Selección de aceros para herramientas en moldes de fundición a alta presión.
La fundición a presión de alta velocidad (HPDC, por sus siglas en inglés) es un proceso rápido en el que se inyecta metal fundido en un molde de acero a presiones de 6,9 a 206,8 MPa (1000 a 30 000 psi). La cavidad se llena y solidifica en segundos, lo que expone la superficie del molde a cargas térmicas y mecánicas repetidas.
Durante cada ciclo, la superficie del molde se calienta rápidamente al entrar en contacto con la aleación fundida, seguido de un enfriamiento durante la eyección de la pieza. Esto genera tensiones cíclicas de compresión y tracción. Al mismo tiempo, el flujo de metal a alta velocidad provoca erosión superficial, mientras que la interacción química entre la aleación fundida y el molde puede dar lugar a la soldadura.
En la práctica, la vida útil del chip está determinada por el mecanismo de fallo que predomina en las condiciones reales de funcionamiento: fatiga térmica, erosión o soldadura.
Factores de selección
La selección del acero para herramientas en el proceso HPDC comienza con la identificación del modo de fallo predominante, para luego elegir el material adecuado que lo resista.
La fatiga térmica (agrietamiento por calor) es la causa más común de falla. El calentamiento y enfriamiento repetidos generan grietas superficiales que se propagan bajo tensión mecánica, lo que finalmente provoca descamación o fractura.
Para retrasar este proceso, el acero debe conservar su resistencia a temperaturas elevadas, lo que significa que debe resistir el ablandamiento por revenido durante el calentamiento cíclico. Al mismo tiempo, se requiere una tenacidad suficiente para frenar la propagación de grietas una vez que estas se inician.
En la práctica, estos requisitos entran en conflicto. Una mayor dureza mejora la resistencia a la erosión y la deformación, pero acelera la propagación de grietas. Una mayor tenacidad mejora la resistencia a las grietas, pero reduce la resistencia en caliente y la resistencia al desgaste.
En la producción, este equilibrio se controla principalmente seleccionando la dureza dentro de un rango manejable, en lugar de maximizar una sola propiedad.
Aceros para herramientas recomendados
Proveedor de acero para herramientas H13 | 1.2344 | SKD61
El H13 es la opción estándar para HPDC de aluminio y magnesio, donde no predomina ningún modo de fallo en particular.
Su sistema de aleación proporciona una resistencia estable al reblandecimiento por temple, lo que le permite mantener su resistencia bajo ciclos térmicos repetidos. Al mismo tiempo, su tenacidad es suficiente para controlar la propagación de grietas, lo cual es fundamental para gestionar el agrietamiento térmico.
Normalmente se utiliza con una dureza de entre 42 y 52 HRC, un rango ampliamente adoptado porque proporciona una resistencia constante tanto a la fatiga térmica como a la deformación plástica bajo carga.
Acero para herramientas AISI H11 | 1.2343 | SKD6
Se prefiere H11 cuando el riesgo de agrietamiento supera el riesgo de desgaste.
En comparación con el H13, ofrece mayor tenacidad y mejor resistencia al choque térmico, lo que lo hace más adecuado para matrices grandes o geometrías complejas donde las concentraciones de tensión aumentan el riesgo de inicio de grietas.
Se suele utilizar con una dureza de 42 a 50 HRC. Su dureza ligeramente inferior mejora la resistencia a la propagación de grietas, lo que puede prolongar la vida útil en zonas de alta tensión.
Acero para herramientas AISI H21 | 1.2581 | SKD5
El H21 se utiliza cuando la temperatura de funcionamiento es el principal factor limitante.
Su alto contenido de tungsteno le permite mantener su resistencia a temperaturas en las que las fases H11 y H13 comienzan a ablandarse. Esto la hace idónea para la fundición a presión de latón y cobre, donde la carga térmica es significativamente mayor.
La desventaja es una menor tenacidad y una mayor sensibilidad al choque térmico. Generalmente se utiliza con una dureza de 38 a 42 HRC para reducir el riesgo de fractura frágil, y una refrigeración inadecuada puede aumentar significativamente el agrietamiento.
Acero para herramientas AISI P20 | 1.2311 | 3Cr2Mo
El P20 solo debe considerarse para la fundición a presión de zinc, donde la carga térmica es relativamente baja.
Al ser un acero pretemplado (28–37 HRC), permite el mecanizado directo a las dimensiones finales sin tratamiento térmico adicional, lo que reduce el riesgo de deformación y el tiempo de producción.
Sin embargo, carece de la resistencia a altas temperaturas necesaria para el HPDC de aluminio o magnesio y no es adecuado para esas condiciones.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Ventaja principal para HPDC |
| AISI H13 | 42–52 HRC | Resistencia equilibrada a la fatiga térmica, el ablandamiento y la deformación. |
| AISI H11 | 42–50 HRC | Mayor tenacidad; mejor resistencia a la propagación de grietas. |
| AISI H21 | 38–42 HRC | Mantiene su resistencia a temperaturas elevadas en aplicaciones de alta temperatura. |
| AISI P20 | 28–37 HRC | Pretemplado; apto para fundición a presión de zinc a baja temperatura. |