Selección de aceros para herramientas en moldes de fundición a baja presión
La fundición a baja presión (LPDC) es un proceso de llenado inferior controlado en el que el metal fundido se introduce en la cavidad del molde mediante presión de gas. El comportamiento de llenado estable reduce la turbulencia y la porosidad, pero no disminuye la carga térmica y química sobre el molde.
Los troqueles LPDC funcionan bajo ciclos de calentamiento y enfriamiento. El contacto con aluminio o magnesio fundido eleva rápidamente la temperatura de la superficie, seguido de un enfriamiento durante la solidificación y la eyección de la pieza. Este ciclo repetido provoca fatiga térmica (fisuración por calor). Al mismo tiempo, el flujo continuo de metal causa erosión superficial e interacción química, como la soldadura, especialmente en aleaciones de aluminio.
Factores de selección
La selección se centra en la resistencia a la fatiga térmica, la propagación de grietas, el ablandamiento y la transferencia de calor en condiciones cíclicas.
Resistencia a la fatiga térmica (prueba de calor)
La fatiga térmica es el principal modo de fallo en los troqueles LPDC. Se produce por cambios repetidos de temperatura, más que por la temperatura máxima únicamente. El acero debe resistir la iniciación de grietas y ralentizar su propagación bajo tensión cíclica. Esto requiere una resistencia y tenacidad estables a la temperatura de funcionamiento.
Equilibrio entre dureza y resistencia al desgaste
El aumento de la dureza mejora la resistencia a la erosión y al flujo del metal, pero reduce la resistencia a la fractura. En las matrices LPDC, la falla suele producirse por agrietamiento en lugar de desgaste uniforme. Las matrices con esquinas afiladas, secciones delgadas o concentración de tensiones requieren mayor tenacidad. Las geometrías más simples y las grandes superficies de contacto pueden priorizar la resistencia al desgaste.
Dureza en caliente (resistencia al revenido)
La exposición térmica repetida puede reducir la dureza del acero que carece de resistencia al revenido. La pérdida de dureza conlleva deformación plástica, inestabilidad dimensional y un deterioro superficial acelerado. El material debe mantener su dureza bajo calentamiento cíclico.
Conductividad térmica
La conductividad térmica afecta a los gradientes de temperatura internos. Una mayor conductividad reduce la tensión térmica y ralentiza la formación de grietas por sobrecalentamiento, especialmente en chips refrigerados por agua.
Aceros para herramientas recomendados
Proveedor de acero para herramientas H13 | 1.2344 | SKD61
El material H13 es el estándar para matrices LPDC debido a su resistencia equilibrada a la fisuración térmica, el ablandamiento y el agrietamiento. Mantiene la estabilidad mecánica bajo ciclos térmicos repetidos y proporciona la tenacidad suficiente para limitar la propagación de grietas. Generalmente se utiliza una dureza de trabajo de 44 a 48 HRC para lograr un equilibrio entre durabilidad y resistencia al agrietamiento.
Acero para herramientas AISI H11 | 1.2343 | SKD6
El H11 ofrece mayor tenacidad que el H13, lo que lo hace más adecuado para matrices propensas a agrietarse. Se prefiere para matrices grandes, geometrías complejas o áreas con concentración de tensiones. Su menor contenido de vanadio mejora la resistencia a la fractura, manteniendo un rendimiento adecuado frente a la fatiga térmica. La dureza de trabajo típica es de 44 a 47 HRC.
Acero para herramientas AISI H10 | 1.2365 | SKD7
El H10 se utiliza cuando el estrés térmico es el factor limitante. Su mayor conductividad térmica reduce los gradientes de temperatura internos y el riesgo de fatiga térmica. Es adecuado para matrices con refrigeración intensa o en condiciones de alta carga térmica. En comparación con el H13, sacrifica algo de resistencia al desgaste a cambio de una mejor disipación del calor.
Acero para herramientas AISI P20 | 1.2311 | 3Cr2Mo
Para aleaciones de baja temperatura como el zinc, el P20 es una opción rentable. Se suministra pretemplado (~300 HB), lo que permite su mecanizado directo y su uso sin tratamiento térmico. Es adecuado para cargas térmicas bajas y ciclos de producción limitados, pero no para LPDC de aluminio o magnesio con alta tensión térmica.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Ventaja principal para LPDC |
| H13 | 44–48 HRC | Resistencia equilibrada al agrietamiento, reblandecimiento y fisuración por calor. |
| H11 | 44–47 HRC | Mayor tenacidad para matrices sensibles a las grietas. |
| H10 | 38–46 HRC | Una mayor conductividad térmica reduce el estrés térmico. |
| P20 | ~300 HB | Rentable para aplicaciones de baja carga térmica. |