Selección de acero para herramientas para extrusión de cobre y latón
En la extrusión de cobre y latón, un lingote calentado se fuerza a través de una matriz a alta presión para formar perfiles continuos. Las temperaturas típicas del proceso oscilan entre 650 y 1100 °C, con presiones unitarias que superan los 690 MPa y alcanzan hasta 1035 MPa en operaciones de alta exigencia.
En estas condiciones, el fallo de las herramientas se debe principalmente a tres mecanismos:
Deformación plástica a temperaturas elevadas, desgaste superficial por flujo de metal y fatiga térmica causada por ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. Estos mecanismos determinan directamente la vida útil y la estabilidad dimensional de la herramienta y, por lo tanto, definen los requisitos para la selección del acero para herramientas.
Factores de selección
La selección del acero para herramientas debe tener en cuenta los modos de fallo predominantes en la extrusión de cobre y latón, en lugar de las propiedades generales del material.
Dureza en caliente y resistencia al revenido
A la temperatura de extrusión, una resistencia insuficiente en caliente provoca la deformación plástica de los cojinetes de la matriz y la pérdida de precisión dimensional. El acero debe conservar su dureza y resistencia a la compresión bajo una exposición térmica prolongada.
Resistencia al desgaste y a la erosión
El flujo continuo de metal provoca pérdida de material superficial, especialmente en zonas de alta velocidad. Los aceros para herramientas deben contener carburos estables para resistir la abrasión y evitar la rápida degradación del perfil.
Resistencia al impacto
Las fluctuaciones de carga durante la entrada del lingote y el flujo inestable pueden generar tensiones localizadas. Una tenacidad insuficiente provoca agrietamiento o fallos en los bordes, especialmente en zonas de alta tensión.
Resistencia a la fatiga térmica (prueba de calor)
Los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento generan grietas superficiales que se propagan con el tiempo. La resistencia a la fatiga térmica es fundamental para mantener la integridad de la superficie del chip y su vida útil.
Aceros para herramientas recomendados
En función del equilibrio entre la resistencia al calor, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga térmica, se utilizan los siguientes grados para diferentes funciones de las herramientas:
Acero para herramientas AISI H10 | 1.2365 | SKD7
El acero H10 se selecciona cuando la fatiga térmica es el principal modo de fallo, en lugar del desgaste. Ofrece mayor resistencia al agrietamiento por calor que los aceros a base de tungsteno, lo que lo hace adecuado para mandriles y bloques de prueba en la extrusión de latón, donde los ciclos de temperatura son frecuentes. Su dureza típica es de 42 a 48 HRC.
Acero para herramientas AISI H21 | 1.2581 | SKD5
El acero H21 se selecciona cuando la resistencia al ablandamiento térmico es el requisito principal. Mantiene su resistencia bajo altas temperaturas y cargas de compresión sostenidas, lo que lo hace adecuado para matrices de extrusión y bloques de prueba. Su dureza de trabajo típica es de 42 a 48 HRC para reducir el riesgo de agrietamiento bajo carga.
AISI H12
El acero H12 se selecciona para componentes sometidos a altas cargas mecánicas pero con baja exposición térmica. Su mayor tenacidad reduce el riesgo de agrietamiento bajo presión, lo que lo hace adecuado para componentes de soporte como revestimientos, pistones y travesaños. Su dureza típica es de 40 a 46 HRC.
AISI H19
El acero H19 se utiliza en las condiciones más extremas, donde se requiere soportar altas temperaturas y presiones sin que se produzca reblandecimiento. La adición de cobalto mejora la resistencia al reblandecimiento térmico, lo que permite mantener la estabilidad dimensional. Se emplea habitualmente para insertos y núcleos de matrices con una dureza de 45 a 52 HRC.
AISI H26
El H26 se utiliza en condiciones más severas, donde las altas temperaturas y el flujo más intenso del metal aceleran el desgaste. En comparación con el H21, ofrece mayor resistencia al desgaste y la erosión a altas temperaturas, pero menor tenacidad. Se aplica típicamente en matrices de alta carga que operan a 45-50 HRC.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Base de aleación | Dureza de trabajo | Ventaja primaria | Aplicación típica |
| AISI H21 | Tungsteno | 42–48 HRC | Resistencia al ablandamiento térmico bajo carga | Troqueles de extrusión, bloques ficticios |
| AISI H26 | Tungsteno | 45–50 HRC | Resistencia al desgaste y a la erosión a altas temperaturas | Matrices de carga pesada |
| AISI H10 | Cromo | 42–48 HRC | Resistencia a la fatiga térmica (agrietamiento por calor) | Mandriles, bloques de prueba |
| AISI H19 | Cr-W-Co | 45–52 HRC | Estabilidad bajo condiciones combinadas de alta temperatura y presión. | Insertos de troquel, núcleos |
| AISI H12 | Cromo | 40–46 HRC | Alta tenacidad bajo carga de compresión | Revestimientos, arietes, refuerzos |