Acero para herramientas S7 | 1.2355

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El acero para herramientas S7 es un tipo de acero resistente a impactos, clasificado dentro de la serie "S" por el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI). Estos aceros están diseñados específicamente para aplicaciones sometidas a tensiones de impacto repetitivas.

1. Aplicaciones del acero para herramientas S7

  • Punzones
  • Matrices de corte
  • Matrices de conformación en frío
  • Matrices de acuñación
  • Mandriles
  • Componentes estructurales
  • Matrices de recorte

2. Composición del acero S7

CarbonoManganesoSilicioCromoMolibdenoVanadio
0.45 – 0.550.20 – 0.900.20 – 1.003.00 – 3.501.30 – 1.800.20 – 0.35

[Referencia: Sinha, AK (2003). Manual de metalurgia física (pág. 62). McGraw-Hill.]

3. Propiedades

3.1 Propiedades físicas

Densidad7,80−7,83 g/cm3
Peso específico7.83
Módulo de elasticidad205−207 GPa
Conductividad térmica28,5 W/(m⋅K) (a 95 °C)
Expansión térmica (lineal)
20−100∘C12,5 μm/(m⋅K)
20−250∘C13,3 μm/(m⋅K)
20−500∘C14,27 μm/(m⋅K)
Capacidad calorífica específica∼0,46 J/(g⋅K)
Resistividad eléctrica∼0,75 μΩ⋅m
Temperatura crítica (Ac1)793∘C
Temperatura crítica (Ac3)838∘C
Temperatura de transformación785−800∘C

3.2 Propiedades mecánicas

Resistencia a la tracción∼1517−2151 MPa
límite elástico∼1310−1999 MPa
Dureza (recocido)Máximo 223−250 HBW
Dureza (tratada térmicamente)Hasta 60−61 HRC
Dureza (rango de revenido)45−57 HRC (dependiendo de la temperatura)
Alargamiento a la rotura∼7−15%
Relación de Poisson0,27−0,30
Módulo de elasticidad207 GPa

3.3 Otras propiedades

  • Resistencia a los golpes: Muy alta, característica primaria y definitoria de S7.
  • Tener puesto Resistencia: Bueno, aunque generalmente inferior al de los aceros trabajados en frío con alto contenido de carbono y cromo como el O6 o Acero para herramientas D2.
  • Estabilidad dimensional: Buena estabilidad en toda la dirección correcta. tratamiento térmico proceso. Crecimiento dimensional de +0,001 pulgadas por pulgada (0,001 mm por mm) cuando S7 se enfría al aire desde la temperatura de endurecimiento correcta.
  • Beneficio del endurecimiento por aire: La capacidad de endurecimiento al aire del S7 proporciona un margen de seguridad significativo durante el proceso de endurecimiento, reduciendo el riesgo de distorsión y agrietamiento en comparación con los aceros de temple líquido.
  • Rendimiento a temperaturas elevadas: El S7 exhibe buena resistencia al ablandamiento a temperaturas moderadamente elevadas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de trabajo en caliente a temperatura media.
  • Endurecimiento de la superficie: Mediante tratamientos superficiales como la carbonitruración o la nitruración, la dureza superficial del acero para herramientas S7 puede mejorarse aún más hasta alcanzar aproximadamente 64 HRC. Sin embargo, estos tratamientos superficiales pueden afectar la resistencia inherente al impacto del acero S7 y deben considerarse cuidadosamente según los requisitos de la aplicación.
Acero para herramientas S7

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4. Tratamiento térmico

4.1 Precalentamiento

La temperatura de precalentamiento del acero S7 es 1200 °F (650 °C), con un tiempo de remojo de 10 a 15 minutos.

No lo deje en remojo durante demasiado tiempo, ya que un remojo prolongado destruirá la estructura molecular y tendrá un efecto adverso en el tratamiento térmico posterior.

4.2 Austenitización (endurecimiento)

Después del precalentamiento, ajuste la temperatura del horno a la austenitizante temperatura, que es 1725 °F (940 °C)Comience a remojar una vez que la temperatura de la pieza de trabajo haya alcanzado completamente la temperatura de austenización.

El tiempo de remojo depende de la sección transversal de la pieza. Para piezas de más de 25 mm (1″) de espesor, el tiempo de remojo debe ser de 1 hora por cada 25 mm (1 pulgada) de la sección transversal más pequeña. Para piezas más pequeñas, se aplica una regla general:

  • 1/8″ (3,175 mm) de espesor: 30 minutos
  • 1/4″ (6,350 mm) de espesor: 40 minutos
  • 1/2″ (12,70 mm) de espesor: 45-50 minutos
  • 3/4″ (19,05 mm) de espesor: 50-55 minutos

4.3 Enfriamiento

El S7 es un acero para herramientas de temple al aire. El enfriamiento por aire es el método de temple más lento, pero ofrece la mayor seguridad al reducir el choque térmico y la tensión interna en los metales endurecidos.

Sin embargo, los aceros de temple al aire tienen limitaciones para alcanzar la dureza total más allá de ciertos tamaños de sección transversal. En el caso del acero S7, si el tamaño de la sección transversal supera las 2 1/2″ (63 mm), es posible que no se alcance la dureza total al enfriarse al aire. Las secciones más grandes pueden requerir temple en aceite para alcanzar la dureza deseada, aunque esto puede comprometer la estabilidad del tratamiento térmico.

4.4 Templado

El revenido mejora la tenacidad del acero y alivia su alto estado de tensión, previniendo así el agrietamiento. El acero para herramientas S7 debe revenirse inmediatamente cuando la temperatura de la pieza desciende a 125 a 150 °F (52 a 65 °C).

El primer revenido se realiza normalmente en 450 °F (230 °C)Si se requiere un segundo templado, la temperatura debe ajustarse a 425 °F (220 °C), La temperatura es 25 °C inferior a la del primer revenido. La dureza tras un solo revenido es de 58 HRC. Cada ciclo de revenido debe durar 2 horas por cada 25 mm de sección transversal.

4.5 Consideraciones posteriores al tratamiento

Si los componentes S7 endurecidos se someten a operaciones de acabado posteriores, como rectificado, soldadura o electroerosión (EDM), se recomienda encarecidamente un revenido de alivio de tensiones. Este debe realizarse a una temperatura de 14-28 °C (25-50 °F) inferior a la del último ciclo de revenido efectivo utilizado, para mitigar el riesgo de agrietamiento o inestabilidad dimensional inducida por estos procesos.

4.6 Forja de acero para herramientas S7

Precaliente lentamente el S7 a 815 °C (1500 °F). La temperatura de forjado es de 1040-1150 °C (1900-2100 °F). Para secciones más grandes o al realizar reducciones rápidas y profundas, se prefiere el extremo superior de este rango de temperatura, mientras que para secciones más pequeñas y reducciones más ligeras se puede usar el extremo inferior. Nunca forje el S7 por debajo de 870 °C (1600 °F).

El S7 es un acero de temple al aire y debe enfriarse lentamente desde la temperatura de forja para evitar el agrietamiento y garantizar que el acero se mantenga en un estado semiblando. Los métodos de enfriamiento incluyen el enfriamiento en horno o la inmersión del material en un medio aislante como cal, mica o tierra de diatomeas.

El acero S7 debe recocerse después del forjado. La temperatura de recocido implica calentar a 843 °C (1550 °F) y mantenerla durante 1,5 horas por pulgada (3,5 minutos por mm) de espesor. Con un recocido adecuado, el acero S7 tiene una capacidad de mecanizado de 70%, en comparación con un acero al carbono 1%, con una capacidad de 100%.

5. Grados equivalentes de acero para herramientas S7

  • UNS (Sistema de Numeración Unificado): T41907
  • DIN (norma alemana): 1.2355 o 50CrMoV13-15
  • JIS (Normas industriales japonesas): SKS93
  • Equivalente chino: 5Cr3Mn1SiMo1V

6. Compare el acero S7 con el acero 4140

El acero para herramientas S7 destaca en aplicaciones que requieren alta tenacidad y resistencia al impacto, especialmente en herramientas para trabajo en frío o semicaliente, y se beneficia del temple al aire para lograr estabilidad dimensional. El acero 4140, un acero de aleación versátil, es una excelente opción para componentes estructurales y piezas de maquinaria que requieren buena resistencia, templabilidad y tenacidad. A menudo se beneficia de tratamientos térmicos como el temple en aceite o la nitruración para mejorar propiedades específicas.

7. Formas y dimensiones de suministro

El acero para herramientas S7 que suministramos está disponible en diversas formas, incluyendo barras redondas, chapas, losas, barras planas, barras cuadradas y bloques. Las dimensiones de la barra plana varían de: ancho 20–600 mm × espesor 20–400 mm × longitud 1000–5500 mm. Las dimensiones de la barra redonda varían de 20–400 mm de diámetro × longitud 1000–5500 mm. Las dimensiones del bloque se obtienen cortando la barra plana.

Para tamaños más pequeños, como barras redondas con un diámetro inferior a 70 mm, utilizamos el proceso de laminado en caliente. Para tamaños superiores a 70 mm, ofrecemos productos forjados.

Pruebas UT: septiembre de 1921-84 D/d, E/e. 

Tratamiento de superficie: acabados superficiales originales negros, pelados, mecanizados/torneados, pulidos, rectificados o fresados.

Estado del inventario: No tenemos existencias de acero S7. Organizamos la producción según los pedidos de los clientes.

Plazo de entrega: Los materiales para hornos de arco eléctrico (EAF) tardan entre 30 y 45 días. Los materiales ESR tardan aproximadamente 60 días.

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Preguntas frecuentes

1. ¿Qué es el acero para herramientas S7?

El acero para herramientas S7 es resistente a los impactos, clasificado como acero del grupo S según la norma ASTM A681. Es principalmente un acero de temple al aire, pero también puede templarse en aceite. El S7 es conocido por sus excepcionales propiedades de impacto y la mayor templabilidad entre los aceros para herramientas resistentes a los impactos. Combina alta resistencia al impacto, buena estabilidad dimensional y maquinabilidad con una excelente resistencia a los impactos.

2. ¿Cuáles son las características definitorias y propiedades clave del acero para herramientas S7? 

  • Alta resistencia a los golpes y tenacidad.:Presenta una excelente resistencia a altas cargas de impacto y choque.
  • Buena resistencia al ablandamiento a altas temperaturas.:Esto permite capacidades de trabajo en caliente, normalmente hasta 1000 °F (538 °C).
  • Alta templabilidad:Tiene la mayor templabilidad entre los grados resistentes a los golpes.
  • Buena estabilidad dimensionalMantiene su forma y tamaño incluso bajo alta tensión y presión, lo que es crucial para aplicaciones de precisión.
  • Facilidad de mecanizado y tratamiento térmico.Se considera seguro y estable en el tratamiento térmico debido a sus propiedades de endurecimiento al aire.
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3. ¿Cuáles son las aplicaciones comunes del acero para herramientas S7? 

  • Herramientas para trabajo en frío:Matrices de corte, matrices de conformado, herramientas de corte y cuchillas de corte.
  • Herramientas para trabajo en caliente:Matrices de forja, matrices de extrusión, matrices de cabezal caliente y matrices de fundición a presión.
  • Aplicaciones de choque:Remachadoras de toro, rompedoras de hormigón (puntas de mol), matrices de remachado, cinceles, punzones y matrices de estampación.
  • Moldura:Moldes de plástico, cavidades mecanizadas para moldes de plástico y matrices maestras.
  • Otros usos incluyen pasadores, taladros, placas de perforación, cubos y matrices de grabado. También se emplea en componentes críticos de la industria aeroespacial.

4. ¿Existen equivalentes internacionales para el acero para herramientas AISI S7?

Alemán: W-nr 1.2357 o 1.2355 / 50CrMoV13-15 (DIN EN ISO 4957).

5. ¿Cuál es el rango de dureza típico del acero para herramientas S7?

La dureza del acero para herramientas S7 puede variar según el tratamiento térmico y la temperatura de revenido. Normalmente, su dureza oscila entre 54 y 62 HRC. Para temperaturas de revenido específicas, la dureza Rockwell C puede ser:

  • Enfriado al aire: 59-61 HRC
  • Templado a 149 °C (300 °F): 57-59 HRC
  • Templado a 204 °C (400 °F): 55-57 HRC
  • Templado a 449 °C (840 °F): 53 HRC
  • Templado a 649 °C (1200 °F): 41 HRC, 37-40 HRC Cuando está recocido, el acero para herramientas S7 normalmente tiene una dureza de Brinell 197 como máximo o 187-220 BHN, con un máximo de 223 HBW.

6. ¿Cuál es la resistencia al impacto del acero para herramientas S7?

El acero para herramientas S7 se caracteriza por su altísima tenacidad al impacto y sus excepcionales propiedades de impacto, lo que lo convierte en un grado resistente a los impactos. Los valores medidos de impacto Charpy (entalla en V; refrigerado por aire desde 941 °C) incluyen:

  • 16,9 J cuando se templa a 200°C.
  • 13,6 J cuando se templa a 425 °C.
  • 16,3 J cuando se templa a 649°C. 
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7. ¿El acero para herramientas S7 es resistente a la corrosión?

El acero para herramientas S7 es susceptible a la corrosión. y Puede oxidarse y corroerse fácilmenteDebe mantenerse alejado de la humedad y se recomiendan para su almacenamiento inhibidores de óxido o materiales resistentes a la corrosión como plástico o papel encerado. 

8. ¿Cuál es la densidad y el módulo de elasticidad del acero para herramientas S7?

La densidad del acero para herramientas S7 es de 7,83 g/cm³ (o 0,283 lb/in³). El módulo de elasticidad es de 207 GPa (o 30 x 10^6 psi).

9. ¿Por qué es importante el calentamiento lento cuando se trabaja con acero para herramientas S7?

El calentamiento lento, a una velocidad que no supere los 222 °C (400 °F) por hora, es crucial para el acero para herramientas S7, especialmente para herramientas complejas o de gran tamaño, a fin de garantizar una distribución uniforme de la temperatura en todo el material y evitar el agrietamiento. El calentamiento rápido puede causar una tensión significativa en el metal debido a una expansión desigual, lo que provoca grietas, especialmente si el núcleo del metal no está a la misma temperatura que el exterior.

10. ¿Se puede soldar el acero para herramientas S7?

El acero para herramientas S7 presenta una soldabilidad moderada. Sin embargo, no recomendamos la soldadura, ya que el proceso puede dejar una zona débil afectada por el calor, introducir defectos y hacer que la soldadura sea más dúctil (menos dura) que el acero para herramientas. Si es necesario soldar, debe ser realizado por un soldador con experiencia en reparación de matrices. Los tratamientos de precalentamiento y post-soldadura (como el revenido) pueden evitar el agrietamiento y mantener la integridad del material. Los consumibles de soldadura especializados también son muy caros.

11. ¿Es fácil mecanizar el acero para herramientas S7?

El acero para herramientas S7 se considera mecanizable, pero es comparativamente más difícil de mecanizar que los aceros de menor aleación. Su maquinabilidad es de 95 (en comparación con 100 para un acero al carbono para herramientas 1.00%) cuando se recoce a un máximo de Brinell de 197.

12. ¿Cómo se compara el acero para herramientas S7 con otros materiales para componentes críticos como percutores o pernos?

Para aplicaciones como los percutores AR9, si bien muchos están hechos de acero para herramientas S7, algunos expertos sugieren que se deben evitar los aceros para herramientas tratados térmicamente como el S7 debido a la fragilidad.

  • Vs. Acero inoxidable 17-4: El acero inoxidable 17-4 se considera mejor para los percutores debido a su alta ductilidad, especialmente cuando se trata térmicamente a la condición H900, lo que proporciona una resistencia al impacto Charpy comparable o superior al titanio de grado 5.
  • Comparación con el titanio: El titanio (p. ej., Ti-6Al-4V de grado 5) tiene una alta relación resistencia-peso, pero no es tan duro como el S7 y, debido a su baja masa, podría no proporcionar la misma energía que un pasador más pesado. Además, puede ser propenso al desgaste por rozamiento o fricción en aplicaciones de levas.
  • Comparado con el acero 9310 (para pernos): El acero para herramientas S7, si se templa correctamente, puede ofrecer una resistencia superior a la tracción, al choque térmico y a la flexión en comparación con el acero 9310. Sin embargo, su resistencia al corte es prácticamente igual. El acero 9310 se utiliza a menudo para engranajes de transmisión en la Fórmula 1 y la industria aeroespacial, lo que sugiere un conjunto diferente de propiedades óptimas para dichas aplicaciones.
  • La causa principal de la rotura del percutor en los AR9 es a menudo un perno mal dimensionado o mal hecho que permite que el percutor toque fondo, lo que genera tensión lateral, en lugar del tipo de acero en sí.

13. ¿Cuáles son las limitaciones generales del acero para herramientas S7? 

  • Sujeto a descarburación: al igual que otros aceros con alto contenido de carbono, el acero para herramientas S7 puede perder carbono de su superficie durante el procesamiento térmico, lo que requiere precauciones.
  • No apto para nitruración: debido a sus bajas temperaturas de revenido, el acero para herramientas S7 normalmente no es apto para nitruración o tratamientos de superficie similares.
  • Más difícil de mecanizar: Su alto contenido de aleación lo hace comparativamente más difícil de mecanizar que los aceros de menor aleación.
  • Menos resistente al desgaste (comparativamente): si bien tiene una buena resistencia al desgaste, se considera menos resistente al desgaste general en comparación con otros aceros para herramientas.
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