Acero para herramientas

El acero para herramientas es cualquier acero al carbono o acero aleado que resulta especialmente adecuado para la fabricación de herramientas y utillaje, incluyendo herramientas de corte , matrices , herramientas manuales , cuchillos , entre otros. Su idoneidad radica en su dureza característica , su resistencia a la abrasión y la deformación, y su capacidad para mantener el filo a altas temperaturas. Por consiguiente, los aceros para herramientas son idóneos para el conformado de otros materiales, por ejemplo, mediante corte , mecanizado , estampado o forja . ^{[ 1 ]}

Los aceros para herramientas generalmente tienen un contenido de carbono entre 0,5% y 1,3%. ^{[ 2 ]} La presencia de carburos en su matriz juega el papel dominante en las cualidades del acero para herramientas. Los cuatro elementos de aleación principales que forman carburos en el acero para herramientas son: tungsteno , cromo , vanadio y molibdeno . La velocidad de disolución de los diferentes carburos en la forma austenítica del hierro determina el rendimiento a alta temperatura del acero (cuanto más lento, mejor, lo que da como resultado un acero resistente al calor). El tratamiento térmico adecuado de estos aceros es importante para un rendimiento adecuado. ^{[ 3 ]} El contenido de manganeso a menudo se mantiene bajo para minimizar la posibilidad de agrietamiento durante el temple en agua .

Existen seis grupos de aceros para herramientas: endurecibles en agua, para trabajo en frío, resistentes a impactos, de alta velocidad, para trabajo en caliente y de uso especial. La elección del grupo depende del costo, la temperatura de trabajo, la dureza superficial requerida, la resistencia, la resistencia a impactos y los requisitos de tenacidad. ^{[ 4 ]} Cuanto más severas sean las condiciones de servicio (temperatura, abrasión, corrosión y carga elevadas), mayor será el contenido de aleación y, por consiguiente, la cantidad de carburos necesarios para el acero de la herramienta.

Los aceros para herramientas se utilizan para cortar, prensar, extruir y acuñar metales y otros materiales. Su uso en la fabricación de herramientas es fundamental; por ejemplo, los moldes de inyección requieren aceros para herramientas por su resistencia a la abrasión, un criterio importante para la durabilidad del molde, que permite realizar cientos de miles de operaciones de moldeo a lo largo de su vida útil.

La escala AISI - SAE para aceros para herramientas es la más común para identificar los distintos grados de este material. A cada aleación dentro de un mismo grado se le asigna un número; por ejemplo: A2, O1, etc.

El acero para herramientas del grupo W debe su nombre a su característica principal: la necesidad de temple en agua. Este acero es esencialmente un acero al carbono simple con alto contenido de carbono . Es el más utilizado debido a su bajo costo en comparación con otros. Funciona bien en piezas y aplicaciones donde no se alcanzan altas temperaturas; por encima de 150 °C (300 °F) comienza a ablandarse notablemente. Su templabilidad es baja, por lo que los aceros para herramientas del grupo W deben someterse a un temple rápido, lo que requiere el uso de agua. Estos aceros pueden alcanzar una alta dureza (superior a 66 Rockwell C ) y son bastante frágiles en comparación con otros aceros para herramientas. Los aceros W aún se comercializan, especialmente para resortes, pero su uso es mucho menos frecuente que en los siglos XIX y principios del XX. Esto se debe, en parte, a que los aceros W se deforman y agrietan mucho más durante el temple que los aceros templados en aceite o endurecidos al aire.  

La tenacidad de los aceros para herramientas del grupo W aumenta al alearlos con manganeso, silicio y molibdeno. Se utiliza hasta un 0,20 % de vanadio para mantener un tamaño de grano fino durante el tratamiento térmico.

Las aplicaciones típicas para diversas composiciones de carbono son para aceros W:

• 0,60–0,75 % de carbono: piezas de maquinaria, cinceles, tornillos de fijación; sus propiedades incluyen dureza media con buena tenacidad y resistencia a los golpes.
• 0,76–0,90% de carbono: matrices de forja, martillos y mazos.
• 0,91–1,10 % de carbono: aplicaciones de herramientas de uso general que requieren un buen equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad, como limas, brocas, cortadoras y cuchillas de corte.
• 1,11–1,30 % de carbono: limas, brocas pequeñas, herramientas de torno, cuchillas de afeitar y otras aplicaciones ligeras donde se requiere mayor resistencia al desgaste sin gran tenacidad. El acero con aproximadamente un 0,8 % de carbono alcanza la misma dureza que el acero con mayor contenido de carbono, pero las partículas libres de carburo de hierro en el acero con un 1 % o un 1,25 % de carbono hacen que conserve mejor el filo. Sin embargo, es probable que el filo fino se oxide más rápido de lo que se desgasta si se utiliza para cortar materiales ácidos o salinos.

Los aceros para herramientas de trabajo en frío incluyen la serie O (endurecimiento en aceite), la serie A (endurecimiento al aire) y la serie D (alto contenido de carbono y cromo). Estos aceros se utilizan para cortar o dar forma a materiales a bajas temperaturas. Este grupo posee alta templabilidad y resistencia al desgaste, y una tenacidad y resistencia al ablandamiento por calor promedio. Se utilizan en la producción de piezas grandes o piezas que requieren una mínima distorsión durante el endurecimiento. El uso de temple en aceite y endurecimiento al aire ayuda a reducir la distorsión, evitando las mayores tensiones causadas por el temple en agua, que es más rápido. En estos aceros se utilizan más elementos de aleación, en comparación con la clase de endurecimiento en agua. Estas aleaciones aumentan la templabilidad de los aceros, por lo que requieren un proceso de temple menos severo y, como resultado, son menos propensos a agrietarse. Tienen una alta dureza superficial y se utilizan a menudo para fabricar hojas de cuchillo. La maquinabilidad de los grados de endurecimiento en aceite es alta, pero la de los tipos de alto contenido de carbono y cromo es baja.

La alta resistencia al impacto y la buena templabilidad se proporcionan mediante aleaciones de cromo-tungsteno, silicio-molibdeno y silicio-manganeso. Los aceros para herramientas del grupo de resistencia al impacto (S) están diseñados para resistir impactos tanto a bajas como a altas temperaturas. Se requiere un bajo contenido de carbono para la tenacidad necesaria (aproximadamente 0,5 % de carbono). Las aleaciones formadoras de carburos proporcionan la resistencia a la abrasión, la templabilidad y las características de trabajo en caliente necesarias. Esta familia de aceros muestra una tenacidad al impacto muy alta y una resistencia a la abrasión relativamente baja, y puede alcanzar una dureza relativamente alta de 58 a 60  HRC. En EE. UU., la tenacidad generalmente proviene de un contenido de silicio de 1 a 2 % y de molibdeno de 0,5 a 1 %. En Europa, los aceros de impacto a menudo contienen de 0,5 a 0,6 % de carbono y alrededor de 3 % de níquel. En algunos aceros de baja aleación de alta resistencia y resistentes a los impactos (HSLA), como el L6, el 4340 y el acero sueco para sierras, todavía se utiliza un contenido de níquel de entre el 1,75 % y el 2,75 %, pero es relativamente caro. Un ejemplo de su uso es en la fabricación de brocas para martillos neumáticos .

Los aceros para trabajo en caliente son un grupo de aceros utilizados para cortar o dar forma a materiales a altas temperaturas. Los aceros para herramientas del grupo H se desarrollaron para obtener resistencia y dureza durante la exposición prolongada a temperaturas elevadas. Estos aceros para herramientas tienen bajo contenido de carbono y aleación moderada a alta, lo que proporciona buena dureza y tenacidad en caliente y una resistencia al desgaste aceptable debido a una cantidad sustancial de carburo. ^{[ 3 ]} Los aceros H1 a H19 se basan en un contenido de cromo del 5%; los aceros H20 a H39 se basan en un contenido de tungsteno del 9-18% y un contenido de cromo del 3-4%; los aceros H40 a H59 se basan en molibdeno.

Entre los ejemplos se incluye el acero para herramientas DIN 1.2344 (H13).

• El acero para herramientas tipo P es la abreviatura de acero para moldes de plástico. Está diseñado para cumplir con los requisitos de los moldes de fundición a presión de zinc y de moldeo por inyección de plástico.
• El acero para herramientas tipo L es la abreviatura de acero para herramientas de baja aleación para usos especiales. El L6 es extremadamente resistente.
• El acero para herramientas de tipo F se endurece mediante tratamiento con agua y es sustancialmente más resistente al desgaste que el acero para herramientas de tipo W.

• Industrias Crucible
• Lista de productores de acero
• Acero plateado

• Baumeister, Avallone (1978). "6". Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, 8.ª ed . McGraw Hill. págs. 33–34 . ISBN  9780070041233.
• Degarmo, E. Paul; Black, J. T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (9.ª  ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; McCauley, Christopher J.; Heald, Ricardo M. (2004), Manual de maquinaria (27.ª  ed.), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8.
• Palmer, Frank R. (1937). Tool Steel Simplified: A handbook of modern practice for the man who makes tools (1.ª  ed.). Reading, Pennsylvania: The Carpenter Steel Company . p .  10. LCCN 37006807. OCLC 3746717 .  
• Verhoeven, John (2007). Metalurgia del acero para no metalúrgicos . ASM International. pág.  159. ISBN 978-0-87170-858-8Consultado el 9 de noviembre de 2014 .

• Software para comparar diferentes grados de acero para herramientas en función de sus propiedades: Steel-guide EU basado en la norma AISI y Steel-guide GB basado en la norma British Steel .
• Selección de aceros para herramientas recomendados para diversos fines.
• Comparación de estándares de acero para herramientas
• Composición química del acero para herramientas. Archivado el 28/11/2009 en Wayback Machine.