Aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica para el agrietamiento por calor y el agrietamiento en caliente
La fatiga térmica ocurre cuando la superficie de una herramienta se calienta y enfría repetidamente en servicio. La superficie se expande, se contrae y finalmente desarrolla fisuras finas. En las herramientas de trabajo en caliente, esta falla suele denominarse agrietamiento por calor, agrietamiento 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 grados de soporte para trabajo en caliente tenaces para matrices de fundición a presión, matrices de extrusión en caliente, matrices de forja en caliente, mandriles, punzones en caliente y herramientas grandes 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 en caliente y herramientas con mayor riesgo de agrietamiento.
H10 | 1.2365 | SKD7
Dirección de acero para trabajo en caliente para herramientas que necesitan una transferencia de calor más rápida y gradientes de temperatura superficial reducidos.
H21 | 1.2581 | SKD5
Acero para trabajo en caliente al tungsteno para servicio a mayor temperatura donde el ablandamiento en caliente es más grave que el choque térmico.
L6 | 1.2714 | SKT4
Opción orientada a la tenacidad para matrices de forja grandes, porta-matrices y herramientas de soporte pesadas para trabajo 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 servicio a mayor temperatura donde el ablandamiento en caliente es más grave que el choque térmico.
¿Qué es la fatiga térmica en el acero para herramientas?
La fatiga térmica es el agrietamiento superficial causado por tensión térmica repetida. El agrietamiento térmico es un modo de daño repetido con su propia firma en cada escala de examen, y la forma en que se separa del desgaste y la sobrecarga se establece en el gráfico de identificación de modos de daño. La superficie de la herramienta se calienta más rápido que el núcleo cuando entra en contacto con metal fundido o una pieza de trabajo caliente. Durante el enfriamiento, la superficie se contrae más rápido que la sección interior. Este ciclo de tensión repetido crea fisuras finas en la superficie de trabajo.
La primera señal visible suele ser una red de fisuras superficiales finas. Si el acero no puede frenar el crecimiento de las fisuras, estas se profundizan y pueden causar desportillamiento de bordes, desprendimiento superficial o fisuras más grandes.
Aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica recomendados
Los aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica son principalmente aceros para herramientas de trabajo en caliente. La mejor elección depende de si la herramienta necesita rendimiento equilibrado, mayor tenacidad, transferencia de calor más rápida o mayor resistencia al ablandamiento 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 a presión de aluminio, matrices de extrusión en caliente, matrices de forja en caliente |
| H11 | 1.2343 / SKD6 / 4Cr5MoSiV | Mejor tenacidad y resistencia al agrietamiento que H13 | Insertos de matriz, punzones en caliente, herramientas con mayor riesgo de agrietamiento |
| H10 | 1.2365 / SKD7 | Mayor conductividad térmica que H13, útil para reducir los gradientes de temperatura superficial | Herramientas de extrusión en caliente, matrices de endurecimiento por prensado, mandriles |
| H21 | 1.2581 / SKD5 | Mejor retención de resistencia a mayores temperaturas de trabajo | Matrices de extrusión de latón, herramientas para aleaciones de cobre, herramientas de trabajo en caliente a alta temperatura |
| 1.2714 | L6 / SKT4 | Opción orientada a la tenacidad para herramientas grandes de trabajo en caliente | Matrices de forja grandes, porta-matrices, herramientas de soporte pesadas para trabajo 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 trabajo a mayor temperatura, pero no es la mejor opción para enfriamiento severo y rápido.
Por qué estos aceros para herramientas resisten la fatiga térmica
La resistencia a la fatiga térmica proviene de varias propiedades del material que actúan en conjunto.
La resistencia en caliente ayuda a la superficie a resistir la deformación plástica durante el calentamiento. La resistencia al revenido ayuda al acero a mantener su dureza y resistencia durante el servicio en caliente. La tenacidad frena el crecimiento de fisuras después de que comienza el agrietamiento 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 favorecen 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 3% de cromo, mientras que el H13 contiene aproximadamente 5% de cromo. Esto le da al H10 mayor conductividad térmica, aproximadamente 32 W/m-K en comparación con aproximadamente 26 W/m-K para el H13. En herramientas donde la temperatura superficial cambia rápidamente, esto puede ayudar a reducir el agrietamiento térmico.
H21 funciona desde una dirección diferente. Su contenido de tungsteno ayuda al acero a retener resistencia hasta aproximadamente 1150 F (620 C). Esto lo hace útil para latón, aleaciones de cobre y otras herramientas de trabajo en caliente a alta temperatura, siempre que la herramienta no esté expuesta a enfriamiento severo y rápido.
Aplicaciones comunes de los aceros para herramientas resistentes a la fatiga térmica
Los aceros resistentes a la fatiga térmica se utilizan en herramientas de trabajo en caliente, donde la superficie de trabajo entra repetidamente en contacto con material caliente y luego se enfría.
| Solicitud | Principal riesgo de fatiga térmica | Elección de grado común |
|---|---|---|
| matrices de fundición de aluminio | Agrietamiento por calor por contacto con aluminio fundido y ciclos de enfriamiento repetidos | H13, H11 |
| Matrices para fundición a presión de magnesio y zinc | Agrietamiento superficial bajo ciclos térmicos repetidos | H13, H11 |
| Herramental para latón y aleaciones de cobre | Mayor temperatura de trabajo y riesgo de ablandamiento en caliente | H21, H10 |
| los troqueles de extrusión en caliente | Contacto prolongado en caliente, presión y agrietamiento superficial | H13, H11, H10 |
| Matrices de forja en caliente | Ciclos térmicos combinados con presión e impacto | H13, H11, 1.2714 |
| Punzones y mandriles en caliente | Calentamiento local y tensión de contacto repetida | H10, H13, H21 |
| Matrices de endurecimiento por prensado | Transferencia de calor rápida y ciclos repetidos de calentamiento-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 |
|---|---|
| Agrietamiento térmico general en herramientas de trabajo en caliente | H13 |
| Agrietamiento térmico más mayor riesgo de fisuración | H11 |
| Choque térmico severo y crecimiento de fisuras | H11 |
| Calentamiento y enfriamiento rápidos, con necesidad de mejor transferencia de calor | H10 |
| Herramental para latón o aleaciones de cobre a mayor temperatura | H21 |
| Herramientas grandes de trabajo en caliente con impacto severo | H11 o 1.2714 |
| Fatiga térmica combinada con desgaste en caliente | H13 o H21, según la temperatura de trabajo |
| Fatiga térmica combinada con ablandamiento en caliente | H13, H10 o H21 |
En resumen, use H13 para un equilibrio general, H11 para mayor resistencia al agrietamiento, H10 para una transferencia de calor más rápida y H21 para servicio a mayor temperatura sin choque térmico severo. 1.2714 es una opción de apoyo para herramientas grandes de trabajo en caliente donde la tenacidad importa más que el máximo rendimiento en trabajo en caliente.
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Aobo Steel suministra H13, H11, H10, H21, L6 y otros aceros para herramientas de trabajo en caliente en barra redonda y barra plana para pedidos industriales al por mayor. Envíe el grado, tamaño, cantidad y aplicación requeridos.