Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas H11
El acero H11 se endurece mediante austenización a 995-1025 °C (1825-1875 °F), enfriamiento al aire a unos 50-65 °C y posterior revenido doble a 510-540 °C (950-1000 °F) durante dos horas por ciclo. El H11 se endurece al aire, por lo que nunca debe enfriarse en agua y siempre debe revenirse inmediatamente mientras la pieza aún esté caliente.
El tratamiento térmico adecuado transforma la estructura recocida blanda del H11, una matriz de ferrita con carburos de aleación esferoidizados, en una estructura martensítica templada que mantiene su resistencia y tenacidad a altas temperaturas. El proceso completo consiste en recocido o alivio de tensiones para preparar la pieza, seguido de precalentamiento, austenización, temple y doble revenido.
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Tratamiento térmico H11 de un vistazo
| Escenario | Temperatura | Mantener o calificar | Notas |
|---|---|---|---|
| Recocido | 845 a 900 °C (1550 a 1650 °F) | Enfriar el horno a 480 °C a una velocidad de aproximadamente 22 °C por hora, luego enfriar al aire. | Se ablanda hasta aproximadamente 192 a 235 HB para su mecanizado. |
| Alivio del estrés | 650 a 675 °C (1200 a 1250 °F) | 1 hora por pulgada de sección | Enfriar lentamente al aire antes de endurecer. |
| Precalentar | 815 °C (1500 °F) típico | Igualar | Para piezas grandes o complejas, añada una primera etapa a 650 °C. |
| Austenitizar | De 995 a 1025 °C (1825 a 1875 °F), 1010 °C típico | 20 minutos más 5 minutos por cada 25 mm | Vacío, baño de sales o atmósfera controlada |
| Aplacar | Aire a 50 a 65 °C (125 a 150 °F) | Aire quieto o ráfaga de aire | Endurecimiento al aire, nunca en agua. |
| Temperamento | De 510 a 540 °C (de 950 a 1000 °F) | 2 horas por ciclo, templar dos veces | Templar inmediatamente mientras la pieza esté caliente. |
Recocido y alivio de tensiones
El recocido restaura una estructura blanda y mecanizable después del forjado o antes del reprocesamiento. Calentar lentamente a 845-900 °C (1550-1650 °F) en atmósfera controlada o con un material inerte para evitar la descarburación. Enfriar en el horno a 480 °C (900 °F) a una velocidad de aproximadamente 22 °C (40 °F) por hora y, finalmente, enfriar al aire. El resultado es una estructura esferoidizada de aproximadamente 192-235 HB.
El alivio de tensiones elimina las tensiones de mecanizado y conformado antes del endurecimiento, de modo que la pieza se deforma menos. Después de un mecanizado intenso, rectificado, soldadura o electroerosión, caliente las piezas mecanizadas en bruto a 650-675 °C (1200-1250 °F), mantenga la temperatura una hora por cada pulgada de la sección más grande y luego enfríe lentamente al aire libre. Para un revenido de alivio de tensiones aplicado a una pieza ya endurecida, ajuste la temperatura entre 14 y 28 °C (25-50 °F) por debajo de la temperatura del último revenido para no disminuir la dureza.
Endurecimiento: precalentamiento y austenización
El precalentamiento reduce el choque térmico, acorta el tiempo a alta temperatura y limita la descarburación. Precaliente a 815 °C (1500 °F) y deje que la pieza alcance la temperatura de equilibrio. Para secciones grandes, complejas o con cambios bruscos, utilice un precalentamiento en dos etapas con una primera parada cerca de los 650 °C (1200 °F) para elevar la temperatura gradualmente. Los hornos de vacío y de atmósfera controlada suelen utilizar un único precalentamiento de 790 a 845 °C (1450 a 1550 °F).
La austenización disuelve los carburos de aleación y forma la austenita, que se transforma en martensita al enfriarse. Austenitice H11 a 995-1025 °C (1825-1875 °F), siendo 1010 °C (1850 °F) un objetivo común. Una vez que la pieza se iguala, mantenga la temperatura durante unos 20 minutos, más 5 minutos por cada 25 mm (1 pulgada) de espesor de sección. Utilice un horno de vacío, un baño de sales neutras o una atmósfera endotérmica para proteger la superficie. H13 se austeniza en un rango de temperatura similar, solo ligeramente superior, aproximadamente entre 1010 y 1040 °C, por lo que no asuma que H13 necesita un mantenimiento a una temperatura mucho mayor. Consulte nuestra [comparación H11 vs H13] para la selección del grado.
Enfriamiento
El acero H11 es un acero de endurecimiento al aire, lo que minimiza las tensiones residuales y las variaciones dimensionales. Enfríe al aire libre o, para secciones más gruesas, utilice aire comprimido hasta alcanzar una temperatura de 50 a 65 °C (125 a 150 °F), y luego revena. Para secciones gruesas que no alcancen la dureza máxima al aire libre, utilice temple intermitente: mantenga la pieza en un baño de sales a 595 a 650 °C (1100 a 1200 °F) hasta que la temperatura sea uniforme y, a continuación, enfríe al aire. Si es necesario utilizar aceite, retire la pieza cuando la temperatura superficial sea de aproximadamente 540 °C (1000 °F) y termine de enfriarla al aire. Nunca temple el acero H11 con agua, ya que el choque térmico provoca fisuras en el acero para trabajo en caliente.
Composición química: C 0,40%, Si 1,05%, Cr 5,00%, Mo 1,35%, V 0,35%
Temperatura de austenización: 1010 °C / 1850 °F
Fuente: Guía del especialista en tratamiento térmico: Prácticas y procedimientos para hierros y aceros, 2.ª ed., ASM International, 1995, pág. 592.
Templado y dureza
El revenido endurece la martensita frágil obtenida por temple y alivia la tensión de temple. El acero H11 es un acero de endurecimiento secundario, por lo que su dureza aumenta nuevamente durante el revenido a alta temperatura a medida que precipitan finos carburos de aleación. Siempre realice un doble revenido, con un mínimo de dos horas por ciclo, enfriando al aire a temperatura ambiente entre ciclos. El primer revenido retiene la austenita en la nueva martensita, y el segundo revenido endurece esta nueva martensita. Revenga inmediatamente una vez que la pieza se enfríe a 50-65 °C (120-150 °F), y nunca la deje reposar a temperatura ambiente antes del revenido.
Seleccione la temperatura de revenido en función de la dureza de trabajo que necesite. Un doble revenido a 510-540 °C (950-1000 °F) se sitúa en el punto máximo de endurecimiento secundario o ligeramente por encima de él, y proporciona una estructura estable para trabajos en caliente.
Tabla de revenido H11 (austenitizado a 1010 °C / 1850 °F, templado al aire):
| Temperatura de revenido | Dureza (HRC) |
|---|---|
| Como se apagó | 56 |
| 370 °C (700 °F) | 54 |
| 425 °C (800 °F) | 55 |
| 480 °C (900 °F) | 57 (pico) |
| 540 °C (1000 °F) | 56 |
| 595 °C (1100 °F) | 46 |
| 650 °C (1200 °F) | 36 |
Para matrices de trabajo en caliente que experimentan ciclos térmicos, realice un revenido por encima del punto máximo para que la estructura se mantenga estable por encima de la temperatura de servicio, incluso a costa de una pequeña pérdida de dureza.
Problemas comunes del tratamiento térmico H11 y cómo solucionarlos
agrietamiento por enfriamiento. Un enfriamiento demasiado rápido durante el endurecimiento puede provocar grietas en el acero de endurecimiento al aire, mientras que las secciones muy gruesas podrían no alcanzar la dureza máxima en aire estático. Utilice un enfriamiento intermitente en un baño de sales a 595-650 °C hasta que la temperatura sea uniforme, y luego enfríe al aire. Si es inevitable el uso de aceite, detenga el enfriamiento cuando la temperatura superficial sea cercana a los 540 °C (1000 °F), o retire la pieza cuando aún esté caliente, a unos 60-80 °C, y trasládela directamente al horno de revenido. Nunca permita que alcance la temperatura ambiente antes de su uso.
Distorsión. Las matrices complejas se deforman debido al calentamiento desigual o a las tensiones generadas durante el mecanizado. Alivie las tensiones de las piezas mecanizadas en bruto a una temperatura de 650 a 675 °C (1200 a 1250 °F), una hora por pulgada, y enfríe al aire antes del endurecimiento. Utilice un precalentamiento en dos etapas para limitar el choque térmico y prefiera el enfriamiento al aire en lugar del temple en líquido para minimizar la variación dimensional.
Descarburación. El H11 pierde carbono superficial al calentarse en una atmósfera oxidante, lo que reduce su resistencia y vida útil. Austenícelo en un baño de sales neutras, un horno de atmósfera controlada o un horno de vacío. Si no dispone de este equipo, envuelva la pieza en papel de aluminio de acero inoxidable o empaquétela en un medio neutro para limitar la exposición al oxígeno.
Agrietamiento por calor (fisuración por fatiga térmica). Durante el uso, se forma una red de finas grietas superficiales debido a los repetidos ciclos de calentamiento y enfriamiento. Si bien no se puede eliminar por completo, un procesamiento adecuado las ralentiza. Es preferible templar hasta alcanzar la dureza correcta en lugar de someter la herramienta a un tratamiento térmico excesivo. Si la pieza está nitrurada, se debe controlar la profundidad de nitruración y la capa blanca para evitar que la capa frágil se desprenda.
Baja dureza. El revenido por debajo del rango de endurecimiento secundario deja una estructura inestable que se ablanda durante su uso. Revenir a la temperatura máxima de endurecimiento secundario, generalmente 510 °C (950 °F) o superior, alivia las tensiones y estabiliza la estructura, y siempre realizar un doble revenido.
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