Aceros para Herramientas: Propiedades y Clasificación de los Grupos S, H, M, T y P

Aceros del Grupo S: Resistentes al Impacto

Su característica más importante es la resistencia al impacto (tenacidad). En estos materiales, la dureza es secundaria, alcanzando un máximo de 58 HRC. Se utilizan principalmente donde el criterio de tenacidad se impone al de resistencia al desgaste.

Aplicaciones del Grupo S

Los aceros pertenecientes a este grupo se emplean en la fabricación de:

• Matrices de estampar.
• Punzones y cinceles.
• Herramientas neumáticas.
• Cuchillas de cizallas.

Aceros del Grupo H: Trabajo en Caliente

Los aceros para trabajos en caliente pueden subdividirse en función del elemento mayoritario:

• Aceros al cromo (H11 a H16): Son los más utilizados.
• Aceros al wolframio (H20 a H26).
• Aceros al molibdeno (H41 a H43).

Elementos Aleantes y sus Funciones

Contienen aleantes como Cr, W, Mo y V, los cuales favorecen la:

• Formación de carburos durante el revenido.
• Inhibición del movimiento de las dislocaciones.
• Reducción de los efectos del ablandamiento en caliente (hasta 400 ºC para el Cr y hasta 600 ºC para el W y Mo).

Tratamiento Térmico del Acero H13

El acero H13 requiere un tiempo largo para la reacción de equilibrio y presenta una rápida formación de carburos. Su proceso incluye:

• Austenización: A 1010 ºC durante 1 hora. Disuelve carburos de Cr y Mo, pero no disuelve el VC.
• Temple: Enfriamiento al aire para obtener martensita, austenita retenida y algo de bainita.
• Doble revenido (578 ºC): El primer revenido transforma la austenita retenida en martensita; el segundo transforma la martensita en martensita revenida.

Propiedades y Endurecimiento Secundario

Presentan endurecimiento secundario debido al Mo y W. Al realizar el revenido entre 500-650 ºC, se forman carburos de Mo y W (Mo₂C y W₂C) más estables que el Fe₃C, lo que disminuye el ablandamiento y aumenta la dureza y resistencia.

Propiedades generales:

• Buena tenacidad debido a su bajo contenido en Carbono (C).
• Dureza en caliente de buena a excelente.
• Resistencia y maquinabilidad regulares.
• Resistencia a la descarburación entre regular y mala.
• Templabilidad al aire.

Requisitos para Trabajo en Caliente

Deben poseer resistencia a las temperaturas de trabajo, resistencia al choque mecánico y térmico (especialmente con enfriamientos en agua) y resistencia a la erosión y el desgaste a altas temperaturas. Se emplean en matrices, partes móviles de moldes para metalurgia de polvos, moldes para plásticos y para trabajar lingotes y planchas al rojo.

Aceros de los Grupos M y T: Aceros Rápidos

Entre los aceros de herramientas, este tipo es el más aleado. El contenido de carbono varía entre el 0,7% y el 1%, aunque algunos pueden alcanzar el 1,5%.

Composición Química

• Wolframio (W) o Molibdeno (Mo): Formadores de carburos y resistencia al ablandamiento en caliente.
• Cromo (Cr): Aporta resistencia a la oxidación y alta dureza.
• Vanadio (V): Resistencia a la abrasión y al desgaste.
• Cobalto (Co): Endurecimiento a altas temperaturas.

Se clasifican en Grupo M (predominio de molibdeno) y Grupo T (predominio de wolframio).

Proceso de Fabricación y Microestructura

Moldeo y Trabajo en Caliente

Tras el moldeo, presentan una microestructura dendrítica con fuerte segregación. La deformación plástica en caliente elimina la heterogeneidad y afina los carburos, orientando la microestructura en la dirección del laminado. Para romper los carburos es necesaria una deformación del 90-95%.

Recocido

La microestructura consiste en aproximadamente un 30% de carburos complejos en una matriz ferrítica, proporcionando dureza y resistencia al desgaste. Destacan los carburos M₆C (Fe₄W₂C, Fe₃W₃C), M₂₃C₆ (Cr₂₃C₆) y MC (VC).

Temple y Revenido

Para minimizar la distorsión, se realiza un temple a 540-650 ºC seguido de enfriamiento al aire, obteniendo un 60-80% de martensita y un 15-30% de austenita retenida. Se recomienda un revenido doble para transformar la austenita retenida en martensita revenida y favorecer la precipitación de carburos, logrando el endurecimiento secundario.

Propiedades y Aplicaciones de los Aceros Rápidos

• Dureza en caliente excelente: Resistencia al ablandamiento conocida como red hardness.
• Alta dureza: Entre 62 y 67 HRC.
• Buena resistencia al desgaste y al choque.
• Buena templabilidad (aceite, aire o sales fundidas).

Se utilizan para cortar a alta velocidad metales muy duros. Su aplicación principal es la fabricación de herramientas de corte, matrices de extrusión, herramientas para bruñir y punzones de corte.

Aceros del Grupo P: Aceros para Moldes

Los aceros del Grupo P se utilizan para la fabricación de troqueles para la industria de plásticos, conformados por forja o procesos mixtos de forja y mecanizado.

• Tienen un bajo porcentaje de Carbono (%C), por lo que generalmente no se pueden endurecer por temple convencional.
• Suelen tener una dureza de 30 HRC.
• El grado P21 permite alcanzar los 40 HRC mediante un tratamiento de precipitación.