El acero para herramientas es la opción de ingeniería cuando la dureza, la resistencia al desgaste, la estabilidad dimensional y la resistencia al calor son importantes; para la mayoría de las necesidades de herramientas industriales existe un grado específico que equilibra la tenacidad, la resistencia al desgaste y la mecanizabilidad para cumplir los objetivos de producción. En resumen, elija la calidad menos aleada que cumpla sus condiciones de servicio para reducir costes y mejorar la procesabilidad, y reserve las calidades de alta aleación o pulvimetalurgia (PM) para las demandas más exigentes de desgaste o temperatura.
Breve vídeo explicativo que muestra qué es el acero para herramientas y por qué se utiliza en aplicaciones de herramientas.
Ilustración que muestra los seis grupos de herramientas prácticas de acero y sus aplicaciones más comunes
Qué es el acero para herramientas y por qué es importante
Los aceros para herramientas son una familia de aceros al carbono y aleados formulados para proporcionar alta dureza, tenacidad controlada y resistencia al desgaste y al reblandecimiento a temperaturas elevadas. Se utilizan para herramientas de corte, conformado, embutición, moldeo e impacto en las que son esenciales unas propiedades finales predecibles y una larga vida útil. La selección de una determinada calidad de acero para herramientas afecta directamente a la vida útil de la herramienta, el tiempo de inactividad y el coste total de propiedad en la fabricación.
Vídeo que resume siete tipos prácticos de acero para herramientas y aplicaciones típicas
Clasificación: seis grupos prácticos y cuándo utilizar cada uno de ellos
La práctica industrial agrupa los aceros para herramientas en seis grandes familias. Comprender las diferencias funcionales es el camino más rápido hacia la compra adecuada.
- Endurecimiento al agua (W): baja aleación, alto contenido en carbono, bajo coste, utilizado para herramientas manuales de corta duración y algunas herramientas de hobby.
- Endurecimiento al aceite / trabajo en frío (O y A): O1 es templable en aceite, económica y con buena tenacidad; la serie A es templable en aire con una estabilidad dimensional superior.
- Trabajo en frío de alto contenido en cromo (D): D2 y calidades afines ofrecen una mayor resistencia al desgaste debido a la abundancia de carburos, a costa de una menor tenacidad.
- Resistente a impactos (S): diseñado para impactos y cargas de choque elevadas en las que la resistencia a la fractura súbita es crucial.
- Trabajo en caliente (H): H13 y calidades afines se eligen para la forja en caliente y la fundición a presión, donde la fatiga térmica y la dureza al rojo son importantes.
- Aceros rápidos (series M y T): mantienen la dureza a temperaturas de corte elevadas y son habituales para herramientas de corte y mecanizado de alta velocidad.
Vídeo de clasificación clara que asigna cada familia de acero-herramienta a su caso de uso principal.
Calidades, químicas y tabla de referencia rápida más utilizadas
A continuación se presenta una tabla compacta para ingenieros y compradores en la que se comparan las calidades habituales en los talleres. Utilícela como punto de partida para redactar las especificaciones. Las composiciones son rangos típicos; los fabricantes suministran hojas de especificaciones exactas.
| Grado | Familia | Composición típica más destacada | Aplicaciones típicas | Rango HRC templado típico |
|---|---|---|---|---|
| O1 | Trabajos en frío al aceite | C 0,9-1,2% / Cr ~0,5-1,0% / Mn, Si pequeño | Matrices de arranque, calibres, punzones | 58-62 HRC |
| A2 | Trabajos en frío de endurecimiento por aire | C 0,9-1,1% / Cr 4,5-5,5% / Mo, V trazas | Matrices de corte, herramientas de conformado | 56-60 HRC |
| D2 | Alto contenido en carbono y cromo | C 1,4-1,6% / Cr 11-13% / V, Mo | Piezas de desgaste, cuchillas de cizalla, matrices de larga duración | 58-62 HRC |
| H13 | Trabajo en caliente (cromo-molibdeno) | C 0,32-0,45% / Cr 4,8-5,5% / Mo 1,1-1,3% / V 0,8-1,2% | Matrices de forja en caliente, extrusión, fundición a presión | 48-55 HRC (templado; rojo-duro) |
| S7 | Resistente a los golpes | C 0,5-0,6% / Cr 1,3-1,6% / Si, Mn | Punzones pesados, cinceles, herramientas de impacto | 52-60 HRC |
| M2 | Acero rápido | C 0,85-1,05% / W 6-7% / Mo 4-5% / V 1% / Cr 3,8-4,5% | Fresas, brocas, fresas de alta velocidad. | hasta 64 HRC (después del templado) |
Vídeo centrado en el acero para herramientas D2, útil para la tabla de calidades en la que el D2 se utiliza como ejemplo de aceros de alto contenido en cromo para trabajos en frío.
Propiedades mecánicas, dureza y objetivos de rendimiento
Los diseñadores suelen especificar la dureza Rockwell C y la tenacidad del núcleo como principales parámetros de rendimiento. Patrones típicos:
- Corte fino en frío, estirado y cizallado: HRC alto (58-62) con tenacidad moderada en el núcleo.
- Componentes de impacto y troquelado: menor dureza pero mayor tenacidad Charpy.
- Trabajo en caliente: HRC nominal inferior pero dureza estable a temperatura elevada (dureza roja) y buena resistencia a la fatiga térmica.
La dureza y la resistencia al desgaste están directamente relacionadas con la tenacidad. Utilice la dureza mínima que consiga la vida útil requerida para evitar fallos por fragilidad. Las fuentes del sector muestran los objetivos de dureza de las herramientas para aplicaciones comunes y los rangos típicos de las distintas familias.
Breve minuto de metalurgia en el que se explican las razones microestructurales (carburos, matriz) de las compensaciones entre dureza y tenacidad, como apoyo al debate sobre propiedades mecánicas.
Principios del tratamiento térmico, recetas habituales y notas críticas
El tratamiento térmico es el paso de fabricación más importante que convierte el acero recocido para herramientas en herramientas listas para el servicio. Lo esencial:
- Austenizar a la temperatura específica del grado para disolver los carburos y formar austenita.
- Enfríe utilizando el medio recomendado: agua para la serie W, aceite para la serie O, aire para la serie A y muchas aleaciones modernas, y estrategias de enfriamiento especializadas para aceros PM.
- Templar inmediatamente después del temple para reducir las tensiones residuales y alcanzar la dureza deseada; es habitual aplicar varios templados.
Reglas prácticas: el revenido suele ser de una hora por pulgada de espesor, con un mínimo de dos horas, y el revenido inmediato tras el temple reduce el riesgo de agrietamiento. Siga siempre la tabla de tratamiento térmico del fabricante de acero para herramientas para conocer las temperaturas exactas y los tiempos de mantenimiento.
Vídeo práctico sobre el tratamiento térmico en el que se tratan los ciclos de austenitización, enfriamiento y revenido, útil para los responsables de la aplicación y los talleres de tratamiento térmico a los que se hace referencia en la sección.
Elección del grado adecuado para aplicaciones comunes con tabla comparativa
La selección de un acero para herramientas debe basarse en el modo de fallo dominante. A continuación se muestra una tabla práctica para adaptar la aplicación a la familia de calidades.
| Aplicación | Modo de fallo a evitar | Familia recomendada / grados | Justificación |
|---|---|---|---|
| Corte en frío, estampación fina | Desgaste abrasivo y retención de bordes | D2, A2 | Las calidades ricas en carburo resisten el desgaste abrasivo |
| Peines de laminado de roscas | Rozaduras y desgaste | A2, aceros PM | Buena estabilidad dimensional y desgaste |
| Matrices de forja en caliente | Fatiga térmica, reblandecimiento térmico | H13, H11 | Dureza roja y conductividad térmica |
| Cuchillas de corte | Astillado y desgaste abrasivo por impacto | D2 o S7 en función del impacto | D2 para desgaste continuo, S7 en caso de choque |
| Herramientas de corte a alta velocidad | Ablandamiento bajo calor de corte | M2, M42 | Conservan la dureza a alta temperatura |
| Moldes de inyección de plástico | Pulido, corrosión | P20, aceros inoxidables para moldes | Maquinabilidad y pulibilidad |
Consejo práctico para el comprador: para condiciones de servicio mixtas o inciertas, elija un grado intermedio como A2 para trabajo en frío o H13 para trabajo en caliente y especifique ciclos de prueba o utillaje de prueba para validar la vida útil.
Consideraciones sobre maquinabilidad, soldadura y fabricación
La maquinabilidad de los aceros para herramientas varía mucho:
- Los aceros para herramientas de baja aleación como el O1 son relativamente fáciles de mecanizar en estado recocido.
- Los aceros con alto contenido en cromo y PM son abrasivos y reducen la vida útil de las herramientas de corte. Las herramientas de metal duro y las velocidades adecuadas son esenciales.
- El mecanizado previo mientras el acero está recocido blando es estándar. El endurecimiento final y el rectificado de acabado se realizan tras el tratamiento térmico.
Soldadura: la soldadura de aceros para herramientas es posible, pero requiere un precalentamiento estricto, un control entre pasadas y un tratamiento térmico posterior a la soldadura para evitar el agrietamiento y la pérdida de tenacidad. Muchos fabricantes de herramientas prefieren la soldadura fuerte o la fijación mecánica para evitar distorsiones.
Los compradores deben solicitar el estado del suministro (recocido blando o preendurecido), las tolerancias de mecanizado recomendadas y si el material se produce mediante un proceso de fusión convencional o pulvimetalúrgico. Las variantes pulvimetalúrgicas suelen requerir prácticas de mecanizado diferentes, pero ofrecen una mayor resistencia al desgaste.
Vídeo sobre consideraciones prácticas de mecanizado y condiciones típicas de suministro de aceros para herramientas: ayuda a planificar la adquisición y la fabricación.
Tratamientos superficiales y revestimientos que prolongan la vida útil de las herramientas
La ingeniería de superficies puede multiplicar la vida útil de la herramienta a un coste menor que el cambio a calidades base exóticas. Opciones habituales:
- Nitruración para mejorar la dureza superficial y la resistencia a la fatiga.
- Recubrimientos por deposición física de vapor (PVD) como TiN, TiCN para herramientas de corte.
- Cromado duro para herramientas de conformado en las que la lubricidad y la resistencia a la corrosión son importantes.
- Granallado para introducir tensiones residuales de compresión y reducir la iniciación de grietas.
Seleccione un tratamiento de superficie que se adapte al mecanismo de desgaste: el desgaste adhesivo se beneficia del PVD de baja fricción; la nitruración por difusión reduce el desgaste abrasivo y mejora la fatiga por contacto.
Pulvimetalurgia y aceros especiales para herramientas
La pulvimetalurgia (PM) permite una distribución casi uniforme de los carburos, un mayor contenido de aleación y una mayor tenacidad con durezas elevadas. Las calidades PM, como CPM 1V, CPM 10V y diversas variantes de PM HSS, se utilizan ampliamente en condiciones de desgaste severo en las que fallan los aceros forjados convencionales.
Los aceros PM cuestan más, pero a menudo reducen el coste total por pieza al prolongar sustancialmente la vida útil, especialmente en el caso de herramientas pequeñas y de alto desgaste, en las que el coste de sustitución y el tiempo de inactividad son elevados.
Episodios de formato corto sobre los aceros PM frente a los aceros para herramientas convencionales - ilustra por qué las variantes PM cuestan más pero rinden mejor en aplicaciones de desgaste severo.
Normas, certificación y controles de calidad para los compradores
Al especificar el acero para herramientas, consulte las normas reconocidas y solicite los informes de las pruebas de laminación.
- Códigos y notaciones: AISI, ASTM, DIN y JIS son esquemas de etiquetado habituales. Las tablas de referencias cruzadas son esenciales para el aprovisionamiento internacional.
- Informe del ensayo de laminación (MTR): requiere la composición química, el número de colada, la dureza y, en su caso, el estado del tratamiento térmico.
- Trazabilidad: para matrices críticas y utillaje aeroespacial, se requiere trazabilidad completa de calor a calor y certificados de calidad del proveedor.
- Calidad de la superficie y de la inclusión: especificar el nivel de limpieza para moldes de alta tolerancia o aceros PM.
Para las compras de importación, solicite una certificación que se ajuste a las necesidades normativas de su país comprador y a cualquier procedimiento de prueba de aceptación.
Vídeo que refuerza las convenciones de denominación y clasificación estándar y explica por qué las especificaciones precisas y las MTR son importantes para la contratación.
Cómo sirve MWAlloys a fabricantes de herramientas y compradores
MWAlloys suministra una gama completa de aceros para herramientas, aceros al carbono y aleaciones de níquel con 100% precios de fábrica y servicios de personalización. Suministramos:
- Barras en bruto, placas y bloques preendurecidos en tamaños estándar y especiales.
- Química personalizada y tratamiento térmico bajo demanda para prototipos y herramientas en serie.
- Asistencia técnica: ayuda en la selección de calidades, recomendación de tratamiento térmico e informes de pruebas de muestras.
- Envío global y documentación de exportación.
Consejos de adquisición de MWAlloys: especifique la condición de servicio (recocido blando o preendurecido), la dureza máxima permitida y la tolerancia requerida en planitud o paralelismo. Para pedidos grandes, solicite una muestra térmica de producción para su validación.
Seminario web sobre fabricantes y aplicaciones en el que se muestra cómo un proveedor ayuda a sus clientes con las especificaciones, la impresión y la validación.
Preguntas frecuentes - Acero para herramientas
¿Cuál es la diferencia entre A2 y D2?
¿Cuándo debo elegir H13?
¿Puedo soldar aceros para herramientas?
¿Merece la pena el coste de la pulvimetalurgia?
¿Qué dureza debe tener mi troquel de corte?
¿Cómo afectan los revestimientos a la vida útil de las herramientas?
¿Qué documentación debo solicitar a los proveedores?
¿Existen aceros inoxidables para herramientas?
¿Cuánto hay que tener en cuenta para el rectificado después del tratamiento térmico?
¿Cómo debo guardar el acero para herramientas?
Lista de comprobación práctica para compradores
- Especifique la aplicación y el modo de fallo dominante.
- Indique la frecuencia de ciclo prevista y el entorno (temperatura, corrosión).
- Indique la condición de suministro requerida y la tolerancia.
- Solicite la trazabilidad de los números MTR y térmicos.
- Solicite al proveedor la tabla de tratamiento térmico recomendada.
- Para los primeros pedidos, solicitar lote de muestra con dureza de laboratorio y micrografía si es necesario.
Notas finales de MWAlloys
Si necesita una recomendación a nivel de aplicación, envíe los siguientes detalles: plano de la pieza o dimensiones críticas, material previsto de la pieza, volumen de producción, carga de impacto o límites de temperatura, y cualquier restricción de espacio o acabado superficial. MWAlloys ofrece productos químicos personalizados y tratamientos térmicos internos para adaptarse a las condiciones de servicio exactas.
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