Tratamiento térmico del acero para herramientas M2

Esta guía, basada en nuestro profundo conocimiento, tiene como objetivo brindarle información directa y práctica sobre Acero para herramientas M2 tratamiento térmico Proceso. Puede descargar gratuitamente el PDF sobre el tratamiento térmico del acero para herramientas M2 al final de la página.

1. Por qué es crucial el tratamiento térmico adecuado del acero M2

El objetivo de un proceso meticulosamente controlado Tratamiento térmico del acero para herramientas M2 El objetivo es desarrollar una microestructura final de martensita revenida combinada con una fina dispersión de carburos duros y complejos de "endurecimiento secundario". Esta estructura específica es la que confiere al acero para herramientas M2 su reconocida combinación de alta dureza, excelente resistencia al desgaste y capacidad para mantener estas propiedades a temperaturas elevadas. Para conocer las propiedades detalladas del acero M2, consulte la Propiedades del acero para herramientas M2.

2. Las cuatro etapas clave del tratamiento térmico del acero para herramientas M2

El camino para liberar todo el potencial del acero M2 implica cuatro etapas térmicas distintas, pero interconectadas: precalentamiento, austenitizante, temple, y templado. 

2.1 Precalentamiento

Si bien el precalentamiento no endurece directamente el acero, es un paso preparatorio vital en el Tratamiento térmico del acero para herramientas M2 proceso. Sus principales funciones incluyen:

• Reducción del choque térmico: Minimiza el riesgo de distorsión o agrietamiento cuando las herramientas frías entran en contacto con un horno caliente.
• Alivio del estrés: Ayuda a aliviar algunas tensiones internas provenientes del mecanizado o conformado previo.
• Aumentar la productividad: Puede acortar el tiempo necesario en el horno de austenización de alta temperatura.
• Protección de superficies: En hornos sin atmósfera perfectamente neutra, el precalentamiento reduce la posible carburación o descarburación.

Prácticas de precalentamiento recomendadas para acero M2:

Para aceros de alta velocidad como M2, a menudo se utiliza un precalentamiento de dos pasos, particularmente en el endurecimiento por baño de sal comercial:

• Primer precalentamiento: 650-760°C (1200-1400°F).
• Segundo precalentamiento: 815-900°C (1500-1650°F).

En el tratamiento térmico en atmósfera o vacío, un precalentamiento único entre 790 y 845 °C (1450 y 1550 °F) es típico. Específicamente para M2, las temperaturas de precalentamiento comunes son 650 °C (1200 °F) u 815 °C (1500 °F).

La duración del precalentamiento debe ser suficiente para garantizar que toda la sección transversal de la pieza alcance una temperatura uniforme; para el acero M2, este tiempo suele ser de 10 a 12 minutos. A diferencia del acero D2, que se beneficia de un calentamiento inicial lento, el acero M2 responde mejor a un aumento rápido de temperatura desde el precalentamiento hasta la temperatura de austenización.

2.2 Austenización (endurecimiento)

La austenitización es donde realmente comienza la magia del endurecimiento. Tratamiento térmico del acero para herramientas M2El acero se calienta a alta temperatura para disolver varios carburos de aleación complejos, lo que es esencial para desarrollar sus propiedades deseadas.

Parámetros clave de austenitización para acero M2:

• Rango de temperatura: El acero M2 requiere un calentamiento muy cercano a su punto de fusión, generalmente entre 28 y 56 °C (50 y 100 °F). Para el acero M2, la temperatura de austenización recomendada es de aproximadamente 1230 °C (2250 °F)El rango general para aceros de alta velocidad es de 1150-1290 °C (2100-2350 °F).
• Tiempo de espera: Este tiempo es sorprendentemente corto para aceros para herramientas de alta velocidad, generalmente de 2 a 6 minutos. El tiempo exacto depende del tipo de M2, el diseño de la herramienta y el tamaño de la sección transversal. Por ejemplo, una sección de 150 mm (6 pulgadas) de espesor podría requerir un tiempo máximo de mantenimiento de 5 a 6 minutos.
• Control de la atmósfera: Debido a las temperaturas extremadamente altas, una atmósfera controlada es crucial para evitar problemas superficiales como la formación de incrustaciones y la descarburación. Por este motivo, se suelen preferir los hornos de baño de sal.

Durante la austenización, la ferrita y los carburos de aleación se transforman en una estructura de grano austenítico. La temperatura de austenización determina el carbono y los elementos de aleación disueltos en la austenita, lo que influye directamente en la dureza en estado de temple y en la cantidad de austenita retenida. Las temperaturas de austenización más altas suelen producir una mayor dureza después del revenido, especialmente en el pico de endurecimiento secundario.

2.3 Enfriamiento

Después de la austenización, es necesario un enfriamiento rápido (o temple) para transformar la austenita en martensita, la estructura de matriz dura deseada en el acero para herramientas M2.

Métodos de temple efectivos para acero M2:

• Medios de extinción: El M2 se puede templar eficazmente en aceite, aire o un baño de sales neutras. El enfriamiento por aire es el método menos drástico y puede ser suficiente para que las secciones M2 más pequeñas o delgadas alcancen la condición martensítica. El enfriamiento por aceite suele ir seguido de un enfriamiento por aire a temperatura cercana a la ambiente.
• Enfriamiento por baño de sal: Estos baños suelen mantenerse a una temperatura de entre 540 y 595 °C (1000 y 1100 °F).
• Técnica de enfriamiento: Para minimizar la tensión, la distorsión y garantizar un enfriamiento uniforme, sumerja las secciones planas o tubulares verticalmente en el medio de enfriamiento.
• Enfriamiento posterior al enfriamiento: Es esencial enfriar la pieza al menos a 65 °C (150 °F) antes de comenzar el templado.

Una característica de los aceros de alta aleación y alto contenido de carbono, como el M2, es la presencia de austenita retenida tras el temple, ya que la transformación de 100% a martensita rara vez ocurre de forma inmediata. La austenita retenida puede comprometer la dureza, la resistencia y la estabilidad dimensional. Para solucionar esto, se pueden aplicar tratamientos criogénicos o a temperaturas bajo cero (p. ej., enfriamiento de -30 °C a -120 °C) tras un revenido inicial para convertir aún más la austenita retenida en martensita, mejorando así la dureza y la estabilidad.

2.4 Templado

El temple (o estirado) es la etapa final y crítica del Tratamiento térmico del acero para herramientas M2Tras el temple, el acero es extremadamente duro, pero también muy estresado y frágil. El revenido soluciona este problema mediante:

• Aumentar la dureza.
• Desarrollo de la “dureza secundaria”, una característica clave de los aceros para herramientas de alta aleación.
• Alivio de tensiones internas.
• De manera crucial, se transforma la austenita retenida en martensita fresca (que luego se templa en ciclos posteriores).
• Precipitación de carburos complejos que mejoran aún más la dureza secundaria.

Mejores prácticas de templado para acero M2:

• Se requieren varios temperamentos: Los aceros para herramientas de alta velocidad, como el M2, requieren generalmente múltiples ciclos de revenido (normalmente de 2 a 4). Para el M2, se requiere un mínimo de El doble temple es esencialA menudo se prefieren tres temples. Este proceso multietapa refina la estructura del grano y templa la martensita recién formada a partir de la austenita retenida, lo que aumenta significativamente la resistencia al desgaste y la vida útil de la herramienta.
• Temperaturas y duración del revenido: La temperatura mínima de revenido para la mayoría de los grados M2 es de 540 °C (1000 °F). Un ciclo común y eficaz para M2 es:

• Primer temperamento: 565 °C (1050 °F)
• Segundo temperamento: 550 °C (1025 °F)
• Tercer temperamento (si se utiliza): 540 °C (1000 °F) Cada ciclo debe durar 2 horas por pulgada (25 mm) de la sección transversal de la herramienta.

• Enfriamiento entre los ánimos: Deje siempre que la pieza se enfríe completamente a temperatura ambiente entre ciclos de revenido. Esto es vital para la transformación de la austenita retenida en martensita, que posteriormente se refina en el siguiente paso de revenido.
• Pico de endurecimiento secundario: Para optimizar la transformación de la austenita retenida y alcanzar la máxima dureza secundaria, se debe buscar el lado derecho (alto) de la curva de pico de dureza secundaria durante el revenido. Este fenómeno permite que M2 mantenga una alta dureza incluso a las elevadas temperaturas que se dan durante las operaciones de mecanizado a alta velocidad.

3. Lograr una microestructura óptima y Dureza en acero M2

Un éxito Tratamiento térmico del acero para herramientas M2 Transforma la ferrita y los carburos iniciales del acero en una estructura robusta, compuesta principalmente de martensita templada y una distribución fina y uniforme de carburos duros. Esta microestructura refinada es directamente responsable de atributos de rendimiento críticos como la dureza, la resistencia al desgaste y la tenacidad a la fractura.

Por lo general, los aceros para herramientas de alta velocidad M2 de uso general se tratan térmicamente para lograr una dureza de 64 a 66 HRCSin embargo, con un control preciso de todo el proceso, en particular de la temperatura de endurecimiento (para optimizar la disolución del carburo) y el revenido posterior, el M2 puede alcanzar una dureza de 68 HRC y, en algunas variantes específicas de acero de alta velocidad, incluso hasta 70 HRC.

Para conocer la dureza M2 detallada, lea la Dureza del acero para herramientas M2.