Resistencia a la tracción de los aceros para herramientas de trabajo en caliente a temperatura elevada

Los aceros para herramientas de trabajo en caliente se eligen por la resistencia que conservan mientras están calientes, y las cifras que responden a esa pregunta son la resistencia a la tracción y el límite elástico medidos a la temperatura de trabajo y no a temperatura ambiente. Aquí se reúnen tres grados de cromo para trabajo en caliente. H11 y H13 son los dos aceros con los que se fabrica la mayor parte de los utillajes de fundición de aluminio por inyección y de forja en caliente, y H12 es el grado más aleado que se usa donde la herramienta tiene que soportar un impacto más severo. Cada cifra corresponde exactamente al tratamiento térmico y a la temperatura de ensayo indicados junto a ella, por lo que la tabla debe leerse como el comportamiento medido de esa única condición. Este es un resumen de referencia de la práctica publicada y no una especificación nuestra.

Qué miden las cifras

La resistencia a la tracción se mide sobre una probeta traccionada a la temperatura de la primera columna, por lo que el valor describe el acero mientras está caliente y no después de haberse enfriado. Por encima de unos 400 °C todo acero de cromo para trabajo en caliente pierde resistencia de forma constante, y la velocidad a la que la pierde es lo que distingue un grado de otro. El alargamiento y la reducción de área se miden sobre la misma probeta y aumentan a medida que cae la resistencia, razón por la cual la condición más tenaz de un acero para trabajo en caliente nunca es la más resistente.

Los tres grados se ensayaron tras tratamientos térmicos diferentes y cada tabla va precedida del tratamiento al que pertenece. Dos de las condiciones de H12 se ensayaron tras temple en aceite desde 1050 °C y una tercera tras enfriamiento al aire desde 980 °C, por lo que las cifras de H12 no son un único conjunto. La fuente no reporta límite elástico para todas las condiciones, ni la dureza después del ensayo para todas las condiciones; esas celdas se marcan como No reportado en lugar de tomarse de otra condición.

Propiedades de tracción del acero para herramientas H11 a temperatura

Enfriado al aire desde 1010 °C y doble revenido de 2,5 h a 570 °C

Temperatura de ensayo, °C (°F)	Resistencia a la tracción, MPa	Resistencia a la tracción, ksi	Límite elástico (deformación del 0,2 %), MPa	Límite elástico (deformación del 0,2 %), ksi	Alargamiento en 50 mm (2 in.), %	Reducción de área, %	Dureza antes del ensayo, HRC	Dureza después del ensayo, HRC
Temperatura ambiente	1806	262	1482	215	10.0	35.8	50	50
150 (300)	1689	245	1358	197	10.1	36.1	50	50
260 (500)	1600	232	1345	195	9.8	34.5	50	50
345 (650)	1579	229	1317	191	10.0	35.2	50	50
425 (800)	1510	219	1289	187	11.4	38.7	50	50
480 (900)	1427	207	1145	166	12.2	38.9	50	50
540 (1000)	1241	180	965	140	11.0	35.4	50	50
595 (1100)	979	142	724	105	12.8	46.2	50	47
650 (1200)	586	85	434	63	18.9	66.6	50	41

Fuente, Tabla 13-4, Propiedades de tracción de aceros para herramientas de trabajo en caliente al cromo-molibdeno a temperaturas elevadas, H11 de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss). Composición 0.40% C, 0.92% Si, 5.09% Cr, 1.34% Mo, 0.52% V; austenizado a 1010 °C (1850 °F) y enfriado al aire, luego doble revenido 2.5 h a 570 °C (1060 °F). La fila de temperatura ambiente se imprime como Room en la fuente y no lleva una cifra de grados separada.

H11 mantiene un límite elástico de 1482 MPa a temperatura ambiente y aún mantiene 1289 MPa a 425 °C, por lo que la herramienta solo ha perdido alrededor de una décima parte de su límite elástico a la temperatura a la que trabaja la fundición de aluminio por inyección. Por encima de 480 °C la caída se acentúa, y por encima de 540 °C es rápida, con el límite elástico descendiendo a 965 MPa a 540 °C y a 434 MPa a 650 °C. El alargamiento y la reducción de área aumentan a medida que cae la resistencia, desde un 10,0 por ciento de alargamiento a temperatura ambiente hasta un 18,9 por ciento a 650 °C, que es la ductilidad que permite a una herramienta caliente deformarse en lugar de agrietarse cuando se sobrecarga. La dureza después del ensayo muestra cuánto se ablandó la probeta mientras se traccionaba, manteniendo 50 HRC hasta 540 °C pero cayendo a 47 HRC a 595 °C y 41 HRC a 650 °C.

Propiedades de tracción del acero para herramientas H13 a temperatura

Templado en aceite desde 1010 °C y revenido 2 h a 565 °C

Temperatura de ensayo, °C (°F)	Resistencia a la tracción, MPa	Resistencia a la tracción, ksi	Límite elástico (deformación del 0,2 %), MPa	Límite elástico (deformación del 0,2 %), ksi	Alargamiento en 50 mm (2 in.), %	Reducción de área, %	Dureza antes del ensayo, HRC	Dureza después del ensayo, HRC
480 (900)	1531	222	No reportado	No reportado	9	37	52	No reportado
540 (1000)	1413	205	No reportado	No reportado	11	43	52	No reportado
595 (1100)	1193	173	No reportado	No reportado	15	49	52	No reportado
650 (1200)	814	118	No reportado	No reportado	22	59	52	No reportado

Fuente, Tabla 13-4, H13 de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss). Composición 0.40% C, 1.00% Si, 5.25% Cr, 1.15% Mo, 1.00% V; austenizado a 1010 °C (1850 °F) y templado en aceite, luego revenido 2 h a 565 °C (1050 °F). La fuente no reporta límite de fluencia ni dureza después del ensayo para esta condición.

La condición de H13 reportada aquí se ensayó solo desde 480 °C en adelante, que es el rango que importa dentro de un molde. La resistencia a la tracción cae de 1531 MPa a 480 °C a 814 MPa a 650 °C, y el alargamiento medido sobre las mismas probetas sube del 9 al 22 por ciento en ese intervalo. H13 presenta 52 HRC antes del ensayo a todas las temperaturas de la tabla, por lo que la pérdida de resistencia con la temperatura ocurre sin una pérdida equivalente en la dureza tal como se templa y reviene. La fuente no reporta límite elástico ni dureza después del ensayo para esta condición.

Propiedades de tracción del acero para herramientas H12 a temperatura

Templado en aceite desde 1050 °C y revenido 2 h a 565 °C

Temperatura de ensayo, °C (°F)	Resistencia a la tracción, MPa	Resistencia a la tracción, ksi	Límite elástico (deformación del 0,2 %), MPa	Límite elástico (deformación del 0,2 %), ksi	Alargamiento en 50 mm (2 in.), %	Reducción de área, %	Dureza antes del ensayo, HRC	Dureza después del ensayo, HRC
400 (750)	1703	247	No reportado	No reportado	12	36	53	No reportado
540 (1000)	1482	215	No reportado	No reportado	12	41	53	No reportado
650 (1200)	531	77	No reportado	No reportado	32	83	53	No reportado
760 (1400)	124	18	No reportado	No reportado	71	97	53	No reportado

Fuente, Tabla 13-4, H12 templado en aceite desde 1050 °C de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss). Composición 0.33% C, 0.85% Si, 5.00% Cr, 1.25% W, 1.45% Mo, 0.23% V; austenizado a 1050 °C (1925 °F) y templado en aceite, luego revenido 2 h a 565 °C (1050 °F). La fuente no reporta límite de fluencia ni dureza después del ensayo para esta condición.

Enfriado al aire desde 980 °C y revenido 1,5 h a 565 °C

Temperatura de ensayo, °C (°F)	Resistencia a la tracción, MPa	Resistencia a la tracción, ksi	Límite elástico (deformación del 0,2 %), MPa	Límite elástico (deformación del 0,2 %), ksi	Alargamiento en 50 mm (2 in.), %	Reducción de área, %	Dureza antes del ensayo, HRC	Dureza después del ensayo, HRC
540 (1000)	1358	197	1086.7	157.6	10	55	50	No reportado
620 (1150)	593.7	86.1	396.5	57.5	24	71	49.5	No reportado

Fuente, Tabla 13-4, H12 enfriado al aire desde 980 °C de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss). El acero fue austenizado a 980 °C (1800 °F), enfriado al aire, luego revenido 1.5 h a 565 °C (1050 °F). La fuente no reporta dureza después del ensayo para esta condición.

H12 es el miembro con tungsteno del grupo de cromo para trabajo en caliente, y las dos condiciones anteriores muestran cuánto importa el tratamiento térmico de partida. Tras el temple en aceite desde 1050 °C el acero mantiene 1703 MPa a 400 °C y 1482 MPa a 540 °C, luego cae a 531 MPa a 650 °C y 124 MPa a 760 °C, con el alargamiento subiendo del 12 al 71 por ciento en ese mismo intervalo de temperatura. La condición enfriada al aire es más blanda de partida, con 1358 MPa a 540 °C, y es la única condición de H12 para la que la fuente reporta un límite elástico, 1086,7 MPa a 540 °C y 396,5 MPa a 620 °C.

Lectura conjunta de los cuatro conjuntos de cifras

Los cuatro conjuntos plantean el mismo punto a distintas temperaturas. La resistencia cae con la temperatura en todos los casos y la ductilidad sube para compensarla, por lo que una herramienta de trabajo en caliente que se utiliza por encima de su temperatura de trabajo no se vuelve frágil, sino blanda y se deforma. H12 templado en aceite desde 1050 °C parte con más resistencia que H11 o H13 a la misma temperatura de ensayo, y H12 mantiene 53 HRC y H13 mantiene 52 HRC antes del ensayo donde H11 presenta 50 HRC. La selección entre los tres grados sigue primero la temperatura de trabajo de la herramienta y segundo las cargas de impacto que recibe.

Dos advertencias se aplican a los cuatro conjuntos. La primera es que las cifras corresponden exactamente al tratamiento térmico indicado en el encabezado sobre la tabla, por lo que un molde austenizado o revenido de forma distinta se situará en otro punto de estas escalas. La segunda es que los valores proceden de una única fuente publicada sobre una única colada de cada condición, por lo que conviene confirmar las cifras de trabajo con el certificado de ensayo de la colada que se compre.

Datos de referencia relacionados

Los dos grados más usados en utillajes de trabajo en caliente se listan con sus formas, rangos de sección y condiciones de entrega en acero para herramientas H11 y Acero para herramientas H13. Sus rangos de dureza y su comportamiento a la temperatura de trabajo se exponen en Propiedades del acero para herramientas H11 y Propiedades del acero H13, y la dureza que conserva cada grado de 315 a 650 °C se representa en dureza en caliente de los aceros para herramientas. Las propiedades físicas como la conductividad térmica y la dilatación están en Propiedades físicas del acero para trabajo en caliente, el tratamiento térmico de H12 está en Tratamiento térmico del acero para herramientas H12, y la elección de grado para un molde específico se desarrolla en selección de acero para matrices de extrusión en caliente.

Fuente: Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss).