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Aceros para Herramientas F. Rumiche

MAESTRÍA EN INGENIERÍA Y CIENCIA DE MATERIALES

Aceros para herramientas aleados • Aceros al carbono y aleados • Para herramientas de corte, conformado, procesamiento general de materiales • Superior dureza • Habilidad para mantener bordes cortantes • Resistencia a la abrasión • Resistencia a alta temperatura


Aceros para herramientas


Características • Usados en estado de tratado térmicamente • Contenido de C: 0.7%-1.4% • Elementos de alta aleación: W, Mo, V, Mn, Cr • Diferentes grados para distintas aplicaciones


Requerimientos en servicio • Cargas extremadamente altas y de rápida aplicación • Mantenimiento de propiedades a alta temperatura


Métodos de fabricación • Forjado • Fundición • Metalurgia de polvos Tamaño de carburos Distribución de carburos Composición


Condiciones de fabricación • Materiales cuidadosamente seleccionados • Fundición en hornos pequeños • Refinación en recipientes de Ar/O • Operaciones secundarias de refinamiento y refundición • Mínima decarburización • Cuidadoso control de forjado y rolado • Riguroso control del proceso


Operaciones de inspección • Macroataque • Composición • Dureza • Tamaño de grano • Estructura de recocido • Templabilidad • Discontinuidades internas y superficiales (MT,UT)


Clasificación • Designación AISI – Método de temple – Composición química – Aplicación – Aplicación – Características particulares



Fabricación de la herramienta herramienta • Apropiado diseño de la herramienta • Precisión de fabricación • Selección del material apropiado • Aplicación del tratamiento térmico adecuado adecuado

Conformado

Tratamiento térmico


Aceros de alta velocidad • Designación AISI T y M • El grupo M constituye el 95% de la producción • Menor precio en comparación con T, 40% • Buena templabilidad y propiedades mecánicas • Aplicaciones típicas: brocas, utilajes, insertos en matrices a baja temperatura, rodillos, punzones


Composicion de aceros de alta velocidad


Aceros al Mo (serie M) • Contienen Mo, W, Cr, V, Co y C • Carburos • > C y V > resistencia al desgaste • > Co > dureza al rojo • Sensibles a la decarburización y daño por sobre calentamiento • Templados desde 1175-1230 °C


Dureza alcanzable • Bajo C – M1, M2, M10, M30, M33, M34 y M36 < 65 HRC • Alto C – M3, M4, M7 < 66 HRC – Con Co: M41, M42, M43, M44 y M46 < 69-70 HRC


Acero M2

Después de solidificación

Después de recocido

Austenita + microestructura inter dendrítica de carburos

Austenita + carburos dispersos


Aceros al W (serie T) • Contienen W, Cr, V, Co y C • Carburos duros y resistentes al desgaste (>1.5%V y >1.0%C) • Alta dureza en rojo y resistencia resistencia al desgaste • T1: 18%W, 4%Cr, 1.0%V, 0.75%C • T15 es el mas resistente al desgaste • Secciones de hasta 76 mm (3 in) pueden ser endurecidas hasta 65 HRC


Aceros al W • Para herramientas de corte, matrices, punzones y componentes estructurales de alta carga y temperatura (rodamientos y bombas en aeronaves) • Temple desde 1205 a 1300°C en sales y aceite • Dureza: 64.5-67 HRC


Acero T1 18W-4Cr

M6C


Efecto del Co


Aceros para trabajo en caliente • Designación AISI H • Para aplicaciones que combinen calor, presión y abrasión • Conformado de metales a alta temperatura • 500-700 °C • Contenidos medio de C (0.35-0.45%C) • Cr, W, Mo, V: 6-25%


Aceros para trabajo en caliente • H base Cr – H10 a H19 • H base W – H21 a H26 • H base Mo – H42 a H43


H base Cr • Buena resistencia al ablandamiento por temperatura (contenido de Cr y carburos Mo, W, V) • Tenacidad con dureza de trabajo de 40-55 HRC • >W y Mo incrementan resistencia r esistencia en caliente pero disminuyen ductilidad • V mejora la resistencia al desgaste erosivo a altas temperaturas • Si mejora la resistencia a la oxidación hasta 800°C MAESTRÍA EN INGENIERÍA Y CIENCIA DE MATERIALES

H base Cr • Endurecibles en aire • H11 – Homogeneidad estructural – Resistencia al ablandamiento hasta 540 °C – Resistencia mecánica: 1720-2070 MPa – Facilidad de formado y trabajado, buena soldabilidad – Bajo coeficiente de expansión térmica – Buena resistencia a la oxidación y corrosión MAESTRÍA EN INGENIERÍA Y CIENCIA DE MATERIALES

Efecto del V (0.33C-5Cr-0.8Si1.35Mo)


Resistencia a la fatiga


H base W • Principales elementos: C, W, Cr, V • Mas resistentes a alta temperatura en comparación con los H base Cr • Susceptibles a fragilizarse a la dureza de trabajo (45-55 HRC) • Templados en aceite o sales • Para extrusoras de bronce, niquel y aceros


Dureza en función de temperatura


H base Mo • H42 y H43 • Aleantes: Mo, Cr, V, W • Bajo contenido de C • Alta tenacidad • Menor costo • Susceptibles a descarburización durante tratamiento


Aceros para trabajo en frío • Temperaturas de trabajo 205-260 °C • 3 categorías – Endurecibles en aire: A – Alto – Alto C Alto Cr: D – Endurecibles en aceite: O


Endurecibles en aire (A) • Suficientes elementos aleantes para obtener dureza total en secciones < 102 mm (4 in) • Mínima distorsión y baja susceptibilidad a la fisuración (temple en aire) • Aleantes principales: Mn, Cr y Mo • Para cuchillas de corte, punzones, matrices cortantes, herramientas para medir, gages. • Matriz martensitica con carburos de V


Microestructura A7

TT recocido

TT temple y revenido

Matriz ferrítica y carburos masivos esferoidales

Carburos en matriz de martensita revenida


Alto C Alto Cr (D) • 1.5-2.35%C, 12%Cr y 1%Mo • Endurecibles en aire excepto D13 (en aceite) • Alta resistencia al ablandamiento ablandamiento en caliente • Alta resistencia al desgaste desgaste • Presencia de carburos masivos • Aplicaciones: Rodillos para roscar, trefilado, trefilado, gages, cuchillas de corte


Dureza en función de temperatura y tiempo


Endurecibles en aceite (O) • Alta variación en composición • O1: Mn, Cr y W • O2: Mn • O6: Si, Mn y Mo • Alta resistencia al desgaste desgaste a temperaturas normales • Baja resistencia al ablandamiento a elevadas temperaturas


Endurecibles en aceite (O) • Fácilmente maquinables (O6: grafito) • Aplicaciones: Matrices y punzones punzones para cortar, trefilar, conformado • Dureza superficial: 56-62 HRC (temple en aceite y revenido entre 175-315 °C)


Templabilidad


Aceros resistentes al impacto (S) • Principales elementos de aleación: Mn, Si, Cr, W y Mo • Contenido de C: 0.5% • Combinan buena resistencia, alta tenacidad, baja-media resistencia al desgaste • Templados en agua (S2), en aceite (S1, S5, S6) o en aire (S7) remaches, punzones, • Aplicaciones: Cinceles, remaches, brocas y estructurales MAESTRÍA EN INGENIERÍA Y CIENCIA DE MATERIALES

Aceros para moldes (P) • Aleantes: Cr y Ni • P2 y P6: carburizables • Muy baja dureza y resistencia en condición de recocido → moldeo en frío (30 (30-36 -36 HRC) • El molde es luego carburizado, endurecido y revenido (58 HRC) • Baja resistencia al ablandamiento a altas temperaturas (P4 y P21 medias resistencia)


Aceros para moldes (P) • Para matrices de baja temperatura y moldes para la inyección y compresión de plásticos


Aceros endurecibles en agua (W) • C como elemento principal (0.6-1.4%) • Cr incrementa templabilidad y resistencia al desgaste • V afina el grano y mejora la tenacidad • Baja resistencia a elevadas temperaturas • Herramientas de grabado, para madera, herramientas resistentes al desgaste, cuchillería


Aceros endurecibles en agua (W) • 4 grupos: – Especial (grado 1) – Extra (grado 2) – Estándar (grado 3) – Comercial (grado 4)


Tenacidad versus dureza Temple superficial


Tenacidad versus resistencia al desgaste


FIN


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