Selección de acero para herramientas para matrices y insertos de fundición a presión
Seleccione el acero para herramientas según la aleación de fundición, la temperatura del metal fundido, la resistencia al agrietamiento térmico, la dureza en caliente, la resistencia a la erosión y el requisito de tenacidad. Para matrices e insertos de fundición a presión, la elección principal suele estar entre la resistencia a la fatiga térmica, la resistencia en caliente, la resistencia a la erosión y la resistencia al agrietamiento.
Cómo fallan las matrices de fundición a presión
El daño de la matriz no es aleatorio. Se desarrolla a partir del ciclo térmico, la presión de inyección y el contacto con la aleación fundida, y el mecanismo que se vuelve dominante decide qué propiedad del acero importa.
En cada ciclo de fundición, la superficie de la matriz se calienta por el metal fundido y luego se enfría de nuevo, por lo que la superficie trabaja bajo tensión térmica cíclica. El agrietamiento térmico, una red de grietas superficiales, es el resultado. La alta presión de inyección y el flujo rápido del metal añaden erosión y deformación local, y el contacto continuo con la aleación promueve la soldadura, especialmente en la fundición de aluminio.
En la fundición a presión de aluminio y magnesio, las matrices suelen fallar por fatiga térmica más que por desgaste. Cuando las grietas se inician temprano y crecen rápidamente, aumentar la dureza no resuelve el problema: lo que importa es la resistencia a la tensión cíclica y al crecimiento lento de grietas, lo que exige tenacidad y una microestructura estable bajo calentamiento repetido. Variantes más limpias como grados ESR mejoran aún más la resistencia a la iniciación de grietas al reducir los defectos internos, lo que importa en producciones largas.
Cuando aumenta la temperatura de fundición, como con latón y aleaciones de cobre, el modo de falla cambia. En lugar de agrietarse, la matriz se ablanda, se deforma y pierde estabilidad dimensional, por lo que la resistencia al ablandamiento (resistencia al revenido) se vuelve más crítica que la tenacidad. Lo contrario ocurre en el zinc y otros trabajos a baja temperatura, donde la carga térmica es baja y el costo, el mecanizado y el plazo de entrega impulsan la elección.
La dureza y la tenacidad se compensan entre sí, por lo que la mayoría de las matrices de fundición a presión se operan en el rango de 42-50 HRC: por debajo, la deformación se vuelve más probable; por encima, el agrietamiento tiende a acelerarse. Cuando una matriz falla por agrietamiento temprano, reducir la dureza o seleccionar un grado más tenaz suele ser más efectivo que aumentar aún más la dureza.
Guía de selección rápida por grado de acero para herramientas
Elija el grado según si la matriz se utiliza para aluminio, magnesio, zinc, plomo, latón, cobre, insertos, machos o bloques porta-matrices.
Acero para herramientas H13 1.2344 / SKD61
Recomendado para aluminio y magnesio moldes de fundición a presión, insertos y machos.
Acero para herramientas H11 1.2343 / SKD6
Recomendado para insertos, machos y herramientas de fundición a presión de aluminio y magnesio donde la tenacidad es crítica.
Acero para moldes P20 1.2311
Recomendado para matrices, insertos y bloques porta-matrices de fundición a presión de zinc de producción corta a media.
Acero para herramientas H13 1.2344 / SKD61
Recomendado para matrices de fundición a presión de zinc de producción larga que necesitan una vida útil superior al desgaste durante muchos ciclos de fundición.
Acero para herramientas H21 1.2581 / SKD5
Recomendado para matrices e insertos de fundición a presión de latón y cobre bajo altas temperaturas de operación.
Acero para herramientas H10 1.2365 / SKD7
Recomendado para matrices e insertos de fundición a presión de alta temperatura donde se requiere un mejor desempeño en trabajo en caliente.
Elija el grado según el metal de fundición
Cada metal de fundición crea una carga térmica y erosiva diferente, por lo que el mismo acero para matrices no es la mejor respuesta en todas partes. La tabla a continuación muestra la primera opción, las alternativas y la razón detrás de ellas.
| Metal de fundición | Primera opción | Alternativas | Riesgo principal de fallo | Lógica de selección |
|---|---|---|---|---|
| Aluminio | H13 | H11, H12 | Agrietamiento térmico, soldadura, erosión | H13 ofrece el mejor equilibrio de dureza en caliente, tenacidad y resistencia a la fatiga térmica. H11 mejora la tenacidad. H12 mejora la resistencia a la abrasión y al lavado. |
| Magnesio | H13 | H11, H12 | Fatiga térmica, agrietamiento | La fundición a presión de magnesio tiene requisitos de acero para herramientas similares a los de la fundición a presión de aluminio. |
| Zinc | P20 | H11 o H13 para producciones largas | Desgaste en producciones largas | P20 es económico para producciones cortas a medias y se suministra preendurecido. Use H11 o H13 cuando se requiera una vida útil de matriz más larga. |
| Plomo y estaño | P20 | H13 cuando se necesita mayor vida útil de la herramienta | Desgaste a baja temperatura | La temperatura de fundición más baja no siempre requiere acero premium para trabajo en caliente. |
| Latón | H21 | H19, H14 | Ablandamiento a alta temperatura, lavado, agrietamiento térmico | La aleación de tungsteno y cobalto mejora la dureza en caliente y la resistencia al desgaste en caliente. |
| Aleaciones de cobre | H10A | H19, H21 | Tensión térmica severa, ablandamiento en caliente, erosión | Los aceros para trabajo en caliente de mayor aleación retienen mejor la dureza a temperatura elevada. |
La dureza de trabajo sigue al metal de fundición. Para matrices de aluminio y magnesio, H13 se opera comúnmente a 42-48 HRC; llevarlo hacia 50-52 HRC aumenta el riesgo de agrietamiento a menos que se hayan revisado la geometría de la matriz, el equilibrio de enfriamiento y el choque térmico. H11 y H12 se usan alrededor de 42-50 HRC dependiendo de si la tenacidad o la resistencia al desgaste es la prioridad. Para latón, H21 se opera típicamente a 38-42 HRC y H19 a 38-44 HRC. P20 se suministra preendurecido a aproximadamente 28-32 HRC (aproximadamente 300 HB), lo cual es suficiente para producciones cortas a medias de zinc.
Los grados de alto tungsteno como H21 y H19 resisten bien el calor pero tienen menor tenacidad que H13 o H11. Necesitan un precalentamiento cuidadoso y un enfriamiento controlado, porque un enfriamiento agresivo aumenta el riesgo de agrietamiento.
Resumen de la selección
Esta tabla ofrece una comparación más rápida cuando el comprador ya conoce la aleación de fundición y el principal riesgo de falla de la matriz.
| Aplicación de fundición a presión | Requisito principal | Grados de acero Aobo |
|---|---|---|
| Matrices, insertos y machos de fundición a presión de aluminio y magnesio | Resistencia a la fatiga térmica, dureza en caliente, tenacidad y resistencia a la erosión | H13, H11 |
| Áreas propensas al flujo de aluminio a alta velocidad o a la erosión | Resistencia al lavado, la soldadura y la erosión por aluminio fundido | H13 |
| Matrices de fundición a presión de zinc y bloques portadores para series cortas y medias | Control de costos, suministro preendurecido y bajo riesgo de distorsión | P20 |
| Matrices de fundición a presión de zinc para series largas | Mayor vida útil al desgaste y resistencia al agrietamiento térmico durante muchos ciclos | H13, H11 |
| Matrices e insertos de fundición a presión de latón y cobre | Dureza roja y resistencia al ablandamiento a altas temperaturas. | H21 |
| Aplicaciones de fundición a presión con trabajo en caliente a alta temperatura | Resistencia en caliente, resistencia al revenido y resistencia a la fatiga térmica | H10, H21 |
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