Aceros de Herramientas: Tipos, Propiedades y Procesos de Fabricación

Tipos de Aceros de Herramientas

Aceros de Herramienta al Carbono

Son aceros con contenidos superiores al 0,5% de carbono, para conseguir una adecuada dureza superficial en el temple, entre 60-67 HRC. El temple y revenido no debe ser mayor a 400ºC, siendo lo normal entre 150-250ºC. Aunque la tenacidad aumenta con la temperatura de revenido, la dureza disminuye considerablemente. La dureza debe estar entre 58-65 HRC. Son baratos y fáciles de mecanizar, por lo que se utilizan para la producción de series cortas. Estos aceros no pueden superar las temperaturas de trabajo superiores a las que se haya realizado el revenido, y son exclusivamente para trabajos en frío.

Estos aceros deben cumplir con:

• Facilidad para templar.
• Mínimas distorsiones en el temple.
• Mínima presencia de inclusiones.
• Tamaño de grano fino.

Aceros de Herramientas para Trabajos en Frío

Se precisa que tengan una buena resistencia al desgaste con ausencia de fragilidad. Entre ellos podemos encontrar:

• Acero al cromo: Aumenta la templabilidad y afina los carburos.
• Acero al wolframio: Sirve para afinar el grano austenítico y eliminar en el acero la sensibilidad al calentamiento.
• Acero al silicio: Aumenta el límite elástico y también aumenta la resistencia a la fatiga y a los choques.
• Acero al manganeso: Mejora la sensibilidad a la temperatura de temple.

Aceros de Herramientas para Trabajos en Caliente

Se exige que tengan resistencia al revenido, buena tenacidad, resistencia al choque térmico y a la fatiga térmica. Entre ellos se encuentran:

• Aceros al Cr-Ni-Mo: Son de baja aleación con propiedades inferiores a las del resto.
• Aceros al Cr-Mo: Tienen una buena resistencia al revenido y a la fatiga térmica, también tienen buena dureza en caliente.
• Acero al W: Aumenta la resistencia al revenido y ofrece la más alta dureza en caliente, son muy sensibles al choque térmico.

Aceros Rápidos

Destacan por su alta dureza en caliente y su resistencia a la abrasión. Su estructura está constituida por una matriz de martensita y carburos.

Clasificación de los aceros rápidos:

• 1º Grupo: El wolframio es el elemento fundamental, proporciona dureza en caliente y resistencia a la abrasión.
• 2º Grupo: El molibdeno es el elemento fundamental, es doblemente efectivo que el wolframio. Son ligeramente más tenaces que los aceros rápidos al W. Pueden emplearse a temperaturas más bajas de temple, forja y recocido. Los inconvenientes son que se descarburan más fácilmente y son más sensibles al temple.
• 3º Grupo: Molibdeno y Wolframio, para evitar los inconvenientes del 2º Grupo.
• 4º Grupo: Se aumenta el porcentaje de vanadio, que forma carburos extremadamente duros y proporciona resistencia a la abrasión.

Fatiga Térmica en Aceros de Herramientas

Se produce debido a:

• Una diferencia muy importante de temperatura entre la periferia y el núcleo de la herramienta.
• Ciclos de trabajo (expansión-contracción).
• En la superficie, las tensiones superan el límite de fluencia y, por lo tanto, se pueden deformar plásticamente.

Se desarrollan grietas superficiales. Estos inconvenientes se evitan con materiales que tengan:

• Elevado límite elástico.
• Alta tenacidad en caliente.
• Gran resistencia a la fluencia en caliente.
• Calentamiento previo antes del trabajo.
• Alto grado de limpieza metalúrgica (inclusiones).

Fallos del Material en el Proceso de Fabricación

• Evitar diseños con ángulos vivos, aliviar con radios.
• Evitar chaveteros, marcados con letras, agujeros no pasantes o no alineados.
• Suavizar las condiciones de mecanizado en torneado, fresado, etc., para eliminar tensiones en el material.
• Evitar gradientes muy grandes durante el calentamiento. Para ello, precalentar el material y hacer un austenizado.
• Acortar el tiempo de calentamiento a temperatura de temple, se evita el engrosamiento de grano (martensita grosera), descarburaciones y oxidación.
• Durante el revenido, no hay que retardarlo. Hacer un precalentamiento a 150ºC para la relajación de tensiones durante dos horas. Cuando hay mucha austenita retenida (Mo y Cr), hay que volver a hacer un segundo revenido para que la martensita dura del primer revenido sea revenida en el segundo.

Rectificado

Es una de las fases más críticas de la fabricación de la herramienta. Hay que tener mucho cuidado con la superficie del material durante el rectificado. Para ello:

• Refrigerar en abundancia, ya que el calor puede realizar un revenido sobre el material, o dilatarlo creando tensiones en la pieza.
• Efectuar el rectificado en la misma dirección que el mecanizado.
• No utilizar ni cargas ni velocidades excesivas.
• Utilización de muelas limpias, blandas y de grado medio.