Desarrollo de piezas resistentes a la abrasión en acero para herramientas D2 (conocido en el mercado argentino como Special K) coladas por gravedad en molde de arena y sometidas a tratamiento térmico de temple y revenido

1. Desarrollo de acero para
herramientas D2 para piezas
coladas por gravedad en molde
de arena
H. Chazarreta, R. Dángelo, C. Genzano, J. Madias
Parque Tecnológico de Miguelete, 7 de noviembre de 2019
4a Jornada sobre Tecnologías de Fundición

2. Contenido
 Introducción
 Antecedentes
 Coladas de prueba
 Oportunidades de mejora
 Conclusiones
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3. Perfil de
 Fundición de aceros al carbono y de baja aleación,
fundición nodular y aleaciones especiales
 Moldeo en arena resina y a la cera perdida
 Hornos de inducción y eléctrico de arco
 Piezas para petróleo y gas, maquinaria agrícola,
repuestos viales, minería, ingenios azucareros,
ferrocarril, industria naval, industria papelera
3
Video institucional

4. Perfil de
4
 Empresa de servicios técnicos para cadena de valor
del acero y la fundición
 Asistencia técnica
 Cursos in company en empresas e instituciones
 Cursos abiertos y de auto aprendizaje en la nube
 Estudios metalográficos
 Servicios de bibliografía
 Exportación de servicios tecnológicos (60-80% de la
facturación es al exterior)

5. Introducción
 Acero D2 (Special K)
 Acero para herramientas para trabajo en frío, de alto carbono y alto
cromo
 Norma ASTM A681
 wrought steel (acero laminado o forjado)
 Pero hay ofertas comerciales y estudios técnicos sobre piezas fundidas
(generalmente a la cera perdida)
 Acero ledeburítico (como las fundiciones blancas)
 Durante el temple al aire, en aceite o polímeros, la austenita
se transforma en parte a martensita
 Análisis químico
5
C (%) Mn (%) P (%) S (%) Si (%) Cr (%) V (%) Mo (%)
1,40-1,60 0,10-0,60 0,030
máx.
0,030
máx.
0,10-0,60 11,00-13,00 0,5-1,10 0,70-1,20

6. Introducción
 Estructura metalográfica
 Rodillo para conformado de tubos
 Martensita de revenido
 Red de carburos
6
64X 256X

7. Introducción
 Solidificación en el molde
 Efecto del cromo
7

8. Introducción
 Temperatura de colado alta
 En un estudio, 1512oC al final del tratamiento en vacío,
antes de ir a colar los lingotes
 Aumenta el número de carburos con tamaño excesivo y
los carburos están más segregados.
 Velocidad de enfriamiento lenta
 En un estudio, 1,8; 0,25 y 0,16 oC/s
 Velocidades más bajas: mayor tamaño de carburos y
eventualmente precipitación de carburos eutécticos
adicionales
8

9. Introducción
 Tratamiento térmico, según norma ASTM A681
 Precalentamiento
 820ºC
 Austenización
 1010ºC bajo atmósfera controlada, 10 a 20 minutos
 Enfriamiento al aire
 Revenido
 200ºC, 2 horas
 Dureza mínima 59 HRC
9

10. Introducción
 Tratamiento térmico
 Curva enfriamiento continuo- transformación
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11. Antecedentes
 Acerías 4C
 Fusión de matrices de corte de espesor grueso en acero
DIN 1.2382, un acero equivalente al D2
 Dificultades para el corte de montante
 Aceros Zapla
 Horno eléctrico de arco de 20 t
 Desgasificación en vacío en equipo DH
 Colado en lingotes
 Refusión bajo electro escoria
 Forjado de los lingotes resultantes
 Acindar Planta Tablada
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12. Antecedentes
 Pieza entregada por un cliente
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C (%) Mn (%) P (%) S (%) Si (%) Cr (%) V (%) Mo (%) Al (%)
Pieza 1,54 0,29 0,026 0,010 0,45 12,1 0,71 0,88 0,058
Norma
ASTM
1,40-
1,60
0,10-
0,60
0,030
máx.
0,030
máx.
0,10-
0,60
11,00-
13,00
0,50-
1,10
0,70-
1,20
Tamaño de grano pequeño; carburos primarios aislados, carburos secundarios
pequeños en borde e interior de los granos y martensita revenida

13. Coladas de prueba
 Pieza
 Moldeo horizontal en arena-resina
 Colado vertical para favorecer alimentación
13

14. Coladas de prueba
 Fusión
 Horno de inducción con cuba de
100 kg
 Carga de retornos de acero SAE
1045, chapa de acero
inoxidable AISI 430,
ferrovanadio, ferromolibdeno y
grafito
 Temperatura en horno 1600ºC
(baja a 1570ºC)
 Colado en cuchara de 250 kg
 Dos probetas y dos piezas
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15. Coladas de prueba
 Colada de las piezas
15
Primera pieza Segunda pieza

16. Coladas de prueba
 Desmoldeo y rebabado
16

17. Coladas de prueba
 Metalografía
17

18. Coladas de prueba
 Metalografía
18
Muestra 1 16,1% de carburos eutécticos
Muestra 2 19,4% de carburos eutécticos

19. Coladas de prueba
 Tratamiento térmico
 El enfriamiento al aire no fue suficiente para obtener la
dureza requerida
 Se debió hacer enfriamiento en solución de polímeros
en agua
19

20. Coladas de prueba
 Comparación
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Microestructura Dureza
Brinell
Pza.
Cliente
Martensita de revenido y
carburos.
Carburos primarios y
secundarios relativamente
dispersos y discontinuos;
tamaño de grano pequeño
Pza. 4 C Martensita de revenido y
carburos.
Carburos eutécticos ocupando
totalmente el borde de los
granos; tamaño de grano
grande
578
ASTM
A681
No define microestructura 578
C (%) Mn
(%)
P (%) S (%) Si (%) Cr (%) V (%) Mo
(%)
Al
(%)
Muestra 1,54 0,29 0,026 0,010 0,45 12,1 0,71 0,88 0,058
Pza. 4 C 1,40 0,48 0,020 0,028 0,36 12,5 0,81 0,80
Norma
ASTM
1,40-
1,60
0,10-
0,60
0,030
máx.
0,030
máx.
0,10-
0,60
11,00-
13,00
0,50-
1,10
0,70-
1,20

21. Oportunidades de mejora
 Si para otros usos se requiriera mejorar tenacidad
 Disminuir la temperatura de colada para afinar el
grano, buscando extender a toda la pieza el efecto que
se observó en la piel de la pieza colada a menos
temperatura (1451ºC)
 La temperatura de solidus calculada es de 1377ºC por lo que
habría margen para bajarla hasta por ejemplo 1420ºC
 Agregar niobio para afinar tamaño de grano
 Agregar tierras raras para modificar favorablemente
los carburos eutécticos
 Colar por gravedad en molde a la cera perdida
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22. Conclusiones
 Se pudo obtener mediante colado por gravedad en molde de
arena piezas de acero AISI D2 con la composición química
establecida por la norma y la dureza requerida, obtenida
mediante tratamiento térmico de temple y revenido
 Análisis químico
 Similar al de la pieza original y cumple especificación de acero D2
según la norma ASTM A681
 Microestructura
 Martensita y carburos en ambos casos
 Diferencias en distribución de los carburos y tamaño de grano
 Dureza
 Similar a la especificada por la norma
 Se puede mejorar la tenacidad si fuera necesario
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23. Muchas gracias!
 Héctor Chazarreta producción@acerias4c.com.ar
 Rubén D´angelo calidad@acerias4c.com.ar
 Cristian Genzano cristian.genzano@metallon.com.ar
 Jorge Madias jorge.madias@metallon.com.ar
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