Propiedades físicas del acero para trabajo en caliente

Para qué se utilizan estos valores

Un bloque de matriz se diseña, calienta y enfría con números. El calor específico y la densidad determinan cuánta energía se necesita para llevar el bloque a la temperatura de austenización y cuánto debe aportar el horno. La conductividad térmica determina la rapidez con que el calor abandona la superficie durante el temple y cuán pronunciada se vuelve la diferencia de temperatura a través de la sección. El módulo de elasticidad determina cuánto se deforma el bloque bajo las cargas de sujeción y de colada, y la resistividad eléctrica importa donde una matriz se electroerosiona o debe posicionarse eléctricamente.

Los cuatro grados de este conjunto son aceros al cromo para trabajo en caliente. 1.2343 y 1.2344 son las composiciones conocidas en el sistema AISI como H11 y H13, y 1.2365 y 1.2367 son los miembros de la misma familia con más cromo y molibdeno. Todo lo que figura a continuación se midió únicamente en estos cuatro grados, por lo que un grado fuera del conjunto debe juzgarse a partir de su propia ficha técnica.

capacidad calorífica específica

Los valores aumentan con la temperatura en todo el intervalo para 1.2344 y 1.2365. En 1.2343 y 1.2367 aumentan hasta unos 500 a 600 °C y luego descienden ligeramente, que es la forma que imprime la fuente y se reproduce tal como está impresa. La dispersión entre los cuatro grados es de unos 150 J por kg por K a 100 °C y se reduce a unos 75 J por kg por K a 1000 °C, por lo que un cálculo de horno hecho a temperatura ambiente exagera la diferencia entre estos grados.

Calor específico en estado recocido, J por kg por K

Fuente, calor específico en estado recocido, ítem 1 del conjunto de propiedades físicas, página impresa 4-26 del informe (página 87 del PDF).

Los valores están en J por kg por K y se aplican al estado recocido, según lo indicado por la fuente. Solo tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Conductividad térmica

La conductividad se da en dos estados porque sigue la estructura. En los cuatro grados, la barra tratada térmicamente conduce menos que la barra recocida, entre aproximadamente 1 y 3 W por metro por kelvin en todo el intervalo medido aquí. Esta es la propiedad que decide con qué rapidez una cara de matriz puede transferir calor al medio de temple y qué parte de la temperatura de la cara es transportada por el acero detrás de ella en lugar de por el medio delante de ella.

Conductividad térmica en estado recocido y tratado térmicamente, W por m por K

Fuente, conductividad térmica, ítem 4 del conjunto de propiedades físicas, página impresa 4-27 del informe (página 88 del PDF).

Los valores están en W por metro por kelvin. Tratado térmicamente significa templado y revenido a 43 a 44 HRC, que es el estado en el que la fuente cita sus propias cifras. Solo tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Densidad y resistividad eléctrica

La densidad se da en tres estados. El temple y el revenido la reducen ligeramente respecto al valor recocido, entre 0,010 y 0,024 sobre una base de aproximadamente 7,73 a 7,85, y un cambio tan pequeño está dentro de la tolerancia de un cálculo de peso hecho a partir de una densidad nominal.

Densidad en tres estados, kg por metro cúbico dividido por 1000

Fuente, densidad, ítem 2 del conjunto de propiedades físicas, página impresa 4-26 del informe (página 87 del PDF).

Los valores están en kg por metro cúbico, divididos por 1000, por lo que 7,751 se lee como 7751 kg por metro cúbico. Solo tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

La resistividad se cita a 20 °C en estado recocido y tratado térmicamente, y aumenta con el temple en cada uno de los cuatro grados. El valor más alto del conjunto está aproximadamente un 75 por ciento por encima del más bajo, por lo que es un número que separa los grados en lugar de agruparlos. Los valores se dan en micro-ohm metro, que es una millonésima de ohm metro.

Resistividad eléctrica específica a 20 °C, micro-ohm metro

Fuente, resistividad eléctrica específica, ítem 5 del conjunto de propiedades físicas, página impresa 4-27 del informe (página 88 del PDF).

Los valores están en micro-ohm metro, una millonésima de ohm metro. La fuente imprime el mismo conjunto como 4,71, 4,81, 5,20, 5,32, 3,03, 3,08, 3,66 y 3,97, cada uno por diez a la menos siete ohm metro, y el orden de los ocho valores no cambia aquí. Solo tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Módulo de elasticidad

El módulo se da a temperatura ambiente en los tres estados. Enfriar un bloque lo suficientemente rápido como para templarlo deja el módulo a temperatura ambiente por debajo del valor recocido, entre aproximadamente 9 y 21 kN por milímetro cuadrado según el grado.

Módulo de elasticidad a 20 °C, N por milímetro cuadrado dividido por 1000

Fuente, módulo de elasticidad a 20 °C, ítem 6 del conjunto de propiedades físicas, página impresa 4-27 del informe (página 88 del PDF).

Los valores están en N por milímetro cuadrado, divididos por 1000, por lo que 217,3 se lee como 217300 N por milímetro cuadrado. Solo una tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Frente a la temperatura, el módulo disminuye de forma constante y los cuatro grados se mantienen cercanos entre sí. En los dos grados con un valor impreso a 700 °C, la caída de 20 a 700 °C está entre 52 y 55 kN por milímetro cuadrado, lo que representa una disminución de aproximadamente un cuarto. Esa es la razón por la que un bloque de matriz en caliente se deforma más que uno frío bajo la misma carga, y es el número que debe introducirse en un cálculo de deflexión para un bloque que trabaja en caliente.

Módulo de elasticidad frente a la temperatura de ensayo en estado tratado térmicamente

Fuente, módulo de elasticidad frente a la temperatura de ensayo en estado tratado térmicamente, ítem 7 del conjunto de propiedades físicas, página impresa 4-27 del informe (página 88 del PDF).

Los valores están en N por milímetro cuadrado, divididos por 1000. La fuente no imprime ningún valor para dos celdas y aquí se marcan como n/a. Solo una tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Lectura de las tablas

La condición tratada térmicamente en las tablas de conductividad, resistividad y elasticidad significa templado y revenido a una dureza de 43 a 44 HRC, que es lo que la fuente indica para sus propias cifras. Una matriz puesta en servicio a una dureza mayor no seguirá exactamente estos números, y una matriz nitrurada tampoco, porque la nitruración coloca una capa dura sobre un núcleo más blando y la capa tiene sus propias propiedades.

Dos celdas en la tabla de elasticidad no llevan valor, para 1.2343 y 1.2367 a 700 °C, y se marcan como n/a porque la fuente no imprime nada allí. La conductividad tratada térmicamente de 1.2367 también converge en su propio valor recocido a 600 y 700 °C, que es como la fuente imprime el par.

Datos de referencia relacionados

El grado detrás de dos de estas columnas se describe en la página del acero para herramientas H13 y la página del acero para herramientas H11, y el ciclo que produce la condición tratada térmicamente está en el Guía de tratamiento térmico H13. La diferencia entre 1.2344 y 1.2367 para una matriz dada se desarrolla en la página H13 frente a 1.2367. La expansión térmica media y la densidad para una lista más larga de grados de acero para herramientas están en la tabla de densidad y expansión térmica, y la conductividad para otros siete grados está en la tabla de conductividad térmica.

Datos de referencia recopilados de Improved Life of Die Casting Dies of H13 Steel by Attaining Improved Mechanical Properties and Distortion Control During Heat Treatment (J. F. Wallace y D. Schwam, informe final del Departamento de Energía de EE. UU. DOE/ID/13320-3, octubre de 1998). El conjunto de propiedades físicas está impreso en las páginas 4-26 y 4-27 de ese informe, que son las páginas 87 y 88 del PDF. Cada cifra de esta página se leyó de las imágenes de las páginas en lugar de una capa de texto automática.