En el mundo de la fabricación industrial, impulsado por la precisión, el acero para herramientas juega un papel fundamental. Así como un artesano experto debe comprender las características de cada herramienta, los ingenieros y diseñadores deben comprender a fondo las diferentes propiedades del acero para herramientas para seleccionar el material más adecuado para aplicaciones específicas. El acero para herramientas, un tipo especial de acero aleado, se utiliza ampliamente en la fabricación de herramientas debido a su excepcional dureza, resistencia al desgaste y capacidad para mantener la forma a altas temperaturas. Este artículo presenta sistemáticamente la clasificación, las características y los grados comunes del acero para herramientas, proporcionando una guía de selección de materiales completa y práctica.

Descripción general del acero para herramientas

El acero para herramientas es un acero aleado con alto contenido de carbono diseñado específicamente para la fabricación de diversas herramientas. Sus principales características incluyen una dureza excepcional, resistencia al desgaste y estabilidad dimensional a altas temperaturas. El acero para herramientas generalmente contiene entre 0,5% y 1,5% de carbono junto con elementos formadores de carburos como tungsteno, cromo, vanadio y molibdeno. Estos elementos de aleación mejoran significativamente las propiedades del acero, lo que le permite cumplir con varios requisitos de aplicación exigentes.

Según las diferentes necesidades de aplicación, el acero para herramientas se puede clasificar en seis tipos principales:

• Acero templado al agua: Este tipo se endurece mediante temple al agua y consiste principalmente en acero con alto contenido de carbono. El acero templado al agua es relativamente económico y adecuado para aplicaciones con requisitos de rendimiento modestos.
• Acero para trabajo en frío: El acero para trabajo en frío ofrece una alta templabilidad y resistencia al desgaste, comúnmente utilizado para la fabricación de componentes grandes. Según los métodos de endurecimiento, se puede dividir en aceros templados al aceite, templados al aire y aceros con alto contenido de carbono y alto contenido de cromo.
• Acero resistente a los golpes: Este tipo proporciona una excelente tenacidad al impacto pero una resistencia al desgaste relativamente menor, lo que lo hace adecuado para herramientas sometidas a cargas de alto impacto.
• Acero de alta velocidad: El acero de alta velocidad mantiene una alta resistencia y dureza a temperaturas elevadas, lo que lo hace ideal para herramientas de corte e implementos de mecanizado.
• Acero para trabajo en caliente: El acero para trabajo en caliente mantiene una buena resistencia y dureza a altas temperaturas, adecuado para herramientas que realizan operaciones de corte o conformado en condiciones de calentamiento.
• Acero para fines especiales: También llamado acero para moldes de plástico, esta categoría está diseñada específicamente para aplicaciones de fundición a presión de zinc y moldeo por inyección de plástico.

La selección del tipo de acero para herramientas generalmente depende de factores como la temperatura de trabajo, la dureza superficial requerida, la resistencia, la resistencia al impacto, la tenacidad y las consideraciones de costos.

Características y rendimiento del acero para herramientas

Las propiedades más destacadas del acero para herramientas incluyen dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la deformación. Además, muchos aceros para herramientas pueden mantener los bordes de corte a altas temperaturas, lo que los hace adecuados para formar otros materiales mediante operaciones de corte, mecanizado, estampado o forja.

• Dureza: Un indicador clave de la resistencia del acero para herramientas a la deformación plástica y al desgaste. Una alta dureza permite una mayor capacidad de carga y una vida útil prolongada.
• Resistencia al desgaste: La capacidad de resistir la abrasión. Una alta resistencia al desgaste ayuda a mantener la precisión dimensional y la precisión de la forma.
• Tenacidad: La capacidad de absorber energía y resistir la fractura. Una alta tenacidad permite que las herramientas resistan cargas de impacto sin fallas frágiles.
• Propiedades del tratamiento térmico: Afectan directamente la dureza, la resistencia y la tenacidad finales. Los diferentes aceros para herramientas requieren procesos de tratamiento térmico específicos para lograr un rendimiento óptimo.
• Maquinabilidad: La facilidad con la que se puede cortar, formar y acabar el acero. Una buena maquinabilidad reduce los costos de fabricación y acorta los plazos de entrega.

Grados comunes de acero para herramientas

A continuación se presentan descripciones detalladas de varios grados comunes de acero para herramientas, incluidas sus propiedades, aplicaciones, métodos de tratamiento térmico y niveles de dureza.

Acero para herramientas D2

• Aplicaciones: Ideal para aplicaciones de herramientas a largo plazo que requieren tolerancias precisas, como troqueles de corte, punzonado y conformado.
• Tratamiento térmico: Endurecido a 1800°F a 1875°F (982°C a 1024°C), típicamente revenido entre 900°F a 960°F (482°C a 516°C).
• Dureza: Alcanza 62-64 HRC después del endurecimiento y revenido.

Acero para herramientas O1

El O1 es un acero para herramientas templado al aceite con una maquinabilidad relativamente fácil. Ofrece un buen equilibrio entre tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo convierte en una opción popular para herramientas de uso general.

• Aplicaciones: Comúnmente utilizado para cuchillos, cuchillas de corte y otras herramientas que requieren bordes afilados y duraderos.
• Tratamiento térmico: Endurecido calentando a 1475°F a 1500°F (802°C a 816°C) seguido de temple al aceite.
• Dureza: Alcanza aproximadamente 57-62 HRC después del revenido.

Acero para herramientas S7

El S7 es un acero para herramientas resistente a los golpes y templado al aire que ofrece una alta tenacidad y resistencia al impacto, lo que lo hace excelente para herramientas que experimentan un choque mecánico significativo.

• Aplicaciones: Utilizado para cinceles, punzones y juegos de remaches que requieren una alta resistencia al impacto.
• Tratamiento térmico: Endurecido a 1725°F a 1850°F (941°C a 1010°C), revenido a 400°F (204°C) para aplicaciones de trabajo en frío o hasta 1000°F (538°C) para aplicaciones de trabajo en caliente.
• Dureza: Alcanza 60-62 HRC después del endurecimiento.

Acero para herramientas H13

El H13 es un acero para herramientas para trabajo en caliente con un 5% de cromo conocido por mantener la dureza a temperaturas elevadas, lo que lo hace ideal para aplicaciones de trabajo en caliente.

• Aplicaciones: Ampliamente utilizado para fundición a presión de aluminio y zinc, así como para extrusión de aluminio y troqueles de prensa.
• Tratamiento térmico: Endurecido calentando a 1825°F a 1900°F (996°C a 1038°C) y revenido entre 950°F a 1150°F (510°C a 621°C).
• Dureza: Típicamente alcanza 56-57 HRC después del endurecimiento y revenido.

Acero para herramientas M2

El M2 es un acero para herramientas de alta velocidad que ofrece una excelente tenacidad y resistencia al desgaste, particularmente eficaz para herramientas que deben mantener el filo a altas temperaturas.

• Aplicaciones: Comúnmente utilizado para herramientas de corte como brocas, machos de roscar y fresas.
• Tratamiento térmico: Endurecido a aproximadamente 2200°F a 2250°F (1204°C a 1232°C) y revenido a 1000°F a 1050°F (538°C a 566°C).
• Dureza: Alcanza aproximadamente 62-64 HRC después del revenido.

Acero para herramientas A2

El A2 es un acero para herramientas templado al aire conocido por su tenacidad y resistencia al desgaste equilibradas. Con un contenido de cromo del 5%, proporciona una alta dureza y una excelente estabilidad dimensional después del tratamiento térmico.

• Aplicaciones: Típicamente utilizado para punzones de corte/conformado, aceros de recorte de troqueles y moldes de inyección.
• Tratamiento térmico: Templado al aire desde la temperatura de endurecimiento, generalmente revenido a 350°F a 400°F (177°C a 204°C) para lograr 63-65 HRC.
• Dureza: Alcanza 63-65 HRC después del endurecimiento.

Selección de acero para herramientas

La selección del grado de acero para herramientas apropiado depende de los requisitos específicos de la aplicación, como la necesidad de resistencia al desgaste, tenacidad o retención de dureza a alta temperatura.

Consideraciones clave: Al seleccionar acero para herramientas, evalúe estos factores:

• Material de la pieza de trabajo: Los diferentes materiales imponen diferentes requisitos a las propiedades del acero para herramientas. Los materiales más duros exigen aceros para herramientas más resistentes al desgaste.
• Método de procesamiento: Diversas operaciones (estampado, forja, moldeo por inyección, etc.) requieren diferentes combinaciones de resistencia, tenacidad y resistencia al calor.
• Volumen de producción: Las cantidades de producción más altas requieren aceros para herramientas más resistentes al desgaste para prolongar la vida útil de la herramienta.
• Costo: Existen variaciones de precio significativas entre los grados, lo que requiere un equilibrio cuidadoso entre el rendimiento y el presupuesto.

Proceso de selección: Siga estos pasos generales:

1. Definir los requisitos de la aplicación: Determine las cargas esperadas, temperaturas, impactos y otras condiciones de funcionamiento.
2. Evaluar el material de la pieza de trabajo: Comprenda la dureza, la resistencia y la maquinabilidad del material.
3. Seleccionar el tipo de acero para herramientas adecuado: Elija entre trabajo en frío, trabajo en caliente u otras categorías según las necesidades de la aplicación.
4. Elegir el grado específico: Seleccione entre los grados disponibles (D2, O1, H13, etc.) dentro de la categoría elegida.
5. Realizar el tratamiento térmico: Aplique el tratamiento térmico adecuado según las especificaciones del grado para lograr un rendimiento óptimo.

Conclusión

Comprender las propiedades únicas de cada grado permite tomar decisiones informadas que garantizan un rendimiento óptimo de la herramienta y una vida útil prolongada. Ya sea que se utilice A2, D2, O1, S7, H13 o M2, cada grado de acero para herramientas ofrece distintas ventajas. Al alinear estas propiedades con los requisitos de la aplicación, los fabricantes pueden lograr resultados superiores.

Esta guía proporciona una descripción general completa de varios grados de acero para herramientas, lo que ayuda a navegar por las complejidades de la selección de materiales y a tomar las mejores decisiones para necesidades específicas.