamiento térmico o el servicio posterior. Se recomienda encarecidamente un revenido de revenido después de operaciones importantes de mecanizado, rectificado, soldadura o electroerosión (EDM). La temperatura de revenido suele ser de 14 a 28 °C (25 a 50 °F) inferior a la temperatura de revenido anterior. La temperatura de revenido se indica a continuación.
2. Austenización (endurecimiento)
Este es el segundo paso crítico, donde el acero se calienta a alta temperatura para disolver diversos carburos de aleación complejos y transformar la estructura de ferrita-perlita en austenita. El rango de temperatura de austenización para el acero H11 es de 995 a 1025 °C (1825 a 1875 °F). Los tiempos de remojo varían de 20 minutos, más 5 minutos adicionales por cada 25 mm (1 pulgada) de espesor de sección. Para el acero H13, las temperaturas de austenización son generalmente más altas, de 1050 a 1180 °C (1920 a 2155 °F). Más información. Acero H11 vs H13.
3. Enfriamiento
El temple es el proceso de enfriar rápidamente un material desde la temperatura de austenización para transformar la austenita en una estructura martensítica dura. El acero H11 es un acero de temple al aire, lo que minimiza la tensión residual y los cambios dimensionales al enfriarse al aire. El acero H11 se enfría al aire a 52-65 °C (125-150 °F) antes de someterse a un tratamiento de revenido. En general, todos los aceros para herramientas trabajados en caliente no pueden templarse en agua, ya que este método conlleva un alto riesgo de agrietamiento.
4. Templado
El revenido se realiza después del temple. El objetivo es aumentar la tenacidad del acero y aliviar las elevadas tensiones internas que hacen que la estructura martensítica, una vez templada, sea muy susceptible al agrietamiento. El H11 es un acero de temple secundario. Su rendimiento óptimo se alcanza tras dos revenidos. La temperatura de revenido del acero H11 es de 510 °C (950 °F), y el tiempo de mantenimiento para ambos revenidos es de dos horas. Tras el temple, el acero H11 debe revenirse inmediatamente después de alcanzar la temperatura recomendada para evitar el agrietamiento.
| Temperatura de revenido | Rockwell C (Dureza) |
| Como se apagó | 56 |
| 700 °F / 370 °C | 54 |
| 800 °F / 425 °C | 55 |
| 900 °F / 480 °C | 57 (Pico) |
| 1000 °F / 540 °C | 56 |
| 1100 °F / 595 °C | 46 |
| 1200 °F / 650 °C | 36 |
Los pasos anteriores son los más comunes del tratamiento térmico del acero H11, según nuestra experiencia y la literatura especializada. Esperamos que esta información sea útil para los usuarios de acero H11. Si necesita materiales de acero H11, no dude en contactarnos.
Problemas y soluciones comunes en el tratamiento térmico del acero para herramientas H11
Agrietamiento
El H11 es un acero de temple al aire. Si el enfriamiento durante la etapa de temple es demasiado rápido, pueden producirse grietas por temple. En secciones más gruesas de acero H11, el enfriamiento al aire puede no lograr la dureza completa. Se puede emplear un temple gradual (temple interrumpido): sumergir la pieza en un baño de sales a una temperatura de 595 °C a 650 °C (1105 °F a 1200 °F), mantener la temperatura hasta que se alcance una temperatura uniforme y luego enfriar al aire.
Si es inevitable el temple en aceite, deténgalo cuando la temperatura de la superficie alcance aproximadamente 540 °C (1000 °F) y complete el enfriamiento al aire. Como alternativa, temple hasta que la pieza aún esté caliente (aproximadamente 60-80 °C) y transfiérala inmediatamente al horno de revenido. Nunca permita que la pieza alcance la temperatura ambiente antes del revenido.
Deformación
En el caso de matrices complejas para trabajo en caliente, la deformación es un problema importante causado por un calentamiento desigual durante el tratamiento térmico o la acumulación de tensión durante el mecanizado.
Para solucionar este problema, se recomienda realizar primero un recocido de alivio de tensiones. Las piezas desbastadas deben calentarse a 650–675 °C (1200–1250 °F) antes del temple final, mantener esta temperatura durante 1 hora por cada 2,5 cm de sección transversal y, a continuación, enfriarse al aire para eliminar las tensiones residuales. En segundo lugar, se debe emplear un ciclo de precalentamiento doble durante el temple para minimizar el choque térmico. En tercer lugar, se debe utilizar refrigeración por aire, ya que el temple al aire produce tensiones residuales y cambios dimensionales mínimos en comparación con el temple líquido.
Descarbonización
El acero H11 es propenso a la descarburación durante el calentamiento, lo que reduce su resistencia y resistencia a la fatiga.
Para evitar estos cambios químicos superficiales, la austenización debe realizarse en un baño de sales neutras, un horno de atmósfera controlada o un horno de vacío. Si no se dispone de equipo de atmósfera controlada, se deben tomar medidas de embalaje protector: el acero para herramientas H11 debe envolverse en compuestos neutros, como asfalto residual, coque o lámina de acero inoxidable, para minimizar la exposición al oxígeno.
Agrietamiento por calor
El agrietamiento térmico es un modo de falla en el acero para herramientas, caracterizado por una red de finas grietas superficiales que se forman bajo tensiones térmicas cíclicas durante el uso. Si bien este fenómeno es inevitable, un tratamiento térmico inadecuado puede acelerar su aparición.
Para solucionar este problema, primero asegúrese de que el acero H11 esté templado a la dureza correcta. Segundo, controle estrictamente la profundidad de nitruración y la capa blanca durante el tratamiento de nitruración del acero H11 para evitar el desconchado.
Dureza insuficiente
El H11 es un acero de temple secundario cuya dureza aumenta durante el revenido a alta temperatura. El uso de una temperatura de revenido baja produce una microestructura inestable que se ablanda con el uso.
Para solucionar este problema, primero se debe realizar un revenido a alta temperatura a temperaturas superiores al pico de endurecimiento secundario, típicamente por encima de 510 °C/950 °F. Este proceso no solo alivia las tensiones residuales, sino que también estabiliza la microestructura para soportar condiciones de servicio a alta temperatura. En segundo lugar, se debe realizar un revenido doble. El primer revenido transforma la austenita retenida en martensita recién formada; el segundo revenido la endurece.
El tratamiento térmico estable H11 comienza con un acero para herramientas de calidad
H11 (1.2343) es el estándar de la industria para herramientas de trabajo en caliente de alta tenacidad. Aobo Steel previene el fallo prematuro de las matrices al suministrar piezas forjadas H11 de alta pureza y microestructura estrictamente controlada. Nuestro material presenta una templabilidad al aire optimizada, un grado UT garantizado Sep 1921-82 D/d y una dureza recocida < 229 HB, lo que garantiza una respuesta uniforme al tratamiento térmico para sus matrices de forja y fundición más exigentes.
Preguntas frecuentes
845 a 900 °C (1550 a 1650 °F). Calentar lenta y uniformemente hasta este rango. Enfriar muy lentamente en el horno a unos 22 °C (40 °F) por hora hasta que la pieza alcance los 480 °C (900 °F). Luego, enfriar al aire hasta temperatura ambiente.
Calentar a 650–730 °C (1200–1350 °F). Como alternativa, utilice 500–600 °C. Realice esto después del mecanizado de desbaste para minimizar la distorsión. Mantenga la temperatura durante un mínimo de 2 horas o 0,5 horas por pulgada de la sección más grande, y luego enfríe lentamente al aire.
995 a 1040 °C (1825 a 1900 °F). La práctica habitual es alcanzar una temperatura aproximada de 1010 °C (1850 °F). Mantener esta temperatura de 15 a 40 minutos, según el tamaño de la sección. Asegurarse de que la superficie esté protegida contra la descarburación y la oxidación.
760 a 815 °C (1400 a 1500 °F). El precalentamiento es esencial para minimizar el choque térmico. Para piezas complejas, utilice un precalentamiento doble: primero a ~650 °C, luego a ~815–870 °C antes de alcanzar la temperatura de endurecimiento final.
Enfriamiento por aire (aire quieto). Esto es preferible para minimizar la distorsión en secciones de hasta 150 mm (6 pulgadas). Para secciones más grandes, se puede utilizar un soplado de aire o un temple en aceite interrumpido (temple escalonado a 595–650 °C). Nunca temple con agua el H11 debido al riesgo de agrietamiento.
540 a 650 °C (1000 a 1200 °F). Este rango suele producir una dureza de trabajo de 38-54 HRC. El revenido debe comenzar inmediatamente después de que la pieza se enfríe a 50-65 °C (120-150 °F).
Se recomienda encarecidamente el doble temple. También se puede utilizar el triple revenido. Un ciclo típico consiste en calentar hasta alcanzar la temperatura deseada, mantenerla durante al menos una hora por cada pulgada de espesor (mínimo dos horas), enfriar al aire hasta alcanzar la temperatura ambiente y repetir el proceso.
Sí. El H11 es un acero de temple secundario con un rango de dureza máxima de 510 °C (950 °F) a 540 °C. La dureza aumenta o se mantiene estable a estas temperaturas debido a la precipitación de carburos de vanadio y molibdeno.
Enlaces relacionados
- ASM Internacional. (1989). Manual de ASM, Volumen 16: Mecanizado (pág. 120). ASM Internacional. ↩︎