El acero de alta velocidad ( HSS o HS ) es un subconjunto de aceros para herramientas , comúnmente utilizado como material para herramientas de corte .
Es superior a las herramientas de acero con alto contenido de carbono en el sentido de que puede soportar temperaturas más altas sin perder su temple (dureza). Esta propiedad permite que el HSS corte más rápido que el acero con alto contenido de carbono, de ahí el nombre de acero de alta velocidad . A temperatura ambiente, en su tratamiento térmico generalmente recomendado, los grados HSS generalmente muestran una alta dureza (por encima de 60 Rockwell C ) y resistencia a la abrasión en comparación con los aceros al carbono y para herramientas comunes . Hay varios tipos diferentes de acero de alta velocidad, como M42 y M2. [1]
En 1868, el metalúrgico inglés Robert Forester Mushet desarrolló el acero Mushet , considerado el precursor de los aceros modernos de alta velocidad. Consistía en un 2 % de carbono , un 2,5 % de manganeso y un 7 % de tungsteno . La principal ventaja de este acero era que se endurecía cuando se enfriaba al aire desde una temperatura a la que la mayoría de los aceros debían templarse para endurecerse. Durante los siguientes 30 años, el cambio más significativo fue la sustitución del manganeso por cromo . [2]
En 1899 y 1900, Frederick Winslow Taylor y Maunsel White ( nacido Maunsel White III; 1856-1912; nieto de Maunsel White ; 1783-1863), trabajando con un equipo de asistentes en la Bethlehem Steel Company en Bethlehem, Pensilvania , EE. UU., realizaron una serie de experimentos con el tratamiento térmico de aceros para herramientas de alta calidad existentes, como el acero Mushet, calentándolos a temperaturas mucho más altas de las que normalmente se consideraban deseables en la industria. [3] [4] Sus experimentos se caracterizaron por un empirismo científico en el sentido de que se realizaron y probaron muchas combinaciones diferentes, sin tener en cuenta la sabiduría convencional o las recetas alquímicas, y se mantuvieron registros detallados de cada lote. El resultado fue un proceso de tratamiento térmico que transformó las aleaciones existentes en un nuevo tipo de acero que podía conservar su dureza a temperaturas más altas, lo que permitía velocidades y tasas de corte mucho más altas durante el mecanizado.
El proceso Taylor-White [5] fue patentado y supuso una revolución en las industrias de mecanizado. Se necesitaban máquinas herramienta más pesadas y con mayor rigidez para aprovechar al máximo el nuevo acero, lo que impulsó rediseños y la sustitución de la maquinaria instalada en la planta. La patente fue impugnada y finalmente anulada. [6]
La primera aleación que se clasificó formalmente como acero de alta velocidad se conoce con la designación AISI T1, que se introdujo en 1910. [7] Fue patentada por Crucible Steel Co. a principios del siglo XX. [2]
Los aceros de alta velocidad son aleaciones que obtienen sus propiedades de una variedad de metales de aleación añadidos al acero al carbono, que normalmente incluyen tungsteno y molibdeno, o una combinación de los dos, a menudo con otras aleaciones también. [9] Pertenecen al sistema de aleación multicomponente Fe-C-X donde X representa cromo , tungsteno , molibdeno , vanadio o cobalto . Generalmente, el componente X está presente en más del 7%, junto con más del 0,60% de carbono .
En el sistema de numeración unificado (UNS), a los grados de tungsteno (por ejemplo, T1, T15) se les asignan números en la serie T120xx, mientras que al molibdeno (por ejemplo, M2, M48) y los tipos intermedios se les asignan números T113xx. Las normas ASTM reconocen 7 tipos de tungsteno y 17 tipos de molibdeno. [10]
La adición de aproximadamente un 10% de tungsteno y molibdeno en total maximiza de manera eficiente la dureza y tenacidad de los aceros de alta velocidad y mantiene esas propiedades a las altas temperaturas generadas al cortar metales.
La combinación de acero al molibdeno, tungsteno y cromo crea varias aleaciones comúnmente llamadas "HSS", con una dureza de 63 a 65 Rockwell C.
La adición de cobalto aumenta la resistencia al calor y puede proporcionar una dureza de hasta 70 Rockwell C. [13]
Las brocas HSS formadas por laminación se denominan HSS-R. El rectificado se utiliza para crear brocas HSS-G, de cobalto y de carburo. [15]
El uso principal de los aceros de alta velocidad sigue siendo en la fabricación de diversas herramientas de corte: taladros, machos de roscar , fresas , brocas para herramientas , fresas para engranajes , hojas de sierra, hojas de cepilladoras y ensambladoras, brocas para fresadoras, etc., aunque su uso para punzones y matrices está aumentando.
Los aceros de alta velocidad también encontraron un mercado en las herramientas manuales finas, donde su relativamente buena tenacidad a alta dureza, junto con una alta resistencia a la abrasión, los hicieron adecuados para aplicaciones de baja velocidad que requieren un borde afilado y duradero, como limas , cinceles , hojas de cepillos de mano y cuchillos de cocina y navajas de bolsillo de Damasco . [ cita requerida ]
Las herramientas de acero de alta velocidad son las más populares para usar en el torneado de madera, ya que la velocidad de movimiento de la pieza más allá del borde es relativamente alta para las herramientas portátiles, y el HSS mantiene su filo por mucho más tiempo que las herramientas de acero con alto contenido de carbono. [ cita requerida ]
La famosa demanda de patentes de la empresa Bethlehem Steel contra la empresa Niles-Bement-Pond por infracción de dos patentes fundamentales de FW Taylor y M. White (668.369 y 668.270, ambas del 19 de febrero de 1907) ha sido resuelta a favor del demandado... La decisión del tribunal subraya que no existe una nueva composición de acero inventada por Taylor y White...