Selección de acero para herramientas para corte a alta velocidad (HSC)
El corte a alta velocidad (HSC) opera a velocidades de corte y tasas de remoción de material muy altas, generando velocidades de deformación y temperaturas extremas en la interfaz herramienta-pieza. La deformación plástica produce deformaciones cortantes de 2–5 y velocidades de deformación de hasta 105 s−1 (alcanzando localmente 107 s−1), con temperaturas de interfaz que a menudo superan los 1000 ℃.
A estas temperaturas, el rendimiento de la herramienta ya no está controlado por la dureza a temperatura ambiente. La falla de la herramienta está dominada por el desgaste por difusión (formación de cráter), el desgaste abrasivo del flanco, el desportillado del filo y el ablandamiento térmico rápido. Una vez que la dureza disminuye a temperaturas elevadas, la deformación plástica y el desgaste se aceleran, lo que lleva a una pérdida de estabilidad del filo de corte.
Factores clave de selección
En HSC, la selección del material está limitada principalmente por el rendimiento a alta temperatura en lugar de la dureza o resistencia convencionales. La clave es mantener la integridad del filo de corte bajo cargas térmicas y mecánicas combinadas. Para herramientas de corte estándar como fresas madre y brochas, las opciones de grado se encuentran en la Guía de selección de herramientas de corte de acero rápido.
Dureza en caliente (dureza roja)
Esta es la restricción principal. El acero debe retener la dureza y resistir el ablandamiento por revenido por encima de 600–1000 °C. Si la dureza cae bajo la temperatura de corte, el filo se deforma plásticamente y la tasa de desgaste aumenta bruscamente.
Resistencia al desgaste
La resistencia al desgaste depende de la dureza de la matriz y las características de los carburos. Los carburos finos y uniformemente distribuidos (MC, M6C) mejoran la resistencia al desgaste abrasivo y por difusión. Sin embargo, un volumen excesivo de carburos o carburos gruesos aumentan la fragilidad y promueven el desportillado del filo bajo ciclos térmicos.
Tenacidad
Los ciclos térmicos y las cargas de corte intermitentes introducen choques mecánicos repetidos. Una tenacidad insuficiente conduce a microdesportillado y falla del filo, especialmente en fresado o corte interrumpido. Aumentar la resistencia al desgaste elevando el contenido de aleación generalmente reduce la tenacidad, por lo que el equilibrio debe coincidir con la condición de corte.
Aceros para herramientas recomendados
Acero para herramientas AISI M42 | 1.3247 | SKH59
El M42 se utiliza donde la temperatura de corte es el factor limitante dominante. Su contenido de cobalto de ~8% mejora el endurecimiento secundario y retrasa el ablandamiento térmico, permitiendo una dureza de trabajo de 68–70 HRC.
Es adecuado para el mecanizado de aleaciones de titanio y superaleaciones a base de níquel donde las temperaturas de corte permanecen altas. En comparación con el M4, tiene menor tenacidad, por lo que se requieren condiciones de corte estables y montajes rígidos para evitar el desportillado.
AISI T15 (acero rápido al tungsteno-vanadio-cobalto)
T15 se selecciona cuando el desgaste abrasivo es el modo de falla principal. El alto contenido de vanadio (~5%) forma un gran volumen de carburos MC duros, mejorando significativamente la resistencia a la abrasión en comparación con grados HSS convencionales como M2.
Es adecuado para materiales de alta resistencia y alta tensión donde predomina el desgaste del filo. Sin embargo, la tenacidad reducida limita su uso en corte interrumpido.
AISI M4 (acero rápido de alto vanadio)
M4 se utiliza en condiciones donde el desgaste abrasivo es importante, pero aún se requiere cierta tenacidad. Con ~4% de vanadio, proporciona buena resistencia al desgaste mientras mantiene mejor tenacidad que T15.
La dureza típica es de 62–64 HRC. Es adecuado para el mecanizado de hierro fundido, latón y aceros endurecidos donde se requiere estabilidad del filo y resistencia al desportillado.
Aceros de metalurgia de polvos (P/M) (p. ej., ASP 60 / CPM Rex 76)
Los aceros P/M abordan la segregación de carburos en los HSS convencionales mediante la producción de una microestructura uniforme. Esto permite un mayor contenido de aleación mientras se mantiene una tenacidad utilizable.
Estos aceros alcanzan típicamente 67–69 HRC y proporcionan un rendimiento más estable bajo condiciones combinadas de alta temperatura, desgaste y choque. Son adecuados para aplicaciones HSC exigentes que requieren tanto dureza en caliente como estabilidad del filo.
Tabla resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza | Característica clave | Ventaja principal |
|---|---|---|---|
| AISI M42 | 68–70 HRC | Alto Co (~8%) | Mantiene la dureza a altas temperaturas de corte |
| AISI T15 | Hasta 67 HRC | Alto V + Co | Alta resistencia al desgaste abrasivo |
| AISI M4 | 62–64 HRC | Contenido de V equilibrado | Mejor tenacidad con buena resistencia al desgaste |
| Aceros P/M | 67–69 HRC | Microestructura uniforme | Rendimiento estable bajo condiciones combinadas |