Selección de acero para herramientas para matrices de forja en caliente
El forjado en caliente moldea el metal mediante impactos repetidos o presión continua, lo que somete a las matrices a altas tensiones de contacto, ciclos térmicos rápidos y un desgaste superficial severo. Las presiones de contacto suelen superar los 1000 N/mm² (145 ksi), lo que expone la superficie de la matriz a un riesgo constante de deformación plástica.
La superficie del chip puede alcanzar temperaturas de entre 650 y 700 °C durante su funcionamiento, mientras que los ciclos rápidos de calentamiento y enfriamiento generan fuertes gradientes térmicos. Estos cambios cíclicos de temperatura inducen tensiones térmicas que favorecen la iniciación y propagación de grietas.
Al mismo tiempo, el flujo de material a alta velocidad, de hasta 50 m/s, produce un desgaste abrasivo y adhesivo continuo en la superficie de la matriz.
Las fallas se producen principalmente a través de tres mecanismos: desgaste abrasivo, deformación plástica y agrietamiento por fatiga térmica. Por lo tanto, la selección del acero para herramientas debe basarse en qué modo de falla predomina en las condiciones reales de servicio.
Factores clave de selección
La resistencia al desgaste y la tenacidad definen la principal disyuntiva. Una mayor dureza y un mayor contenido de carburo mejoran la resistencia al desgaste abrasivo, pero reducen la resistencia al impacto. En los troqueles de forja, una tenacidad insuficiente provoca el agrietamiento de los bordes o la fractura bajo cargas repetidas. Por lo tanto, la dureza práctica debe ajustarse cerca del límite superior que aún mantenga una tenacidad suficiente.
La dureza en caliente determina la resistencia a la deformación plástica a temperaturas elevadas. A medida que aumenta la temperatura, el límite elástico disminuye rápidamente. Si la resistencia en caliente es insuficiente, la superficie del molde se deforma, lo que provoca una pérdida dimensional y una falla prematura.
La resistencia a la fatiga térmica controla la velocidad de aparición de las grietas por calor. Los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento generan grietas superficiales. Los aceros con mayor conductividad térmica, combinados con una resistencia y ductilidad adecuadas a altas temperaturas, ralentizan la aparición y propagación de grietas.
La selección debe basarse en la condición de servicio predominante: las aplicaciones donde predominan los impactos requieren mayor tenacidad, mientras que los tiempos de contacto prolongados y las temperaturas elevadas requieren mayor resistencia al calor y al desgaste.
Aceros para herramientas recomendados
Acero para herramientas AISI H11 | 1.2343 | SKD6
El acero H11 se utiliza cuando la carga de impacto es la principal causa de fallo. Su elevada tenacidad y resistencia al choque térmico lo hacen idóneo para el forjado con martillo, donde el tiempo de contacto es breve pero el impacto es severo.
La dureza de trabajo suele ser de 38 a 54 HRC. El material tolera una refrigeración por agua limitada sin agrietarse inmediatamente, lo que ayuda a controlar la temperatura del molde en operaciones de alto ciclo.
Proveedor de acero para herramientas H13 | 1.2344 | SKD61
El acero H13 se utiliza cuando se requiere resistencia al desgaste y tenacidad. Su contenido de vanadio mejora la resistencia al desgaste abrasivo, manteniendo al mismo tiempo una tenacidad suficiente para la mayoría de las condiciones de forjado.
La dureza de trabajo se ajusta normalmente en función de las condiciones de servicio. Se utilizan rangos inferiores de 40 a 44 HRC para una mayor resistencia al impacto, mientras que se utilizan rangos de 44 a 50 HRC cuando la resistencia al desgaste se vuelve más crítica.
Acero para herramientas AISI H21 | 1.2581 | SKD5
El material H21 se ha seleccionado para aplicaciones de alta temperatura donde la resistencia al ablandamiento es el requisito principal. Conserva su dureza hasta aproximadamente 620 °C, lo que lo hace adecuado para condiciones de calor intenso y prolongado.
Su dureza de trabajo suele ser de 43 a 52 HRC. Sin embargo, su menor tenacidad lo hace sensible al choque térmico. Debe evitarse la refrigeración por agua, ya que los cambios bruscos de temperatura pueden provocar agrietamiento inmediato.
AISI H12 (Base Cromo-Tungsteno)
El H12 ofrece mayor resistencia en caliente que el H11 gracias a la adición de tungsteno. Es más adecuado para el forjado por prensa, donde los troqueles operan a temperaturas más altas y con tiempos de contacto más prolongados.
La dureza de trabajo suele ser de 38 a 55 HRC. En comparación con el H11, ofrece una mayor resistencia al ablandamiento y al desgaste, pero con una menor tenacidad.
Aceros patentados de baja aleación (por ejemplo, 6F2 / 6F3)
Los aceros Ni-Cr-Mo se utilizan para grandes bloques y soportes de matrices donde se requiere resistencia estructural en lugar de resistencia al desgaste superficial.
Con niveles de dureza de 341–375 HB, estos aceros ofrecen una alta resistencia a la deformación y al impacto. Son adecuados para aplicaciones con temperaturas superficiales moderadas y herramientas de gran tamaño, donde el costo y la fiabilidad estructural son factores críticos.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Ventaja primaria | Método de refrigeración |
| AISI H11 | 38–54 HRC | Alta tenacidad para forjado con predominio de impactos. | Refrigeración por agua aceptable |
| AISI H12 | 38–55 HRC | Mayor resistencia en caliente para forjado por prensado | Aire o agua limitada |
| AISI H13 | 40–50 HRC | Resistencia al desgaste y tenacidad equilibradas | Aire o agua controlada |
| AISI H21 | 43–52 HRC | Máxima dureza en caliente a alta temperatura | Sin refrigeración por agua |
| 6F2 / 6F3 | 341–375 HB | Alta resistencia estructural para matrices de gran tamaño. | Aire o aceite |