CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DE ESTUDIOS AVANZADOS DEL IPN

UNIDAD SALTILLO

MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA METALÚRGICA

TRANSFORMACIONES DE FASE EN INGENIERIA MICROESTRUCTURAL

Aceros H-12 y D-2

Profesor:

Dr. Alfredo flores Valdez

Alumno.

Roberto Carlos Molina Coria

Ramos Arizpe, Coah. A 30 de Marzo del 2011

Aceros Herramienta

Aceros grado herramienta.

Los aceros de herramientas abarcan todos los aceros que se pueden emplear para la fabricación de herramientas destinadas a modificar la forma y dimensiones de los materiales por cortadura, presión, arranque de viruta, extrusión, laminación, embutición y choque. Tienen, generalmente, un contenido en Carbono superior al 0,3%, aunque en algunos casos se emplean aceros de bajo contenido en carbono (0,10% - 0,30%).

El principal criterio de selección para un acero de herramienta es la relación entre tenacidad, resistencia al desgaste y dureza, aunque hay otros aspectos que pueden influir en su selección como son el coste y/o la posibilidad de aplicarle tratamientos superficiales, etc. A continuación se describen algunas de las propiedades que se deben tener en cuenta a la hora de realizar la elección de un acero de herramienta: Elección de los aceros de herramientas:

En la mayoría de los casos nos encontramos con que son varios los tipos e incluso las familias de aceros que nos resolverían satisfactoriamente un determinado problema de herramientas, lo que hace que la selección se base en otros factores, tales como productividad prevista, facilidad de fabricación y costo. En última instancia es el costo de las herramientas por unidad de producto fabricado el que determina la selección de un determinado acero.

Los aceros de herramientas, además de utilizarse para la fabricación de elementos de máquinas, se emplean para la fabricación de útiles destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por arranque de viruta, cortadura, conformado, embutición, extrusión, laminación y choque.

De todo lo dicho se deduce que, en la mayoría de los casos, la dureza, tenacidad, resistencia al desgaste y dureza en caliente constituyen los factores más importantes a considerar en la elección de los aceros de herramientas. No obstante, en cada caso en particular hay que considerar también otros muchos factores, tales como la deformación máxima que puede admitirse en la herramienta; la descarburización superficial tolerable; la templabilidad o penetración de la dureza que se puede obtener; las condiciones en que tiene que efectuarse el tratamiento térnico, así como las temperaturas, atmósferas e instalaciones que requiere dicho tratamiento; y, finalmente, la maquinabilidad.

Penetración del temple:

La mayor o menor penetración del temple es función de la templabilidad de cada clase de acero en particular. La clasificación dada en la Tabla I en función de la templabilidad está establecida en el supuesto de que se utilicen los medios de temple recomendados. Los aceros de temple superficial, entre los que se encuentran los aceros de herramientas al carbono (grupo W), los aceros al tungsteno (grupo F) y varios de los aceros de cementación del grupo P, se templan por lo general en agua. La templabilidad de los aceros aumenta con el contenido en elementos de aleación, excepto en el caso del cobalto, el cual es único elemento que la hace disminuir. Para que en una sección grande la tenacidad tenga en toda ella un valor elevado, conviene elegir un acero de alta aleación.

Tenacidad:

En el caso de los aceros de herramientas, el término tenacidad se refiere más a la capacidad de sufrir golpes sin rotura que a la facultad de absorber energía durante la deformación. La mayor parte de las herramientas tienen que ser piezas rígidas, y por lo general cualquier deformación que presenten, por pequeña que sea, las hace inservibles. Los aceros de herramientas con contenidos en carbono medios y bajos, pertenecientes a los grupos S y H, son los que presentan mejor tenacidad y constituyen el material utilizado en la fabricación de herramientas resistentes al choque.

Dureza en caliente:

Esta propiedad expresa la resistencia que presenta el acero al ablandamiento a temperaturas elevadas, y viene reflejada, en cierto modo, por la resistencia que ofrece el material al revenido, la cual constituye un factor importante a considerar en la elección de los aceros de herramientas que trabajen a más de 500ºC es fundamental que posean aleación, formadores de carburos duros y estables, mejora generalmente la resistencia la ablandamiento a temperaturas elevadas, destacando en este sentido los aceros que contienen grandes cantidades de tungsteno, cromo y molibdino.

Maquinabilidad:

Esta propiedad indica la mayor o menor facilidad que presenta el material a su mecanización y a la obtención de un acabado perfecto (Tabla I). Los factores que influyen en la maquinabilidad de los aceros de herramientas son la dureza en estado de recocido, la microestructura del acero y la cantidad de carburos presentes.

En comparación con los aceros aleados normales, los aceros de herramientas son mucho más difíciles de mecanizar. El acero de herramienta que presenta mejor maquinabilidad (el tipo W) tiene un índice aproximadamente igual al 30%, por lo tanto como referencia para comparar la maquinabilidad de los distintos aceros de herramientas se toma W, a los que se asigna arbitrariamente el índice 100 (Tabla II). La maquinabilidad y facilidad de trabajo de los aceros de herramientas disminuye al aumentar el contenido de carbón y elementos de aleados. Conforme aumenta el contenido en carbono y elementos de aleación en los aceros, carbono en combinación con elementos que tienen gran tendencia a formar carburos, como el vanadio, el tungsteno, el cromo y el molibdeno, reduce la maquinabilidad al formarse gran número de partículas duras de carburo, que no se disuelven en el recocido.

Resistencia a la descarburación:

Ya que ésta determina la instalación a utilizar en el tratamiento térmico, y la cantidad de material que es necesario quitar de la superficie después del temple. La descarburación tiene lugar normalmente cuando los aceros se calientan a temperaturas superiores a 704ºC t salvo

que el material se proteja en el calentamiento por algún procedimiento, como, por ejemplo, mediante la utilización de una atmósfera protectora, es probable que la superficie del acero pierda algo de carbono. Esta descarburación es la causa de que en el temple la superficie no se endurezca, sino que quede blanda.

Los aceros de herramientas al carbono son los que menos se descarburan. Los aceros para la fabricación de herramientas para trabajos de choque presentan una resistencia a la descarburación baja; los utilizados en las herramientas para trabajos en caliente se consideran que tienen una resistencia mediana, y la mayoría de los restantes aceros de herramientas ofrecen una resistencia a la descarburación buena.Clasificacion de los aceros grado heramienta.

Graficas comparativas a) tenacidad vs dureza rojo y b) tenacidad vs resistencia al desgaste.

Aceros para trabajo en caliente grupo H.

El grupo h consta de aceros que son utilizados en operaciones que involucran abrasión y/o altas presiones combinadas con altas temperaturas de trabajo. El grupos de aceros herramienta H usualmente tiene contenidos de carbón que van desde 0.30 a 0.45%, así como cromo, tungsteno, molibdeno y vanadio. Este grupo está dividido en tres subgrupos los cuales son: aceros para trabajo en caliente al cromo (tipos H1 al H19), aceros para trabajar en caliente al tungsteno (tipos H20 al 39), y aceros para trabajo en caliente al molibdeno (tipo H40 al H59)

Aceros H-12

Aceros H-12

AISI, ASTM, NMX.

H-12

UNS T20812

Análisis químico según Norma Nacional NMX B-82 (% en peso):

C Si Mn P màx. S màx. Cr V màx. W Mo

0.30-0.40 0.80-1.20 0.20-0.50 0.030 0.030 4.75-5.50 020-0.50 1.00-1.70 1.25-1.75

Otros residuales, valor máximo: Cu = 0.25% Ni = 0.30% Cu + Ni = 0.40% As + Sn + Sb = 0.040%

Tipo:Acero para trabajos en caliente, tipo al cromo-molibdeno con tungsteno.

Formas y Acabados:Redondo, cuadrado y solera, disco y anillo forjado; barra perforada y lámina.

Características:Este acero presenta excelente tenacidad, resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.

Aplicaciones:Se emplea para fabricar dados de extrusión, dados de forja, portamatrices, punzones y cuchillas para corte en caliente y dados para recalcar, troqueles y cabecear, entre otros.

Observaciones:

Forjar calentando lenta y uniformemente; enfriar lentamente en horno, ceniza o cal. Recocer empacando el acero en rebaba de hierro colado o arena con algo de carbón en polvo. Calentar lentamente, enfriar en horno. Dureza máxima: 230 Brinell. Templar en horno de atmósfera controlada para resultados óptimos, o empacar con rebaba de hierro colado u otro empaque comercial; enfriar al aire calmado. Revenir dos veces, según la dureza deseada.

Tratamientos Térmicos recomendados (valores en °C):

FORJADO

RECOCIDO DUREZA BRINELL MÁXIMA

BARRAS RECOCIDAS (1)

TEMPERATURA

MEDIO DE ENF.

VEL. ENF.

TEMPERATURAS ENFRIAMIENTOPrecalenta

r De trabajo

1050-1150850

recalentar cuando se requiera

En micas o en cualquierotro material aislanteRecocer de inmediato

815-850enfriar en

horno

16°C/hrhasta horno

negro y apagar.

241

Nota: (1) Dureza exigida por la norma NMX B-82 (tabla2).

Temple recomendado según NMX B-82 (tabla 3)(valores en  °C ):

Efecto de la temperatura

de revenido sobre la dureza (4)

PRECALEN-

TAMIENTO

AUSTENIZACIÒNTIEMPO A

TEMP.AUSTENIZACIÒ

N

MEDIO DEENFRIAMIENT

O

REVENIDO

DUREZA Rc

MÍNIMA(2)

TEMPERATURA

REVENIDO

DUREZA

Rc

BAÑO DE SALE

S

ATM. CONTROLAD

A

790 995 10101 min/mm de

esp.Aire 550 (3) 53

480 52-53

(2).- La dureza se da en base a probetas hasta de 25mm. de sección.(3).- El revenido debe realizarse en dos ciclos a la misma temperatura y con       una duración de 2 hrs. cada uno.(4).- Temple a 1000°C.

540 55-56Notas: 590 53-54

650 38-39

705 36-37

Aceros para trabajos en frío:

Los aceros de baja aleación de temple en aceite (grupo O) contienen manganeso y cantidades menores de cromo y tungsteno. Estos aceros destacan por su gran indeformabilidad y porque en el tratamiento térmico en menos probable que se doblen, alabeen, retuerzan, deformen o agrieten e los de temple en agua. Entre sus características principales podemos señalar su buena resistencia al desgaste, maquinabilidad y resistencia a la descarburación; la tenacidad es solo regular y su dureza en caliente tan baja como la de los aceros de herramientas al carbono. Estos aceros se utilizan en la fabricación de terrajas, rodillos de laminar roscas, herramientas de forma y escariadores expansivos.

Los aceros de aleación media (grupo A) contienen un 1% de carbono, 3% como máximo de manganeso, 5% como máximo de cromo y un 1% de molibdeno. El aumento del contenido en elementos aleados, particularmente de manganeso y molibdeno, confiere a estos aceros unas propiedades características del temple al aire muy acusadas, y aumentan la templabilidad. Los aceros de este grupo se destacan por ser excelente indeformabilidad, presentando una resistencia al desgaste buena, tenacidad, y una maquinabilidad que va de regular a mala. Se emplean para matrices de corte, matrices de estampar, matrices de rebarbar y rodillos de laminar roscas.

Los aceros altos en carbono y en cromo (grupo D) contienen hasta un 2,35% de carbono y un 12% de cromo, pudiendo también contener molibdeno, tungsteno, vanadio y cobalto. La combinación del carbono y cromo en cantidades elevadas proporciona una excelente resistencia al desgaste e indeformabilidad. Se caracterizan también por su buena resistencia a la abrasión y mínima variación de dimensiones en el temple, lo que los punzonar, de estampas para el estirado de alambre, barras y tubos, rodillos de laminar roscas y patrones de medida.Aceros D2

 

aceros D-2

AISI, ASTM, NMX.

D-2

UNS T30402

Análisis químico según Norma Nacional NMX B-82 (% en peso):C Si máx. Mn máx. P máx. S máx. Cr V máx. Mo

1.40-1.60 0.10-0.60 0.20-0.60 0.030 0.03011.00-13.00

0.50-1.10 0.70-1.20

Otros residuales, valor máximo: Cu = 0.25% Ni = 0.30% Cu + Ni = 0.40% As + Sn + Sb = 0.040%Tipo: Acero para trabajo en frío, tipo alto carbono-alto cromo.Formas y Acabados: Redondo, cuadrado y solera; disco y anillo forjado; barra perforada.

Características:Este acero presenta alta resistencia al desgaste, así como tenacidad moderada. Maquinabilidad y afilado también moderados.

Aplicaciones:Se emplea para fabricar matrices cortantes, punzones, cuchillas, matrices para estampado y acuñado; rodillos laminadores y roscadores, entre otros.

Observaciones:

Proteger contra descarburización usando atmósfera controlada o cubriendo el acero con material inerte, al calentar para recocer o templar. Dureza después de recocido: 190-240 HB. Eliminar toda la capa descarburada de laminación o forja antes de templar. Revenir inmediatamente. Cuando la herramienta se va a someter a impactos, conviene hacer un segundo revenido a 500 ºC . Para obtener buenos resultados es esencial igualar la temperatura en toda la pieza.

Tratamientos Térmicos recomendados ( valores en °C ):

FORJADORECOCIDO

DUREZA BRINELL MÀXIMABARRAS RECOCIDAS (1)TEMPERATUR

AMEDIO DE

ENF.VEL. ENF.

TEMPERATURAS ENFRIAMIENTOPrecalentar 

De trabajo

110-1150930

recalentar cuando se requiera

En micas o en cualquierotro material aislanteRecocer de inmediato

840-870enfriar en

horno

11°C/hrhasta horno

negro y apagar.26

Nota: (1) Dureza exigida por la norma NMX B-82 (tabla2).

Temple recomendado según NMX B-82 (tabla 3)(valores en  °C ):

Efecto de la

temperaturade revenido sobre la

dureza (3)

PRECALEN-

TAMIENTO

AUSTENIZACIÒN TIEMPO A TEMP.

AUSTENIZACIÒN

MEDIO DEENFRIAMIENT

O

REVENIDO

DUREZA RcMÌNIMA(2)

TEMPERATURA

REVENIDO

DUREZARc

BAÑO DE SALES

ATM. CONTROLADA

815 995 10101 min/mm de

esp.Aire oAceite

205 5990

20061-6259-60

230 59-60

(2).- La dureza se da en base a probetas hasta de 25mm. de sección.(3).- Temple a 1000°C.

290 56-57

Notas: 370 56-57

430 56-57

480 58-59

540 59-60590 50-55650 44-45

Bibliografía www. aceros-de-herramientas.htmlhttp://www.acerospalmexico.com.mx/ah.htm