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El acero para herramientas es cualquiera de los diversos aceros al carbono y aceros aleados que son particularmente adecuados para su fabricación en herramientas y utillajes, incluidas herramientas de corte , matrices , herramientas manuales , cuchillos y otros. Su idoneidad proviene de su dureza distintiva , resistencia a la abrasión y la deformación, y su capacidad para mantener un filo a temperaturas elevadas. Como resultado, los aceros para herramientas son adecuados para su uso en el modelado de otros materiales, como por ejemplo en el corte , el mecanizado , la estampación o la forja .
Los aceros para herramientas tienen un contenido de carbono entre el 0,5% y el 1,5%. La presencia de carburos en su matriz juega un papel dominante en las cualidades del acero para herramientas. Los cuatro elementos de aleación principales que forman carburos en el acero para herramientas son: tungsteno , cromo , vanadio y molibdeno . La velocidad de disolución de los diferentes carburos en la forma austenítica del hierro determina el rendimiento a alta temperatura del acero (cuanto más lento, mejor, lo que lo convierte en un acero resistente al calor). El tratamiento térmico adecuado de estos aceros es importante para un rendimiento adecuado. [1] El contenido de manganeso a menudo se mantiene bajo para minimizar la posibilidad de agrietamiento durante el temple en agua .
Existen seis grupos de aceros para herramientas: endurecimiento por agua, trabajo en frío, resistente a golpes, alta velocidad, trabajo en caliente y usos especiales. La elección del grupo a seleccionar depende del costo, la temperatura de trabajo, la dureza superficial requerida, la resistencia, la resistencia a los golpes y los requisitos de tenacidad. [2] Cuanto más severas sean las condiciones de servicio (mayor temperatura, abrasividad, corrosividad, carga), mayor será el contenido de aleación y la consiguiente cantidad de carburos necesarios para el acero para herramientas.
Los aceros para herramientas se utilizan para cortar, prensar, extruir y acuñar metales y otros materiales. Su uso en herramientas es esencial; por ejemplo, los moldes de inyección requieren aceros para herramientas por su resistencia a la abrasión, un criterio importante para la durabilidad del molde que permite cientos de miles de operaciones de moldeo a lo largo de su vida útil.
Los grados de acero para herramientas AISI - SAE son la escala más común que se utiliza para identificar los distintos grados de acero para herramientas. A las aleaciones individuales dentro de un grado se les asigna un número; por ejemplo: A2, O1, etc.
El acero para herramientas del grupo W recibe su nombre de su propiedad definitoria de tener que ser templado en agua. El acero de grado W es esencialmente acero al carbono simple con alto contenido de carbono . Este grupo de acero para herramientas es el acero para herramientas más utilizado debido a su bajo costo en comparación con otros. Funcionan bien para piezas y aplicaciones donde no se encuentran altas temperaturas; por encima de los 150 °C (300 °F) comienza a ablandarse en un grado notable. Su templabilidad es baja, por lo que los aceros para herramientas del grupo W deben someterse a un temple rápido, que requiere el uso de agua. Estos aceros pueden alcanzar una alta dureza (por encima de 66 Rockwell C ) y son bastante frágiles en comparación con otros aceros para herramientas. Los aceros W todavía se venden, especialmente para resortes, pero son mucho menos utilizados que en los siglos XIX y principios del XX. Esto se debe en parte a que los aceros W se deforman y agrietan mucho más durante el temple que los aceros templados en aceite o endurecidos al aire.
La tenacidad de los aceros para herramientas del grupo W aumenta mediante la aleación con manganeso, silicio y molibdeno. Se utiliza hasta un 0,20 % de vanadio para conservar los tamaños de grano fino durante el tratamiento térmico.
Las aplicaciones típicas para diversas composiciones de carbono son para los aceros W:
Los aceros para herramientas de trabajo en frío incluyen la serie O (endurecimiento en aceite), la serie A (endurecimiento al aire) y la serie D (alto contenido de carbono y cromo). Estos son aceros que se utilizan para cortar o dar forma a materiales que se encuentran a bajas temperaturas. Este grupo posee alta templabilidad y resistencia al desgaste, y tenacidad media y resistencia al ablandamiento por calor. Se utilizan en la producción de piezas más grandes o piezas que requieren una distorsión mínima durante el endurecimiento. El uso de temple en aceite y endurecimiento al aire ayuda a reducir la distorsión, evitando las tensiones más altas causadas por el temple más rápido en agua. Se utilizan más elementos de aleación en estos aceros, en comparación con la clase de endurecimiento en agua. Estas aleaciones aumentan la templabilidad de los aceros y, por lo tanto, requieren un proceso de temple menos severo y, como resultado, es menos probable que se agrieten. Tienen una alta dureza superficial y a menudo se utilizan para hacer hojas de cuchillos. La maquinabilidad de los grados de endurecimiento en aceite es alta, pero para los tipos con alto contenido de carbono y cromo es baja.
Esta serie incluye un tipo O1, un tipo O2, un tipo O6 y un tipo O7. Todos los aceros de este grupo suelen endurecerse a 800 °C (1500 °F), enfriarse en aceite y luego revenirse por debajo de 200 °C (400 °F). [3] [4] [5] [6] [7]
El primer acero para herramientas endurecible al aire fue el acero mushet , que en aquel momento se conocía como acero endurecible al aire .
Los aceros modernos endurecibles al aire se caracterizan por una baja distorsión durante el tratamiento térmico debido a su alto contenido de cromo. Su maquinabilidad es buena y tienen un equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad (es decir, entre los grados D y resistentes a los golpes). [11]
La serie D de la clase de aceros para herramientas de trabajo en frío, que originalmente incluía los tipos D2, D3, D6 y D7, contiene entre un 10% y un 13% de cromo (un valor inusualmente alto). Estos aceros conservan su dureza hasta una temperatura de 425 °C (800 °F). Las aplicaciones comunes para estos aceros para herramientas incluyen matrices de forja, bloques de matrices de fundición a presión y matrices de embutición. Debido a su alto contenido de cromo, ciertos aceros para herramientas de tipo D a menudo se consideran inoxidables o semiinoxidables, sin embargo, su resistencia a la corrosión es muy limitada debido a la precipitación de la mayoría de sus componentes de cromo y carbono como carburos.
La alta resistencia a los golpes y la buena templabilidad se consiguen mediante aleaciones de cromo-tungsteno, silicio-molibdeno y silicio-manganeso. Los aceros para herramientas del grupo resistente a los golpes (S) están diseñados para resistir los golpes tanto a bajas como a altas temperaturas. Se requiere un bajo contenido de carbono para la tenacidad necesaria (aproximadamente un 0,5 % de carbono). Las aleaciones formadoras de carburo proporcionan la resistencia a la abrasión, la templabilidad y las características de trabajo en caliente necesarias. Esta familia de aceros muestra una tenacidad al impacto muy alta y una resistencia a la abrasión relativamente baja y puede alcanzar una dureza relativamente alta de 58 a 60 HRC. En los EE. UU., la tenacidad suele derivar de un 1 a 2 % de silicio y un 0,5–1 % de contenido de molibdeno. En Europa, los aceros para golpes suelen contener entre un 0,5 y un 0,6 % de carbono y alrededor de un 3 % de níquel. En algunos aceros de baja aleación (HSLA) resistentes a los golpes y de alta resistencia, como el L6, el 4340 y el acero para sierra sueco, todavía se utiliza un contenido de níquel de entre el 1,75 % y el 2,75 %, pero es relativamente caro. Un ejemplo de su uso es en la producción de brocas para martillos neumáticos .
Los aceros para trabajo en caliente son un grupo de aceros que se utilizan para cortar o dar forma a materiales a altas temperaturas. Los aceros para herramientas del grupo H se desarrollaron para ofrecer resistencia y dureza durante la exposición prolongada a temperaturas elevadas. Estos aceros para herramientas tienen un bajo contenido de carbono y una aleación moderada a alta que proporciona una buena dureza y tenacidad en caliente y una resistencia al desgaste aceptable debido a una cantidad sustancial de carburo. [1] Los aceros H1 a H19 se basan en un contenido de cromo del 5 %; los aceros H20 a H39 se basan en un contenido de tungsteno del 9-18 % y un contenido de cromo del 3-4 %; los aceros H40 a H59 se basan en molibdeno.
Los ejemplos incluyen el acero para herramientas DIN 1.2344 (H13).
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