Aceros para Trabajos en Caliente

 

ACEROS PARA TRABAJOS EN CALIENTE En este grupo se incluyen todos los aceros de herramientas que se usan para realizar trabajos en caliente , detallándose a continuación las composiciones y principales propiedades de los aceros de herramientas que durante el trabajo están sometidos a temperaturas superiores a unos 200°C , con la excepción de aceros rápidos . Cada día son más numerosos los procesos en los que las herramientas deben trabajar a altas temperaturas, pues además de los antiguos y clásicos de forja , hoy se han desarrollado extraordinariamente otros nuevos procesos , entre los que destacaremos la estampación de aceros y alecciones no férricas en grandes series , la fundición por gravedad a o por inyección de metales no férricos y de aleaciones ligeras , el moldeo de materiales plásticas , etc. De los diversos materiales que se pueden emplear para fabricar las herramientas dedicadas a trabajos de forja o estampación, los que primero se usaron para este fin fueron los aceros ordinarios con 0,50% a 0,90% de carbono, que entre los que se fabricaban en el siglo pasado eran los que daban mejores resultados . Se mecanizaban en estado recocido y luego se empleaban unas veces en ese estado y otras después de normalizados y en ocasiones , pero muy frecuentemente frecuentemente , tamb también ién se empleaban después de ser templados y revenidos , utilizándose con durezas de 200 a 300 Brinell, que corresponden aproximadamente a resistencias variables de 70 a 100 Kg/mm2. Para mejorar el rendimiento que se obtenía con las herramientas construidas con los aceros al carbono , se ensayaran otras composiciones y se vio que en herramientas de tamaño relativamente grande se mejoraban los resultados empleando ciertos aceros aleados del grupo de aceros de gran resistencia (con 0,35% a 0,60% de carbono) , que después de templados y revenidos quedaban con durezas variables de 300 de 500 Brinell (100 a 170 Kg/mm2 aproximadamente de resistencia ) , que eran durezas durezas bastante más elevadas elevadas que las que normalmente se solían alcanzar cuando para ese objeto se empleaban los aceros al carbono . También se vio que en general, era de gran interés esas resistencias o durezas relativamente altas en el interior de las herramientas, pues de esa forma se evitaba que la zona central de las mismas cediera durante el trabajo por acción de los golpes y se modificara la forma de las estampas, como ocurría a veces con las herramientas fabricadas con aceros al carbono en las que el núcleo central era relativamente blando por no llegar nunca a endurecerse en el temple. Para la fabricación de esta clase de herramientas se han hecho numerosos ensayos con diversos tipos de aceros especiales , obteniéndose muy buenos resultados con aceros aleados con cromo , wolframio y molibdeno, que son elementos que tienden a afinar el grano y como consecuencia sirven también para mejorar la tenacidad de los aceros y aumentar también sus resistencia en caliente , etc. Entre los aceros aleados con esos elementos, hay muchos tipos de baja aleación y de precio relativamente reducido con 1 a 4 % de elemento aleado que se emplean para usos muy diversos. Hay otro grupo de aceros con 5% de cromo que se han comenzado a utilizar muy recientemente que sebuena caracterizan por tener a temperaturas de 400° o 500°C, y muy templabilidad y gran gran resistencia resistenciamecánica al desgaste, Además las

 

herramientas fabricadas con estos aceros tienen gran resistencia a los choques y admiten bien la refrigeración sin peligro de agrietamiento. Finalmente existe un último grupo de aceros con 9 a 15% de wolframio que son los que conservan mayores durezas y resistencias a temperaturas elevadas ( 500° a 600° aproximadamente). Además tienen también a esas temperaturas una excepcional resistencia al desgaste. Al comenzarse a emplear la fundición inyectada y desarrollarse el uso de los plásticos , se vio que en esos trabajos se obtienen los mejores resultados cuando se empleaban matrices de una dureza relativamente elevada (del orden de 55 a 600 Rockwell-C), fabricados con aceros que son capaces de admitir un alto grado de pulido y que tienen además una gran resistencia al desgate y a la erosión . Como esas características junto con otras como la indeformabilidad en el temple, relativa inexorabilidad, etc., en general , solo se pueden conseguir con el empleo de ciertos aceros muy especiales , para la fabricación de esas matrices también es necesario emplear aceros aleados , algunos de composiciones parecidas a los anteriormente se han señalado y cuyas principales características se citaran más adelante . Resumiendo todo lo anterior , podemos decir que los aceros al carbono a pesar de sus limitadas propiedades , pueden utilizarse sin embargo perfectamente para ciertos trabajos en caliente , y todavía se emplean normalmente para ese fin pequeñas series y en casos de poca responsabilidad . En cambio se trata de herramientas de gran tamaño con las que se desean obtener elevados rendimientos , cuando interesa gran duración de las herramientas, debe trabajarse a altas temperaturas, o no deben aparecer deformaciones al templar las herramientas , es mejor utilizar aceros aleados, con los que , en general , se obtienen resultados mucho más satisfactorios. Las propiedades de carácter general más importantes que deben poseer los aceros para poder ser empelados para estos usos, son: 1.  1.  Gran dureza y resistencia en caliente. 2.  2.  Gran templabilidad para que las grande piezas lleguen a adquirir suficiente dureza en el temple y puedan ser enfriadas al aceite o al aire y así se puedan evitar deformaciones y grietas en los tratamientos. 3.  3.  Resistir sin agrietarse a los cambios c ambios bruscos y repetidos de temperatura. 4.  4.  Tener gran resistencia al desgaste. 5.  5.  Deben tener tenacidad sobre todo en el caso c aso de que las herramientas durante el trabajo estén sometidas a choques continuos y repetidos. La descripción y estudio de estos aceros los haremos de acuerdo con la siguiente clasificación. a.  a.  Aceros para herramientas de forja y estampación estampación en caliente. b.  b.  Aceros para moldes y troquele para fundición de metales y aleaciones no férricas y ligeras, y fundición inyectada. c.  c.  Aceros para moldes y troquele dedicados al a l moldeo de materiales plásticos. ACEROS PARA HERRAMIENTAS DECICADAS A TRABAJOS DE FORJA Y ESTAMPACIÓN EN CALEINTE

 

A continuación estudiaremos los diversos tipos de aceros pertenecientes a los seis grupos señalados en la Tabla L, que son los más recomendables para trabajos de forja y estampación en caliente y se emplean con resistencias variables desde 70 a 170Kg/mm2 . En general, puede decirse que en la mayoría de los casos estos aceros se utilizan con 100 a 170 Kg/mm2 (30 a 50 Rockwell-C), características que exigen en los aceros ordinarios un porcentaje de carbono variable de 0,50 a 0,90% , y en los aceros aleados de 0,30 a 0,60% de carbono. Con todos ellos suelen conseguir después del temple 45utilización a 60 RockwellC y después deserevenidos a 200°-650° quedan con lasdurezas durezasvariables normalesdede que antes se han citado. Entre las numerosas propiedades y características que diferencian entre sí a los aceros de esos seis grupos, destaca la resistencia que en caliente tiene cada uno de esos aceros. La máxima dureza a elevada temperatura temperatura depende, en cambio , de los elementos de aleaciones que contienen . En la figura siguiente se puede observar la disminución de dureza que experimentan esos aceros templados, cuando luego son calentados a temperaturas creciente de 0° a 700°, la disminución de dureza que sufran los aceros cuando en el trabajo llegan a calentarse a elevada temperatura es, en cierto modo, parecida a la acción del revenido . Los aceros al carbono solo pueden ser empleados en ocasiones en que las herramientas llegan a calentarse hasta unos 300°, porque a 350° su dureza en caliente cal iente es ya muy baja. Los aceros cromo-níquel-molibdeno se suelen emplear hasta unos 400°, quedando con una dureza de 45 Rockwell-C después de ser calentados a unos 475°. Los aceros cromo-wolframio de baja o media aleación, suelen resistir sin ablandarse hasta los 525°, y después de ser calentados a esa temperatura quedan con una dureza de 55 a 45 Rockwell-C aproximadamente. Los aceros de 5°, de cromo que en el temple suelen quedar con 57 Rockwell-C , mantienen la dureza de 45 después de ser calentados a 600°. Finalmente los aceros al wolframio suelen templar con 55 Rockell-C y conservan la dureza de 45 Rockwell-C hasta 635° aproximadamente. En todos los casos que acabamos de citar nos referíamos a aceros cuyos contenidos en carbono son aproximadamente los que corresponden a las composiciones medias.

Las durezas que tienen los diversos aceros en caliente , es decir, las durezas que tienen precisamente a las temperaturas de trabajo , son más interesantes en la elección de materiales para estampas que las que se han señalado antes y a las que normalmente nos venimos refiriendo y que corresponden a ensayos hechos a la temperatura ordinaria . Pero como en la practica es bastante difícil hacer esas determinaciones en caliente , y hay una cierta relación entre las durezas en caliente y en frio , son estas ultimas las que suelen servir de referencia mas frecuentemente.

 

Las durezas que tiene los aceros en caliente son , en general, 5 a 20 puntos Rockwell-C inferiores a las que tienen a la temperatura ambiente. Además de todos los aceros que acabamos de citar se señalan otros dos aceros que se usan solo en ocasiones muy especiales. Uno de ellos es un acero 15% de cromo, que se emplea para herramientas en las cuales interesa que tengan gran resistencia al desgaste. El acero austenitico 14-13 se emplea para la preparación de matrices para la extrusión de tubos de bronce, cobre y latón.