19-ACEROherramientas

ACEROS DE

HERRAMIENTAS

04/12/2012 Aceros de herramientas 2

Aceros de herramientasSe utilizan para la fabricación de útiles o herramientas destinados al conformado de piezas o procesado de materiales.

Ej: matrices, estampas, cuchillas, brocas, escariadores, troqueles, moldes para inyección, martillos o mazas para molinos de trituración, etc.

Las variables fundamentales para la selección son:

• Dureza

• Resistencia al desgaste.

+difícil fabricación y tratamiento que los de construcción, >>%C y Ea.


ACEROS DE HERRAMIENTAS

Para trabajo en frío: <150º-200ºC• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste

Para trabajo en caliente: >500º-550ºC• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste

CLASIFICACIÓN en función de la Temperatura de trabajo:


ACEROS DE HERRAMIENTAS trabajo en frío: al carbono%C:0’5-1’4%, %Mn:0’20-0’70%; Si<0’40%, P<0’025%; S<0’025%.

%C<0,8 Mayor tenacidad (martillos, picos, destornilladores, cortafríos, hachas, estampas para forja en frío, etc.)

%C> 0,8 Gran capacidad de corte (brocas, cuchillas, fresas, terrajas, limas, etc.).

Necesario tamaño de grano fino:

Menor deformabilidad en el temple, Mayor dureza superficial Aceptable tenacidad.

Penetración de temple controlada:

Ausencia de elementos de aleación Habitual Mn<0’40% ↑H sup. y núcleo más blando y tenazGeneralmente:Ø<25 mm +T agua ecapa con H>55 HRC suele oscilar entre 2’5 y 4 mm.

Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste


ACEROS DE HERRAMIENTAS trabajo en frío: al carbonoPara templabilidad (no se requiere una gran dureza):

0’50-0’75%C y 0’70%Mn de temple en aceitellaves fijas, alicates, picos, palas, guadañas, etc.


Se pueden añadir:

%Cr: 0’20-0’80%, >templabilidad dimensiones grandes.

%V: 0’10-0’20% forma carburos muy estables limita el crecimiento de grano y aumenta la tenacidad. El <%C austenita

limita la templabilidad y permite controlar el espesor de la capa templada, obteniendo núcleos más blandos y resilientes.


A. HERRAMIENTAS trabajo en frío: al carbonoRecocido:•De globulización: T: 680º-720ºC; 3-8h Objeto Facilitar el temple ↓ el peligro de grietas y deformaciones. •De eliminación de tensiones: T:620º-650ºC; 1h + horno.Objeto Facilitar mecanizados intensos antes del mecanizado final.


Temple:• T: 770-830ºC, dependiendo del %C y Mn.

• T mayor cuando las piezas son gruesas o para >e capa

• Enfriamiento: agua a 20ºC (a 40ºC geometrías complicadas).

Revenido:

T: 100º-350ºC

Los aceros de <%C y %Mn: T: 400º y 500ºC, espesor <10 mm (T total)


AC. DE HERRAM. trabajo en frío: aleados de corte no rápido

Cr o W H y capacidad de corte R desgaste del filo.

No rápidos no sufren calentamientos en servicioFabricación:brocas, fresas, limas, machos, terrajas, cepillosTipos:

1%C y 1’50%Cr0’90%C y 1%W1’20%C y 1%W1’20%C y 2%W1’30%C, 0’75%Cr, 4%W


• Cr precio y rendimiento : fabricación de troqueles, su principal uso: cojinetes de bolas y rodillos.

W >> R desgaste a la de los A. al carbono a =H.


AC. HERRAMIENTAS trabajo en frío: grafíticos

Cg libre en pequeños nódulos lubrificante corte

Fabricación: troqueles, matrices cortantes, calibres pasa-no pasa

Son una familia más, aunque singular, de los de corte no rápido.C=1’50%; Mn=0’50%; Si=0’90%vC=1’50%; Mn=0’30%; Si=0’65%; W=2’50%; Mo=0’50%C=1’50%; Mn=0’30%; Si=0’25%; Al=0’20%C=1’50%; Mn=0’30%; Si=0’80%; Mo=0’30%C=1’50%; Mn=1’25%; Si=1%; Cr=0’50%; Ni=1’75%; Mo=0’50%

Los tres primeros son de temple al agua, el cuarto es de temple en aceite y el último es autotemplante.


Recocido de grafitización:750º 1%Si 900ºC 0’65%Si

+ Enfriamiento en horno +(T+R)%Cg : 0’30-0’70% > 60 HRc


ACEROS DE HERRAMIENTAS trabajo en frío: grafíticosMecanizado + fácil que cualquier otro acero de herramientas Se

pueden obtener herramientas de excelente acabado dimensional

El Cr-Ni-Mo autotemplante Dureza secundaria en el revenido a 450ºC.

Tanto el acero autotemplante, como el acero al molibdeno de temple en aceite son, a su vez, del tipo de aceros indeformables que se estudian a continuación.


C=1’50%; Mn=0’30%; Si=0’80%; Mo=0’30%

C=1’50%; Mn=1’25%; Si=1%; Cr=0’50%; Ni=1’75%; Mo=0’50%


A. HERRAMIENTAS trabajo en frío: IndeformablesDimensiones ≈ antes y después del (T+R)

Piezas de geometría complicada sin posible rectificado tras TT.

Existen tres familias:


1 a 3% de Mn 5%Cr 12%Cr

%C %Mn %Cr %Mo %otro Temple T+R HRC0.9 1 0.5 0.5 %W aceite (800-850)+200 60-640.9 1.60 aceite1 2 1 1 auto1 3 1 1 auto0.7 2.25 1 1.35 auto1 5 1 aire (925-1000)+(180-250) 62-64

400 581.25 5 1 aire2.25 12 1 aceite 1000 + 200 62-64

1100 + (450-550) 58-60 doble revK1 (CrFe)23C6 ; K2 (CrFe)7C3 ;Kc (CrFe)3C

1.50 12 1 1%Mo;1%V aire2.25 12 1 aire1.50 12 1 3%Co aire


ACEROS DE HERRAMIENTAS trabajo en frío: Indeformables

Recocido: 825º-875ºC + enfriamiento lento (10ºC/h) hasta los 500º-500ºC + aire.

Recocido isotérmico. H: 210 y 260 HB, microestructura tipo globular.

Para trabajo en frío:

• al carbono

• aleados de corte no rápido

• grafíticos

• indeformables

• aleados para trabajo de choque

• resistentes al desgaste

Aceros con 12%Cr:•Carburos tipo: K1 (CrFe)23C6 ; K2 (CrFe)7C3 ; Kc (CrFe)3C•T disolución 975-1100ºC• Proporcionan 20-40% Austenita retenida.• H K2>K1 (1800-1250HV)


AC. DE HERRAM. trabajo en frío: Aleados para trabajo de choqueCapacidad de corte + golpes

Para buriles, trépanos, matrices de estampación, etc.

(T+R) 45-55 HRC y gran tenacidad.

%C %Mn %Si %Mo %Cr %V %W0.6 0.9 1.8 Tipo para muelles

>templabilidad,H y ρ que los Aceros al C.

0.7 0.9 20.7 0.7 2 0.5 0.250.5 1.2 0.2 2.5 W y V grano muy fino y

mantienen H aún con sobrecalentamientos.

Mn,Cr y Mo templabilidad

W ρ

0.6 0.6 0.4 0.70.5 0.6 10.5 0.4 1 0.50.5 0.4 1 1.2 0.15 20.35 0.4 1 1.2 0.15 20.9 0.3 0.75 0.15

Para trabajo en frío:

• al carbono

• aleados de corte no rápido

• grafíticos

• indeformables

• aleados para trabajo de choque

• resistentes al desgaste


AC. DE HERRAMIENTAS trabajo en frío: Resistentes al desgasteTrabajo en abrasión o erosión, combinadas o no con golpes, y que no

precisan aptitud de corte.

Para placas de recubrimiento de molinos de trituración, martillos y mandíbulas de trituración, dientes de excavadoras, conductos de transporte neumático, cruzamientos de vías de ferrocarril, etc.

El mejor el HADFIELD:

C=1’20%; Mn=12’5%; Si=0’5%; P<0’05%; S<0’03%

Mn: gammágeno austenítico a temperatura ambiente.

En estado bruto de colada: austenita+carburos



AC DE HERRAMIENTAS trabajo en frío: Resistentes al desgaste

Los carburos capacidad de deformación y tenacidad

Hipertemple: enfriamiento en agua desde 1.050ºC, con objeto de redisolver los carburos y evitar su precipitación con enfriamientos más lentos.

Cuando el hipertemple no es correcto el acero presenta cierto magnetismo debido a la existencia de carburos

La austenita es metaestable, transformándose por rozamiento o presión en martensita a temperatura ambiente.

El acero puede incrementar su dureza inicial de 200 HB a valores de 550 HB durante el servicio.



AC. DE HERRAMIENTAS trabajo en frío: Resistentes al desgaste

Inmecanizable moldeo, admitiendo sólo un ligero rectificado a muela.

Gran capacidad de deformación laminación chapas de blindajes.

Excelente soldabilidad con electrodos de igual composición

Sólo es utilizable en frío (T< 250ºC) al ser calentado se fragiliza por la precipitación de carburos en los bordes de los granos austeníticos, y por permanencia más o menos prolongada la austenita acaba transformándose en microconstituyentes Ar’’ y Ar’.

Familia de aceros tipo Hadfield: % variables de C, Mn: 5-7% y pequeñas adiciones de Cr y Mo



AC. DE HERRAM. trabajo en caliente: RápidosAlta velocidad de corte. T: 550º-600ºC.

Ensayo de Rendimiento: V60 vel. máx. de corte en m/min, que permite trabajar 60 min. sin afilar de nuevo para unas ciertas condiciones de avance y profundidad de pasada.

Clasificación:• al W >12%W• al Mo >3%Mo• con Co >5%Co

+Cr: 3’5-4’5% ; V: 1-5%, C: 0’75- 1’5%.

• TODOS SON AUTOTEMPLANTES



AC. DE HERRAM. trabajo en caliente: Rápidos

%C %Mo %W %Cr %V1’00 8’75 1’75 4 20’80 8 1’50 4 11’00 5 6 4 21’00 5 6 4 2’751’20 5 6 4 31’30 4’50 5’50 4 4

%C %W %Cr %V0’75 18 4 10’80 18 4 21’00 18 4 30’80 14 4 41’20 18 4 2

Semirrápido

< coste

%C %W %Cr %V %Mo %Co0’75 18 4 1 - 50’80 18 4 2 - 80’80 20 4’50 1’50 - 120’75 14 4 2 - 51’50 12 4 5 5 50’80 4 4 1’50 5 120’80 2 4 1’25 8 50’90 2 4 2 8 80’85 6 4 2 5 51’25 10’50 4’25 3’25 3’75 101’20 6 4 3 5 51’10 6’50 4’25 2 3’75 5

Máximo RendimientoPara trabajo en caliente: >500º-550ºC

• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste


AC. DE HERRAM. trabajo en caliente: RápidosEa fuertemente carburígenos (Co no):Cr23C6; W6C; Mo6C; VC.

La precipitación en el revenido H entre los 500º y 600ºC

H trabajando a temperaturas de 600ºC.

El C, Formación de carburos capacidad de corte y rendimiento,

templabilidad y H del acero. Su contenido debe aumentar al ser mayor el contenido de aleantes,

en especial para evitar la aparición de ferrita delta, tanto a temperatura ambiente como a alta temperatura




Mo y W 2W=Mo Mo + barato

Inconveniente del Mo punto de fusión y tendencia a la descarburación con respecto al W.

El Cr:

templabilidad, favorece la formación de carburos complejos (CrFe)7C3,

(CrFe)3C y (CrFe)23C6, de coalescencia más difícil a alta temperatura durante el revenido

aumenta la resistencia a la oxidación en caliente del acero.

Co: Resistencia en caliente de la matriz T de fusión T temple, disolución de carburos

>cantidad de austenita retenida

más acusada la dureza secundariaPara trabajo en caliente: >500º-550ºC



AC. DE HERRAM. trabajo en caliente: RápidosForja = aceros indeformables muchas precauciones,

Objeto:

• romper la estructura eutéctica que poseen en bruto de colada

• obtener carburos de pequeño tamaño y bien distribuidos.

Enfriamiento lento autotemplantes

Recocido: T: 875º-900ºC + enfriam horno hasta 550-570ºC + aire

Recocido isotérmico T1: 875º-900ºC ; T2: 700º-750ºC,

t: 1-2 h hasta lograr la transformación completa.

H: 220-250 HB

Microestructura: carburos globulares en matriz sorbítica.Para trabajo en caliente: >500º-550ºC




Temple, T: 1.150º-1.300ºC disolver carburos en la austenitaDos escalonamientos en el calentamiento: a 500º y 850ºC ΔTBaños de sales, vacío o atmósfera controlada descarb. y oxidaciones.

RevenidoT: 500º-600ºC dureza secundaria Doble o triple revenido= aceros indeformables de 12%Crt: 2-10 h 63-65 HRCt > 10 h o T > 1300ºC coalescencia de los carburos H



AC. DE HERRAM. trabajo en caliente con choqueT>> 200ºC y con solicitaciones de choque, presión, etc.

Aplicaciones: matrices y estampas para forja en caliente, moldes para inyección de plásticos, coquillas para colada por gravedad o a presión de metales fundidos, troqueles, cilindros de laminación, etc. (300-500HB)

En matrices y cortantes, deben ser precalentados lentamente hasta temperaturas próximas a la de servicio, para evitar roturas frágiles.

peligro de microfisuraciones por choque térmico

↑H y R en caliente, con gran tenacidad T+R 300-500 HB.

↑ templabilidad: muchos autotemplantes,

↑ R choque térmico.Para trabajo en caliente: >500º-550ºC



AC. DE HERRAM. trabajo en caliente con choque

%C %Mn %Si %Ni %Cr %Mo

0’35 0’50 0’25 4’25 1’25 0’50

0’45 0’50 0’25 3 0’75 0’30

0’55 0’50 0’25 1’50 0’75 0’20

%C %Mn %Si %Cr %W0’32 0’30 1 1 4

0’42 0’30 1 1’25 2

0’55 0’30 1 1’25 2

0’40 0’30 1 5 5

0’30 0’25 0’25 3 9’50

0’35 0’25 0’25 3 11

0’45 0’25 0’25 3 15

Matrices y estampas que

trabajan a 300-400ºC

Buriles, buterdascon corte y choque

Matrices, estampas, cuchillas… trabajo en continuo con grandes

presiones y fuerte desgaste a T:600ºC.

Son frágiles y no soportan choques

térmicos



AC. DE HERRAM. trabajo en caliente con choque

%C %Mn %Si %Cr %Mo0’60 0’60 1 0’80 0’300’65 0’60 1 0’80 0’300’35 0’25 1 5 11’30 0’25 1 15 0’90

%C %Mn %Si %Cr %Mo %V0’35 0’40 1 5 1’30 0’40

0’30 0’50 1 3 2’80 0’50

Cilindros desbastadores y acabadores para trenes de

laminación en caliente

Uso muy general:moldes de inyección, estampas, tijeras,

cuchillos…

Aceros indeformable usado en inyección de plásticos

Conservan excelente Rm y al desgaste en

caliente.Soportan choques térmicos.

Uso: Prensas, matrices, útiles de rebarbar en caliente



AC. DE HERRAM. trabajo en caliente resistentes al desgasteAceros inoxidables carburo-ferríticos: desgaste abrasión o erosión T hasta 1.100ºC (oxidación)

Composición: C=1’20-2’30%; Si=1-2%; Cr=30-33%

Cr:Asegura una R a la oxidación superior a la de cualquier otro acero Alto poder alfágeno ferrítico a todas las temperaturas (No temple) Matriz ferrítica + numerosos carburos (FeCr)7C3 R a la abrasión.

Típico de moldeoAdmite la forja y laminación con precauciones para <%C. Red de carburos en bruto de colada frágil a T ambiente, Tenaz en caliente Soporta aceptablemente el choque térmico. No alto precioAceptable mecanizabilidadPosibilidad de soldeo previo calentamiento a 550ºC


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