Acero Para Herramientas

ACEROS PARA HERRAMIENTAS

Clasificación de aceros para herramientas: Cualquier acero utilizado como herramienta; sin embargo, él término suele limitarse a aceros especiales de alta calidad utilizados para corte o formado. Hay varios métodos para clasificar los aceros para herramientas. Uno es según los medios de templado que se usen, como aceros templados en agua, aceros templados en aceite y aceros templados en aire. El contenido de la aleacion es otro medio de clasificación, como aceros al carbono para herramientas, un ultimo método de agrupación es el basado en el empleo del acero para herramientas, como aceros para trabajos en caliente, aceros resistentes al impacto, aceros de alta velocidad y aceros para trabajos en frío. El método de identificación y método de clasificación de los aceros para herramientas adoptado por la AISI (American Iron and Steel Institute) tiene en cuenta el método de templado, aplicaciones, características particulares y aceros para industrias específicas. Los aceros para herramientas que más se utilizan se han agrupado en siete grupos y a cada grupo o subgrupos se le ha asignado una letra del alfabeto, como sigue: GRUPO

SIMBOLO Y TIPO

Templados en agua

W

Resistentes al impacto

S

Trabajo en frío

O A D

Templable en aceite Mediana aleación y templable en aire Alto carbono, alto cromo

Trabajo en caliente

H

(H1-H19, incluso, base cromo; H20-H39, incluso, base tungsteno; H40-H59, incluso, base molibdeno)

Alta velocidad

T M

Base tungsteno Base molibdeno

Moldes

P

Aceros para moldes (P1-P19, incluso, bajo carbono; P20-P-39, incluso, otros tipos)

Propósitos específicos

L F

Baja aleación Carbono-tungsteno

En la tabla 10.1 aparece la identificación y el tipo de clasificación de aceros para herramientas hechos por la AISI. Selección de los aceros para herramientas: Resulta difícil seleccionar un acero para herramientas adecuado, destinado a una aplicación dada. Lo mejor es correlacionar las características metalúrgicas de los aceros para herramientas con los requisitos del acero en funcionamiento. En la mayoría de los casos la selección de un acero para herramientas no se limita a un solo tipo o a una serie en particular para resolver en forma funcional un problema concreto de herramientas aunque muchos aceros para herramientas se utilizaran para cualquier trabajo, se consideran según la productividad esperada, la facilidad de fabricación y el costo. En ultimo análisis lo que determina la selección adecuada es el costo por pieza unitaria hecha por la herramienta. La mayoría de las aplicaciones de aceros para herramienta con excepción del acero que se utiliza para hacer piezas de maquinaria puede dividirse en tipos e operación: Corte, Cizallado, Formado, Estirado, Extrusión, Laminado o golpeado. Una herramienta de corte puede tener un solo borde de corte en continuo contacto con la pieza (como un torno o un cepillo mecánico), o tener dos o más bordes de cortes que hacen el corte continuo (como un taladro o un machuelo), o tener cierto número de bordes de corte, haciendo cada uno cortes breves y funcionando solo parte del tiempo (como un cortador de frezado, laminador o un tallador de roscas). Cuando la principal función del acero para herramientas es cortar, aquel debe tener una alta dureza, así como una buena resistencia al calor y al desgaste. Las herramientas cizalladoras que se emplean en cizallas, punzones o matrices ensambladores requieren alta resistencia al desgaste y tenacidad regular. Estas características deben equipararse adecuadamente dependiendo del diseño de la herramienta, el espesor del material que se cortara y de la temperatura de la operación de cizallamiento. Las herramientas de formación se caracterizan por dar su forma a la pieza que se construirá, lo cual se puede hacer, forzando el metal sólido dentro de la impresión de la herramienta caliente o fría y empleando un troquel de forjado en caliente o frío. Este grupo también incluye dados para piezas fundidas en troqueles, donde el metal fundido o semifundido se fuerzan bajo presión dentro del troquel. Las herramientas de formado deben tener alta tenacidad y gran resistencia en general pero pueden requerir alta resistencia al rojo (resistencia al suavisamiento por calor). Los datos para estirado y extrusión se caracterizan por un resbalamiento sustancial entre el metal que se forma y la herramienta. Los dados de estirado intenso, como los utilizados para formar proporciones externas para cartucho, requieren gran resistencia en general y alta resistencia al desgaste. La tenacidad para soportar las presiones hacia fuera y la resistencia al desgaste es lo más importante en troqueles para extrusión en frío, mientras que los troqueles para extrusión en caliente requieren, además, alta dureza al rojo.

Los dados para el tallado de hilo deben ser suficientemente duros a fin de soportar las fuerzas que forman el hilo y deben tener suficiente resistencia al desgaste y tenacidad para ajustes para los esfuerzos desarrollados. Las herramientas de golpeado incluyen buriles y todas las formas de herramientas que soportan grandes cargas aplicadas con impacto. La característica más importante es la tenacidad. Del análisis anterior, es evidente, para la mayoría de las aplicaciones, la dureza, la tenacidad, la resistencia al desgaste y la dureza al rojo son los factores más importantes al escoger aceros para herramientas. En aplicaciones deben considerarse seriamente muchos otros factores, entre los cuales se incluyen la deformación permisible en la forma considerada; la cantidad de descarburización superficial que puede tolerarse; la templabilidad que puede obtenerse; la resistencia a la fractura por el calor; los requisitos de tratamiento térmico, incluyendo temperaturas, atmósferas y equipo; y la maquinabilidad. Propiedades comparativas: En la tabla 10,2 aparecen las propiedades comparativas de la mayoría de los aceros para herramientas comunes. La tenacidad, la dureza al rojo, la resistencia al desgaste, las propiedades de no desformarse, la maquinabilidad, la seguridad al endurecerse y la resistencia a la descarburacion, se han clasificado cualitativamente en buena, regular o deficiente. La capacidad del endurecimiento se clasifica en superficial, media o profunda; por su parte, los aceros se han clasificado en relación con ellos mismos, en ves de hacerlo dentro de alguna clase específica. Los aceros para trabajos en caliente se han clasificado en buenos o muy buenos en dureza al rojo, pero existen diferencias significativas en la “resistencia en caliente” de estos aceros, y un acero que se seleccione para funcionar en un troquel en caliente requiere de un estudio cuidadoso. Aunque los aceros de alta velocidad se clasifican como pobres en tenacidad, hay diferencias en esta propiedad entre los distintos aceros de alta velocidad, mismas que deben tenerse para darles una aplicación particular. Propiedades no deformadoras: Los aceros para herramientas de la tabla 10,2 se han clasificado con base en la deformación obtenida al templarse en las temperaturas desde las temperaturas de templabilidad recomendadas. Como los aceros se expanden y se contraen durante el calentamiento y el templado, la extensión en que cambian las dimensiones es más importante para formar complejas. Las herramientas y los troqueles diseñados intrincadamnete deben mantener sus formas después de ser templados. Los aceros clasificados como buenos u óptimos en la propiedad de no-deformación pueden maquinarse muy próximos al tamaño del tratamiento térmico, de manera que se requerirá poco esmerilado después del templado. Las piezas que sufren cambios drásticos de sección no deben ser de aceros sometidos a excesivos tratamientos mediante calentamiento o enfriamiento, ya que esto suele dar lugar a fisuras durante el templado. En general, los aceros templados en aire muestran la mínima distorsión; los templados en aceite muestran poca deformación y los templados en agua muestran la máxima deformación. La

deformación esta asociada con el gradiente de temperatura y con los cambios dimensionales que resurtan durante el calentamiento y el enfriamiento. Templabilidad: Esta capacidad se relaciona con la templabilidad de los aceros para herramientas individuales. Las clasificaciones de templabilidad de la tabla 10,2 se basan en el sentido de templado que se emplee. Los aceros de endurecimiento superficial poco profundo, como los aceros para herramienta al carbono, los aceros al tungsteno maquinados finales. Aceros para herramientas templables en agua (grupo W): Estos son, esencialmente para herramientas al carbono, aunque de los aceros con mayor contenido de carbono poseen pequeñas cantidades de cromo y vanadio, que le fueron agregadas para obtener óptima templabilidad y mejor resistencia al desgaste. El contenido de carbono varía entre 0,60 y 1,40% y los aceros pueden colocar burdamente dentro de tres sub divisiones según el contenido del carbono. - 0,60 a 0,75% de carbono; para aplicaciones en las que la tenacidad es la consideración principal, como martillos, quebradoras de concreto, remachadoras y dados preformadores de uso no continuo. - 0,75 a 0,955 de carbono; para aplicaciones en las que la tenacidad y la dureza son igualmente importantes, como punzones, cortadoras, troqueles o dados y navajas para cizalla. - 0,95 a 1,405 de carbono; para aplicaciones en las que es importantes la resistencia aumentada al desgaste y la retención del filo de corte. Se utilizan en herramientas para carpintería, taladros, terrajas, escariadores y herramientas de torneado. En general, los aceros al carbono puro para herramientas no aleados son menos costosos que los aceros aleados para herramientas y, mediante el tratamiento término adecuado, dan una superficie dura martensítica con un núcleo tenaz. Estos aceros deben templarse en agua para alta dureza y por tanto, se someten a una deformación considerable. Tienen las mejores clasificaciones de maquinabilidad de todos los aceros para herramientas y son los mejores respecto a la descarburación, pero poseen poca resistencia al calor. Debido a su baja dureza al rojo, Los aceros al carbono no pueden utilizarse como herramientas de corte bajo condiciones en que se genera una apreciable cantidad de calor en el borde de corte. Su utilización como herramientas de corte está limitada acondiciones que incluyen bajas velocidades y cortes ligeros sobre materiales relativamente suaves, como madera, latón, aluminio y aceros con poco contenido de carbono no templados.

Aceros para herramientas resistentes al impacto (grupo 5): Estos aceros se diseñaron para aquellas aplicaciones en que son muy importantes la tenacidad y la capacidad para soportar impactos repetidos. Suelen contener poco carbono, el cual varía entre 0,45 y 0,65%. Los principales elementos de aleación de estos aceros son el silicio, el cromo, el tungsteno y algunas veces el molibdeno. El silicio es resistente a la ferrita, mientras que el cromo aumenta la tamplabilidad y contribuye ligeramente a la resistencia al desgaste. El molibdeno ayuda a aumentar la templabilidad, mientras que el tungsteno proporciona alguna dureza al rojo a estos aceros. La mayoría de estos aceros son templados en aceite, aunque algunos tienen que templarse en agua para alcanzar dureza total. El alto contenido de silicio tiene a acelerar la descarburación y se deben tomar precauciones adecuadas en el tratamiento térmico a fin de minimizar esto. Dichos aceros se clasifican como regulares con respecto a la dureza al rojo, la resistencia al desgaste y la maquinabilidad, y la dureza generalmente se mantiene por debajo de Rockwell C 60. Los aceros de este grupo se utilizan en la manufactura de herramientas de formado, en punzones, cinceles, herramientas neumáticas y en hojas para cizalla. Aceros para herramientas para trabajo en frío; Este es el grupo más importe de los aceros para herramientas, ya que la mayoría de las aplicaciones para herramientas pueden efectuarlas uno o más de los aceros de esta clasificación. El tipo de acero aleado de baja aleación y templable en aceite (grupo θ ), contienen manganeso y menores cantidades de cromo y tungsteno. Tiene muy buenas propiedades de no-deformación y es menos probable que se doble, combe, tuerza, distorsione o tenga fisuras durante el tratamiento térmico, como sucede con los aceros templables en agua. Los tipos de acero con mucho carbono y cromo contiene hasta 2,25% de carbono y 12% de cromo; además, pueden contener molibdeno, vanadio y cobalto. La combinación de alto cromo da excelente resistencia al desgaste y propiedades de no-deformación; tiene buena resistencia a la abrasión y el mínimo de cambio dimensional en el templado, lo cual hace que estos aceros se empleen mucho en dados de punzaran y en perforaciones; en dados para estirar alambres, barras y tubos; en dados para roscas; y en calibradores maestros. Aceros para herramientas para trabajo en caliente; En muchas aplicaciones, la herramienta se somete a calor excesivo, porque el material se está trabajando, como la forja en caliente y la extrucción, piezas fundidas en dados y moldeo plástico. Los aceros para herramientas diseñados para estas aplicaciones se conocen como aceros para herramientas de trabajo en caliente y tiene buena dureza al rojo.

Los elementos de aleación más importantes, porque proporcionan dureza al rojo, son el cromo, el molibdeno y el tungsteno; sin embargo, la suma de estos elementos debe ser de por lo menos el 5% antes de que la propiedad de dureza al rojo sea apreciable. Los aceros para herramientas de trabajo en caliente pueden sub dividirse en tres grupos: -

-

Trabajo en caliente de base cromo. Trabajo en caliente de base tungsteno Trabajo en caliente de base molibdeno. Aceros para herramientas de alta velocidad; Estos aceros son de los más altamente aleados para herramientas y generalmente contienen grandes cantidades de tungsteno o molibdeno conjuntamente con cromo, vanadio y algunas veces cobalto. El contenido de carbono varía entre 0,70 y 1%, aunque algunos tipos poseen como 1,5% de carbono. Los aceros de alta velocidad se aplican principalmente en herramientas de corte, pero también para hacer troqueles de extrusión, herramientas para pulir, en punzones y dados. Las composiciones de los aceros de alta velocidad se han diseñado para proporcionar excelente dureza al rojo y razonablemente buena resistencia al impacto. Tienen buenas propiedades de no-deformación y pueden templarse en aceite, aire o sales fundidas. Se clasifican como de endurecimiento profundo, tienen buena resistencia al desgaste, regular maquinabilidad, y de regular a poca resistencia a la descarburización. Los aceros de alta velocidad se sub dividen en dos grupos: de base molibdeno y de base tungsteno. El más ampliamente utilizado tipo base tungsteno se conoce como1841; los números indican el contenido, respectivamente, de porcentajes de tungsteno, cromo y vanadio. Desde el punto de vista de la fabricación y desempeño de la herramienta, hay poca diferencia entre las clases de molibdeno y de tungsteno. Las importantes propiedades de dureza al rojo, resistencia al desgaste y tenacidad son casi las mismas. Como hay un adecuado suministro domestico de molibdeno y la mayoría del tungsteno debe importarse, los aceros al molibdeno son menores en precio, y más del 80% de los aceros de alta velocidad productos son de tipo molibdeno. Cuando se necesita dureza al rojo superior al promedio, se recomienda los aceros que contienen cobalto. El mayor contenido de vanadio se desea cuando el material que se cortará es altamente abrasivo. En el acero T15, una combinación de cobalto en vanadio proporciona superioridad en la dureza al rojo y en la resistencia a la abrasión. El uso de los aceros al alto cobalto requiere de cuidadosa protección contra la

descarburización durante el tratamiento térmico y, como estos aceros son más frágiles, deben protegerse contra el excesivo impacto o vibración en servicio. Aceros para molde; Estos aceros contienen cromo y níquel como los principales elementos de aleación, con molibdeno y aluminio como aditivos. La mayoría de estos aceros son aleados carburizables, producidos en el tipo de aceros para herramientas. Generalmente se caracterizan por tener muy baja dureza en la condición de recocido y resistencia para endurecido por trabajo; ambos factores son favorables para operaciones de deformado. En esta operación, un punzón maestro(de forma determinada), se fuerza dentro de un bloque de metal suave. Después de que la impresión se ha formado o cortado, estos aceros generalmente se carburizan y endurecen a una superficial de Rockwell C58 2 64 para resistencia al desgaste. Con excepción de P4, estos aceros tienen poca dureza al rojo y, por lo tanto, se utilizan casi por entero para hacer dados de fundición de dado a baja temperatura y para moldes de inyección o moldeo de plástico por compresión. Los tipos P20 y P21 generalmente se surten en condición de tratado térmico a una dureza. Aceros para herramientas con fines especiales; Muchos aceros para herramientas no quedan incluidos en las categorías usuales y, por tanto, se designan como aceros para herramientas con fines espaciales. Se han producido para satisfacer los requisitos peculiares de cierta aplicación y son más costosos para muchas aplicaciones que la mayoría de los aceros estándar. Los tipos de baja aleación contienen cromo como principal elemento de aleación, además de vanadio, molibdeno y níquel. El alto contenido de cromo origina la resistencia al desgaste mediante la formación de duros y complejos carburos de hierro - cromo y, incrementa la templabilidad. El níquel aumenta la tenacidad, en tanto que el vanadio sirve para refinar el grano. Estos aceros son endurecibles en aceite y, por lo tanto, sólo tiene regular resistencia al cambio dimensional. Es típico que tengan diversas aplicaciones en máquinas herramientas en las que se requiere alta resistencia al desgaste con buena tenacidad como en cojinetes, rodillos, platos para embrague, levas, expansores y llaves de tuercas. Los tipos al alto carbono se utilizan para ejes, taladrados, machuelos y calibradores. Los del tipo carbón tungsteno son generalmente aceros de endurecimiento superficial poco profundo y templables en agua, con altos contenidos de carbono y tungsteno para lograr una alta resistencia al desgaste. Bajo algunas condiciones de operación, estos tienen de cuatro a diez veces la resistencia al desgaste de los aceros para herramientas al carbono puro. Son relativamente frágiles, de modo que se suele emplearlos en casos de alto desgaste, baja temperatura y pequeñas cargas aplicadas con impacto. Los usos típicos son guillotinas para papel, dados para estirado de alambre, calibradores macho y herramientas para formado y maquinado final.