ACEROS RÁPIDOS Introducción Actualmente se fabrican aceros adecuados para todo tipo de herramientas, desde las más sencillas para uso agrícola o carpintería, hasta las de uso más exigente para máquinas herramienta. Las características mecánicas buscadas en este tipo de aplicaciones son la dureza, la tenacidad, la resistencia al desgaste, y a veces de manera especial, la indeformabilidad. Los aceros para herramientas se clasifican en tres tipos: Aceros al carbono Aceros aleado Aceros rápidos Este trabajo trata sobre estos últimos.
Aceros rápidos Este tipo de aceros, realizados por Taylor y White en 1898, se usa en cuchillas de máquinas herramienta, brocas, escariadores, etc. Presentan la característica especial de conservar su dureza y características mecánicas en general hasta una temperatura de 600º C, mientras que los aceros al carbono y los aceros aleados para herramientas tienen el inconveniente de que se ablandan y desafilan para temperaturas superiores a los 250º C. Este hecho permite velocidades de corte muy superiores a las que se obtienen con otros tipos de aceros para herramientas.
Composición de los aceros rápidos Los aceros rápidos contienen en proporción relativamente elevada tres elementos de aleación fundamentales: wolframio, cobalto y molibdeno, y dos elementos accesorios, cromo y vanadio. El wolframio mejora la resistencia de la martensita en caliente y aumenta la resistencia al desgaste. El molibdeno es de una acción similar al wolframio, pero más intensa, teniendo el mismo efecto una parte de molibdeno que dos de wolframio. Tiene el inconveniente de bajar el punto de f usión del acero y de aumentar su tendencia a la descarburación. El cobalto mejora la resistencia en caliente del acero y eleva su temperatura de fusión. Aumenta también la tendencia a la descarburación del acero. El cromo favorece la formación de carburos (lo que aumenta notablemente la dureza y la resistencia al desgaste), aumenta la templabilidad del acero y su resistencia a la oxidación a alta temperatura. El vanadio aumenta la resistencia de la martensita y aumenta la resistencia al desgaste. El carbono está en los aceros aceros rápidos en proporciones proporciones del 0.65 al 1.20% con objeto de obtener en el temple gran dureza, y además, el carbono necesario
para la formación de carburos, que, como ya se ha dicho, aumentan la resistencia al desgaste.
Forja y tratamientos térmicos de los aceros rápidos Las temperaturas de la forja y tratamientos térmicos de los aceros rápidos son bastante más elevadas que las de los aceros al carbono. Además los calentamientos de los aceros rápidos deben hacerse más lentamente, aproximadamente a la mitad de velocidad que para los aceros al carbono, pues la transmisión del calor a través de la masa de acero se hace más difícilmente. También la permanencia a las temperaturas límites debe ser más prolongada. Los calentamientos de forja y temple que deben llegar a temperaturas superiores a los 1000º C, se aconseja realizarlos en dos fases: una en la que se lleva la temperatura a 800º C y se uniformiza la temperatura, y otra en la que se lleva la pieza a la temperatura final de tratamiento. De esta forma se minimiza el tiempo que la pieza tiene que estar a muy alta temperatura, evitando así problemas de quemado y de crecimiento anormal del grano. La forja de los aceros rápidos se realiza a 1200º C, iniciándose con golpes suaves hasta que toda la superficie haya sido recalcada. Después se puede martillar más fuertemente mientras el acero esté por lo menos a 900º C. Al terminar la forja debe enfriarse el acero en horno o entre cenizas, pues si se deja enfriar al aire adquiere temple. El recocido de los aceros rápidos se realiza a temperaturas de 850 a 900º C, bajando su dureza de unos 600 a unos 250 Brinell. Como los aceros al cobalto tienen tendencia a oxidarse mucho y a descarburarse, se deben recocer en hornos de atmósferas controladas o en cajas de carbón vegetal muy seco en trozos de unos 5 mm o con viruta de fundición. Las cajas se cierran con arcilla para conseguir su perfecta estanqueidad. La velocidad de enfriamiento debe ser inferior a los 10º C por hora hasta los 600º C, pudiendo luego enfriar al aire. De esta forma se evita templar el acero. El temple se realiza a temperaturas muy elevadas, de unos 1250º C, para conseguir la dilución de los carburos. Si no se llega a los 1200º C, la martensita que se forma es blanda, y si se sobrepasa la temperatura límite (que depende de la composición de cada acero) queda mucha austenita residual al templar, y la estructura que resulta también es blanda. El calentamiento se debe realizar en dos fases, como ya se ha explicado. Se emplean mucho los hornos de sales con calentamiento eléctrico, lo que evita la formación de cascarilla y la descarburación. El revenido debe realizarse inmediatamente después del temple, a 525-580º C, según el acero, con una duración de dos horas por cada 25 mm de espesor de la pieza, y enfriando después al aire. Conviene dar un segundo revenido a una temperatura de 10 a 20º C más baja que en el primero. Anexos En la siguiente figura se muestra una curva de revenido típica de este tipo de aceros, en la que se aprecia como aumenta la dureza para temperaturas del orden de las que se indican en el apartado anterior.
Para finalizar, se adjunta una tabla con las composiciones típicas de este tipo de aceros, en concreto, los del grupo F-550 según norma UNE:
F551 F552 F553 F554
F551 F552 F553 F554
Designación común Aceros rápidos 14% W Aceros rápidos 18% W Aceros extrarrápidos 5% Co Aceros extrarrápidos 10% Co Designación común Aceros rápidos 14% W Aceros rápidos 18% W Aceros extrarrápidos 5% Co Aceros extrarrápidos 10% Co
%C
0,70/0,80
%Si 0,20/0, 0,20/0,40 40 0,20/0, 0,20/0,40 40
0,75/0,80
0,20/0, 0,20/0,40 40
<0,03
<0,03
0,80/0,85
0,20/,4 0,20/0,40 0
<0,03
<0,03
0,65/0,75
%Cr
%Mn
%P
%S
<0,03
<0,03
<0,03
<0,03
%V 1,00/1, 25 1,00/1, 25
%Mo
%Co
X opcion al
X
4,00/4,50
%W 13,00/15, 00 17,00/19, 00
X
4,00/4,50
17,00/19, 1,00/1, 00 25
0,8/1,0 0
4,0/6, 0
4,00/4,50
17,00/19, 1,00/1, 00 25
0,80/1, 00
9/11,0 0
3,75/4,25
Bibliografía
Apuntes de clase, curso 2007/08 Ciencias de los materiales: José María Lasheros\ Javier F. Carrasquillo, ED. Donostiarra, 1992. AENOR: Aceros para tratamientos térmicos y especiales, 2003 Tecnología de los metales: H. Appold\ K. Feiles\ A. Reinbord\ P. Schmidt, ED. Reverté, 1989
