{"id":21178,"date":"2026-10-07T20:28:05","date_gmt":"2026-10-07T12:28:05","guid":{"rendered":"https:\/\/aobosteel.com\/?page_id=21178"},"modified":"2026-10-16T01:44:12","modified_gmt":"2026-10-15T17:44:12","slug":"creep-in-hot-work-tool-steel","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/aobosteel.com\/es\/creep-in-hot-work-tool-steel\/","title":{"rendered":"Fluencia y reblandecimiento en acero para herramientas de trabajo en caliente"},"content":{"rendered":"

Fluencia y reblandecimiento en acero para herramientas de trabajo en caliente<\/h1>\n\n\n\n

Una herramienta de trabajo en caliente falla a una temperatura a la que el mismo acero estar\u00eda seguro en una aplicaci\u00f3n de trabajo en fr\u00edo, y la raz\u00f3n es que la propiedad que la limita ya no es el l\u00edmite el\u00e1stico. Por encima de aproximadamente un tercio del punto de fusi\u00f3n en escala absoluta, un metal se deforma con el tiempo bajo una carga que de otro modo soportar\u00eda, y la microestructura que le dio a la herramienta su dureza comienza a cambiar por s\u00ed sola. Esta p\u00e1gina cubre la temperatura a la que la fluencia se convierte en la propiedad limitante, las etapas de la curva de fluencia y el n\u00famero utilizado para estimar la vida restante, los cambios que silenciosamente eliminan la dureza de un troquel de trabajo en caliente, y en qu\u00e9 se diferencia una fractura por fluencia de una causada por sobrecarga.<\/p>\n\n\n\n

D\u00f3nde la fluencia se convierte en la propiedad limitante<\/h2>\n\n\n\n

La fluencia comienza donde los \u00e1tomos de la red se vuelven lo suficientemente m\u00f3viles como para reordenarse bajo carga, y la regla general que da la fuente es que esto ocurre a aproximadamente un tercio a la mitad del punto de fusi\u00f3n medido en escala absoluta. La regla es un punto de partida m\u00e1s que un criterio de dise\u00f1o, porque lo que importa en la pr\u00e1ctica es la temperatura a la que la resistencia del metal queda limitada por la fluencia en lugar de por su l\u00edmite el\u00e1stico, y esa transici\u00f3n debe determinarse para cada aleaci\u00f3n por separado. Las dos no son la misma cuesti\u00f3n, y para un acero pueden diferir en un margen amplio.<\/p>\n\n\n\n

Para un acero para herramientas de trabajo en caliente la consecuencia es directa. En la clasificaci\u00f3n siguiente, un acero de trabajo en caliente al cromo es un acero de baja aleaci\u00f3n, y su temperatura de servicio en un troquel de fundici\u00f3n a presi\u00f3n o en un troquel de forja en caliente se sit\u00faa por encima de la cifra de inicio de esa fila. La herramienta opera por lo tanto en un r\u00e9gimen donde la carga que puede soportar depende de cu\u00e1nto tiempo la ha estado soportando, por lo que una herramienta de trabajo en caliente se especifica por su dureza en caliente y su resistencia al reblandecimiento en lugar de por un valor de tracci\u00f3n a temperatura ambiente.<\/p>\n\n\n\n

Metal o aleaci\u00f3n<\/th>Temperatura de inicio de la fluencia, °C<\/th>\u00b0F<\/th>Como fracci\u00f3n del punto de fusi\u00f3n, T\/TM<\/sub><\/th><\/tr><\/thead>
Aleaciones de aluminio<\/td>150 a 200<\/td>300 a 400<\/td>0,48 a 0,54 TM<\/sub><\/td><\/tr>
Aleaciones de titanio<\/td>315<\/td>600<\/td>0,3 TM<\/sub><\/td><\/tr>
Aceros de baja aleaci\u00f3n<\/td>370<\/td>700<\/td>0,36 TM<\/sub><\/td><\/tr>
Aleaciones resistentes al calor de base hierro austen\u00edtico<\/td>540<\/td>1000<\/td>0,49 TM<\/sub><\/td><\/tr>
Aleaciones resistentes al calor de base n\u00edquel y cobalto<\/td>650<\/td>1200<\/td>0,56 TM<\/sub><\/td><\/tr>
Metales refractarios y sus aleaciones<\/td>980 a 1540<\/td>1800 a 2800<\/td>0,4 a 0,45 TM<\/sub><\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

La temperatura a la que la fluencia se convierte en una consideraci\u00f3n de ingenier\u00eda para cada grupo de aleaciones, expresada tanto en grados como en fracci\u00f3n del punto de fusi\u00f3n en escala absoluta. Fuente, Tabla 1 del art\u00edculo Creep and Stress Rupture Failures.<\/em><\/p>\n\n\n\n

La curva de fluencia, y el n\u00famero que predice la vida<\/h2>\n\n\n\n

La curva de fluencia cl\u00e1sica tiene tres etapas. La fluencia primaria es el per\u00edodo de ajuste inmediatamente despu\u00e9s de la carga, cuando la velocidad disminuye a medida que las dislocaciones se enredan y endurecen el material. La fluencia secundaria, tambi\u00e9n llamada fluencia en estado estacionario, es un equilibrio entre el endurecimiento por deformaci\u00f3n y la recuperaci\u00f3n, y su velocidad m\u00ednima es el n\u00famero que se relaciona emp\u00edricamente con la vida a la rotura y se utiliza en trabajos de ingenier\u00eda sobre materiales resistentes a la fluencia. La fluencia terciaria es la regi\u00f3n acelerada que termina en fractura. En muchas aleaciones comerciales resistentes a la fluencia la etapa terciaria comienza con una deformaci\u00f3n por fluencia de 0,5 por ciento o menos, por lo que el dise\u00f1o de un componente para servicio a temperatura elevada se basa en el tiempo y el alargamiento que la preceden, y la duraci\u00f3n de la propia etapa terciaria es el margen que permite detectar una pieza que est\u00e1 fallando antes de que se rompa.<\/p>\n\n\n\n

Dos advertencias acompa\u00f1an a esos n\u00fameros. La deformaci\u00f3n medida en un ensayo no es toda la deformaci\u00f3n en la pieza, porque la deformaci\u00f3n total a temperatura es la suma de la deformaci\u00f3n el\u00e1stica, la deformaci\u00f3n por dilataci\u00f3n t\u00e9rmica y la deformaci\u00f3n por fluencia, y en un an\u00e1lisis de falla las dos primeras no pueden omitirse. Y los datos de fluencia generalmente se recopilan bajo carga constante, donde la tensi\u00f3n en la secci\u00f3n calibrada aumenta a medida que la probeta se alarga, por lo que una vida a la rotura medida de esa manera es m\u00e1s corta que la que dar\u00eda el mismo material bajo tensi\u00f3n constante. Ninguno de los dos puntos cambia la forma de la curva, pero ambos cambian la respuesta cuando la curva se lee sobre un componente real.<\/p>\n\n\n\n

Qu\u00e9 cambia en el acero a temperatura<\/h2>\n\n\n\n

La microestructura de una pieza despu\u00e9s de un per\u00edodo prolongado a temperatura rara vez se parece a la estructura con la que fue entregada, y para un acero de trabajo en caliente el cambio es la falla. La exposici\u00f3n prolongada trae precipitaci\u00f3n de nuevas fases, disoluci\u00f3n o crecimiento de las fases deseadas, crecimiento de grano y, bajo la influencia combinada de tensi\u00f3n y temperatura, cambios que un tratamiento t\u00e9rmico simple no puede reproducir. Un carburo que le dio al troquel su dureza en caliente se engrosa hasta una forma que ya no la proporciona. Una fase que estaba finamente dispersa se aglomera. Un carburo que deber\u00eda haber permanecido dentro del grano se desplaza al borde, donde una pel\u00edcula del mismo act\u00faa como trayectoria de grieta.<\/p>\n\n\n\n

La fuente es cuidadosa sobre un punto que importa cuando se examina una pieza sospechosa. La presencia de una fase como el sigma no prueba por s\u00ed misma que la fase caus\u00f3 la falla, porque la misma fase puede fortalecer, debilitar o no hacer nada seg\u00fan cu\u00e1nta haya, d\u00f3nde se ubique y qu\u00e9 forma tome, y porque otras fases generalmente est\u00e1n presentes al mismo tiempo. Una conclusi\u00f3n de ese tipo requiere trabajo metalogr\u00e1fico que separe la fase que caus\u00f3 la falla de las que simplemente la acompa\u00f1aron, por lo que la microestructura cerca de una fractura debe compararse con la microestructura alejada de ella.<\/p>\n\n\n\n

Cambio en el acero<\/th>Qu\u00e9 hace<\/th>D\u00f3nde se observa<\/th><\/tr><\/thead>
Sobreenvejecimiento de una matriz endurecida por precipitaci\u00f3n<\/td>La resistencia cae porque la fase que la proporciona se engrosa y la matriz contin\u00faa envejeciendo bajo carga<\/td>Aceros ferr\u00edticos de endurecimiento secundario y otras aleaciones que endurecen por descomposici\u00f3n de una soluci\u00f3n s\u00f3lida sobresaturada<\/td><\/tr>
Esferoidizaci\u00f3n de carburos<\/td>Los carburos se engrosan y pierden la forma que le daba a la estructura su dureza<\/td>Cualquier acero para rodamientos con carburos mantenido en el rango de revenido durante mucho tiempo, lo que incluye todo dado de trabajo en caliente<\/td><\/tr>
Gra\ufb01tizaci\u00f3n in situ<\/td>El carburo de hierro se descompone en grafito y hierro, por lo que el carbono que realizaba el endurecimiento ya no est\u00e1 en un carburo<\/td>Aleaciones de base hierro sin suficiente cromo para estabilizar el carburo, influyendo tambi\u00e9n el contenido de molibdeno y la pr\u00e1ctica de desoxidaci\u00f3n<\/td><\/tr>
Pel\u00edculas de carburo en los l\u00edmites de grano<\/td>Reducen sustancialmente la vida a la rotura por fluencia de la aleaci\u00f3n<\/td>Se detecta por r\u00e9plica o corte en los l\u00edmites de grano, no en la super\ufb01cie de fractura<\/td><\/tr>
Conversi\u00f3n del carburo MC a M23<\/sub>C6<\/sub><\/td>El nuevo carburo tiende a formarse a lo largo del l\u00edmite de grano, lo que desplaza el endurecimiento desde el interior del grano hacia su borde<\/td>Aceros y aleaciones resistentes al calor mantenidos a temperatura en servicio, en una secuencia espec\u00ed\ufb01ca de cada sistema de aleaci\u00f3n<\/td><\/tr>
Fases sigma y otras fases de empaquetamiento compacto topol\u00f3gicamente<\/td>Los precipitados en forma de aguja reducen la tenacidad y la resistencia a la fluencia, y las fases tambi\u00e9n pueden reducir dr\u00e1sticamente la ductilidad al enfriar a temperatura ambiente<\/td>Aleaciones austen\u00edticas y de alta temperatura, donde la cantidad, ubicaci\u00f3n y forma de la fase deciden si endurece, debilita o no hace nada<\/td><\/tr>
Recristalizaci\u00f3n bajo carga<\/td>Promueve un aumento r\u00e1pido de la deformaci\u00f3n y es una de las formas en que comienza la fluencia terciaria<\/td>Generalmente se observa como granos que permanecen equiaxiales despu\u00e9s de una gran deformaci\u00f3n pl\u00e1stica, en contraste con los granos alargados de una rotura transgranular<\/td><\/tr>
Formaci\u00f3n de \u00f3xidos y nitruros en las super\ufb01cies de grieta<\/td>Puede reforzar el material al \ufb01nal de su vida \u00fatil al puentear grietas abiertas, lo que se mani\ufb01esta como una segunda etapa estacionaria en la curva de fluencia<\/td>Entornos de servicio oxidantes a alta temperatura<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Los cambios que la fuente enumera en un acero mantenido a temperatura bajo carga, lo que cada uno hace a la resistencia de la pieza y d\u00f3nde se encuentra. Compilado a partir de la secci\u00f3n de inestabilidades metal\u00fargicas del art\u00edculo.<\/em><\/p>\n\n\n\n

C\u00f3mo se ve una fractura por fluencia<\/h2>\n\n\n\n

Las fracturas por rotura bajo carga se caracterizan por una multiplicidad de huecos de fluencia junto a la fractura principal, y los huecos generalmente son f\u00e1ciles de encontrar mediante examen \u00f3ptico de microsecciones. Si la fractura parece d\u00factil o fr\u00e1gil macrosc\u00f3picamente depende de la aleaci\u00f3n, la temperatura y la velocidad de deformaci\u00f3n, y el patr\u00f3n es lo opuesto a lo que espera un taller. Velocidades de fluencia m\u00e1s bajas, tiempos de rotura m\u00e1s largos y temperaturas m\u00e1s altas promueven fractura intergranular con poca elongaci\u00f3n o estricci\u00f3n, mientras que las fracturas transgranulares que conllevan elongaci\u00f3n y estricci\u00f3n pronunciadas tienden a provenir de altas tensiones aplicadas y altas velocidades de deformaci\u00f3n, fallando por un proceso de huecos similar a la rotura por hoyuelos de un ensayo de tracci\u00f3n ordinario. Las fractograf\u00edas a menudo muestran ambas trayectorias a la vez, y en esos casos las \ufb01suras intergranulares generalmente ocurrieron primero, redujeron la secci\u00f3n y elevaron la tensi\u00f3n hasta que el resto se desgarr\u00f3.<\/p>\n\n\n\n

La temperatura a la que cambia la trayectoria se denomina temperatura equicohesiva. Por debajo de ella, la regi\u00f3n del l\u00edmite de grano es m\u00e1s resistente que los granos y la fractura atraviesa los granos, y por encima de ella el l\u00edmite es m\u00e1s d\u00e9bil y la fractura corre a lo largo de \u00e9l. Esa temperatura no es una propiedad \ufb01ja, ya que se desplaza con el tiempo de exposici\u00f3n y la tensi\u00f3n, por lo que el mismo acero puede fallar de cualquiera de las dos maneras seg\u00fan el servicio. Dos formas de cavidad llevan la misma informaci\u00f3n a menor escala. Las cavidades redondas que se forman a lo largo de los bordes de grano son la forma de baja tensi\u00f3n y tiempo prolongado, mientras que las cavidades en forma de cu\u00f1a en los puntos triples de l\u00edmite de grano son promovidas por el deslizamiento de l\u00edmite de grano a alta tensi\u00f3n y menor temperatura, y dejan una super\ufb01cie de fractura rugosa con precipitados de l\u00edmite de grano identi\ufb01cables.<\/p>\n\n\n\n

Para un componente que a\u00fan est\u00e1 en servicio, el examen debe realizarse sin cortarlo, y el m\u00e9todo de campo que describe la fuente es la r\u00e9plica super\ufb01cial, que es la forma establecida de evaluar la condici\u00f3n de una instalaci\u00f3n de alta temperatura a partir de su da\u00f1o por fluencia. La r\u00e9plica es lo que hace utilizables los niveles de da\u00f1o de la siguiente tabla, porque convierte una poblaci\u00f3n de cavidades en una super\ufb01cie pulida en un n\u00famero que puede rastrearse en inspecciones sucesivas.<\/p>\n\n\n\n

Estimaci\u00f3n de la vida restante<\/h2>\n\n\n\n

Se dan dos enfoques. El primero es el param\u00e9trico, y el par\u00e1metro m\u00e1s utilizado es el par\u00e1metro de Larson-Miller, escrito como la temperatura en grados Rankine multiplicada por la cantidad C m\u00e1s el logaritmo del tiempo en horas, con el resultado escalado por una mil\u00e9sima. La constante C es aproximadamente 20 para un acero de baja aleaci\u00f3n. El par\u00e1metro se utiliza para determinar la vida a la rotura restante a una tensi\u00f3n aplicada dada comparando la exposici\u00f3n en servicio con datos de laboratorio, y es la raz\u00f3n por la que un ensayo de fluencia puede ejecutarse durante unos pocos miles de horas y extrapolarse a una vida en servicio medida en a\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n

El segundo enfoque es metalogr\u00e1\ufb01co, y es el que da un n\u00famero para una pieza que ya est\u00e1 en servicio. Una poblaci\u00f3n de cavidades le\u00edda de una r\u00e9plica se empareja con un nivel de da\u00f1o, y cada nivel de da\u00f1o corresponde a un rango de la fracci\u00f3n de vida ya consumida. El factor de vida restante se calcula entonces como el rec\u00edproco de la fracci\u00f3n consumida menos uno. Debido a que la misma poblaci\u00f3n de cavidades se lee en cada inspecci\u00f3n, la tendencia entre inspecciones es m\u00e1s informativa que cualquier lectura individual, y la parte m\u00e1s amplia del rango se sit\u00faa en los niveles de da\u00f1o m\u00e1s bajos, que es donde la estimaci\u00f3n es menos segura.<\/p>\n\n\n\n

Nivel de da\u00f1o<\/th>Fracci\u00f3n de vida consumida, rango X<\/th>Factor de vida restante, m\u00ednimo<\/th>Factor de vida restante, m\u00e1ximo<\/th><\/tr><\/thead>
1<\/td>0,00 a 0,12<\/td>7.33<\/td>Desconocido<\/td><\/tr>
2<\/td>0,04 a 0,46<\/td>1.17<\/td>24.00<\/td><\/tr>
3<\/td>0,30 a 0,50<\/td>1.00<\/td>2.33<\/td><\/tr>
4<\/td>0,30 a 0,84<\/td>0.19<\/td>2.33<\/td><\/tr>
5<\/td>0,72 a 1,00<\/td>0 equivale a fallado<\/td>0.39<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Nivel de da\u00f1o frente a la fracci\u00f3n de vida ya consumida, con el factor de vida restante calculado como 1\/X menos 1. Los niveles de da\u00f1o se leen de la poblaci\u00f3n de cavidades observada en una r\u00e9plica, por lo que una pieza de nivel 1 puede dejarse como est\u00e1 y una pieza de nivel 5 ya ha fallado. Fuente, Tabla 3 del art\u00edculo Creep and Stress Rupture Failures.<\/em><\/p>\n\n\n\n

La ductilidad a la rotura es la propiedad que decide si algo de ese tiempo de advertencia es real. Los dise\u00f1os de componentes con frecuencia se basan en una deformaci\u00f3n por fluencia del uno por ciento, y la fuente se\u00f1ala que en aleaciones resistentes al calor de base n\u00edquel coladas convencionalmente es com\u00fan una ductilidad a la rotura bajo carga de aproximadamente uno por ciento a 760 °C, frente a valores superiores al cinco por ciento para las aleaciones forjadas m\u00e1s resistentes. Por lo tanto, una baja ductilidad a la rotura puede impedir que una aleaci\u00f3n se utilice a su resistencia plena, porque la pieza se romper\u00eda antes de haberse deformado visiblemente. Cuando la cantidad de deformaci\u00f3n no es cr\u00edtica, vale la pena elegir una alta ductilidad a la rotura por una raz\u00f3n diferente, que es que la falla entonces llega con advertencia en lugar de sin ella. Las fallas prematuras han provenido exactamente de esa falta de ductilidad en la etapa terciaria.<\/p>\n\n\n\n

Qu\u00e9 significa esto en un pedido de acero para herramientas<\/h2>\n\n\n\n

Una herramienta para trabajo en caliente se compra en funci\u00f3n de una temperatura de servicio, y la especificaci\u00f3n \u00fatil es la que indica lo que el acero conserva a esa temperatura y no lo que alcanza a temperatura ambiente. Vale la pena incluir cuatro puntos en la hoja. La temperatura de servicio y el tiempo a esa temperatura, porque ambos entran en la decisi\u00f3n y un molde que ve 600 °C durante segundos se comporta de forma distinta a uno que ve 500 °C durante horas. La temperatura de revenido, porque un molde revenido por debajo de su temperatura de servicio seguir\u00e1 abland\u00e1ndose en uso. La limpieza del acero y la forma en que se fabric\u00f3, ya que los cambios de fase que eliminan la resistencia en caliente son sensibles al control de la composici\u00f3n y a la cantidad de segregaci\u00f3n en la barra. Y la tenacidad a temperatura, porque la grieta intergranular que termina la vida de un molde para trabajo en caliente es la que crece a lo largo de los l\u00edmites donde se han acumulado las fases. Las calidades para trabajo en caliente y sus ciclos est\u00e1n en Tratamiento t\u00e9rmico del acero para herramientas de trabajo en caliente<\/a> y Tratamiento t\u00e9rmico del acero H13<\/a>, el fallo por calentamiento y enfriamiento repetidos que suele aparecer primero se trata en Aceros para herramientas resistentes a la fatiga t\u00e9rmica<\/a>, y los datos f\u00edsicos que necesita un modelo t\u00e9rmico est\u00e1n en constantes t\u00e9rmicas del acero para trabajo en caliente<\/a> y conductividad t\u00e9rmica del acero para herramientas<\/a>. La forma en que se mantiene la dureza en caliente a temperatura en los grados de alta velocidad est\u00e1 en tratamiento t\u00e9rmico del acero r\u00e1pido<\/a>, el diagrama de transformaci\u00f3n que respalda la elecci\u00f3n del revenido est\u00e1 en revenido y transformaci\u00f3n isot\u00e9rmica<\/a>, y los materiales utilizados para cada componente del molde se enumeran en materiales de los componentes de moldes de fundici\u00f3n a presi\u00f3n<\/a>. La fragilidad por revenido, que llega a trav\u00e9s de los mismos l\u00edmites de grano, se recopila en Tipos de fragilizaci\u00f3n en los aceros<\/a>, y las causas etapa por etapa de un fallo de herramienta o molde se exponen en An\u00e1lisis de fallas de herramientas y matrices<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Antes de actuar sobre una evaluaci\u00f3n de fluencia<\/h3>\n\n\n\n

Una p\u00e1gina de referencia, no es una especificaci\u00f3n de Aobo Steel, y las temperaturas y los l\u00edmites anteriores son los valores publicados para los grupos de aleaciones y componentes nombrados. El comportamiento de fluencia depende de la aleaci\u00f3n, la tensi\u00f3n, la temperatura, el tiempo y el ambiente en conjunto, y las cifras de inicio son reglas pr\u00e1cticas de ingenier\u00eda m\u00e1s que l\u00edmites de dise\u00f1o para una herramienta en particular. Un nivel de da\u00f1o le\u00eddo de una r\u00e9plica es una lectura de una peque\u00f1a \u00e1rea, y una sola inspecci\u00f3n no puede distinguir el da\u00f1o que ha crecido lentamente del da\u00f1o que acaba de comenzar. Cuando un molde para trabajo en caliente se mantiene en servicio bas\u00e1ndose en una estimaci\u00f3n de vida remanente, la estimaci\u00f3n debe acompa\u00f1arse del intervalo de inspecci\u00f3n del que proviene.<\/p>\n\n\n\n

Fuente: ASM Handbook, Volumen 11, Failure Analysis and Prevention, ASM International, 2002.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Creep and Softening in Hot Work Tool Steel A hot work tool fails at a temperature where the same steel would be safe in a cold work application, and the reason is that the property limiting it is no longer the yield strength. 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