1. Ing. Juan Manuel Jara G.
Universidad Nacional de San Agustín
Presentación -09/2022
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA
METALURGICA
Metalografía y Microscopia
Aceros de Herramientas
2. Aceros de Herramientas
Estos aceros sirven para realizar operaciones de corte, presión o
arranque de viruta, con el fin de modificar el tamaño, la forma y las
dimensiones de otros materiales.
3. Aceros de Herramientas
Los aceros de herramientas se fabrican en horno eléctrico y de
Inducción, por la gran calidad con que se obtienen. Pueden
clasificarse de la siguiente manera en grupos bastante homogéneos:
1.- Aceros al carbono.
2.- Aceros rápidos.
3.- Aceros indeformables.
4.- Aceros para trabajos en caliente.
5.- Aceros de corte no rápidos.
6.- Aceros para herramientas, para usos variados.
7.- Aceros para trabajo de choque y corte en frío.
8.- Aceros austeníticos resistentes al desgaste.
9.- Aceros grafíticos.
10.- Aceros Maraging.
11.- Aceros obtenidos por procesos pulvimetalúrgicos.
12.- Aceros inoxidables.
4. Aceros al carbono.
En este caso el acero suele
llevar un contenido en carbono
que oscila entre el 0.008% y el
2.0%.
Para conseguir las máximas
durezas se deben templar en
agua con grandes
precauciones; ya que no es
raro que aparezcan grietas y
deformaciones.
5. Aceros rápidos
Lo importante de estos aceros es
que no pierdan el filo incluso a
600°C; pudiéndose trabajar a estas
temperaturas con el mismo
rendimiento. Con estos aceros de
herramientas se consiguen
velocidades de corte muy altas, de
ahí que se les denomine rápidos.
Una composición muy típica de estos aceros clásicos es: C:0.75%; W:
18%; Cr: 4% y V: 1%. También está teniendo gran éxito esta otra
composición, aunque su precio es algo más elevado: C:0.75%; W:
18%; Co: 5%; Cr: 4% y V: 1.25%.
6. Aceros indeformables
Se les denomina indeformables porque después
del temple y revenido quedan prácticamente con
las mismas dimensiones originales, es decir, no
sufren ninguna deformación durante la operación
de temple. Este efecto se consigue,
fundamentalmente, empleando el cromo y el
manganeso. Estos aceros pueden templar
perfectamente al aire o en aceite, sin necesidad de
someterlos a variaciones extremas de
temperatura. Además, el temple penetra incluso
para espesores grandes.
Algunas formulaciones clásicas de estos aceros son: C: 2% y Cr: 12%;
C: 1% y Cr: 5%; y otra, más económica y simple: C: 1% y Mn: 1%. Hay
que recordar la elevada templabilidad que comunica el manganeso en
estos aceros.
7. Aceros para trabajos en caliente
Estos aceros deben tener gran
tenacidad y resistencia a los cambios
bruscos de temperatura, durante las
operaciones de trabajo. En general,
poseen menor dureza que los otros
aceros de herramientas. Con el empleo
de wolframio, en porcentajes variables
de 4% a 9%, y adiciones de pequeñas
cantidades de cromo y molibdeno, se
obtienen las mejores prestaciones.
Algunas de las formulaciones empleadas son:
- C: 0´3%; W: 9%; Cr: 3%.
- C: 0´3%; W: 4%; Cr: 1%.
- C: 0´32%; Cr: 5%.
8. Aceros de corte no rápidos.
Son aceros, generalmente aleados con
cromo y wolframio, que se emplean
cuando la herramienta de corte no
trabaja forzadamente. Tienen
características intermedias entre los
aceros rápidos y los aceros al carbono.
Suelen quedar, después del temple, con
durezas entre 60 y 66 Rockwell C.
Algunas de las formulaciones más exitosas son:
- C: 0´67%; W: 10%; Cr: 4%; V: 0´5%.
- C: 1´3%; W: 3.5%; Cr: 0.75%.
- C: 1´3%; Cr: 0´45%.
- C: 1´17%; W: 1%.
9. Aceros de herramienta para usos varios
Este grupo pertenecen una amplia y extensa familia de aceros
aleados que se emplean para la fabricación de herramientas de
corte para usos muy variados, como: brocas, escariadores, cortantes,
cuchillas, etc.
Son aceros no incluidos en aceros rápidos ni en indeformables, y que
se caracterizan por tener contenidos bajos en elementos aleantes.
Una característica
común a todos ellos es
su elevado contenido en
carbono, que varía del
0.6% al 1.4%.
10. Aceros para trabajos de choque y corte en frío.
En estos aceros es importante combinar
una notable dureza para el corte con una
tenacidad aceptable para poder soportar
los choques en las operaciones de trabajo.
Además, en este caso, se suelen emplear
aceros aleados con cromo y wolframio.
Algunas de las formulaciones de mayor
éxito obtenidas por una metalurgia
convencional, es decir, excluyendo a los
aceros pulvimetalúrgicos, que
comentaremos más adelante, son:
Aleaciones Tipicas:
- C: 0´55%; W: 2%; Cr: 1´25%.
- C: 0´45%; W: 2%; Cr: 1´25%.
11. Aceros austeníticos resistentes al desgaste
Cuando interesan aceros de gran
resistencia al desgaste, como puede ser
en casos de dragas, mandíbulas, placas
de molino, trituradoras, etc, como son,
los Hadfields; de alrededor de un (12-
15)% de Mn y 1.2% de C.
La superficie de trabajo de la pieza
templa por deformación en frío,
presentando una estructura de
martensita maclada muy clara, de gran
dureza y resistencia al desgaste.
Conforme se va desgastando va
apareciendo una nueva capa
martensítica, permaneciendo el resto de
la pieza en estado austenítico, con lo
que siempre mantiene su elevada
tenacidad.
12. Aceros grafíticos
Como su propia denominación indica,
estos aceros presentan grafito en su
microestructura. Son similares a los
aceros clásicos al carbono para
herramientas, que presentan una
estructura martensítica, después del
temple, de gran dureza. La presencia de
grafito es muy favorable frente al
rozamiento, por lo que son muy resistentes
al desgaste. La formulación suele ser muy
sencilla, con un 1% a 1.5% de carbono, y
un elevado contenido en silicio, que es el
elemento grafitizante, oscilando este
alrededor del 1.5%.
13. Aceros grafíticos
El tratamiento de grafitización se
consigue llevando al acero por
encima de la temperatura de
austenización, enfriando después
muy lentamente, siempre a
velocidades inferiores a los 10ºC por
hora. Una vez precipitado el grafito,
la operación de temple se realiza de
forma convencional, como en el resto
de aceros al carbono. El carbono
grafitizado suele oscilar entre el
0.2% y el 0.7%, en masa
Son muy fáciles de mecanizar, reduciendo por término medio, un 30% el
tiempo necesario para esta operación, frente a los aceros al carbono para
herramientas.
14. Aceros Maraging
Son aceros especiales de alto contenido
en níquel y muy bajo contenido en
carbono (< 0.03% ), además de contener
cantidades apreciables de molibdeno,
cobalto y titanio y, cantidades muy bajas
de aluminio, para producir precipitados
intermetálicos, . La suma de la presencia
de silicio y manganeso no pasa nunca del
0.2% en masa. Una formulación muy
típica y usada industrialmente, de un
modo casi general, es el AISI-250
Maraging.
15. Aceros Maraging
El endurecimiento por precipitación se basa en los cambios de la solubilidad
de sólido con la temperatura para producir partículas finas de una
impureza de fase, que impiden el movimiento de dislocaciones o defectos a
través de la estructura del cristal. El tratamiento térmico por
precipitaciones implica la adición de partículas de impurezas para
aumentar la resistencia de un material.
Dado que las dislocaciones son a
menudo los operadores dominantes de
la plasticidad, esto sirve para
endurecer el material. Las impurezas
desempeñan la misma función que los
refuerzos en los materiales compuestos
reforzados.
La precipitación de los sólidos puede
producir diferentes tamaños de
partículas, que tienen propiedades
radicalmente diferentes.
16. Aceros Maraging
Para producir precipitados intermetálicos, primero se da recocido de
disolución que puede llegar hasta los 1150º C, durante un tiempo
suficiente para obtener una estructura austenítica completa con todos
los elementos de aleación disueltos en ella.
Después, se realiza un enfriamiento al aire, sin necesidad de temple,
que provoca una transformación martensítica (austerita-martensita);
siendo esta martensita muy dúctil y tenaz.
Finalmente, se procede al proceso de envejecimiento, que en el AISI
Marage (250) es de 525ºC durante 6 horas. Éste revenido provoca el
endurecimiento de la martensita dúctil y tenaz por precipitación de
compuestos como el Ni3Mo y el Ni3Ti. La ganancia de resistencia y
dureza es apreciable, pasando de la martensita no envejecida a una
estructura con durezas de entre 50 y 60 HRC (Rockwell-C);
dependiendo de los tiempos y temperaturas de envejecimiento.
20. Influencia de la temperatura de calentamiento y de ensayo en la
variación de la dureza de las herramientas de carburo de wolframio,
stellitas, aceros rápidos y aceros al carbono. Ensayo en caliente.
21. El Estelite o Stellite es una aleación de cobalto-cromo creada para
aumentar la resistencia al desgaste de los metales.
Puede también contener tungsteno y una cantidad pequeña, pero
importante, de carbono. Es una marca registrada de Deloro Stellite
Company y fue inventado por Elwood Haynes a principios del siglo XX
como sustituto para los recubrimientos.
Observamos una estructura dendrítica gruesa con matriz de
cobalto y dendritas ricas en carburo de cromo.
Co
C Co
22. Influencia del contenido en cobalto en la dureza y resistencia al choque de las
herramientas de carburo de wolframio sinterizado.
24. Influencia del CORMO-Cr
Es el aleante especiales más empleado en aceros aleados, usándose
indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas,
en los inoxidables y los de resistencia en caliente.
Aumenta la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros
Mejora la templabilidad,
Impide deformaciones en el temple
Aumenta la resistencia al desgaste y a la abrasión,
Aumenta la resistencia en altas temperaturas
Proporciona inoxidabilidad, etc.
El cromo se disuelve en la ferrita y muestra una fuerte tendencia a
formar carburos de cromo y carburos complejos.
25. Influencia del MOLIBDENO-Mo
Este aleante nos proporciona una gran resistencia a la tracción,
aumentando la templabilidad, así como la resistencia a la fluencia
mecánica, o deformación por desplazamiento del grano de acero
debido al trabajo prolongado en altas temperaturas, creep de los
aceros.
El molibdeno en los aceros cromo-níquel, elimina la fragilidad de
revenido, o fragilidad Krupp, que se presenta cuando estos aceros son
revenidos en la zona de 450°C a 550°C.
El molibdeno a aumenta también la resistencia de los aceros en
caliente y reemplaza al wolframio en la fabricación de los aceros
rápidos, pudiéndose emplear para las mismas aplicaciones
aproximadamente una parte de molibdeno por cada dos de wolframio.
El molibdeno se disuelve en la ferrita, es un gran formador de
carburos, pero también es gran estabilizador de estos.
Retarda el ablandamiento de los aceros, durante el revenido,
apareciendo la dureza secundaria.
26. Influencia del WOLFRAMIO (tungsteno)-W
Con este aleante se fabrican la mayor parte de las herramientas, Su
uso esta generalizado en los aceros rápidos, aceros para herramientas
de corte y aceros para trabajos en caliente.
Nos permite mantener la dureza en el aceros a elevada temperatura
y evitando que se desafilados y ablandamientos en las herramientas,
aunque alcancen temperaturas superiores a 500°C o 600°C.
El wolframio se disuelve ligeramente en la ferrita y tiene una gran
tendencia a formar carburos.
Los carburos de wolframio tienen gran estabilidad.
El wolframio forma carburos muy duros y resistentes al desgaste en
elevadas temperaturas, y mejora la dureza de los aceros a elevadas
temperaturas.
Retarda el ablandamiento de los aceros, durante el revenido,
apareciendo la dureza secundaria.
27. Influencia del VANADIO-V
Con este aleante, también esta presente en la fabricación de la
mayor parte de las herramientas.
Tiende a afinar el grano y a disminuir la templabilidad.
Es un elemento desoxidante muy fuerte.
El vanadio es un gran formador de carburos, por ello su
porcentaje es muy pequeño, 0.02%/0.03%, excepto en los aceros
de herramientas.
Dificulta enormemente el ablandamiento por revenido, y da
lugar al fenómeno de dureza secundaria.
28. Influencia del MANGANESO- Mn
Este aleante nos proporciona el equilibrio necesario ante los
inconvenientes del azufre y del oxigeno, presentes en los proceso de
fabricación.
Con el oxigeno
El manganeso es un desoxidante que evita que se desprendan
gases, en la solidificación del acero y se originen poros y
rechupes en la fabricación del acero.
Con el azufre
El manganeso en los aceros nos permite laminar y forjar, porque
el azufre que suele encontrarse en los aceros, forma sulfuros de
hierro, que tiene muy bajo punto de fusión (981°C aprox.).
El manganeso en los aceros, aumenta su resistencia,
templabilidad, siendo interesante destacar que es un elemento de
aleación relativamente barato.
Forma carburos.
29. Influencia del SILICIO-Si
Este aleante nos proporciona gran poder desoxidante,
complementario al manganeso para evitar la aparición de poros y
rechupes.
Mejora la templabilidad en aceros con elementos no
grafitizantes.
Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono,
Eleva sensiblemente el límite elástico y la resistencia a la fatiga
de los aceros sin reducir su tenacidad.
30. Influencia del COBALTO-Co
Limita su uso en las calidades superiores de aceros rápidos. Este
aleante, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y
resistencia.
Disminuye la templabilidad, en los aceros de alto porcentaje de
carbono.
Para aquellos aceros con base de wolframio, endurece la ferrita
con lo que facilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud
de corte de las herramientas a elevada temperatura.
Es uno de los pocos elementos aleados que mueva el punto
eutectoide hacia la derecha y reduce la templabilidad de los
aceros.
31. Influencia del ALUMINIO-Al
Este aleante se emplea en los aceros de nitruración, que suele
tener 1% aproximadamente de aluminio.
Como desoxidante es usado comúnmente para gran cantidad de
aceros.
Todos los aceros aleados de alta calidad contienen aluminio pero
en bajo porcentaje.
32. Influencia del TITANIO-ti
Su uso como aleante solo se aplica en aceros de alta gama y en
cantidades bajas.
Gran capacidad para desoxidar y afinar el grano.
Es un gran formador de carburos y combina rápidamente con el
nitrógeno.
Se usa también en los aceros inoxidables cromo-níquel.
33. Influencia del BORO-Bo
Mínimas cantidades de boro del orden 0,001 a 0,006%, mejoran
enormemente la templabilidad, siendo el mas efectivo de los
aleantes y el de mayor capacidad de temple.
La templabilidad es tan grande, que para un mismo aceros de
0,40% de carbono, su aleación es:
– 50 veces superior a la de molibdeno
– 75 veces superior a la de cromo
– 150 veces superior a la de manganeso
– 400 veces superior a la de níquel
La utilización de este elemento presenta bastantes dificultades, ya
que es un desoxidante muy fuerte.
Se emplea en los aceros de 0,30 a 0,50% de carbono..
