¿Qué es el acero para herramientas?
El acero para herramientas es un acero de alto contenido de carbono y alta aleación, diseñado para cortar, conformar y dar forma a otros materiales. Es el material con el que se fabrican herramientas, matrices y moldes, y está diseñado para ofrecer dureza, resistencia al desgaste y tenacidad, en lugar de la resistencia y soldabilidad características del acero estructural.
Lo que lo distingue es su composición química. El contenido de carbono varía según la aplicación: los aceros para trabajo en frío y alta velocidad tienen un contenido elevado, de entre 0,8 y 2,5 %, mientras que los aceros para trabajo en caliente y moldes de plástico tienen un contenido menor, de entre 0,3 y 0,4 %, para mantener la tenacidad. Además del carbono, los aceros para herramientas contienen cromo, molibdeno, tungsteno, vanadio y cobalto. Parte de esta aleación se disuelve en la matriz y ralentiza el proceso de temple, lo que le confiere una gran capacidad de endurecimiento desde la superficie hasta el núcleo. El resto se combina con el carbono para formar carburos duros, que son los que resisten el desgaste.
¿Qué hace que el acero para herramientas sea diferente?
Una herramienta debe cortar, dar forma o mantener su forma bajo cargas pesadas sin agrietarse, desgastarse ni perder su filo. Esta exigencia de trabajo es la base del diseño del acero para herramientas, y es por eso que estos grados se evalúan según un conjunto específico de propiedades:
- Alta dureza, lo que permite que una herramienta corte y dé forma a materiales más duros. Los grados para trabajo en frío y alta velocidad suelen alcanzar de 55 a 65 HRC, mientras que los troqueles para trabajo en caliente y el acero para moldes pretemplado se utilizan a propósito con menor dureza para mantener la tenacidad.
- Resistencia al desgaste, suministrado por carburos duros de cromo, vanadio y tungsteno contenidos en una matriz martensítica.
- Dureza, la resistencia al agrietamiento y al astillamiento bajo cargas de impacto.
- Dureza en caliente, la capacidad de mantenerse duro a temperaturas elevadas, que es lo que determina si un grado puede utilizarse para trabajos en caliente.
- Estabilidad dimensional, baja distorsión durante el endurecimiento, por lo que las herramientas terminadas mantienen su tamaño.
- Templabilidad, Dureza total desde la superficie hasta el núcleo en las secciones más gruesas, no solo una capa dura sobre un centro blando.
Tipos de acero para herramientas
Los aceros para herramientas se clasifican según su uso y la temperatura a la que están sometidos. El sistema AISI asigna un prefijo de letra a cada grupo, y elegir el grupo correcto es el primer paso para seleccionar el grado adecuado para cada trabajo.
Aceros para herramientas de trabajo en frío
Los grados de trabajo en frío funcionan por debajo de unos 200 °C en la superficie de la herramienta, por lo que están diseñados para la resistencia al desgaste y la resistencia a la compresión en lugar de la resistencia al calor. La serie D de alto carbono y alto cromo, como D2 (1,2379 / SKD11) y D3 (1.2080 / SKD1), contiene alrededor del 12 por ciento de cromo para una alta resistencia al desgaste. La serie A de endurecimiento al aire, liderada por A2 (1.2363 / SKD12) con un 5 por ciento de cromo, sacrifica algo de resistencia al desgaste a cambio de una mayor tenacidad y estabilidad. La serie O de endurecimiento por aceite, incluyendo O1 (1.2510) y O2 (1.2842), funciona con aleación pobre y se mecaniza fácilmente. Los trabajos típicos incluyen troqueles de troquelado, punzones, cuchillas de corte, troqueles de extrusión y conformado en frío, troqueles de laminado de roscas, calibres y herramientas de corte.
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Aceros para herramientas de trabajo en caliente
Los grados para trabajo en caliente operan desde aproximadamente 300 a 700 °C y deben resistir el ablandamiento, la fatiga térmica y el agrietamiento por calor. La serie H a base de cromo, como H13 (1,2344 / SKD61) y H11 (1.2343 / SKD6), utiliza aproximadamente un 5 por ciento de cromo con molibdeno y vanadio para mantener la resistencia en caliente. Una rama de tungsteno separada, liderada por H21 (1.2581) con aproximadamente un 9 por ciento de tungsteno, sacrifica algo de tenacidad a cambio de una mayor resistencia en caliente en herramientas para trabajos en caliente más pesados. Los trabajos típicos incluyen matrices de fundición a presión, matrices de extrusión de aluminio, matrices de forja y estampado en caliente, y cuchillas de corte en caliente.
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Aceros para herramientas resistentes a los impactos
Los grados resistentes a los golpes priorizan la tenacidad sobre la resistencia al desgaste para trabajos que reciben impactos repetidos. La serie S, como S7 y S1 (1.2550), está diseñado para absorber impactos sin agrietarse. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen cinceles, brocas neumáticas, punzones de impacto y cuchillas de corte.
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Aceros para moldes
Los aceros para moldes se fabrican para moldes de inyección de plástico y herramientas similares, donde la maquinabilidad, la pulibilidad y la estabilidad dimensional son de suma importancia. La serie P, como por ejemplo: P20 (1.2311) y el contenido de níquel P20+Ni (1.2738), generalmente se suministra pretemplado para que pueda mecanizarse y utilizarse directamente sin necesidad de tratamiento térmico adicional. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen moldes de inyección de plástico, moldes de soplado y moldes de compresión.
Aceros de alta velocidad
Los aceros de alta velocidad son grados de herramientas de corte que se mantienen afilados incluso cuando el filo alcanza el rojo vivo. La serie M, incluyendo M2 (1.3343 / SKH51), M35y M42, Se basa en tungsteno, molibdeno, vanadio y cobalto para lograr la dureza en rojo. Los trabajos típicos incluyen brocas, fresas, fresas de engranajes, brochas y machos de roscar.
Elementos de aleación y sus funciones
| Elemento | Rango típico | Función principal |
|---|---|---|
| Carbono (C) | 0,5 a 2,5% | Forma martensita para proporcionar dureza y carburos para la resistencia al desgaste. |
| Cromo (Cr) | 0,5 a 12% | Formación de carburos y templabilidad profunda; proporciona resistencia a la corrosión solo en grados de acero inoxidable como 440 °C, no en aceros de trabajo en frío con alto contenido de cromo como el D2. |
| Molibdeno (Mo) | 0,2 a 10% | Dureza en caliente, endurecimiento secundario y formación de carburos. |
| Tungsteno (W) | 0,5 a 18% | Dureza en caliente y resistencia al desgaste. |
| Vanadio (V) | 0,1 a 5% | Granulometría fina y resistencia al desgaste gracias a los carburos de VC duros. |
| Cobalto (Co) | 5 a 12% | Dureza roja en grados de acero de alta velocidad. |
| Manganeso (Mn) | 0,2 a 2% | Templabilidad y desoxidación. |
| Silicio (Si) | 0,2 a 2% | Fortalecimiento y desoxidación. |
Comparación del acero para herramientas con otros aceros
Los compradores a menudo tienen que decidir si un trabajo realmente requiere acero para herramientas o si bastará con un acero más económico y común. La diferencia radica en el contenido de carbono y aleación, y en las propiedades que estos le otorgan al acero.
Acero para herramientas frente a acero estructural
Los aceros estructurales como el A36 y el S355 están diseñados para soportar cargas, ser soldables y tener buena ductilidad. Contienen menos del 0,3 % de carbono y poca aleación, y no están pensados para alcanzar la dureza necesaria para herramientas. El acero para herramientas contiene mucho más carbono y aleación, lo que precisamente le permite alcanzar y mantener una alta dureza.
Acero para herramientas frente a acero aleado de ingeniería.
Los aceros de ingeniería aleados, como el 4140 y el 4340, alcanzan una dureza moderada, generalmente de 30 a 50 HRC, y el 4140 puede llegar a unos 55 HRC en secciones delgadas. Su principal desventaja es la falta de volumen de carburo para igualar la resistencia al desgaste del D2 o la dureza en caliente del H13, por lo que son más adecuados para ejes y engranajes que para matrices y herramientas de corte.
Acero para herramientas frente a acero inoxidable
La mayoría de los aceros inoxidables priorizan la resistencia a la corrosión sobre la dureza. Los aceros martensíticos combinan ambas características. Aceros como el 420 y el 440C son inoxidables por su composición, pero se utilizan como aceros para herramientas en cuchillos y cojinetes. El 440C alcanza una dureza de 58 a 60 HRC sin perder su resistencia a la corrosión.
La selección del acero para herramientas siempre implica un equilibrio. Una mayor resistencia al desgaste suele reducir la tenacidad, mientras que una mayor tenacidad puede disminuir la retención del filo o la vida útil frente al desgaste abrasivo. El grado óptimo es aquel que se ajusta al modo de fallo real de la herramienta.
Formularios de suministro
Aobo Steel suministra acero para herramientas en forma de barras redondas, planas y chapas forjadas o laminadas en caliente, así como bloques forjados para aplicaciones de matrices de gran tamaño. Las superficies están disponibles en negro, tanto forjadas como laminadas, peladas, torneadas o fresadas. El material se envía recocido y listo para el mecanizado, y se ofrece la opción de endurecido y templado bajo pedido para determinados grados. Contáctenos para conocer las dimensiones y el stock actual, incluyendo grandes secciones forjadas.
¿Necesita acero para herramientas para matrices, moldes o herramientas de corte?
Envíe sus requisitos de grado, tamaño, estado y cantidad a Aobo Steel. Podemos cotizarle acero para herramientas forjado o laminado en caliente disponible para suministro a granel.