Tabla de templabilidad del acero para herramientas

La sección muestra la profundidad de endurecimiento de cada acero para herramientas, la dureza que alcanza en el núcleo y la temperatura de temple correspondiente. Los grados de temple en agua endurecen una capa fina, los de temple en aceite penetran más, y los de temple en aire como D2, A2 y S7 endurecen a través de los bloques más grandes, lo que determina si un grado dado puede formar una sección de matriz gruesa.

Tamaño de sección que cada grado templa en todo su espesor

Medio de enfriamiento y el diámetro que el grado templa en todo su espesor con ese enfriamiento, con la dureza alcanzada directamente tras el temple. Las temperaturas de temple y revenido para los mismos grados están en la Tabla de endurecimiento y revenido.

Grado	Templa en todo el espesor	Medio de temple	HRC tras el temple ^(a)
W2	Profundidad de enfriamiento 1/8–3/16 in. (3.2–4.8 mm)	Agua	68 HRC
O1	Hasta 1-3/4 in. (44.5 mm) de diámetro	Aceite	64 a 65
S5	Hasta 3 in. (76.2 mm) de diámetro	Aceite	62–63
A2	Hasta 4-1/2 in. (114.3 mm) de diámetro	Aire	62–63
S7	Hasta 2-1/2 in. (63.5 mm) de diámetro	Aire	59–60
D2	Hasta 5 in. (127 mm) de diámetro	Aire	61–63
M2	Hasta 1-1/2 in. (38.1 mm) de diámetro	Aire	65–66
H13	Hasta 2-1/2 in. (63.5 mm) de diámetro	Aire	52–54

Fuente: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabla 5-6, de las hojas de datos de grados de Bethlehem Steel.

Práctica de temple para aceros para matrices, sección redonda

La sección que el grado templa completamente en todo su espesor, la dureza a la que normalmente se pone en servicio y la temperatura de austenización que la produce. Las valoraciones de desgaste y tenacidad para los mismos grados están en la tabla de propiedades generales.

Grado	Templa en todo el espesor	HRC de trabajo	Temperatura de temple	Medio de temple
W2	Profundidad de enfriamiento aproximadamente 1/8 in. (3.2 mm) por lado	60–62	1,400–1,450 °F (760–788 °C)	Temple en agua
S7	Hasta 2-1/2 in. (63.5 mm) redondo	56–58	1,725 °F (941 °C)	Temple al aire
A2	Hasta 4-1/2 in. (114.3 mm) redondo	58–60	1,775 °F (968 °C)	Temple al aire
D2	Hasta 5 in. (127 mm) redondo	58–60	1,850 °F (1,010 °C)	Temple al aire

Fuente: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabla 5-8, citando las hojas de datos de Bethlehem Steel para W2, S7, A2 y D2.

Práctica de temple para aceros para moldes, sección cuadrada

Los aceros para moldes se cotizan en secciones cuadradas en lugar de redondas, porque esa es la forma de un bloque de molde. A2 y S7 aparecen en ambas tablas por esa razón.

Grado	Templa en todo el espesor	HRC de trabajo	Temperatura de temple	Medio de temple
A2	Hasta 4-1/2 in. (114.3 mm) cuadrado	58–60	1,775 °F (968 °C)	Temple al aire
S7	Hasta 2-1/2 in. (63.5 mm) cuadrado	56–58	1,725 °F (941 °C)	Temple al aire
420 SS	Hasta 1-1/2 in. (38.1 mm) cuadrado	48–50	1,750–1,850 °F (954–1,010 °C)	Temple al aire
H13	Hasta 1-1/2 in. (38.1 mm) cuadrado	46–48	1,850 °F (1,010 °C)	Temple al aire
P-20	Pretemplado, sin paso de temple	28–32	Pretemplado en la entrega	Ninguno

Fuente: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabla 5-10, de las hojas de datos de Bethlehem Steel.

Qué dureza tienen los demás materiales de herramientas

Dureza de los recubrimientos y materiales no aceros que comparten una matriz con el acero para herramientas, en microdureza Knoop y el valor Rockwell C que normalmente se cita para ellos. Los tratamientos superficiales que producen estas capas se describen en la página de tratamiento superficial.

Material o recubrimiento	Knoop (HK)	Rockwell C (HRC) ^(b)
Diamante	9,000	99
Nitruro de boro cúbico	5,000	94
Nitruro de titanio	2,800	87
Carburo de vanadio	2,500	85
Carburo de silicio	2,400	84
Óxido de aluminio	2,100	83
Carburo de tungsteno	1,900	82
Óxido de zirconio	1,500	77
Capa nitrurada gaseosa	850–1,000	65–70
Cromado	900–1,000	68–70
Aceros rápidos templados	800–850	63–65
Aceros para herramientas templados	460–690	45–60
Aceros recocidos	185	20

Fuente: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabla 5-11, de estimaciones de conversión de dureza de Bry Coat.

Knoop y Rockwell C no están en la misma escala. Los valores por encima de 68 HRC son aproximaciones, no conversiones de datos de dureza, porque la relación entre ambas escalas pierde precisión a medida que los valores Knoop aumentan.
Los diámetros anteriores describen una sección redonda enfriada por todos lados. La profundidad real varía con el diseño de la pieza, la masa de la pieza, la temperatura de temple y la velocidad de enfriamiento, y el núcleo de un bloque rectangular pesado se enfría más lentamente que la misma masa de barra redonda.

Leyendo la tabla

Los aceros con buena templabilidad endurecen más profundo y con mayor seguridad. Un grado que se transforma a una velocidad de enfriamiento lenta puede templarse en aire, y un temple en aire introduce mucha menos tensión en la pieza que el agua o el aceite, por lo que la sección tiene menos probabilidad de agrietarse o deformarse. Por eso los grados de temple en aire admiten las secciones de matriz más pesadas, y por eso agrietamiento por temple suele ser una historia sobre un grado de baja templabilidad en una sección pesada.

El medio de temple importa tanto como el grado. O1 endurece a través de 1-3/4 in. solo cuando el aceite se agita y se mantiene frío, y una pieza templada demasiado lentamente dará una lectura baja en el núcleo mientras da dureza completa en la esquina. Cuando una pieza debe templarse en agua para endurecer, la sección está limitada por el riesgo de agrietamiento más que por el objetivo de dureza.

El temple en aire también significa menos movimiento. D2 crece más o menos 0.0005 in. por in. de dimensión durante todo el ciclo, frente a 0.0015 in. por in. para un grado de temple en aceite, la diferencia entre rectificar a medida después del temple y esperar que el bloque salga cerca. Las cifras de cada familia están en la tabla de cambio de tamaño, y el material a eliminar de la barra laminada en caliente tal como se suministra está en el Tabla de sobremedida de mecanizado.

Alta templabilidad no es lo mismo que alta dureza de trabajo. H13 endurece a través de 2-1/2 in. pero trabaja a 46 a 48 HRC, porque una matriz de trabajo en caliente cambia dureza por tenacidad a temperatura. La dureza en caliente que mantienen estos grados se muestra en la gráfico de dureza en caliente.

Un grado de baja templabilidad es la respuesta correcta para algunas herramientas. W2 da una capa dura sobre un núcleo tenaz en un solo temple, lo que conviene a un punzón que necesita una cara de desgaste y un cuerpo que no se rompa. P20 llega pretemplado a 28 a 32 HRC y nunca lo templa el fabricante de herramientas, por eso los bloques grandes de molde se fabrican con él. Ambas rutas se cubren en la selección por aplicación páginas.

A menos que se revise el núcleo, una lectura baja en la superficie no dice nada sobre la templabilidad. La descarburación y un temple lento ablandan la piel de una pieza que endureció correctamente por dentro. Corte o rectifique unas milésimas antes de probar, y use los métodos de ensayo de dureza cuando una lima no es suficiente. Los valores leídos en otras escalas se convierten en la calculadora de conversión de dureza.

La templabilidad proviene del carbono y de los elementos de aleación que lo mantienen en solución: cromo, molibdeno, manganeso y tungsteno. La composición de cada grado está en la tabla de composición.

Los números de la tabla provienen del ensayo de temple en extremo, que mide la templabilidad. Una barra redonda de 25 mm se austeniza, se fija en su dispositivo y se templa desde un solo extremo, de modo que una sola probeta cubre un rango completo de velocidades de enfriamiento a lo largo de su longitud.

Jominy end-quench hardenability test: the 25 mm round specimen in its fixture with the water jet spraying the lower end, with specimen dimensions and quench conditions labelled — Fig. 5.20. La probeta de temple en extremo Jominy y su dispositivo. La barra de 25 mm de diámetro x 100 mm se templa desde el extremo inferior mediante un chorro de agua sin obstáculos a 24 ± 3 °C, y luego se lee la dureza cada 1/16 in. desde el extremo templado. Un ensayo a cada velocidad de enfriamiento hace comparables entre grados las cifras de dureza contra distancia de las tablas anteriores. Fuente: B. Liščić, Hardenability of Steel, en Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 5.20.

Las tablas anteriores dan los números. El diagrama siguiente muestra por qué resultan así: un diagrama de transformación por enfriamiento continuo calculado, con las velocidades de enfriamiento que produce un temple real trazadas sobre él. Una curva rápida evita las líneas de inicio de ferrita y perlita y termina en martensita; una lenta las cruza primero y termina como ferrita y perlita, que es de donde vienen las zonas blandas y la dureza por debajo de lo especificado.

Calculated continuous cooling transformation diagram for a 0.37C 1.45Mn 0.25Si steel with cooling curves for 100, 10, 1 and 0.1 C per second — Fig. 2.20b. Un diagrama de transformación por enfriamiento continuo calculado para un acero 0.37% C, 1.45% Mn, 0.25% Si, con las curvas de enfriamiento para 100, 10, 1 y 0.1 °C/s trazadas sobre él. Las curvas marcadas son el inicio (0.1%) y la casi finalización (99.9%) de las reacciones de ferrita, perlita y bainita. Al leer las cuatro velocidades de enfriamiento se hace visible el punto de las tablas de templabilidad anteriores: el medio y el tamaño de sección deciden si el temple supera las narices de transformación, y el nombre del grado solo desplaza dónde se ubican. Panel (b) de la Fig. 2.20; diagrama calculado con JMatPro, reproducido de S.S. Babu, Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006.

Ajuste el temple a la sección

Temple en agua para una sección delgada en un grado de baja templabilidad, aceite para el rango medio, aire para cualquier pieza pesada o difícil. Un temple más rápido de lo que la sección necesita no aporta nada y cuesta tensión. Aobo Steel enumera los tamaños de barra redonda y placa que maneja en la catálogo de acero para herramientas.

Los grados de baja templabilidad son el caso difícil para ese ensayo porque su templabilidad se agota en los primeros milímetros de la barra. Para ellos se usan en su lugar dos probetas especiales en L.

Para todo lo que no sea temple superficial, el diámetro de barra que endurece a través en un medio dado se lee en un diagrama como este.

Lamont diagram for the centre of round bars: bar diameter against the distance from the quenched end of a Jominy probe, for several quench severities H — Fig. 9.56. Diagrama de Lamont para el centro de barras redondas: diámetro de barra frente a la distancia desde el extremo templado de una probeta Jominy, para una familia de severidades de temple H. El diagrama convierte una curva de temple en el extremo en el diámetro que endurecerá a través a una severidad de temple dada, que es el cálculo detrás de hacer coincidir el temple con la sección: un grado de temple superficial necesita un H alto y un diámetro pequeño, y el mismo grado a un diámetro mayor necesita un medio más rápido. Léalo con los valores de H de los medios comunes, que van desde aproximadamente H 0.2 para un aceite en reposo hasta aproximadamente H 2.8 para agua agitada. Fuente: H.M. Tensi, A. Stich and G.E. Totten, Quenching and Quenching Technology, in Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 9.56.

Two L specimens used for Jominy hardenability testing of shallow-hardening steels, dimensions in millimetres — Fig. 5.24. Las dos probetas L utilizadas para el ensayo de temple por un extremo de aceros de baja templabilidad, todas las dimensiones en milímetros. La nariz de la L queda más cerca del chorro de agua de lo que estaría en una barra estándar, lo que extiende la velocidad de enfriamiento sobre los primeros milímetros críticos para que la caída de dureza pueda resolverse. Esta es la probeta utilizada para los grados de carbono de temple en agua como W1 y W2, donde la capa endurecida tiene solo unos pocos milímetros de profundidad. Fuente: B. Liščić, Hardenability of Steel, en Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 5.24.

Pretemplado es una compra diferente

P20 y los grados de molde pretemplados llegan a dureza de trabajo y se mecanizan directamente en el molde. Las tablas de templabilidad no aplican a menos que el bloque se temple después, lo que la mayoría de los talleres de moldes evita. Los grados para moldes se agrupan bajo aceros para moldes de plástico.

Mantenga el ciclo con el acero

La templabilidad define lo que es posible; el ciclo de horno decide lo que se obtiene. La guía de tratamiento térmico enumera las etapas que debe incluir un ciclo de acero para herramientas, y la certificado de fábrica comprueba el análisis usado para calcular la templabilidad.

El tamaño de sección supera al nombre del grado

Dos matrices del mismo grado se comportan de manera diferente cuando una pesa cuatro veces más que la otra. Cuando la sección es el problema, la respuesta suele ser un grado diferente en lugar de un tiempo de sostenimiento más largo, y la guía de selección de grados aborda ese intercambio en el orden en que lo enfrenta un taller de matrices.

La misma curva responde la pregunta de la sección: cuál es la barra más grande que aún mantendrá 50% de martensita en el centro con un medio de temple dado. El gráfico siguiente lo lee para dos grados a la vez.

Las dos formas de describir el mismo temple, distancia Jominy y valor H, están unidas por una curva de calibración.

Quench severity in terms of Grossman H value against Jominy distance, from 6 to 24 sixteenths of an inch — Fig. 10.17. Severidad de temple (valor H de Grossman) frente a distancia Jominy, de 6 a 24 dieciseisavos de pulgada. La curva calibra las dos descripciones del mismo temple, de modo que un taller con una curva de temple en extremo pero sin medidor de temple aún puede asignar un número de severidad a su medio, y un taller con el número de severidad puede predecir dónde debería ubicarse la curva de temple en extremo. La figura se atribuye en la fuente a R. Kern, Heat Treating, 1985. Fuente: M. Narazaki y G.E. Totten, Distortion of Heat-Treated Components, en Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 10.17.

Determining the critical diameter of round bars from the Jominy hardenability curves of two steels, with hardness and bar diameter against distance from the quenched end — Fig. 5.48. Determinación del diámetro crítico de una barra redonda a partir de su curva de temple por un extremo. El gráfico superior presenta la dureza Jominy de un acero de 0.45% de carbono (Ck45) y un acero cromo-molibdeno de 0.44% C (50CrMo4) frente a la distancia desde el extremo templado, con el nivel de 48 y 45 HRC que corresponde al 50% de martensita marcado a lo largo de él. El gráfico inferior convierte esa distancia en un diámetro de barra para dos intensidades de temple, H = 5.0 (salmuera vigorosa) y H = 0.4 (aceite en reposo). El grado de baja templabilidad pierde el 50% de martensita a un diámetro mucho menor, que es la contrapartida frente al tamaño de sección descrita anteriormente. Fuente: B. Liščić, Hardenability of Steel, en Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 5.48.

Una banda de templabilidad pone todo el argumento en un solo gráfico. Da el rango de dureza que se puede esperar que mantenga un grado a una distancia dada del extremo templado, y el ancho de la banda es la dispersión permitida al fabricante de acero para ese grado.

Steel hardenability band, HRC range against distance from the cooling surface in mm — Fig. 3.21. Una banda de templabilidad del acero: el rango de HRC (sombreado) que cumple un grado a cada distancia desde la superficie de enfriamiento. La curva superior es el calor de alta templabilidad y la curva inferior el de baja. Una sección pesada se lee en el extremo derecho del gráfico, donde la banda es tanto estrecha como baja, que es el efecto del tamaño de sección sobre el que se construyen las tablas anteriores. Fuente: A.V. Sverdlin y A.R. Ness, Fundamental Concepts in Steel Heat Treatment, en Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 3.21.

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Fuentes: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed, Hanser Gardner), Tablas 5-6, 5-8, 5-10 y 5-11, tomadas a su vez de las hojas de datos de grados de Bethlehem Steel Corporation (1976 a 1981) y de estimaciones de conversión de dureza de Bry Coat. Datos de referencia solo para comparación. Confirme el temple y la profundidad en su propio horno con una probeta antes de la producción. Aobo Steel suministra acero para herramientas en condición recocida, y el cliente realiza el temple.