Catálogo de aceros para herramientas de trabajo en caliente

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¿Qué es el acero para herramientas de trabajo en caliente?

El acero para herramientas de trabajo en caliente se utiliza generalmente a temperaturas superiores a 200 °C (390 °F). A altas temperaturas, mantiene su dureza y estabilidad dimensional. Por el contrario, el acero común pierde dureza en entornos de alta temperatura.

Composición y elementos de aleación

Los aceros para herramientas de trabajo en caliente suelen tener un contenido medio de carbono, que suele oscilar entre 0,35% y 0,45%. Este contenido de carbono relativamente bajo, en comparación con los aceros trabajados en frío, les confiere una mayor tenacidad. Su resistencia al ablandamiento a temperaturas elevadas se consigue mediante la aleación de elementos como el cromo, el tungsteno, el molibdeno y el vanadio, cuya composición oscila entre 6% y 25%.

• Cromo (Cr): Un elemento de aleación primario, típicamente 3% a 5%, contribuye a la dureza en caliente, la resistencia al desgaste y mejora la templabilidad y la resistencia a la oxidación.
• Tungsteno (W): Proporciona resistencia al ablandamiento a altas temperaturas (dureza al rojo) y al desgaste mediante la formación de carburos estables. También contribuye a la dureza en caliente y puede estar presente en cantidades sustanciales (p. ej., 9% a 19%) en aceros para trabajo en caliente a base de tungsteno. Sin embargo, un alto contenido de tungsteno puede reducir la tenacidad y la resistencia al choque térmico, lo que los hace inadecuados para la refrigeración por agua durante su funcionamiento.
• Molibdeno (Mo): Al igual que el tungsteno, es crucial para la dureza en caliente, aumenta la resistencia al revenido y forma carburos resistentes al desgaste. El molibdeno tiene aproximadamente el doble de potencia que el tungsteno en su efecto sobre la dureza en caliente.
• Vanadio (V): Forma carburos muy duros (tipo MC) que aumentan significativamente la resistencia al desgaste y la dureza en caliente.
• Cobalto (Co): Al añadirse, aumenta principalmente la dureza en caliente, mejorando así la eficiencia de corte a altas temperaturas de la herramienta. Los aceros con cobalto suelen presentar una mayor dureza en caliente.

Propiedades

1. Dureza en caliente (dureza roja)Esta es la propiedad más importante, referida a la capacidad de mantener la dureza a temperaturas elevadas, a menudo hasta 650 °C (1200 °F) o más durante períodos breves.
2. Resistencia al desgasteLas herramientas de trabajo en caliente están sometidas a la acción abrasiva de los metales calientes y requieren resistencia al desgaste, incluido el desgaste erosivo (lavado) a altas temperaturas.
3. DurezaEsta es la capacidad de resistir el astillamiento, la rotura y la propagación de grietas bajo choques mecánicos y térmicos. La tenacidad suele sopesarse con la dureza y la resistencia al desgaste, ya que aumentar una puede disminuir la otra.
4. Resistencia a la fatiga térmica (comprobación térmica)Esto se refiere a la capacidad de soportar ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento rápidos sin desarrollar redes de grietas finas en la superficie de la herramienta. La fisuración por calor es un modo de fallo común en las matrices de fundición a presión.
5. Resistencia a altas temperaturas. La capacidad de soportar cargas sostenidas a temperaturas elevadas sin sufrir deformación plástica.
6. TemplabilidadLos aceros para trabajo en caliente están diseñados para un endurecimiento profundo, a menudo mediante enfriamiento por aire, lo que ayuda a minimizar la distorsión durante el tratamiento térmico.

Clasificación

Aquí clasificamos según el sistema americano. AISI Estándar (Serie AISI H). Los aceros para herramientas de trabajo en caliente se clasifican principalmente en la serie AISI H. Se subdividen en tres grupos principales según sus principales elementos de aleación:

• Aceros al cromo para trabajo en caliente (H10-H19): Éstos son los más utilizados, especialmente H11, H12, y H13Ofrecen un buen equilibrio de propiedades, incluyendo excelente tenacidad y resistencia al impacto, buena resistencia al ablandamiento por calor y alta templabilidad. Se caracterizan por una baja distorsión durante el endurecimiento y, a menudo, pueden refrigerarse con agua durante su uso sin agrietarse.
• Aceros de tungsteno para trabajo en caliente (H21-H26): Conocidos por su alta resistencia al ablandamiento y al lavado a altas temperaturas debido a su alto contenido de tungsteno. Sin embargo, generalmente presentan menor tenacidad y son más susceptibles a la fractura frágil y al choque térmico, lo que hace que el enfriamiento rápido por agua durante su uso sea riesgoso.
• Aceros de molibdeno para trabajo en caliente (H42, H43): Estos aceros son similares en características y usos a los aceros de tungsteno para trabajo en caliente, ofreciendo una resistencia comparable al ablandamiento a temperaturas elevadas. Generalmente son más resistentes al agrietamiento por calor que los aceros de tungsteno, pero requieren un tratamiento térmico cuidadoso para evitar la descarburación.

Tratamiento térmico

Para lograr un rendimiento óptimo, el acero para herramientas de trabajo en caliente debe someterse a un tratamiento térmico, que incluye temple y revenido. La mayoría de los aceros para herramientas de trabajo en caliente son aceros de temple al aire, lo que ayuda a reducir el riesgo de deformación del material.

Aplicaciones

Los aceros para herramientas de trabajo en caliente se utilizan ampliamente en operaciones de fabricación que implican el conformado, la conformación o el corte de materiales a altas temperaturas. Entre sus aplicaciones más comunes se incluyen:

• Matrices de forja en caliente: Para forjas de acero, aluminio y magnesio.
• Matrices de extrusión: Para aluminio, magnesio, latón y acero.
• Matrices de fundición a presión: Para aluminio, zinc y magnesio, y para latón.
• Cuchillas de cizalla en caliente: Para cortar materiales calientes.
• Rodillos de laminación en caliente: Para tiradas medias y largas y materiales especiales a altas temperaturas.
• Moldes de inyección de plástico: Donde las temperaturas de funcionamiento pueden alcanzar hasta 250°C (480°F).
• Otras herramientas: Mandriles, punzones y puntas de perforación para aplicaciones de trabajo en caliente.

Distinción con otros aceros para herramientas

• Vs. Aceros para herramientas de trabajo en frío: Los aceros para trabajo en caliente están diseñados para temperaturas superiores a 200 °C (390 °F), mientras que aceros para herramientas para trabajo en frío Se utilizan para aplicaciones que suelen estar por debajo de 200 °C (390 °F), a menudo a temperatura ambiente. Los aceros para trabajo en caliente suelen tener un menor contenido de carbono, y su dureza final suele estar determinada por la tenacidad deseada, más que por la resistencia máxima al desgaste (40-50 HRC frente a ~60 HRC para aceros para trabajo en frío). El uso de aceros para trabajo en frío para aplicaciones en caliente podría provocar recocido o agrietamiento por choque térmico.
• Vs. Aceros para herramientas de alta velocidad (HSS): Mientras aceros de alta velocidad También presentan una excelente dureza en caliente (manteniendo un filo afilado hasta 650 °C/1200 °F o superior), y se desarrollan principalmente para operaciones de corte de metales a altas velocidades. Los aceros para trabajo en caliente están diseñados específicamente para aplicaciones de conformado y conformado, ofreciendo un equilibrio perfecto entre dureza en caliente, tenacidad y resistencia a la fatiga térmica. Los aceros de alta velocidad suelen tener mayor resistencia al desgaste y dureza en caliente, pero pueden presentar una tenacidad menor en comparación con muchos aceros para trabajo en caliente.

Preguntas frecuentes