Comprensión de la dureza del acero P20

Acero P20 es un AISI Acero para moldes de aleación media, tipo P20 (Instituto Americano del Hierro y el Acero). Se suministra comúnmente pretemplado, con una dureza de aproximadamente 28 a 40 HRC, o alrededor de 300 HB, y también se conoce por la norma DIN 1.2311. Sus principales usos son moldes de plástico, matrices de fundición a presión de zinc y bloques de soporte. Este artículo se centra en la dureza del acero P20.

1. ¿Por qué la dureza es fundamental para el acero P20?

En la aplicación del acero P20 en moldes y matrices de estampación, la dureza es una propiedad fundamental. Esta se refleja principalmente en los siguientes aspectos:

• Resistencia a la deformación y al desgaste: Una dureza adecuada permite que el acero soporte las altas cargas y presiones que se producen durante el moldeo, evitando así la deformación plástica. Para el procesamiento de plásticos abrasivos, una dureza suficiente proporciona la resistencia al desgaste necesaria para prolongar la vida útil de la herramienta.
• Maquinabilidad: El P20 generalmente se suministra en un estado preendurecido que ofrece un equilibrio de dureza para la aplicación y facilidad de mecanizado, lo que permite crear cavidades de molde intrincadas sin un tratamiento térmico adicional de alta temperatura.
• Pulibilidad: La alta dureza de la superficie, que se puede mejorar mediante carburación, es esencial para lograr los acabados suaves y críticos que se requieren para los moldes de plástico transparente.

2. Factores que influyen en la dureza del acero P20

2.1 Composición química

La composición del acero P20 es

Carbono (C)	Manganeso (Mn)	Silicio (Si)	Cromo (Cr)	Molibdeno (Mo)	Fósforo (P)	Azufre (S)
0,28 – 0,40	0,60 – 1,00	0,20 – 0,80	1.40 – 2.00	0,30 – 0,55	≤ 0.030	≤ 0.030

El P20 es un acero para herramientas de baja aleación, cuya composición química es fundamental para sus propiedades. Elementos clave de aleación y su contribución a la dureza y las propiedades:

• Carbono (C): 0,28-0,401 TP3T. Influye en la dureza y la resistencia.
• Cromo (Cr): 1,40-2,001 TP3T. Mejora la resistencia al desgaste y a la corrosión. La presencia de cromo mejora la tenacidad y la dureza.
• Molibdeno (Mo): 0,30-0,55%. Refina la estructura del grano, mejorando la tenacidad y la soldabilidad.
• Manganeso (Mn): 0,60-1,001 TP3T. Favorece la desoxidación y mejora la resistencia a la tracción sin generar fragilidad.
• Silicio (Si): 0,20-0,801 TP3T. Favorece la desoxidación y mejora la resistencia a la tracción sin fragilidad.
• Fósforo (P) y Azufre (S): ≤ 0,031 TP3T (máx.). Pequeñas cantidades contribuyen al rendimiento general. Tras añadir una cantidad adecuada de S, el rendimiento mejorado... P20S El acero tiene un mejor rendimiento de procesamiento.
• Níquel (Ni): Después de agregar la aleación de Ni, el acero mejorado P20Ni (1.2738) puede mejorar significativamente la tenacidad y la ductilidad, lo que favorece el procesamiento.

2.2 Procesos de tratamiento térmico

El P20 se puede templar en aceite y luego revenir para lograr niveles de dureza específicos para diversas aplicaciones.

Dureza del acero P20 después del temple y templado¹

Temperatura de revenido	Dureza Rockwell C
Como se apagó	51
400 °F / 205 °C	49
600 °F / 315 °C	47
800 °F / 425 °C	44
1000 °F / 540 °C	39
1100 °F / 595 °C	33
1200 °F / 650 °C	26
1250 °F / 675 °C	21

• Temperatura de precalentamiento: 1200 °F / 650 °C （Si se utiliza en piezas de mayor masa.）
• Temperatura de endurecimiento: 1525 °F / 830 °C
• Método de temple: temple en aceite y carburación
• QUÍMICA: Carbono 0,30%, Manganeso 0,75%, Silicio 0,50%, Cromo 1,65%, Molibdeno 0,40%

2.3 Estado carburizado y endurecido

El acero P20 se puede carburizar y luego Acero P20 endurecido Para aumentar la dureza superficial y la resistencia al desgaste. Tras la cementación y el temple, la dureza superficial del acero P20 puede alcanzar los 65 HRC. La dureza del núcleo tras la cementación suele ser de unos 45 HRC.

La temperatura de carburación influye en la dureza superficial resultante. Por ejemplo, las muestras carburadas a 845 °C (1550 °F) alcanzaron una dureza superficial de 65,6 HRC, mientras que las carburadas a 980 °C (1800 °F) alcanzaron 58,6 HRC.
El temple de un acero P20 carburizado provocará una disminución de su dureza superficial y su resistencia al ablandamiento durante el temple se considera relativamente baja, similar a la del acero al carbono simple.

2.4 Nitruración y Tufftriding

La nitruración y el tufftriding (un tipo de nitrocarburación ferrítica) aumentan significativamente la dureza de la superficie del acero P20, principalmente a través de la formación de nitruros duros y una zona de difusión.

La nitruración a 525 °C en gas amoníaco puede dar como resultado una dureza superficial de aproximadamente 650 HV.

El tratamiento con Tufftriding a 570 °C puede proporcionar una dureza superficial de aproximadamente 700 HV con una capa dura superficial de aproximadamente 0,1 mm después de dos horas de tratamiento.

La nitruración también aumenta la resistencia a la corrosión.

3. Propiedades mecánicas (relacionadas con la dureza)

• Resistencia a la tracción (máxima). El acero P20, después del temple en aceite a 845 °C (1550 °F) y revenido durante 2 horas a 205 °C (400 °F), tiene una resistencia a la tracción de 1310 MPa (190 ksi).

• Fuerza de fluencia. En las mismas condiciones de tratamiento térmico que las anteriores, tiene un límite elástico de 1172 MPa (170 ksi).
•   Alargamiento de rotura. Después del temple y revenido en aceite, el alargamiento en 50 mm (2 pulg.) es 13%.
•  Tenacidad al impacto (Charpy V-Notch). En las mismas condiciones de tratamiento térmico que las anteriores, tiene una energía de impacto Charpy con entalla en V de 43 J (32 ft·lbf).
• Resistencia a la compresión. Aproximadamente igual a la resistencia a la tracción.
• Módulo elástico. 190-210 GPa, o 30 x 10^6 psi (207 GPa).
• Densidad. 7855,1 kg/m³ (7,855 g/cm³). 
• Conductividad térmica. 24 Btu/pie/h/°F (41,5 W/m/°K), o 34,0 W/(mK). Importante para disipar el calor durante el mecanizado y el moldeo.
• Coeficiente de Poisson. 0.27-0.30
• Coeficiente de expansión térmica. 12,8 x 10^-6/°C (20-425°C).

4. Maquinabilidad del acero P20 y acabado superficial (relación con la dureza)

El acero P20 presenta una excelente maquinabilidad, con una dureza de aproximadamente 60-65% en comparación con el acero al carbono 1% o 65%, en comparación con el acero al carbono para herramientas 1% (clasificación de 100). El acero P20 pretemplado se puede mecanizar directamente sin tratamiento térmico adicional, pero el calor generado durante el mecanizado puede causar endurecimiento por acritud e imprecisiones dimensionales. Las soluciones incluyen:

• Utilice velocidades de corte bajas y velocidades de avance altas para reducir el calor.
• Utilice herramientas recubiertas con materiales como nitruro de titanio (TiN).
• Aplique refrigerantes de manera efectiva para disipar el calor y lubricar.

1. Bryson, WE (2007). Tratamiento térmico, selección y aplicación de aceros para herramientas (pág. 195). Publicaciones Hanser. ↩︎