Reblandecimiento del molde H13 en servicio
Un molde de fundición a presión no se agrieta porque la tensión térmica sea alta por sí sola. Se agrieta porque la superficie se ha reblandecido hasta que ya no puede soportar esa tensión, por lo que la deformación pasa a ser plástica y se abre una grieta. Esta página expone el reblandecimiento que controla la fatiga térmica en el H13 de grado premium, la dureza que pierde una probeta frente a la temperatura que alcanza, y lo que ocurrió cuando se recuperó la dureza antes de que comenzaran las grietas.
El reblandecimiento es lo que inicia la grieta
En un molde donde no hay un concentrador de tensiones severo, el reblandecimiento del acero es el factor más importante en la iniciación de grietas. Esa es la conclusión que la fuente extrae de su propia serie de ensayos. Un límite elástico más alto significa una mayor resistencia a la deformación plástica, y el límite elástico de un acero para herramientas a temperatura sigue su dureza. Mientras la superficie pueda soportar la tensión de compresión en cada ciclo sin ceder, no se inicia nada. Una vez que la superficie se ha reblandecido por encima de un nivel fijado por la temperatura y la tensión, la compresión pasa a ser plástica, queda una tracción residual y se abre una grieta en el primer concentrador de tensiones que encuentra. La propagación de la grieta se rige de la misma manera, por la resistencia del acero por delante del frente de grieta y no por la grieta misma.
La dureza por delante de la grieta sigue la temperatura
Las probetas del ensayo de la fuente se templaron a 44 a 46 HRC antes del ciclado. La tabla siguiente da la temperatura alcanzada en la esquina, la dureza cerca de la esquina, la dureza medida por delante de la grieta máxima promedio y el agrietamiento resultante, todo a 15.000 ciclos. La inmersión más corta conserva la mayor parte de la dureza y no hace casi ningún daño. La inmersión más larga lleva la esquina hasta 24,3 HRC, aproximadamente veinte puntos por debajo de la dureza de temple, y el área de grieta aumenta en un factor de aproximadamente ochenta y cinco frente a la inmersión más corta.
| Artículo | 5 s | 7 s | 9 s | 12 s |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura máxima en la esquina, F | 926 | 991 | 1087 | 1147 |
| Dureza en la esquina, 0,01 in hacia dentro, HRC | 36.9 | 33.8 | 24.5 | 24.3 |
| Dureza por delante de la grieta máxima promedio, HRC | 36.9 | 33.8 | 31.6 | 29.2 |
| Área total de grietas, x 106 µm2, después de 15,000 ciclos | 1.97 | 5.9 | 108.56 | 167.72 |
La temperatura, la dureza y el agrietamiento para cuatro tiempos de inmersión, todo en una serie de probetas de H13 de grado premium a 15.000 ciclos. La dureza por delante de la grieta se mide a una distancia de la esquina igual a la longitud promedio de la grieta máxima.
Recuperar la dureza antes de que comiencen las grietas
La fuente también ensayó si la resistencia puede restaurarse. Una probeta se cicló durante 2.500 ciclos y luego se volvió a tratar térmicamente hasta la dureza original, y el tratamiento se repitió cada 2.500 ciclos. Frente a una probeta mantenida a 46 HRC y otra mantenida a 51 HRC, la probeta que se volvió a tratar térmicamente a 51 HRC después de cada 2.500 ciclos dio la mejor resistencia al agrietamiento térmico. Restaurar la resistencia mientras la superficie aún no estaba agrietada retrasó la iniciación de grietas y también frenó el crecimiento de las grietas ya formadas. La lectura práctica es que un molde reblandecido pero aún no agrietado vale la pena recuperarlo, porque la recuperación actúa sobre la iniciación y sobre la propagación al mismo tiempo.
Reblandecimiento que va por delante de la curva de revenido
La fuente verificó si la exposición a la temperatura por sí sola explica la pérdida. Para la probeta de 12 segundos, la parte pico del ciclo se sitúa entre 1100 F y 1150 F durante unos 5,5 segundos, lo que a lo largo de 15.000 ciclos suma unas 23 horas a esa temperatura. En la curva de revenido del acero, una caída de 45 HRC a unos 30 HRC es lo que producirían 23 horas a 1150 F, y la dureza medida a 0,06 in hacia dentro desde la esquina fue de 30,6 HRC. Más hacia el interior del acero la temperatura es menor y el tiempo a temperatura es más corto, sin embargo la zona reblandecida llega más profundo de lo que la curva permite. La fuente concluye que la exposición térmica por sí sola no explica el reblandecimiento, y que el reblandecimiento por tensión cíclica se suma a él. Ambos actúan a la vez, por lo que el reblandecimiento de un molde en servicio no puede leerse solo de una curva de revenido.
Qué significa esto en el trabajo
El acero en estos ensayos es H13 de grado premium, el acero cromo para trabajo en caliente cubierto en la página del acero para herramientas H13. La resistencia al reblandecimiento de la familia de trabajo en caliente se compara en la página de resistencia al ablandamiento en trabajo en caliente, y las temperaturas de precalentamiento y de trabajo usadas para mantener un molde alejado del rango frágil están en la página de temperatura de precalentamiento y revenido. Lo que el acero tiene que soportar se expone en la página de agrietamiento por fatiga térmica, y el diseño de enfriamiento que mantiene baja la temperatura pico está en la página de diseño de la línea de enfriamiento del molde. La clasificación general de los grados está en la página de aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica, y el cambio de estructura detrás de la pérdida de dureza en la página de engrosamiento de carburos del H13. La estructura del grado tal como se templa se describe en la página de microestructura del H13, los otros modos de falla en la página de desgaste y falla del molde, y la forma en que se elige un grado para una prensa en la página de selección de fundición a presión de alta presión.
Antes de usar esto como especificación de mantenimiento de moldes
Esta página es un resumen de referencia de un estudio publicado y no es una especificación de Aobo Steel. Los valores de temperatura, dureza y agrietamiento se reproducen de la fuente, que ensayó un grado, una forma de probeta y un conjunto de condiciones de fundición. El reblandecimiento que alcanza un molde de producción también depende del diseño del molde, la aleación, el ciclo y el circuito de enfriamiento. Cualquier decisión de volver a tratar térmicamente un molde se confirma en el trabajo.
Fuente, Effect of Design Factors on Thermal Fatigue Cracking of Die Casting Dies, D. Schwam, J. F. Wallace and S. Birceanu, Case Western Reserve University, informe técnico final al Departamento de Energía de los EE. UU., Award No. DE-FC07-00ID138486, octubre de 2004.