H13 TOOL STEEL | 1.2344 | SKD61

Aobo Steel: proveedor global de confianza de acero para herramientas

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El acero para herramientas H13 es un acero para herramientas de trabajo en caliente que se endurece al aire y es uno de los más utilizados entre todos los aceros para herramientas de trabajo en caliente. Similar a Acero para herramientas D2 as a benchmark for cold work tool steels, H13 is the benchmark for hot work tool steels. Compared to H11 tool steel, this steel grade has higher thermal strength and hardness. It can be air-hardened, so it performs well in terms of temple deformation and residual stress, and has a lower likelihood of surface oxidation. Additionally, it can achieve secondary hardening, has excellent thermal stability, and can effectively resist corrosion from aluminum alloy molten metal.

Los fabricantes utilizan ampliamente este grado de acero para producir matrices y mandriles de extrusión en caliente, matrices de forja con martillo de caída y matrices de forja. También se utiliza comúnmente para insertos en máquinas de forja de precisión y matrices de fundición a presión para aluminio, cobre y sus aleaciones.

The designation in the U.S. ASTM A681 system is H13, and the name in the American AISI system is AISI H13 steel. Similarly, other national standards use comparable designations, such as ISO 40CrMoV5, Japan/JIS SKD61, USA/UNS T20813, Germany/DIN X40CrMoV5-1, Germany/W-Nr. 1.2344, and Czech Republic (CSN) 19554, BS (BH13), SS (2242), ANFOR (Z40CDV5), and UNI (X35CrMoV05KU / X40CrMoV511KU).

1. Aplicaciones

• Herramientas para trabajo en caliente:Es la opción principal para la mayoría de las operaciones de trabajo en caliente, especialmente cuando las matrices requieren enfriamiento con agua u otros medios de limpieza.
• Moldes de fundición a presiónEl material H13 es especialmente adecuado para la fundición a presión de aleaciones de zinc, aluminio y magnesio, como varillas de empuje, pasadores de expulsión, pasadores de núcleo, correderas, boquillas y bebederos. Los bloques de material H13 purificados mediante refusión por electroescoria (ESR) son adecuados para moldes de plástico que requieren un acabado superficial de alta calidad, como los moldes de lentes para automóviles, gracias a su mayor pureza y uniformidad.
• Matrices y punzones de forja en caliente
• Matrices de extrusión en caliente:Extrusión en caliente de metales ligeros como aluminio y magnesio, así como para mandriles, punzones y matrices.
• Moldes de inyección de plástico:Esta es la aplicación más común, especialmente para mecanizar cavidades.
• Cuchillas de corte:Aplicaciones de cizallamiento en caliente.
• Herramientas de soldadura por fricción y agitación (FSW)¹: FSW tools, particularly for welding aluminum plates, are often coated with TiN for enhanced performance.
• Componentes estructuralesEl acero H13 tiene una alta resistencia y puede mantener su dureza a altas temperaturas, por lo que se utiliza en componentes estructurales que están sujetos a altos esfuerzos, como trenes de aterrizaje de aeronaves, ganchos de detención y carcasas de cohetes en la industria aeroespacial.

 2. Composición del acero H13²

H13 tool steel equivalent grades’ composition

3. Propiedades del acero para herramientas H13

H13 mold steel is a hot-work tool steel widely used globally. It is characterized by high strength, high toughness, high hardenability, and resistance to thermal cracking. In particular, it can maintain its strength and hardness at high temperatures. Additionally, it has excellent comprehensive mechanical properties and high tempering stability.

3.1 Propiedades mecánicas

Las propiedades específicas dependen en gran medida de la temperatura de revenido. A continuación se presentan las propiedades mecánicas longitudinales típicas cuando air-cooled from 1025 °C (1875 °F) and tempered:

Propiedades mecánicas clave (valores típicos a temperatura ambiente, doble revenido 2 h + 2 h)

3.2 Propiedades físicas

3.3 Otras propiedades importantes:

• Resistencia al desgaste: Excelente resistencia al desgaste. Para mejorar aún más esta resistencia, se puede nitrurar, lo que aumenta su dureza superficial a más de 1000 HV (>70 HRC).
• Dureza y resistencia al impacto: Excelente resistencia al impacto y buena ductilidad.
• Resistencia a la comprobación de calor: Excelente resistencia al agrietamiento térmico, característica que está influenciada por su tenacidad al impacto sin entalla y dureza.
• Resistencia a la fatiga: Buena resistencia a la fatiga, y en este sentido este acero tiene una ventaja sobre acero de aleación 4340.
• Estabilidad dimensional: Cuando este acero se somete a un enfriamiento por aire, su volumen generalmente se expande aproximadamente 0,001 pulg./pulg. (0,001 mm/mm).
• Maquinabilidad: Si la clasificación de maquinabilidad del acero al carbono con un contenido de carbono de 1% se establece en 100, entonces el H13 tiene una clasificación de maquinabilidad de 70 cuando está recocido correctamente.

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4. Tratamiento térmico

El Tratamiento térmico del acero H13 implica varios pasos críticos para lograr las propiedades deseadas:

4.1 Forjado y enfriamiento posterior al forjado

Es fácil de forjar y normalmente se forja a temperaturas entre 1120 y 1150 °C (2050 a 2100 °F)Antes de forjar, recomendamos precalentar el acero a 790 a 815 °C (1450 a 1500 °F), calentándolo luego uniformemente a la temperatura de forja requerida.

Durante el forjado, la temperatura del material no debe descender por debajo de 925 °C (1700 °F)Si está a punto de caer por debajo de esta temperatura, debe recalentarse hasta la temperatura de forja requerida.

Este material es un acero de temple al aire que debe enfriarse lentamente para evitar el agrietamiento por tensión. Después del forjado, el material debe colocarse en un horno a 790 °C (1450 °F) y se mantiene hasta que la temperatura sea uniforme; luego se enfría lentamente.

4.2 Recocido (recocido esferoidizado)

Después del paso anterior, el material H13 debe someterse a un recocido esferoidizante, cuyo objetivo es eliminar la tensión, mejorar la tenacidad y la ductilidad y formar la microestructura requerida.

Los detalles específicos del proceso de recocido son los siguientes: calentar el acero a 871 °C (1600 °F), mantener durante 1 hora por pulgada (25,4 mm) de espesor, luego enfriar a una velocidad de 14 °C (25 °F) por hora hasta 482 °C (900 °F), seguido de enfriamiento con aire a temperatura ambiente.

4.3 Normalización (generalmente no recomendada)

Because of the risk of cracking, we generally do not recommend normalizing treatment for H13, especially when a controlled atmosphere furnace does not prevent surface decarburization. However, this normalizing treatment can still improve the uniformity of the material. This step must be performed immediately after spheroidizing annealing.
Los pasos específicos son los siguientes: precalentar a aproximadamente 790 °C (1450 °F), calentar lenta y uniformemente a 1040 a 1065 °C (1900 a 1950 °F), mantener durante 1 hora por cada 25 mm (1 pulgada) de espesor y luego enfriar al aire.

4.4 Hardening (Austenitizing and Quenching)

La temperatura de endurecimiento es de alrededor de 1030 °C (1885 °F)Otras fuentes sugieren un rango de 1010-1040 °C (1850-1900 °F), o específicamente 1025 °C (1875 °F).

El H13 es un acero de temple al aire, por lo que recomendamos realizar un tratamiento de precalentamiento. El objetivo es estabilizar la estructura cristalina, reducir la dureza, aumentar la ductilidad, mejorar la maquinabilidad, promover una estructura de grano uniforme y minimizar la distorsión y el agrietamiento. La temperatura de precalentamiento es 815 °C (1500 °F)Para un cubo de 25 mm (1"), debe precalentarse a 650 °C (1200 °F) y mantenerse así de 10 a 15 minutos antes de preparar el horno para el remojo. Para piezas delicadas, podría ser necesario un precalentamiento adicional.

Después del precalentamiento, eleve la temperatura del horno a su temperatura de austenización de 1010 °C (1850 °F). The soaking process then begins, with the soaking time calculated from the moment the material’s temperature is the same as the furnace temperature. Specific details are as follows: For parts thicker than 1“ (25mm), the soak time is typically half an hour per inch of the smallest cross-section. For smaller parts, specific soak times are provided: 1/8” (3.175mm) for 10-15 minutes, 1/4” (6.350mm) for 15 minutes, 1/2“ (12.70mm) for 20 minutes, 3/4” (19.05mm) for 25-30 minutes, and 1” (25mm) for 30 minutes.

El temple al aire puede minimizar la tensión residual y reducir el choque térmico. Si bien el temple al aire es el método más común para el H13, el temple en aceite también se utiliza en la práctica, pero aumenta las tensiones internas. La dureza después del temple es de 52-54 HRC. Durante el ciclo de temple del material, el siguiente paso de revenido debe realizarse inmediatamente a una temperatura no inferior a 66 °C/150 °F para evitar el agrietamiento.

4.5 Templado

El objetivo es reducir la fragilidad, transformar la martensita en una microestructura más estable, mejorar la tenacidad, aliviar tensiones conservando la dureza.

We recommend tempering H13 twice or even three times to achieve optimal toughness and extend tool life. The first tempering temperature is 565 °C (1050 °F), la segunda temperatura de revenido es 550°C (1025°F), con cada ciclo con una duración de 2 horas por pulgada (25 mm) de espesor.

After tempering, the hardness varies with the tempering temperature. For example, as-quenched H13 has a hardness of 52-54 HRC. Tempering at 204°C (400°F) results in 51-53 HRC, while tempering at 538°C (1000°F) yields 47-48 HRC, and at 621°C (1150°F), it can be 36-38 HRC. Typical tempering temperatures range from 540-620°C (1000-1150°F), producing a stable microstructure that makes the material most suitable for high-temperature applications.

It is essential to Evite templar el H13 a alrededor de 500 °C (930 °F), as this temperature yields the lowest toughness.

5. Soldadura

El acero H13 es fácilmente soldable, especialmente para aplicaciones de reparación en moldes, herramientas y matrices. La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW o TIG) es el proceso de soldadura más adecuado para moldes, herramientas y matrices H13, y también puede realizarse mediante un proceso con gas inerte o electrodos revestidos. Al soldar, se deben utilizar el voltaje y la corriente de arco mínimos recomendados, y el electrodo debe moverse lentamente en línea recta para minimizar la aportación de calor. Limpie la escoria con frecuencia y martille las soldaduras mientras aún estén calientes (por encima de 370 °C o 700 °F); nunca martille una soldadura en frío.

1. Preheating. Preheating is essential before welding H13 steel, as cold welding can easily cause cracking. The preheating temperature should be between 110°C (230°F) and 375°C (707°F).
2. Filler Wire. H13 filler wire is the preferred choice. If H13 filler wire is not available on site, a general-purpose medium-hardness tool steel filler wire designed specifically for thermal and cold working tools can be used.
3. Shielding Gas. Argon is the standard welding gas for TIG welding H13, and it protects the weld seam from contamination. Hydrogen can be used as a backing shielding gas for the underside of the weld when an explosion risk is not present.
4. Post-Welding Treatment for H13 Tool Steel. After welding, H13 welded parts (especially thick-walled welded parts) should be cooled slowly, either in a furnace at the preheating temperature or using an insulating medium (such as furnace slag, lime, mica, or diatomaceous earth). After slow cooling, the weld should undergo complete spheroidizing annealing.

6. Ventajas y desventajas del acero H13

6.1 Ventajas

• Excelente tenacidad y resistencia al impacto.
• Alta resistencia al desgaste. H13’s relatively high vanadium content makes it very resistant to abrasion. This is because vanadium promotes the formation of very hard, stable carbides (like V8C7, MC type), which significantly increase wear resistance. Nitriding treatment can further improve the wear resistance of H13.
• Excelente dureza en caliente, resistencia al revenido y estabilidad térmica.
• Alta templabilidad y estabilidad dimensional
• Buena resistencia a la corrosión por calor (fatiga térmica)
• Soldabilidad y maquinabilidad. El H13 es fácilmente soldable y, después de un tratamiento de recocido adecuado, tiene buena maquinabilidad.

6.2 Desventajas

• Alto costoEl acero para herramientas H13 generalmente se ve limitado por su alto costo. El alto contenido de elementos de aleación contribuye a este costo. Por supuesto, esto es solo una desventaja relativa. Nuestros clientes en China tienen una demanda muy alta de acero H13, que supera las 2000 toneladas mensuales, principalmente para perfiles de aluminio.
• Dificultades de fabricación y procesamiento. The heat treatment process for H13 during production may be relatively complex, which is mainly a challenge for manufacturers. Additionally, its machinability is more difficult compared to low-alloy materials. As mentioned earlier in the article, the good machinability of H13 is one of its advantages, so both advantages and disadvantages are relative.
• Problemas de tenacidad y fragilidad. Es bastante sensible a la fragilización por temple, donde la precipitación de carburos a lo largo de los límites de grano de austenita previa puede reducir significativamente la tenacidad al crear caminos para la propagación de grietas, especialmente para materiales de sección grande.
• Susceptibilidad al agrietamiento y distorsión. Los procesos de temple inadecuados, un tiempo de revenido insuficiente o temperaturas de revenido bajas pueden aumentar el riesgo de agrietamiento y deformación.
• Rendimiento limitado a altas temperaturas. Aunque el H13 es un acero para trabajo en caliente, su resistencia disminuye a temperaturas superiores a 650 °C.

7. Comparar con otros aceros

7.1 Comparado con el acero para herramientas D2

El acero H13 se utiliza en condiciones de alta temperatura, donde presenta una excelente resistencia al ablandamiento, la fatiga térmica y el impacto. Sin embargo, en comparación con el acero trabajado en frío, presenta una menor resistencia al desgaste. El acero D2, por otro lado, se desempeña excepcionalmente bien en aplicaciones de trabajo en frío, ofreciendo alta resistencia al desgaste y excelente estabilidad dimensional. Sin embargo, en comparación con el H13, el D2 presenta menor tenacidad y un rendimiento inferior en condiciones de alta temperatura.

A continuación se presenta una comparación lado a lado que resalta sus diferencias y similitudes clave:

7.2 Compared to M2 tool steel

Acero para herramientas M2 is primarily used for high-speed cutting, boasting excellent wear resistance and thermal hardness.

8. Suministro de formas y dimensiones

El acero para herramientas H13 que suministramos está disponible en tres formas: barra plana, bloque y barra redondaLas dimensiones de la barra plana varían entre: Ancho: 20–600 mm × Grosor: 20–400 mm × Longitud: 1000–5500 mm. Las dimensiones de la barra redonda varían entre un diámetro de 20–400 mm y una longitud de 1000–5500 mm. Las dimensiones del bloque se obtienen cortando la barra plana.

Para tamaños más pequeños, como barras redondas con un diámetro inferior a 70 mm, utilizamos el proceso de laminado en caliente. Para tamaños superiores a 70 mm, ofrecemos productos forjados.

También ofrecemos el proceso ESR (Refusión por Electroescoria), diseñado a medida para satisfacer las necesidades del cliente. La ventaja es una mejor microestructura interna, pero su coste es mayor. Contáctenos para conocer sus requisitos específicos.

Pruebas UT: septiembre de 1921-84 D/d, E/e. 

Tratamiento de superficie: acabados superficiales originales negros, pelados, mecanizados/torneados, pulidos, rectificados o fresados.

Estado del inventario: No disponemos de acero para herramientas H13. Organizamos la producción según los pedidos de los clientes.

Plazo de entrega: Los materiales para hornos de arco eléctrico (EAF) tardan entre 30 y 45 días. Los materiales ESR tardan aproximadamente 60 días. 

Muchos de nuestros clientes optan por procesos sin ESR por razones de rentabilidad. Por favor, converse directamente con nosotros sobre sus necesidades específicas.

1. Totten, G. E., & MacKenzie, D. S. (Eds.). (2003). Manual del aluminio: Volumen 2: Producción de aleaciones y fabricación de materiales (p. 581). ↩︎
2. Bringas, J. E. (Ed.). (2002). Manual de normas comparativas mundiales del acero (2nd ed., p. 434). ASTM International. ↩︎

Preguntas frecuentes