Descripción técnica del acero H13

Descripción técnica del acero H13: Aquí encontrará la información que busca sobre el acero H13. El acero para herramientas H13 es un acero para matrices de trabajo en caliente, endurecido por enfriamiento por aire. Se utiliza ampliamente en aplicaciones de alta temperatura y alta carga, como moldes de fundición a presión, laminado en caliente y herramientas de forja en caliente, gracias a su excelente resistencia al calor, al desgaste y a la fatiga térmica. Tras el tratamiento térmico, obtiene buenas propiedades mecánicas integrales y una alta resistencia al revenido.

1. Composición química del acero H13

Carbono (C)	Cromo (Cr)	Molibdeno (Mo)	Vanadio (V)	Silicio (Si)	Hierro (Fe)	Níquel (Ni)	Cobre (Cu)	Manganeso (Mn)
0.32 – 0.45	4.75 – 5.50	1.10 – 1.75	0.80 – 1.20	0.80 – 1.20	≥ 90,9	≤ 0,3	≤ 0,25	Cantidades más pequeñas

2. Propiedades mecánicas del acero H13

Propiedades mecánicas longitudinales típicas a temperatura ambiente del acero H13

Temperatura de revenido (°C)	Temperatura de revenido (°F)	Resistencia a la tracción (MPa)	Resistencia a la tracción (ksi)	Límite elástico (MPa)	Límite elástico (ksi)	Elongación en 4D (%)	Reducción de área (%)	Energía de impacto Charpy V-Notch (J)	Energía de impacto Charpy V-Notch (ft-lbf)	Dureza (HRC)
527	980	1960	284	1570	228	13	46.2	16	12	52
555	1030	1835	266	1530	222	13.1	50.1	24	18	50
575	1065	1730	251	1470	213	13.5	52.4	27	20	48
593	1100	1580	229	1365	198	14.4	53.7	28.5	21	46
605	1120	1495	217	1290	187	15.4	54	30	22	44

Fuente: ASM Manual, Volumen 4: Tratamiento térmico

3. Aplicaciones

Basado en las características del acero para herramientas H13, sus aplicaciones son principalmente en áreas que aprovechan su alta resistencia en caliente, tenacidad, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga térmica.

3.1 Troquel de fundición a presións: El H13 se utiliza ampliamente en la fabricación de matrices de fundición a presión. Esto incluye matrices para:

• • Aleaciones de aluminio.
  • Aleaciones de magnesio.
  • Aleaciones de zinc.
  • Aleaciones de cobre. Su resistencia al choque térmico y al agrietamiento causados por los rápidos ciclos de calentamiento y enfriamiento en la fundición a presión lo convierten en un material predilecto.

3.2 Matrices de forja en caliente:Debido a su alta resistencia y tenacidad a temperaturas elevadas, el H13 es adecuado para matrices de forja en caliente, incluidas las matrices de forja mecanizadas.

3.3 Matrices de extrusión en calienteLa resistencia al calor y al desgaste del H13 lo hacen adecuado para procesos de extrusión en caliente, incluidas matrices para perfiles de aluminio.

3.4 Matriz de extrusión en calientes: H13 también se puede utilizar para aplicaciones de extrusión en caliente.

3.5 Moldes de plástico:Si bien es principalmente un acero para trabajo en caliente, ciertos grados o condiciones preendurecidas de H13 (o aceros similares) encuentran uso en el moldeo de plástico, particularmente para:

• Moldes termoplásticos.
• Moldes de plástico termoendurecible.
• Moldes de cavidades complejas. La tenacidad y la maquinabilidad (especialmente en condiciones de preendurecimiento) benefician estas aplicaciones.

3.6 Bases de moldes:H13 (o su equivalente SKD61) se puede utilizar para bases de moldes donde se requieren resistencia y estabilidad.

3.7 Trabajo en caliente de precisión Componentes: Por sus propiedades, el H13 se puede utilizar para accesorios y boquillas de trabajo en caliente de alta precisión, especialmente aquellos que trabajan con aleaciones de zinc y aluminio durante periodos prolongados.

3.8 Matrices rodantesEn la industria de los rodamientos, H11 y H13 se utilizan para fabricar matrices de laminación, ofreciendo una vida útil mejorada.

El denominador común de estas aplicaciones es la necesidad de un material que pueda soportar altas temperaturas y tensiones, manteniendo su integridad y resistiendo el desgaste y el agrietamiento. El tratamiento térmico específico aplicado al H13, como ya se mencionó, es crucial para adaptar sus propiedades a estos diversos usos.

4. Tratamiento térmico del acero H13

Tenga en cuenta que los parámetros específicos pueden variar según la aplicación final y el tamaño de los componentes.

A continuación se muestra un esquema general del proceso de tratamiento térmico H13:

• Precalentamiento: Normalmente, el acero H13 se somete a una etapa de precalentamiento. La temperatura de precalentamiento es de 815 °C (1500 °F). Esto mitiga el choque térmico durante la etapa de austenización a temperatura superior. Generalmente, se recomienda consultar las recomendaciones del fabricante para el proceso de precalentamiento adecuado para el acero en cuestión.
• Austenización (Endurecimiento): El acero se calienta a una temperatura en la zona de formación de austenita, generalmente de unos 1025 °C (1875 °F). Este paso tiene como objetivo transformar la estructura del acero a la de la austenita, donde el carbono se disuelve. Un tiempo de remojo a esta temperatura es, como regla general, de 1 hora por cada 25 mm (1/2 pulgada) de espesor. Este paso requiere mantener un ambiente protector en el horno para evitar la oxidación superficial o la descarburación de la pieza. Se recomienda que los aceros H13 utilicen una atmósfera endotérmica con un punto de rocío de 3 a 4 °C (38 a 40 °F) al austenizarse a 1010 °C (1850 °F). Otra práctica común para proteger la superficie es envolver la pieza con una lámina de acero inoxidable.
• Temple: El acero H13, de temple al aire, se somete a temple al aire para alcanzar la máxima dureza. Este método minimiza las tensiones residuales tras el temple. Sin embargo, para secciones más grandes, puede ser necesario un soplado de aire o incluso un temple en aceite para endurecerlas por completo. El temple en agua no es ideal para el acero H13, ya que es propenso a agrietarse. Las piezas templadas en aceite deben sumergirse completamente hasta que alcancen la temperatura del baño y luego colocarse inmediatamente en el horno de revenido.
• Revenido: El H13 es un acero de temple secundario, que requiere un revenido a una temperatura superior al pico de temple secundario (aprox. 510 °C – 950 °F). El revenido es vital para aliviar tensiones y alcanzar el equilibrio deseado entre dureza y tenacidad. El revenido doble es una práctica común. Un ejemplo de un revenido inicial sería 205 °C (400 °F). El tiempo para cada ciclo de revenido suele ser de 2 horas por pulgada (25 mm) de espesor. El nivel de dureza obtenido varía según la temperatura de revenido aplicada. Por ejemplo, un tratamiento térmico que busca alcanzar 45 HRC podría implicar un revenido a 610 °C después de un temple a 1020 °C.
• Alivio de tensiones: Si la precisión dimensional es fundamental, los componentes mecanizados en desbaste pueden tratarse con un tratamiento de alivio de tensiones antes del último tratamiento térmico de endurecimiento. Esto implica calentarlos a una temperatura de 650 a 675 °C (1200 a 1250 °F), mantenerlos durante una hora o más y luego enfriarlos lentamente a temperatura ambiente.
• Nitruración (opcional): Si las piezas H13 ya han recibido tratamiento térmico, las piezas terminadas pueden someterse a nitruración, según la resistencia al desgaste requerida. Este proceso suele realizarse a temperaturas similares a la temperatura de revenido, por lo que la nitruración puede servir en ocasiones como segundo revenido en un tratamiento de revenido doble. Por ejemplo, la nitruración gaseosa a 510 °C (950 °F) durante 10 a 12 horas producirá una profundidad de capa de 0,10 a 0,13 mm (0,004 a 0,005 pulg.).

5. Equivalentes de H13

• Norma japonesa (JIS): SKD61 (a veces aparece como X40CrMoV5-1)
• Norma alemana (DIN): 1.2344, X40CrMoV5-1, GS344ESR
• Norma europea (EN): X40CrMoV5-1 (1.2344)
• Norma internacional (ISO): X40CrMoV5-1
• Estándar chino (GB/YB): 4Cr5MoSiV1
• Norma sueca (ASSAB): 8407, 8402
• Norma austriaca (BOHLER): W302, W321
• Norma americana (AISI/SAE/ASTM/UNS): H13, UNS T20813

6. Comparación del acero H11 y H13

Diferencias clave entre el acero H11 y H13:

• Contenido de vanadio: el H13 normalmente tiene un contenido de vanadio más alto (alrededor de 1%) que el H11 (alrededor de 0,3-0,5%).
• Dureza en caliente y resistencia al revenido: el mayor contenido de vanadio en H13 generalmente conduce a una mejor dureza en caliente y una resistencia al revenido ligeramente mejorada.
• Tenacidad: Se suele considerar que el H11 tiene una tenacidad ligeramente superior a la del H13. Algunas fuentes sugieren que el aumento de vanadio en el H13 podría reducir ligeramente la tenacidad, especialmente durante la fragilización por temple.
• Resistencia al desgaste: Debido a la mayor dispersión de carburos de vanadio duros, el H13 generalmente ofrece una mayor resistencia al desgaste que el H11.
• Aplicaciones (matices): Si bien ambos se utilizan para aplicaciones similares, el H13 podría ser la opción preferida para matrices que experimentan temperaturas de operación más altas o requieren mayor resistencia al desgaste, mientras que el H11 podría seleccionarse cuando la máxima tenacidad es crucial. El H13 también es muy popular para moldes de plástico que requieren un pulido alto, especialmente los grados refinados por ESR.

En resumen, elija H13 cuando la dureza en caliente, la resistencia al revenido y la resistencia al desgaste sean las principales preocupaciones. Elija H11 cuando una tenacidad ligeramente superior sea crucial para la aplicación.