19-ACEROherramientas
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ACEROS DE
HERRAMIENTAS
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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.
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04/12/2012 Aceros de herramientas 3
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:
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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
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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.
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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.
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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.
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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)
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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
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
• 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.
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04/12/2012 Aceros de herramientas 9
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.
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
Recocido de grafitización:750º 1%Si 900ºC 0’65%Si
+ Enfriamiento en horno +(T+R)%Cg : 0’30-0’70% > 60 HRc
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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.
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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%
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A. HERRAMIENTAS trabajo en frío: IndeformablesDimensiones ≈ antes y después del (T+R)
Piezas de geometría complicada sin posible rectificado tras TT.
Existen tres familias:
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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
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04/12/2012 Aceros de herramientas 12
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)
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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
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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
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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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.
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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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
Para trabajo en frío:• al carbono• aleados de corte no rápido• grafíticos• indeformables• aleados para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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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
Para trabajo en caliente: >500º-550ºC• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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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
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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
Para trabajo en caliente: >500º-550ºC• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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04/12/2012 Aceros de herramientas 20
AC. DE HERRAM. trabajo en caliente: Rápidos
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
• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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04/12/2012 Aceros de herramientas 21
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
• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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AC. DE HERRAM. trabajo en caliente: Rápidos
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
Para trabajo en caliente: >500º-550ºC• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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04/12/2012 Aceros de herramientas 23
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
• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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04/12/2012 Aceros de herramientas 24
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
Para trabajo en caliente: >500º-550ºC• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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04/12/2012 Aceros de herramientas 25
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
Para trabajo en caliente: >500º-550ºC• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste
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04/12/2012 Aceros de herramientas 26
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
Para trabajo en caliente: >500º-550ºC• rápidos• para trabajo de choque• resistentes al desgaste