Aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica para pruebas de agrietamiento por calor y fisuración en caliente.
La fatiga térmica se produce cuando la superficie de una herramienta se calienta y enfría repetidamente durante su uso. La superficie se expande, se contrae y, finalmente, desarrolla pequeñas grietas. En las herramientas para trabajo en caliente, este fallo se conoce generalmente como agrietamiento por calor, fisuración por fuego o agrietamiento en caliente.
Aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica disponibles en Aobo Steel.
Aobo Steel suministra aceros para herramientas de trabajo en caliente de la serie H y aceros de soporte resistentes para trabajo en caliente, destinados a matrices de fundición a presión, matrices de extrusión en caliente, matrices de forja en caliente, mandriles, punzones calientes y herramientas de gran tamaño para trabajo en caliente.
H13 | 1.2344 | SKD61
Acero para trabajo en caliente equilibrado para resistencia al agrietamiento por calor, resistencia en caliente, tenacidad y resistencia al desgaste.
H11 | 1.2343 | SKD6
Acero para trabajo en caliente con mayor tenacidad y resistencia al agrietamiento para insertos, punzones calientes y herramientas con mayor riesgo de agrietamiento.
H10 | 1.2365 | SKD7
Acero para trabajo en caliente, diseñado para herramientas que requieren una transferencia de calor más rápida y gradientes de temperatura superficial reducidos.
H21 | 1.2581 | SKD5
Acero de tungsteno para trabajo en caliente, destinado a aplicaciones a altas temperaturas donde el reblandecimiento en caliente es más grave que el choque térmico.
L6 | 1.2714 | SKT4
Opción orientada a la resistencia para matrices de forja grandes, portamatrices y herramientas de soporte para trabajos pesados en caliente.
Para la mayoría de las herramientas de trabajo en caliente, H13 y H11 son las opciones principales. H10 es útil cuando la transferencia de calor rápida es importante. H21 es adecuado para aplicaciones a temperaturas más elevadas, donde el reblandecimiento por calor es más grave que el choque térmico.
¿Qué es la fatiga térmica en el acero para herramientas?
La fatiga térmica es un agrietamiento superficial causado por esfuerzos térmicos repetidos. La superficie de la herramienta se calienta más rápido que el núcleo al entrar en contacto con metal fundido o una pieza de trabajo caliente. Durante el enfriamiento, la superficie se contrae más rápido que la sección interna. Este ciclo de esfuerzos repetidos genera microfisuras en la superficie de trabajo.
El primer signo visible suele ser una red de finas grietas superficiales. Si el acero no logra frenar el crecimiento de las grietas, estas se profundizan y pueden provocar astillamiento de los bordes, descamación de la superficie o grietas de mayor tamaño.
Aceros para herramientas recomendados resistentes a la fatiga térmica
Los aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica son principalmente aceros para herramientas de trabajo en caliente. La mejor opción depende de si la herramienta requiere un rendimiento equilibrado, mayor tenacidad, una transferencia de calor más rápida o una mayor resistencia al reblandecimiento en caliente.
| Grado | Calificaciones equivalentes | Motivo principal de selección | Instrucciones de uso típicas |
|---|---|---|---|
| H13 | 1.2344 / SKD61 / 4Cr5MoSiV1 | Resistencia equilibrada al agrietamiento por calor, resistencia en caliente, tenacidad y desgaste. | Matrices de fundición de aluminio, matrices de extrusión en caliente, matrices de forja en caliente |
| H11 | 1.2343 / SKD6 / 4Cr5MoSiV | Mayor tenacidad y resistencia al agrietamiento que el H13. | Insertos de matriz, punzones calientes, herramientas con mayor riesgo de agrietamiento |
| H10 | 1.2365 / SKD7 | Mayor conductividad térmica que el H13, útil para reducir los gradientes de temperatura superficial. | Herramientas de extrusión en caliente, matrices de endurecimiento por prensado, mandriles |
| H21 | 1.2581 / SKD5 | Mayor retención de la resistencia a temperaturas de trabajo más elevadas. | Matrices de extrusión de latón, herramientas de aleación de cobre, herramientas para trabajo en caliente a alta temperatura. |
| 1.2714 | L6 / SKT4 | Opción orientada a la resistencia para herramientas de trabajo en caliente de gran tamaño. | Grandes matrices de forja, portamatrices, herramientas de soporte para trabajos pesados en caliente. |
H13 es el punto de partida estándar para muchas aplicaciones de fatiga térmica. H11 es mejor cuando la resistencia al agrietamiento es más importante que la resistencia al desgaste. H10 es útil cuando la herramienta necesita una transferencia de calor más rápida. H21 es más adecuado para trabajos a altas temperaturas, pero no es la mejor opción para un enfriamiento rápido y severo.
¿Por qué estos aceros para herramientas resisten la fatiga térmica?
La resistencia a la fatiga térmica se debe a la acción conjunta de varias propiedades del material.
La resistencia en caliente ayuda a que la superficie resista la deformación plástica durante el calentamiento. La resistencia al revenido ayuda al acero a mantener su dureza y resistencia durante el servicio a altas temperaturas. La tenacidad ralentiza la propagación de grietas una vez que comienzan a aparecer fisuras por calor. La conductividad térmica reduce la diferencia de temperatura entre la superficie caliente y el núcleo más frío.
Los principales elementos de aleación también contribuyen a estas propiedades. El cromo mejora la resistencia a la oxidación y la estabilidad de los carburos. El molibdeno y el tungsteno mejoran la dureza en caliente y la resistencia al ablandamiento. El vanadio forma carburos estables, que ayudan a mantener una estructura más fina.
El H10 contiene aproximadamente un 31 % de cromo TP3T, mientras que el H13 contiene aproximadamente un 51 %. Esto le confiere al H10 una mayor conductividad térmica, de unos 32 W/mK, en comparación con los aproximadamente 26 W/mK del H13. En herramientas donde la temperatura de la superficie cambia rápidamente, esto puede ayudar a reducir el agrietamiento por calor.
El acero H21 funciona desde una perspectiva diferente. Su contenido de tungsteno ayuda a que el acero conserve su resistencia hasta aproximadamente 620 °C (1150 °F). Esto lo hace útil para latón, aleaciones de cobre y otras herramientas de trabajo en caliente a altas temperaturas, siempre que la herramienta no se exponga a un enfriamiento rápido e intenso.
Aplicaciones comunes de los aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica
Los aceros resistentes a la fatiga térmica se utilizan en herramientas para trabajos en caliente, donde la superficie de trabajo entra en contacto repetidamente con material caliente y luego se enfría.
| Aplicación | Principal riesgo de fatiga térmica | Elección de grado común |
|---|---|---|
| matrices de fundición de aluminio | Agrietamiento por calor debido al contacto con aluminio fundido y a los ciclos repetidos de enfriamiento. | H13, H11 |
| Moldes de fundición a presión de magnesio y zinc | Agrietamiento superficial bajo ciclos térmicos repetidos | H13, H11 |
| Herramientas de aleación de latón y cobre | Mayor temperatura de trabajo y riesgo de reblandecimiento por calor. | H21, H10 |
| Matrices de extrusión en caliente | Contacto prolongado a alta temperatura, presión y agrietamiento superficial. | H13, H11, H10 |
| Matrices de forja en caliente | Ciclos térmicos combinados con presión e impacto | H13, H11, 1.2714 |
| Punzones calientes y mandriles | Calentamiento local y estrés por contacto repetido | H10, H13, H21 |
| matrices de endurecimiento por prensado | Transferencia de calor rápida y ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. | H10, H13 |
Cómo elegir el acero para herramientas adecuado para la resistencia a la fatiga térmica.
Seleccione el grado según el patrón de falla visible y la temperatura de trabajo.
| Condición de falla | Mejor dirección de grado |
|---|---|
| Comprobación general de la temperatura en herramientas de trabajo en caliente | H13 |
| Comprobación por calor más mayor riesgo de agrietamiento | H11 |
| Choque térmico severo y propagación de grietas | H11 |
| Calentamiento y enfriamiento rápidos, con necesidad de una mejor transferencia de calor. | H10 |
| Herramientas de aleación de latón o cobre de alta temperatura | H21 |
| Herramientas de trabajo grandes y calientes con gran impacto | H11 o 1,2714 |
| fatiga térmica combinada con desgaste por calor | H13 o H21, dependiendo de la temperatura de trabajo. |
| Fatiga térmica combinada con reblandecimiento por calor | H13, H10 o H21 |
En resumen, utilice H13 para un equilibrio general, H11 para una mayor resistencia al agrietamiento, H10 para una transferencia de calor más rápida y H21 para servicio a temperaturas elevadas sin choque térmico severo. El acero 1.2714 es una opción complementaria para herramientas de trabajo en caliente de gran tamaño donde la tenacidad es más importante que el rendimiento máximo en trabajo en caliente.
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