Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas S1

Acero para herramientas S1 Es un acero de aleación de tungsteno-cromo-vanadio resistente a impactos, diseñado para aplicaciones que exigen alta tenacidad y resistencia al impacto sostenida. Se utiliza ampliamente en herramientas neumáticas, cinceles, punzones, cuchillas de corte y matrices de conformado. Este acero contiene aproximadamente 0,501 TP3T de carbono, 2,501 TP3T de tungsteno y 1,501 TP3T de cromo. Ofrece una combinación equilibrada de resistencia, resistencia al desgaste y templabilidad, con una resistencia moderada al ablandamiento a temperaturas elevadas. Su mayor ventaja reside en su excepcional resistencia transversal y su excelente resistencia al astillamiento bajo cargas de impacto. 

En Aobo Steel, suministramos acero S1 en estado revenido. Los procesos de tratamiento térmico que nuestros clientes utilizan para el acero para herramientas S1 incluyen tratamientos de alivio de tensiones y temple. El proceso de temple consta de cuatro pasos: precalentamiento, austenización, temple y revenido. Este artículo se centra principalmente en estos pasos.

Lista de verificación rápida para el tratamiento térmico del acero para herramientas S1

Tratamiento para aliviar el estrés

El tratamiento de alivio de tensiones sirve como paso preparatorio para los componentes S1 tras el mecanizado de desbaste o el trabajo en frío, con el objetivo de minimizar el riesgo de deformación y agrietamiento durante los procesos de endurecimiento posteriores. Las tensiones internas generadas por el mecanizado, si no se eliminan antes del tratamiento térmico, pueden causar una distorsión microestructural grave o una distorsión dimensional incontrolada al alcanzar altas temperaturas de endurecimiento.

Procedimiento del proceso:

• Temperatura de calentamiento: Caliente la pieza de trabajo uniformemente a 650 °C a 675 °C (1200 °F a 1250 °F).
• Tiempo de remojo: Calcular según el espesor de la sección transversal: 1 hora por cada 25 mm (1 pulgada), con un tiempo de remojo mínimo de 1 hora.
• Método de enfriamiento: enfriamiento lento por aire (enfriamiento por aire).

Precalentamiento

Para evitar el choque térmico y la deformación excesiva, está estrictamente prohibido colocar piezas S1 frías directamente en un horno a la temperatura de austenización.

Procedimiento del proceso:

• Temperatura de calentamiento: Aumente lentamente la temperatura hasta aproximadamente 650 °C (1200 °F).
• Requisito de remojo: Mantener a esta temperatura hasta que la sección transversal de la pieza de trabajo se caliente uniformemente.

Para piezas S1 con geometrías complejas o variaciones significativas en la sección transversal, el precalentamiento es fundamental para garantizar un aumento de temperatura sincronizado entre el núcleo y la superficie durante la etapa final de calentamiento. Esto reduce la tensión térmica y previene el agrietamiento.

Austenitización (endurecimiento)

La austenización es el proceso de endurecimiento del núcleo, que transforma la microestructura del acero en austenita mediante calentamiento y promueve la disolución de los carburos en la matriz. La temperatura de calentamiento para la austenización del acero para herramientas S1 no debe ser ni demasiado alta ni demasiado baja.

Procedimiento del proceso:

• Temperatura de calentamiento: 900°C a 955°C (1650°F a 1750°F).
• Tiempo de mantenimiento: Mantener de 15 a 45 minutos. La duración exacta depende del espesor de la sección transversal de la pieza para asegurar el endurecimiento completo de toda la sección.
• Control de atmósfera: debido a la resistencia moderada a la descarburación del S1, el calentamiento debe ocurrir en una atmósfera neutra controlada, un entorno de vacío o un baño de sal neutra para evitar la oxidación de la superficie y la descarburación.

Enfriamiento

El acero S1 es un acero endurecible al aceite. Si bien el temple en agua se utiliza ocasionalmente para secciones grandes o formas sencillas, recomendamos encarecidamente el temple en aceite para lograr una tenacidad óptima y minimizar el riesgo de agrietamiento.

Procedimiento del proceso:

• Medio de enfriamiento: utilice aceite de enfriamiento precalentado y circulante.
• Procedimiento de operación: Enfríe la pieza de trabajo en aceite hasta que su temperatura baje a entre 50 °C y 70 °C (120 °F y 160 °F). En este punto, la pieza de trabajo S1 debe estar caliente al tacto.

ESTRICTAMENTE PROHIBIDO: Dejar que la pieza de trabajo se enfríe a temperatura ambiente después del temple antes del revenido. La microestructura templada presenta tensiones microestructurales significativas. Si no se realiza el revenido inmediato, la pieza S1 es muy susceptible a la fractura frágil espontánea.

Templado

El revenido debe realizarse inmediatamente después del temple para mejorar la tenacidad y la ductilidad del material S1. A nivel microestructural, la microestructura templada se transforma en martensita revenida. La temperatura de revenido puede ajustarse según la dureza S1 requerida.

Procedimiento del proceso:

• Tiempo de remojo: Calculado en función del espesor de la sección, se requiere un tiempo de remojo mínimo de 2 horas por cada 25 mm (1 pulgada).
• Revenido secundario: Recomendamos encarecidamente el revenido secundario para eliminar eficazmente la austenita retenida inestable, optimizando así la resistencia a la fluencia y las propiedades de impacto, y solucionando los problemas de deformación o agrietamiento que puedan producirse durante el uso posterior del S1.
• Requisitos de enfriamiento: Entre el revenido primario y el secundario, la pieza de trabajo debe enfriarse a temperatura ambiente.

La siguiente tabla proporciona valores de dureza aproximados para el acero para herramientas S1 después del temple en aceite a 900–955 °C (1650–1750 °F).

Para aplicaciones que requieren máxima tenacidad, como cinceles y punzones de alta resistencia, el revenido se realiza típicamente entre 200 °C y 300 °C. Para aplicaciones de trabajo en caliente, pueden ser necesarias temperaturas de revenido más altas, pero la dureza disminuirá significativamente.

Problemas comunes y soluciones en el tratamiento térmico S1

1. Temple de grietas. 

Este defecto se debe principalmente a dos causas: primero, el revenido retardado (no realizar el revenido rápidamente después del temple, lo que resulta en una exposición prolongada a temperatura ambiente y genera tensiones que superan la resistencia del material); segundo, los puntos de concentración de tensiones en las piezas S1, como esquinas afiladas, marcas de estampado o mecanizado de desbaste. Para solucionar estos problemas, se debe implementar un revenido inmediato: transferir la pieza al horno de revenido mientras retiene el calor residual (aproximadamente 50-70 °C). Simultáneamente, durante las etapas de diseño y mecanizado, se deben emplear esquinas redondeadas en las uniones críticas y mantener las superficies con un acabado superficial de alta calidad.

2. Baja dureza. 

Las causas principales de este defecto incluyen: pérdida de carbono superficial (descarburación) debido a una atmósfera inadecuada durante la austenización; temperatura de calentamiento o tiempo de mantenimiento insuficientes durante la austenización; y severidad de enfriamiento inadecuada causada por una temperatura del aceite excesivamente alta o una agitación insuficiente durante el enfriamiento.

3. Deformación. 

La deformación suele ser consecuencia de un choque térmico causado por una expansión desigual debido a velocidades de calentamiento excesivas o por las tensiones residuales generadas durante el mecanizado de desbaste, que se liberan durante el calentamiento. Las medidas preventivas incluyen: precalentar a 650 °C antes del temple; aplicar un tratamiento de alivio de tensiones a las piezas mecanizadas de desbaste antes del temple; y proporcionar soporte físico a las piezas largas o complejas para evitar el descuelgue.

4. Capa blanda (descarbonización). 

Este defecto se produce cuando el oxígeno o la humedad del horno reaccionan con el carbono superficial, produciendo dióxido de carbono o monóxido de carbono que se escapan, reduciendo así el contenido de carbono. Puede comprobarlo con una lima. Si raya fácilmente la superficie, indica la presencia de una capa blanda. Para evitar estos problemas, se pueden tomar las siguientes medidas: utilizar hornos de vacío o de atmósfera protectora llenos de gases inertes (como nitrógeno o argón) para aislar el oxígeno; al utilizar un horno de baño de sal para calentar, la salmuera debe calibrarse periódicamente para garantizar que se mantenga neutra y no reaccione con el carbono; antes del tratamiento térmico S1, deje suficiente tolerancia para garantizar que esta capa descarburada pueda eliminarse por completo mediante rectificado de precisión después del tratamiento térmico.

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