El acero para herramientas H13 es un acero para herramientas de trabajo en caliente que se endurece al aire y es uno de los más utilizados entre todos los aceros para herramientas de trabajo en caliente. Similar a Acero para herramientas D2 Como referencia para aceros para herramientas de trabajo en frío, el H13 es el referente para aceros para herramientas de trabajo en caliente. Comparado con Acero para herramientas H11, this steel grade has higher thermal strength and hardness. It can be air-hardened, which enables it to perform well in terms of quenching deformation and residual stress, and reduces the likelihood of surface oxidation. Additionally, it can undergo secondary hardening, exhibits excellent thermal stability, and effectively resists corrosion from molten aluminum alloy.

Los fabricantes utilizan ampliamente este grado de acero para producir matrices y mandriles de extrusión en caliente, matrices de forja con martillo de caída y matrices de forja. También se utiliza comúnmente para insertos en máquinas de forja de precisión y matrices de fundición a presión para aluminio, cobre y sus aleaciones.

The designation in the U.S. ASTM A681 system is H13, and the name in the American AISI system is AISI H13 steel. Similarly, other national standards use comparable designations, such as ISO 40CrMoV5, Japan/JIS SKD61, USA/UNS T20813, Germany/DIN X40CrMoV5-1, Germany/W-Nr. 1.2344, and Czech Republic (CSN) 19554, BS (BH13), SS (2242), ANFOR (Z40CDV5), UNI (X35CrMoV05KU / X40CrMoV511KU), and China GB/T 1299(4Cr5MoSiV1)

1. Aplicaciones

• Herramientas para trabajo en caliente:Es la opción principal para la mayoría de las operaciones de trabajo en caliente, especialmente cuando las matrices requieren enfriamiento con agua u otros medios de limpieza.
• Moldes de fundición a presiónEl material H13 es especialmente adecuado para la fundición a presión de aleaciones de zinc, aluminio y magnesio, como varillas de empuje, pasadores de expulsión, pasadores de núcleo, correderas, boquillas y bebederos. Los bloques de material H13 se purifican mediante Refusión por electroescoria (ESR) Son adecuados para moldes de plástico que requieren un alto acabado superficial, como los moldes de lentes de automóviles, debido a su mayor pureza y uniformidad.
• Matrices y punzones de forja en caliente
• Matrices de extrusión en caliente:Extrusión en caliente de metales ligeros como aluminio y magnesio, así como para mandriles, punzones y matrices.
• Moldes de inyección de plástico:Esta es la aplicación más común, especialmente para mecanizar cavidades.
• Cuchillas de corte:Aplicaciones de cizallamiento en caliente.
• Herramientas de soldadura por fricción y agitación (FSW)¹:Las herramientas FSW, particularmente para soldar placas de aluminio, a menudo están recubiertas con TiN para un mejor rendimiento.
• Componentes estructuralesEl acero H13 tiene una alta resistencia y puede mantener su dureza a altas temperaturas, por lo que se utiliza en componentes estructurales que están sujetos a altos esfuerzos, como trenes de aterrizaje de aeronaves, ganchos de detención y carcasas de cohetes en la industria aeroespacial.

 2. Composición del acero H13²

C	Cr	Mo	V	Si	Mn	PAG	S
0,32 – 0,45%	4.75 – 5.50%	1.10 – 1.75%	0,80 – 1,20%	0,80 – 1,25%	0,20 – 0,60%	≤ 0,030%	≤ 0,030%

Composición de los grados equivalentes del acero para herramientas H13

Grado	Estándar	C (%)	Si (%)	Manganeso (%)	P (%)	S (%)	Cr (%)	Mo (%)	V (%)
1.2344	DIN	0.37-0.42	0.90-1.20	0.30-0.50	≤0.030	≤0.030	4.80-5.50	1.20-1.50	0.90-1.10
SKD61	JIS	0.35-0.42	0.80-1.20	0.25-0.50	≤0.030	≤0.030	4.80-5.50	1.00-1.50	0.80-1.15
4Cr5MoSiV1	GB	0.32-0.42	0.80-1.20	0.20-0.50	≤0.030	≤0.030	4.75-5.50	1.10-1.75	0.80-1.20

3. Propiedades del acero para herramientas H13

H13 mold steel is a hot-work tool steel widely used globally. It is characterized by high strength, high toughness, high hardenability, and resistance to thermal cracking. In particular, it can maintain its strength and hardness at high temperatures. Additionally, it has excellent comprehensive mechanical properties and high temperature stability.

3.1 Propiedades mecánicas

Las propiedades específicas dependen en gran medida de la temperatura de revenido. A continuación se presentan las propiedades mecánicas longitudinales típicas cuando refrigerado por aire desde 1025 °C (1875 °F) y templado:

Propiedades mecánicas clave (valores típicos a temperatura ambiente, doble revenido 2 h + 2 h)

Propiedad	Temple a 527 °C (980 °F)	Temple a 555 °C (1030 °F)	Temple a 575 °C (1065 °F)
Dureza	52 HRC	50 HRC	48 HRC
Resistencia a la tracción (Rm)	1960 MPa (284 ksi)	1835 MPa (266 ksi)	1730 MPa (251 ksi)
Límite elástico (Rp0,2)	1570 MPa (228 ksi)	1530 MPa (222 ksi)	1470 MPa (213 ksi)
Elongación (en 4D)	13.0%	13.1%	13.5%
Reducción de la superficie	46.2%	50.1%	52.4%
Impacto Charpy con muesca en V	16 J (12 pies·lbf)	24 J (18 ft·lbf)	27 J (20 ft·lbf)

3.2 Propiedades físicas

Propiedad	Valor
Densidad	7,75 – 7,80 g/cm3
Resistencia a la tracción, última	1200 – 2050 MPa (174000 – 231000 psi)
Resistencia a la tracción, límite elástico	1000 – 1380 MPa (145000 – 200000 psi)
Dureza	45-52 HRC (dureza Rockwell C)
Resistencia al impacto	20-40 J/cm2
Resistencia a la compresión	2550 MPa

3.3 Otras propiedades importantes:

• Resistencia al desgaste: Excelente resistencia al desgaste. Para mejorar aún más esta resistencia, se puede nitrurar, lo que aumenta su dureza superficial a más de 1000 HV (>70 HRC).
• Dureza y resistencia al impacto: Excelente resistencia al impacto y buena ductilidad.
• Resistencia a la comprobación de calor: Excelente resistencia al agrietamiento térmico, característica que está influenciada por su tenacidad al impacto sin entalla y dureza.
• Resistencia a la fatiga: Buena resistencia a la fatiga, y en este sentido este acero tiene una ventaja sobre acero de aleación 4340.
• Estabilidad dimensional: Cuando este acero se somete a un enfriamiento por aire, su volumen generalmente se expande aproximadamente 0,001 pulg./pulg. (0,001 mm/mm).
• Maquinabilidad: Si la clasificación de maquinabilidad del acero al carbono con un contenido de carbono de 1% se establece en 100, entonces el H13 tiene una clasificación de maquinabilidad de 70 cuando está recocido correctamente.

4. Tratamiento térmico

El Tratamiento térmico del acero H13 implica varios pasos críticos para lograr las propiedades deseadas:

4.1 Forjado y enfriamiento posterior al forjado

It is easy to forge and is typically forged at temperatures between 1,120 °C and 1,150 °C (2,050°F to 2,100°F). Before forging, we recommend preheating the steel to 790 to 815°C (1450 to 1500°F), then uniformly heating it to the required forging temperature.

During forging, the material temperature must not drop below 925°C (1700°F). If it is about to fall below this temperature, it must be reheated to the required forging temperature.

This material is an air-hardening steel that requires slow cooling to prevent stress cracking. After forging, the material must be placed in a furnace at 790°C (1450°F) and held until the temperature is uniform; then, it is cooled slowly.

4.2 Annealing (Spheroidize Anneal)

Después del paso anterior, el material H13 debe someterse a un recocido esferoidizante, cuyo objetivo es eliminar la tensión, mejorar la tenacidad y la ductilidad y formar la microestructura requerida.

Los detalles específicos del proceso de recocido son los siguientes: calentar el acero a 871 °C (1600 °F), mantener durante 1 hora por pulgada (25,4 mm) de espesor, luego enfriar a una velocidad de 14 °C (25 °F) por hora hasta 482 °C (900 °F), seguido de enfriamiento con aire a temperatura ambiente.

4.3 Normalizing (Generally Not Recommended)

Debido al riesgo de agrietamiento, generalmente no recomendamos el tratamiento de normalización para el H13, especialmente cuando un horno de atmósfera controlada no previene la descarburación superficial. Sin embargo, este tratamiento de normalización puede mejorar la uniformidad del material. Este paso debe realizarse inmediatamente después del recocido de esferoidización.
Los pasos específicos son los siguientes: precalentar a aproximadamente 790 °C (1450 °F), calentar lenta y uniformemente a 1040 a 1065 °C (1900 a 1950 °F), mantener durante 1 hora por cada 25 mm (1 pulgada) de espesor y luego enfriar al aire.

4.4 Hardening (Austenitizing and Quenching)

La temperatura de endurecimiento es de alrededor de 1030 °C (1885 °F)Otras fuentes sugieren un rango de 1010-1040 °C (1850-1900 °F), o específicamente 1025 °C (1875 °F).

El H13 es un acero de temple al aire, por lo que recomendamos realizar un tratamiento de precalentamiento. El objetivo es estabilizar la estructura cristalina, reducir la dureza, aumentar la ductilidad, mejorar la maquinabilidad, promover una estructura de grano uniforme y minimizar la distorsión y el agrietamiento. La temperatura de precalentamiento es 815 °C (1500 °F)Para un cubo de 25 mm (1"), debe precalentarse a 650 °C (1200 °F) y mantenerse así de 10 a 15 minutos antes de preparar el horno para el remojo. Para piezas delicadas, podría ser necesario un precalentamiento adicional.

Después del precalentamiento, eleve la temperatura del horno a su temperatura de austenización de 1010 °C (1850 °F). The soaking process then begins, with the soaking time calculated from the moment the material’s temperature matches the furnace temperature. Specific details are as follows: For parts thicker than 1“ (25mm), the soak time is typically half an hour per inch of the smallest cross-section. For smaller parts, specific soak times are provided: 1/8” (3.175mm) for 10-15 minutes, 1/4” (6.350mm) for 15 minutes, 1/2“ (12.70mm) for 20 minutes, 3/4” (19.05mm) for 25-30 minutes, and 1” (25mm) for 30 minutes.

Air quenching can minimize residual stress and reduce thermal shock. While air quenching is the most common method for H13, oil quenching is also used in practice, but it increases internal stresses. The hardness after quenching is 52-54 HRC. During the quenching cycle of the material, the next step, tempering, should be performed immediately at a temperature no lower than 66 °C (150°F) to prevent cracking.

4.5 Tempering

El objetivo es reducir la fragilidad, transformar la martensita en una microestructura más estable, mejorar la tenacidad, aliviar tensiones conservando la dureza.

Recomendamos revenido H13 dos o incluso tres veces para lograr una tenacidad óptima y prolongar la vida útil de la herramienta. La primera temperatura de revenido es 565 °C (1050 °F), la segunda temperatura de revenido es 550°C (1025°F), con cada ciclo con una duración de 2 horas por pulgada (25 mm) de espesor.

Tras el revenido, la dureza varía con la temperatura de revenido. Por ejemplo, el H13 recién templado tiene una dureza de 52-54 HRC. El revenido a 204 °C (400 °F) produce una dureza de 51-53 HRC, mientras que el revenido a 538 °C (1000 °F) produce una dureza de 47-48 HRC, y a 621 °C (1150 °F), puede alcanzar una dureza de 36-38 HRC. Las temperaturas típicas de revenido oscilan entre 540 y 620 °C (1000-1150 °F), lo que produce una microestructura estable que lo hace ideal para aplicaciones de alta temperatura.

Es esencial Evite templar el H13 a alrededor de 500 °C (930 °F), ya que esta temperatura produce la tenacidad más baja.

Tabla de dureza y temperatura de revenido para acero H13

Temperatura de revenido	Rockwell C
Como se apagó	49
1000 °F/540 °C	51
1050 °F/565 °C	50
1100 °F/595 °C	47
1125 °F/605 °C	41
1150 °F/620 °C	36

5. Soldadura

El acero H13 es fácilmente soldable, especialmente para aplicaciones de reparación en moldes, herramientas y matrices. La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW o TIG) es el proceso de soldadura más adecuado para moldes, herramientas y matrices H13, y también puede realizarse mediante un proceso con gas inerte o electrodos revestidos. Al soldar, se deben utilizar el voltaje y la corriente de arco mínimos recomendados, y el electrodo debe moverse lentamente en línea recta para minimizar la aportación de calor. Limpie la escoria con frecuencia y martille las soldaduras mientras aún estén calientes (por encima de 370 °C o 700 °F); nunca martille una soldadura en frío.

1. Precalentamiento. El precalentamiento es esencial antes de soldar acero H13, ya que la soldadura en frío puede causar grietas fácilmente. La temperatura de precalentamiento debe estar entre 110 °C (230 °F) y 375 °C (707 °F).
2. Alambre de relleno. El alambre de relleno H13 es la opción preferida. Si no se dispone de alambre de relleno H13 en la obra, se puede utilizar un alambre de relleno de acero para herramientas de dureza media, de uso general, diseñado específicamente para herramientas de trabajo térmico y en frío.
3. Gas de protección. El argón es el gas de soldadura estándar para la soldadura TIG H13 y protege la costura de la contaminación. El hidrógeno puede utilizarse como gas de protección de respaldo para la parte inferior de la soldadura cuando no existe riesgo de explosión.
4. Tratamiento post-soldadura para acero para herramientas H13. Tras la soldadura, las piezas soldadas H13 (especialmente las de paredes gruesas) deben enfriarse lentamente, ya sea en un horno a la temperatura de precalentamiento o utilizando un material aislante (como escoria de horno, cal, mica o tierra de diatomeas). Tras el enfriamiento lento, la soldadura debe someterse a un recocido esferoidizante completo.

6. Ventajas y desventajas del acero H13

6.1 Ventajas

• Excelente tenacidad y resistencia al impacto.
• Alta resistencia al desgasteEl contenido relativamente alto de vanadio del H13 lo hace muy resistente a la abrasión. Esto se debe a que el vanadio promueve la formación de carburos muy duros y estables (como el V8C7, tipo MC), que aumentan significativamente la resistencia al desgaste. El tratamiento de nitruración puede mejorar aún más la resistencia al desgaste del H13.
• Excelente dureza en caliente, resistencia al revenido y estabilidad térmica.
• Alta templabilidad y estabilidad dimensional
• Buena resistencia a la corrosión por calor (fatiga térmica)
• Soldabilidad y maquinabilidad. El H13 es fácilmente soldable y, después de un tratamiento de recocido adecuado, tiene buena maquinabilidad.

6.2 Desventajas

• Alto costoEl acero para herramientas H13 generalmente se ve limitado por su alto costo. El alto contenido de elementos de aleación contribuye a este costo. Por supuesto, esto es solo una desventaja relativa. Nuestros clientes en China tienen una demanda muy alta de acero H13, que supera las 2000 toneladas mensuales, principalmente para perfiles de aluminio.
• Dificultades de fabricación y procesamiento. El proceso de tratamiento térmico del H13 durante la producción puede ser relativamente complejo, lo que supone un reto principalmente para los fabricantes. Además, su maquinabilidad es más difícil en comparación con la de los materiales de baja aleación. Como se mencionó anteriormente en este artículo, la buena maquinabilidad del H13 es una de sus ventajas, por lo que tanto las ventajas como las desventajas son relativas.
• Problemas de tenacidad y fragilidad. Es bastante sensible a la fragilización por temple, donde la precipitación de carburos a lo largo de los límites de grano de austenita previa puede reducir significativamente la tenacidad al crear caminos para la propagación de grietas, especialmente para materiales de sección grande.
• Susceptibilidad al agrietamiento y distorsión. Los procesos de temple inadecuados, un tiempo de revenido insuficiente o temperaturas de revenido bajas pueden aumentar el riesgo de agrietamiento y deformación.
• Rendimiento limitado a altas temperaturas. Aunque el H13 es un acero para trabajo en caliente, su resistencia disminuye a temperaturas superiores a 650 °C.

7. Comparar con otros aceros

7.1 Comparado con el acero para herramientas D2

El acero H13 se utiliza en condiciones de alta temperatura, donde presenta una excelente resistencia al ablandamiento, la fatiga térmica y el impacto. Sin embargo, en comparación con el acero trabajado en frío, presenta una menor resistencia al desgaste. El acero D2, por otro lado, se desempeña excepcionalmente bien en aplicaciones de trabajo en frío, ofreciendo alta resistencia al desgaste y excelente estabilidad dimensional. Sin embargo, en comparación con el H13, el D2 presenta menor tenacidad y un rendimiento inferior en condiciones de alta temperatura.

A continuación se presenta una comparación lado a lado que resalta sus diferencias y similitudes clave:

Característica/Propiedad	Acero para herramientas H13 (serie AISI H)	Acero para herramientas D2 (serie AISI D)
Aplicación principal	Trabajo en caliente: Ideal para aplicaciones que implican altas temperaturas y fatiga térmica, como moldes de fundición a presión, forja en caliente y extrusión en caliente. También se utiliza en moldes de inyección de plástico.	Trabajo en frío: Más adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia al desgaste a temperatura ambiente, como matrices de tiradas largas, herramientas de troquelado, perforación y recorte.
Clasificación	Acero para matrices para trabajo en caliente, grupo cromo 5%.	Acero para herramientas de trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo.
Resistencia al desgaste	Muy bien	Excelente
Dureza	Alta resistencia al impacto, buena resistencia a la fractura frágil.	Menor resistencia al impacto y tenacidad en comparación con el H13
Dureza en caliente / Resistencia al revenido	Excelente, funciona bien hasta 700°C (1300°F)	Limitado, no diseñado para uso a alta temperatura; generalmente restringido por debajo de 205-260 °C (400-500 °F) debido al ablandamiento
Templabilidad	Endurecimiento profundo, endurecimiento al aire, mínima distorsión. Se puede templar en secciones grandes.	Endurecimiento profundo, endurecimiento al aire, mínimo movimiento y distorsión durante el endurecimiento. Puede endurecerse completamente en secciones grandes.
Estabilidad dimensional	Distorsión muy baja; se expande aproximadamente 0,001 pulg./pulg. cuando se enfría al aire.	Distorsión mínima; se expande/contrae aproximadamente 0,0005 pulg./pulg. cuando se enfría al aire.
Maquinabilidad	Bien	Pobre
Comprobación de calor	Muy buena resistencia, especialmente en forma fundida.	No es una característica primaria, ya que normalmente se utiliza en aplicaciones de frío.
Soldabilidad	Fácilmente soldable	Difícil de soldar (no soldable)

7.2 En comparación con el acero para herramientas M2

Acero para herramientas M2 Se utiliza principalmente para corte a alta velocidad y cuenta con una excelente resistencia al desgaste y dureza térmica.

Característica	Acero H13	Acero M2
Clasificación	Acero para matrices de trabajo en caliente (acero Cr 5%).	Acero rápido tipo molibdeno (HSS), uso general.
Uso principal	Aplicaciones que implican altas temperaturas y cargas, como fundición a presión, forja en caliente, matrices de extrusión en caliente y moldes de plástico.	Operaciones de corte y mecanizado de metales.
Resistencia al desgaste	Alto,	Muy alto
Dureza	Buena, excelente resistencia al impacto,	Bien,
Dureza en caliente / Resistencia al revenido	Excelente resistencia al revenido, manteniendo alta dureza y resistencia a temperaturas elevadas gracias al temple secundario. Puede operar hasta 700 °C.	Muy alta, superior al H13, especialmente a temperaturas más altas; desarrolla dureza secundaria. Las adiciones de cobalto mejoran aún más la dureza en caliente.
Templabilidad	Templabilidad profunda, se puede endurecer en grandes secciones mediante enfriamiento por aire.	Gran templabilidad. El rango de endurecimiento más tolerante entre los aceros rápidos (HSS).
Distorsión	Mínimo debido al endurecimiento por aire.	Medio.
Maquinabilidad	Bastante bueno en estado recocido.	Medio.
Soldabilidad	Fácilmente soldable	Difícil de soldar (no soldable)

8. Suministro de formas y dimensiones

The H13 tool steel we supply is available in three shapes: flat bar, block, and round bar. The dimensions of the flat bar range from: width 20–600 mm × thickness 20–400 mm × length 1,000–5,500 mm. The dimensions of the round bar range from a diameter of 20–400 mm × a length of 1,000–5,500 mm. The block dimensions are obtained by cutting the flat bar.

Para tamaños más pequeños, como barras redondas con un diámetro inferior a 70 mm, utilizamos el proceso de laminado en caliente. Para tamaños superiores a 70 mm, ofrecemos productos forjados.

We also offer the ESR (Electroslag Remelting) process, which is tailored to meet customer requirements. The advantage is better internal microstructure, but it comes at a higher cost. Please contact us for your specific requirements.

Pruebas UT: septiembre de 1921-84 D/d, E/e. 

Tratamiento de superficie: acabados superficiales originales negros, pelados, mecanizados/torneados, pulidos, rectificados o fresados.

Estado del inventario: No disponemos de acero para herramientas H13. Organizamos la producción según los pedidos de los clientes.

Plazo de entrega: Los materiales para hornos de arco eléctrico (EAF) tardan entre 30 y 45 días. Los materiales ESR tardan aproximadamente 60 días. 

Muchos de nuestros clientes optan por procesos sin ESR por razones de rentabilidad. Por favor, converse directamente con nosotros sobre sus necesidades específicas.

1. Totten, GE, y MacKenzie, DS (Eds.). (2003). Manual del aluminio: Volumen 2: Producción de aleaciones y fabricación de materiales (pág. 581). ↩︎
2. Bringas, JE (Ed.). (2002). Manual de normas comparativas mundiales del acero (2ª ed., pág. 434). ASTM Internacional. ↩︎

Preguntas frecuentes