El acero para herramientas se refiere a una variedad de aceros al carbono y aleados que son especialmente adecuados para la fabricación de herramientas. Su idoneidad se debe a su dureza distintiva, su resistencia a la abrasión y a la deformación y su capacidad para mantener el filo de corte a temperaturas elevadas. Por ello, los aceros para herramientas son adecuados para su uso en la conformación de otros materiales.
Existen seis grupos de aceros para herramientas: aceros de endurecimiento al agua, aceros para herramientas en frío, resistentes a los golpes, de alta velocidad, para trabajos en caliente y para usos especiales/aceros para moldes de plástico. La elección del grupo a seleccionar depende del coste, la temperatura de trabajo, la dureza superficial requerida, la fuerza, la resistencia a los golpes y los requisitos de tenacidad. Cuanto más severas sean las condiciones de servicio (mayor temperatura, abrasividad, corrosividad, carga), mayor será el contenido de aleación y la consiguiente cantidad de carburos requerida para el acero de herramientas.
1. Grupo de endurecimiento al agua
Llamado así por su propiedad esencial de tener que ser templado en agua. Este grupo de aceros para herramientas es esencialmente un acero liso con alto contenido de carbono. Se utiliza habitualmente por su bajo coste.
El acero para herramientas del grupo W recibe su nombre de su propiedad esencial de tener que ser templado en agua. El acero del grupo W es esencialmente un acero liso con alto contenido en carbono. Este grupo de acero para herramientas es el más utilizado por su bajo coste en comparación con otros. Funcionan bien para piezas pequeñas y aplicaciones en las que no se dan altas temperaturas; por encima de los 150 °C (302 °F) comienza a ablandarse de forma notable. Su templabilidad es baja, por lo que los aceros para herramientas del grupo W deben someterse a un enfriamiento rápido, que requiere el uso de agua. Estos aceros para herramientas pueden alcanzar una dureza elevada (superior a HRC 66) y son bastante frágiles en comparación con otros aceros para herramientas. Los aceros W se siguen vendiendo, sobre todo para muelles, pero se utilizan mucho menos que en el siglo XIX y principios del XX. Esto se debe en parte a que los aceros W se deforman y agrietan mucho más durante el enfriamiento que los aceros templados en aceite o al aire.
2. Grupo de trabajo en frío
Se trata de un grupo de tres aceros para herramientas: templado al aceite, templado al aire y alto carbono-cromo. Los aceros de este grupo tienen una alta templabilidad y resistencia al desgaste, con una tenacidad media. Suelen utilizarse en la producción de piezas grandes o de piezas que tienen un requisito de distorsión mínima al ser endurecidas.
Tanto el temple en aceite como el temple en aire reducen la distorsión y la mayor tensión causada por el temple rápido en agua, por lo que es menos probable que se produzcan grietas.
2.1. Endurecimiento al aceite
Un acero de endurecimiento al aceite muy común es el acero O1. Es un acero muy bueno para trabajar en frío y también hace muy buenos cuchillos y tenedores. Puede endurecerse hasta unos 57-61 HRC.
2.2. Endurecimiento al aire
El primer acero para herramientas de grado de endurecimiento al aire fue el acero mushet, que en su momento se conoció como acero de endurecimiento al aire.
Los aceros modernos de temple al aire se caracterizan por una baja distorsión durante el tratamiento térmico debido a su alto contenido en cromo. Su maquinabilidad es buena y tienen un equilibrio entre la resistencia al desgaste y la tenacidad (es decir, entre los grados D y los resistentes a los golpes).
2.3. Alto contenido en carbono-cromo,
2.3.1. Tipo D
El tipo D, de la clase de aceros para herramientas para trabajo en frío, contiene entre un 10% y un 13% de cromo. Estos aceros conservan su dureza hasta una temperatura de 425 °C (797 °F). Las aplicaciones más comunes de estos aceros para herramientas son las matrices de forja, los bloques de fundición a presión y las matrices de estirado. Debido a su alto contenido en cromo, algunos aceros para herramientas de tipo D suelen considerarse inoxidables o semi-inoxidables, aunque su resistencia a la corrosión es muy limitada debido a la precipitación de la mayoría de sus componentes de cromo y carbono en forma de carburos.
El acero para herramientas D2 es muy resistente al desgaste, pero no tan resistente como los aceros de menor aleación. Las propiedades mecánicas del D2 son muy sensibles al tratamiento térmico. Se utiliza ampliamente para la producción de cuchillas de cizalla, cuchillas de cepillo y herramientas de corte industriales; a veces se utiliza para cuchillas de cuchillo.
| A | A2 – A10 | Endurecimiento al aire, aleaciones medias |
| D | D2 – D7 | Alto contenido en carbono y cromo |
| O | O1 – O7 | Endurecimiento por aceite, bajo en carbono |
2.3.2. Tipo 1.2767
El ISO 1.2767, también conocido como DIN X 45 NiCrMo 4, AISI 6F7 y BS EN 20 B, es un acero para herramientas templado al aire con un elemento de aleación primario de níquel. Posee una buena tenacidad, granos estables y es muy pulible. Se utiliza principalmente para matrices en aplicaciones de moldeo por inyección de plásticos que implican altas tensiones. Otras aplicaciones son las matrices de corte, las matrices de forja y las cuchillas industriales.
Las siguientes calidades de acero también forman parte del grupo de aceros para trabajo en frío.
| AISI Code | AISI Designación | Tipo de acero para herramientas |
| W | W1 to W7 | Acero templado al agua con alto contenido en carbono |
| W1 A – 1B | Carbono | |
| W2 – W3 | Carbono Vanadio | |
| W4 – W5 | Carbono Cromo | |
| W7 | Carbono Cromo Vanadio |
3. Grupo de resistencia a los golpes
Esta clase tiene una alta resistencia a los golpes y una buena capacidad de endurecimiento. Está diseñada para resistir los golpes tanto a bajas como a altas temperaturas. También tiene una tenacidad al impacto muy alta y una resistencia a la abrasión relativamente baja.
Las aleaciones de carburo proporcionan la resistencia a la abrasión, la templabilidad y las características de trabajo en caliente necesarias. Esta familia de aceros presenta una tenacidad al impacto muy alta y una resistencia a la abrasión relativamente baja y puede alcanzar una dureza relativamente alta (HRC 58/60). En EE.UU., la tenacidad suele provenir de un contenido de 1 a 2% de silicio y de 0,5-1% de molibdeno. En Europa, los aceros de choque suelen contener entre un 0,5% y un 0,6% de carbono y alrededor de un 3% de níquel. El níquel del 1,75% al 2,75% se sigue utilizando en algunos aceros de choque y de baja aleación de alta resistencia (HSLA), como el L6, el 4340 y el acero de sierra sueco, pero es relativamente caro. Un ejemplo de su uso es en la producción de brocas para martillos neumáticos.
4. Grupo de alta velocidad
Los aceros para herramientas de tipo T y M se utilizan para herramientas de corte cuando es necesario mantener la resistencia y la dureza a altas temperaturas.
El acero de alta velocidad (HSS o HS) es un subconjunto de los aceros para herramientas que se utiliza habitualmente en brocas y herramientas de corte. Se utiliza a menudo en hojas de sierra eléctrica y brocas. Es superior a las antiguas herramientas de acero con alto contenido en carbono que se utilizaban mucho hasta la década de 1940, ya que puede soportar temperaturas más altas sin perder su temple (dureza). Esta propiedad permite al HSS cortar más rápido que el acero con alto contenido en carbono, de ahí el nombre de acero rápido. A temperatura ambiente, en su tratamiento térmico generalmente recomendado, las calidades de HSS suelen mostrar una gran dureza (por encima de HRC60) y resistencia a la abrasión (generalmente vinculada al contenido de tungsteno y vanadio que se suele utilizar en el HSS) en comparación con los aceros al carbono y para herramientas comunes.
| M | M1, M7, M10 | Molibdeno |
| M30, M33, M34, M42, M43, M46, M47 | Molibdeno, cobalto | |
| M2, M3, M4 | Molibdeno, tungsteno | |
| M6, M15, M35, M36< M41, M44, M45 | Molibdeno, tungsteno, cobalto | |
| T | T1, T2, T3, T7, T9 | Tungsteno |
| T4, T5, T6, T8, T15 | Tungsteno, cobalto |
5. Grupo de trabajo en caliente
Los aceros para herramientas del grupo H se desarrollaron específicamente para mantener la resistencia y la dureza mientras se exponen a temperaturas elevadas prolongadas.
Los aceros para trabajo en caliente son un grupo de aceros utilizados para cortar o dar forma al material a altas temperaturas. Los aceros para herramientas del grupo H se desarrollaron para mantener la resistencia y la dureza durante la exposición prolongada a temperaturas elevadas. Estos aceros para herramientas son de bajo carbono y de aleación moderada a alta que proporcionan una buena dureza y tenacidad en caliente y una buena resistencia al desgaste debido a una cantidad considerable de carburo. Los aceros H1 a H19 se basan en un contenido de cromo del 5%; los H20 a H39 se basan en un contenido de tungsteno del 9-18% y un contenido de cromo del 3-4%; los H40 a H59 se basan en el molibdeno.
| H | H 10, H11, h12, H13 | Cromo, molibdeno |
| H14, H16, H19, H23 | Cromo, tungsteno | |
| H20, H21, H22, H24, H25, H26 | Tungsteno | |
| H15, H41, H42, H43 | Molibdeno |
6. Grupo de propósito especial / Acero para moldes de plástico
El acero para herramientas tipo P es la abreviatura de los aceros para moldes de plástico. Están diseñados para cumplir los requisitos de las matrices de fundición a presión de zinc y de moldeo por inyección de plástico. Grados de acero comunes como P20, 420, etc.
El acero para herramientas tipo L es la abreviatura de acero para herramientas de baja aleación para fines especiales. El L6 es extremadamente resistente.
El acero para herramientas tipo F está endurecido por el agua y es sustancialmente más resistente al desgaste que el acero para herramientas tipo W.
| F | F1 | Alto contenido en carbono, bajas aleaciones |
| F2, F3 | Tungsteno | |
| L | L1, L3, L7 | Carbono > 0,65%, Cromo |
| L2 | Carbono <0,65%, Cromo | |
| L6 | Carbono > 0,65%, Níquel | |
| S | S1, S3 | Tungsteno |
| S2, S4, S5, S6 | Silicio | |
| S7 | Cromo | |
| P | P1- P20, P21 | Acero para moldes con bajo contenido de carbono |
Los aceros para herramientas son aceros de alta aleación "limpios" desde el punto de vista metalúrgico, que se funden a temperaturas relativamente pequeñas en hornos eléctricos y se producen prestando especial atención a la homogeneidad. Pueden refinarse aún más mediante la descarburación con argón/oxígeno (AOD), los métodos de vacío o el refinado por escoria (ESR). Como resultado, los aceros para herramientas se especifican a menudo para aplicaciones críticas de alta resistencia o resistentes al desgaste. Debido a su alto contenido en aleaciones, los aceros para herramientas deben laminarse o forjarse con cuidado para obtener productos en barra satisfactorios.
Para desarrollar sus mejores propiedades, los aceros para herramientas se tratan siempre con calor. Dado que las piezas pueden distorsionarse durante el tratamiento térmico, las piezas de precisión deben estar semiacabadas, tratadas térmicamente y luego acabadas. Es muy probable que se produzcan distorsiones graves durante el enfriamiento líquido, por lo que debe seleccionarse una aleación que proporcione las propiedades mecánicas necesarias con el enfriamiento menos severo.
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