Introducción

Los aceros para herramientas se refieren a una variedad de aceros ultraduros optimizados para fabricar herramientas de corte, prensado y conformado. Conservan la dureza y la forma a altas temperaturas, resisten el desgaste y soportan las tensiones de impacto que se producen durante los procesos de fabricación. Existen cientos de tipos únicos de aceros para herramientas, cada uno de ellos perfeccionado mediante una cuidadosa aleación para sobresalir en aplicaciones específicas.

Esta guía ofrece una visión general de los aceros para herramientas. Analizaremos las propiedades críticas, contrastaremos las principales categorías y revisaremos ejemplos de calidades ampliamente utilizadas. Una apreciación más completa de las capacidades de los distintos tipos de acero para herramientas ayuda a encontrar el grado óptimo para su reto de utillaje.

Las cualidades esenciales de Aceros para herramientas

Todos aceros para herramientas aprovechar las combinaciones de las siguientes características:

• Dureza extrema para resistir la deformación
• Resistencia a las cargas de servicio
• Dureza para resistir el astillado y la fractura
• Resistencia al desgaste para combatir la abrasión y la adherencia
• Estabilidad dimensional frente a fluctuaciones de temperatura
• Templabilidad para el tratamiento térmico de grandes secciones transversales

El ajuste de los niveles relativos de estos atributos permite a los fabricantes de herramientas adaptar calidades de acero capaces de superar mecanismos de desgaste específicos y condiciones ambientales difíciles que se dan en la fabricación y el trabajo del metal.

El rendimiento superior se consigue equilibrando cuidadosamente elementos primarios como el wolframio, el molibdeno, el vanadio y el cobalto con el carbono y el hierro, pero no hay dos fórmulas iguales.

Principales categorías de acero para herramientas

Aceros para herramientas se agrupan en varias categorías principales:

Endurecimiento del agua - Una variedad temprana que se basa principalmente en un alto contenido de carbono para facilitar el endurecimiento. Su uso es limitado en la actualidad.

Resistente a los golpes - Excepcionalmente resistente gracias al aumento de los niveles de manganeso y silicio. Se utiliza para herramientas de trabajo en frío de alto impacto, como cinceles y punzones.

Trabajo en frío - Acero para herramientas de uso general muy versátil, capaz de combinar resistencia al desgaste y durabilidad gracias a su contenido intermedio en aleaciones. Común en matrices de corte y conformado.

Trabajo en caliente - Aleación más pesada para resistencia a temperaturas elevadas y estabilidad térmica. Muy utilizado para matrices de extrusión en caliente y utillaje de forja.

Acero rápido - Aleado con grandes cantidades de wolframio, molibdeno y vanadio, lo que permite una dureza y una capacidad de corte excepcionales hasta el calor rojo. Domina las herramientas de corte.

Propósito especial - Abarca las calidades propias de los proveedores formuladas para aplicaciones especializadas, como pulido o mecanizado superiores. También se incluyen aquí los aceros para herramientas pulvimetalúrgicos más recientes.

Resumir las principales diferencias de alto nivel ayuda a delimitar los candidatos adecuados, pero el análisis granular de la composición de la aleación y los detalles del tratamiento guían en última instancia la sección adecuada del acero para herramientas.

Revisión de las calidades de acero para herramientas más utilizadas

Existen literalmente miles de subvariedades de acero para herramientas, pero algunos ejemplos populares en cada categoría incluyen:

Aceros de choque

• S7: excepcional resistencia al impacto y al desgaste para utillaje de estampación en frío
• S5 - alta tenacidad y dureza equilibrada para juegos de punzones y matrices

Aceros para trabajo en frío

• A2 - acero versátil para trabajos en frío de uso general que combina resistencia al desgaste y durabilidad
• D2 - alto contenido en carbono y cromo para aplicaciones severas de estampación y troquelado
• O1: grado de temple en aceite valorado por su dureza uniforme y su maquinabilidad.

Aceros para trabajo en caliente

• H13: acero para trabajos en caliente pilar de la industria con las mejores propiedades generales
• H11 - aleación similar a la H13 pero con mejor maquinabilidad y pulibilidad.

Aceros rápidos

• M2 - ampliamente considerado como el grado de acero rápido de referencia
• M35 - acero rápido con cobalto para aplicaciones de alta temperatura
• M42: acero rápido pulvimetalúrgico con control de granulometría fina

Este muestreo proporciona un conjunto de variedades de aceros para herramientas de trabajo junto con calidades pulvimetalúrgicas y exóticas más recientes. A medida que avanza la tecnología de los aceros para herramientas, surgen continuamente nuevos candidatos que ofrecen mayores prestaciones.

Principales aplicaciones del acero para herramientas

Los aceros para herramientas facilitan prácticamente todos los procesos de fabricación sustractivos, aditivos y formativos. Algunos ejemplos destacados son:

• Corte - brocas, machos, escariadores, fresas, hojas de sierra
• Eliminación de metales - troqueles de corte, de perforación, de recorte y de corte longitudinal; cortadores de mordiscos
• Moldeado y conformado - dobladoras, utillaje de punzonado/prensado, cabezales, sellos, matrices de embutición
• Fundición y moldeo - moldes de inyección, matrices de extrusión, utillaje de moldeo por soplado

Los distintos tipos de acero para herramientas brillan en procesos específicos en función de las tensiones y temperaturas experimentadas. Por ello, la revisión exhaustiva de las condiciones de funcionamiento de las herramientas es clave a la hora de seleccionar las calidades ideales.

Elegir bien Tipo de acero para herramientas

Elegir la variedad óptima de acero para herramientas parece una tarea de enormes proporciones, pero simplemente implica:

1. Documentación de los parámetros de diseño:
   • Temperaturas de funcionamiento
   • Longitud de la tirada de producción
   • Tolerancias
   • Dureza objetivo
2. Identificar los modos de fallo que hay que evitar:
   • Desgaste, abrasión
   • Fatiga y agrietamiento
   • Deformación plástica
   • Picaduras de corrosión
3. Comparación de aleaciones entre distintos tipos de acero para herramientas con el fin de identificar los 2-3 candidatos más adecuados.
4. Validación del grado final con ensayos de tratamiento térmico

Mientras que los grados de rendimiento ultra-alto tientan las especificaciones, hay que equilibrar el rendimiento con el coste aprovechando las aleaciones probadas existentes siempre que sea posible. La colaboración con un proveedor de acero para herramientas experimentado simplifica la toma de decisiones.

El futuro del desarrollo del acero para herramientas

La innovación continua promete interesantes mejoras del acero para herramientas en el horizonte:

• Nuevas composiciones para entornos extremos como el mecanizado a alta velocidad
• Aceros en polvo con mezclas de nanopartículas para superar los límites de las propiedades
• Modelos sofisticados para predecir el rendimiento en servicio
• Métodos híbridos de fabricación aditiva/convencional
• Automatización de la optimización del tratamiento térmico

Gracias a la constante investigación y al progreso del acero para herramientas, es de esperar que la productividad del mecanizado, la calidad de las piezas y la longevidad de las herramientas sigan avanzando en la fabricación.

Conclusión y resumen

Desde las variedades omnipresentes para el trabajo en frío hasta los grados de metal pulverizado altamente especializados, la selección del acero para herramientas abarca un complejo paisaje repleto de atractivas opciones. Simplificar los requisitos de análisis en criterios de rendimiento cuantificables y modos de fallo conocidos hace que las opciones sean más manejables. Asociarse con proveedores de acero para herramientas de confianza también aporta experiencia. Independientemente de los métodos, la especificación adecuada del grado de acero sigue siendo absolutamente esencial para los componentes de herramientas y matrices encargados de dar forma a cada nueva generación de materiales avanzados, incluidos los aceros para herramientas.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cuál es la principal ventaja de utilizar aceros para herramientas frente a aceros aleados y estructurales?

Los aceros para herramientas se diferencian de los grados de aleación/estructurales más comunes por ofrecer una dureza superior, propiedades antidesgaste y resistencia a altas temperaturas, específicamente diseñados para soportar las presiones, temperaturas y abusos extremos que se dan en los procesos de fabricación de metales.

¿Los aceros para herramientas presentan mayor tenacidad que los aceros inoxidables?

Los aceros inoxidables suelen presentar valores de tenacidad de base más elevados que los aceros para herramientas, especialmente las familias de aceros rápidos y de choque. Sin embargo, algunas aleaciones de acero para herramientas para trabajo en frío y en caliente reducen sustancialmente esta diferencia sin dejar de ofrecer la dureza necesaria.

¿Por qué hay tantas calidades especializadas de acero para herramientas en lugar de sólo unos pocos tipos de alto rendimiento?

Esta amplia gama se debe a que no existe un único tipo de acero para herramientas que ofrezca un rendimiento óptimo en todos los procesos de fabricación. Las composiciones únicas evolucionan en función de las diferentes temperaturas, tensiones y patrones de desgaste característicos de las distintas categorías de fabricación, siendo los procesos de conformado en caliente frente a los de conformado en frío un ejemplo notable. El desarrollo de aleaciones mejoradas continúa a medida que surgen nuevos materiales y métodos.