tipos de aceros de hereramientas, características y propiedades

1. Apuntes aceros de
herramientas
Yenni Nayid Santamaría Barajas
Estudiante ingeniería metalúrgica

2. Objetivo de los aceros para
herramientas
Trabajar otros aceros y/o fierros- aleaciones para adaptarlos a los
distintos usos
• cortar
• deformar

3. Propiedades de aceros para herramientas
• Contienen cantidades relativamente grandes de Tungsteno, vanadio, molibdeno, manganeso y cromo,
los cuales proporcionan un servicio de los aceros a altas temperaturas y bajo grandes esfuerzos. 
son costosas
• La mayoría son producidos por conformado, lo cual les confiere uniformidad del tamaño de los
carburos y un control estricto de composición.
• Generalmente son colados en hornos eléctricos de tonelajes pequeños, lo cual permite alcanzar las
tolerancias en composición, limpieza y condiciones precisas de colada
• El refinamiento en cuchara y el segundo colado, para la fusión de la escoria, se realiza en un arco de
fusión al vacío, donde se alcanzan las condiciones particulares exigidas por la industria.
• Las aleaciones de medio y alto carbono, requieren de un control cuidadoso durante los procesos de
forja y laminación.
• Finalmente, las barras obtenidas se someten a una rigurosa inspección a través de ultrasonido o
pruebas magnéticas  [limpieza, macroestructura, dureza, tamaño de grano, habilidad de
endurecimiento]

4. Procesado primario de aceros de herramientas
• Comienza con la fusión y solidificación donde el alto contenido de aleantes de los
aceros para herramientas resulta en una significativa segregación y formación de
carburos aleados primarios durante la solidificación.

5. Después de la solidificación del lingote, los aceros para herramientas se
mantienen a altas temperaturas y luego son trabajados en caliente o frio
por forja, extrusión o laminado en el rango de temperaturas de estabilidad
de la austenita o austenita + carburos.
El trabajado en caliente es mejor ya que no sólo reduce el tamaño de la
sección sino que también la segregación producida durante la
solidificación.
Los carburos aleados alineados pueden ser sitios preferenciales para la
formación de huecos y fisuras. Por lo tanto, los aceros para herramientas
muy aleados requieren un trabajado en caliente cuidadoso para prevenir
la fisuración.

6. Recocido
• Es necesario para llevar a las microestructuras del trabajado en caliente a una condición apropiada
para el maquinado y el posterior endurecimiento
• El objetivo de los tratamientos de recocido de los aceros para herramientas es producir una
microestructura consistente de carburos esferoidizados uniformemente distribuidos en una matriz de
ferrita; Tal microestructura tiene baja dureza que resulta útil para el maquinado y reduce el desgaste
en las herramientas de corte.
• El recocido también afina la estructura de granos gruesos que pudieron haberse formado durante el
trabajado a alta temperatura, elimina las estructuras duras de martensita o perlita que se pudieron
haber formado durante el enfriamiento después del trabajado en caliente y homogeniza los efectos
de deformaciones no uniformes que pueden desarrollarse durante el trabajado en caliente de
secciones gruesas o complejas
• Se efectúa por calentamiento justo a la temperatura donde toda la ferrita transforma a austenita. Las
partículas de carburos quedan retenidas y esferoidizadas y la austenita transforma a ferrita y
carburos esferoidizados adicionales durante el enfriamiento.
• Si el recocido se lleva a cabo a muy altas temperaturas, los carburos aleados se disuelven y la
austenita enriquecida puede formar carburos en borde de grano austeníticos o transformar a perlita o
martensita durante el enfriamiento, produciendo microestructuras demasiado duras para maquinar.
De manera similar, la alta templabilidad de los aceros para herramientas hace esencial que el
enfriamiento desde las temperaturas de recocido sea lento para asegurar que la austenita transforme
a microestructuras dúctiles de ferrita y carburos esferoidizados en vez de perlita o martensita

7. Temple y revenido ᵠaltamente aleada+CP
ᵠmenos aleada +CP+CS
(ᵠret )+ [M]+CP+CS
1
2
3
4
1
2
3
4
(ᵠret +Mnew)+[MR+Cdispersos]
+MxCy +CS5
5
(Mnew +MR+ Cdispersos)+[MR+Cdispersos] +MxCy +CS

8. Precalentamiento y austenización
• Los aceros para herramientas muy aleados, debido a sus altas durezas y complejas
microestructuras aún en el estado de recocido y relevado de tensiones, son susceptibles a
distorsiones y fisuración durante el calentamiento si se desarrollan gradientes de temperatura
a través de la sección
• La austenización es un paso muy crítico en el endurecimiento de un acero para herramienta.
En este paso ocurre la partición final de los elementos aleantes entre la matriz austenítica y
los carburos retenidos
• Los carburos aleados retenidos no sólo contribuyen a la resistencia al desgaste sino que
también controlan el tamaño de grano austenítico si la austenización se lleva a cabo a una
temperatura muy alta, puede ocurrir un crecimiento de grano no deseado a medida que los
carburos se engrosan o se disuelven en la austenita
• Los elementos aleantes no retenidos en los carburos aleados, están en solución en la
austenita los carburos aleados proveen un importante mecanismo por medio del cual se fija
la composición de la austenita. La composición de ésta luego determina la templabilidad, la
temperatura Ms , el contenido de austenita retenida y el potencial de endurecimiento
secundario de un acero para herramienta

9. Templabilidad y formación de martensita
• las altas temperaturas de austenización disminuyen el contenido de carburos
aleados, incrementan el contenido de aleantes en la matriz austenítica e incrementan
la templabilidad
• la martensita se forma cuando las condiciones de enfriamiento y la templabilidad son
suficientes para prevenir las transformaciones controladas por difusión que
producirían carburos pro-eutectoides, perlita y bainita
• La composición de la matriz austenítica determina la morfología de la microestructura
martensítica

10. Carburos en borde de grano
• Los aceros para herramientas son susceptibles de formar carburos en borde de grano
durante los temples en aceite o los enfriamientos al aire relativamente lentos para el
endurecimiento.
• La segregación de P en borde de grano austenítico durante la austenización para
temple, contribuye a los problemas de fractura en estos aceros de alto carbono. La
combinación del fósforo segregado y el alto contenido de carbono, conducen a la
formación de cementita alotromórfica en borde de grano aun durante el temple en
aceite, y el fósforo y los carburos disminuyen la resistencia a la fractura en los bordes
de grano de la austenita primaria
• La susceptibilidad a la fractura por borde de grano se minimiza manteniendo las
temperaturas de austenización recomendadas, que en la mayoría de los aceros para
herramientas de alto contenido de carbono se diseñan para producir finos granos
austeníticos

11. Revenido
• Es el tratamiento final aplicado a los aceros para herramientas
• Se realiza para mejorar la tenacidad de un acero después del temple o enfriamiento
• En los aceros para herramientas es muy importante la posible ocurrencia de endurecimiento
secundario o precipitación de carburos aleados durante las altas temperaturas de revenido.
Además, se aplica un doble o triple revenido para asegurar que la tenacidad mejore después
de los cambios microestructurales inducidos por el primer revenido.
• La formación de carburos aleados durante el revenido requiere de la difusión de los
elementos formadores de carburos. Éstos, en su mayoría difunden sustitucionalmente a
través de la red cúbica centrada en el cuerpo de la martensita revenida, un proceso
caracterizado por bajos coeficientes de difusión. Como consecuencia, las distancias de
difusión efectiva se hacen muy cortas, conduciendo a precipitados de carburos aleados muy
finos y cercanos entre sí. La misma difusión lenta también retarda los procesos de
engrosamiento de los carburos durante el servicio a alta temperatura. Esto hace a los aceros
para herramientas resistentes al ablandamiento durante la forja en caliente y durante el
maquinado a altas velocidades de corte.

12. Transformación de la austenita retenida y doble
revenido en los aceros para herramientas
• La austenita retenida transforma a ferrita y cementita durante el revenido. En aceros
de baja aleación la transformación es entre 200 y 300ºC. Sin embargo, la austenita en
los aceros para herramientas muy aleados es mucho más estable y no transforma
completamente hasta que se alcanzan temperaturas que exceden los 500ºC
• El doble revenido tenderá a esferoidizar y disminuir el efecto perjudicial de los
carburos interlaminares formados por la transformación de la austenita retenida.
También se cree que el revenido doble es capaz de revenir cualquier martensita que
se haya formado por la transformación de la austenita retenida durante el enfriamiento
luego del primer tratamiento de revenido.

13. Tipos de aceros de herramientas
Las normas SAE clasifican los aceros para herramientas y matrices en los siguientes
grupos:
1. W: de temple en agua
2. S: resistentes al impacto
3. O, A, D: para trabajo en frío
4. H: para trabajo en caliente
5. T, M: rápidos
6. L: para propósitos especiales

14. ASTM A600  M, T
ASTM A681 H, D, A, S, L
ASTM A686 W
Normatividad aceros para herramientas

15. 1. Aceros de temple en agua [W]
• Contienen cromo el cual le proporciona resistencia al desgaste y
dureza y Vanadio para mantener el tamaño de grano y mejorar la
tenacidad
• Son adecuados para el revestimiento en frío, pulso, acuñación, y las
herramientas de estampado; herramientas para trabajar la madera; y
herramientas de corte de metal duro tales como grifos

16. 2.Aceros resistentes al impacto [S]

17. 3. Aceros para trabajo en frio
• Aplicables para usos donde no se requieran ciclos de calentamiento sobre los 260°C
• Baja deformación en el temple
• Alta dureza de temple
• Alta templabilidad desde bajas temperaturas de austenización,
• Libres de fisuras en zonas intrincadas después del temple
• Mantienen el filo de corte por tiempo prolongado.
• No poseen propiedades de dureza al rojo como los aceros rápidos, ni pueden usarse
para trabajos en caliente

18. Aceros para trabajo en frio

19. 3,1 [A]- temple en aire
• Exhiben mínima distorsión, lo cual se representa en menor tendencia
formar grietas
• Son especialmente adecuados para condiciones de abrasión media,
con necesidades de alta tenacidad
• Agrega Si para mejorar dureza
• Usos: cuchillos, punzones, matrices de corte y recorte
• Resistente al desgaste (Cr)

20. Recocido
• Las temperaturas de austenización recomendadas para el recocido se
encuentran entre 840 y 870° C, seguido de un enfriamiento lento (15 a
20° C por hora) hasta los 530° C, pudiéndose aumentar la velocidad
de enfriamiento posteriormente.
• También pueden ser recocidos isotérmicamente enfriando desde la
temperatura de austenización hasta 760° C, manteniendo durante 4 a
6 horas y luego enfriando al aire; este proceso tiene ventajas sobre el
anterior por la homogeneidad de estructura y maquinabilidad lograda
el requerimiento de un horno continuo lo vuelve más caro.

21. Temple
• Para minimizar la distorsión en el temple, es adecuado realizar un distensionado a
650-700º C antes del maquinado final.
• Debe realizarse un precalentamiento a 780º C para eliminar el tiempo prolongado a la
temperatura de austenización, con lo que se disminuye la descarburación, y luego
llevar a la temperatura de temple de 930° a 980° C; después de un periodo de
mantenimiento se templa en aire, y la dureza alcanzada puede hallarse entre HRc 63-
65.

22. • Se puede observar que entre los 760-590º C, se
produce una reacción dependiente del tiempo
que forma un constituyente en los bordes de
grano de austenita. Cuando esta reacción se
completa, la estructura es esferoidal y tiene una
dureza de 20 -25 HRc. La austenita es muy
estable entre los 370 y 590° C. La reacción
bainítica, entre 370 y 180° C, no se completa
hasta las 20 hs. El punto Ms se encuentra a 165°
C y la martensita se forma a medida que
disminuye la temperatura. La curva se traslada
hacia la izquierda y el punto Mf se eleva cuando
se utilizan temperaturas de austenización más
bajas

23. Influencia de la temperatura de austenización
Se puede notar que la máxima
dureza se obtiene a 965° C;
para temperaturas mayores la
caída se debe a la austenita
retenida. Para aceros A5 y A6,
la temperatura es menor.

24. Revenido
Gráficos de dureza vs. temperatura de revenido para aceros A2 en condición templado, templado
seguido de subcero a -80º C, y templado seguido de subcero a -180° C, para temperaturas de
austenización crecientes: (a) 950° C. (b) 1000° C. (c) 1050° C. (d) 1100 °C.
Estos aceros muestran dos picos de
tenacidad a temperaturas de revenido
de 200° C y 400º C
Las depresiones entre ambos son
causadas por la transformación de la
austenita

25. 3,2 [D] -alto C alto Cr
• Resistencia al suavizado a altas T
• Susceptible a la Fragilización  carburos
• Estos aceros fueron originariamente desarrollados para sustituir a los aceros rápidos
para herramientas de corte, pero mostraron insuficiente dureza en caliente y
probaron ser muy frágiles
• Cuando solidifican, sus granos son fuertemente segregados, con menor contenido
de Cr y C en el centro que en las porciones periféricas, y rodeando cada grano se
encuentra un eutéctico de austenita y carburo.
• Aplicaciones: • Matrices de corte en caliente para forjado. • Matrices de acuñado •
Matrices de embutido profundo • Calibres • Matrices para laminar roscas • Punzones
• Rodillos de formado y doblado. • Brochas • Matrices de extrusión en frío •
Mandriles • Matrices de laminación • Cuchillas de corte • Muchas matrices exigidas
para trabajo en frío, etc

26. Recocido
• Para disminuir la dureza y mejorar la maquinabilidad se recomiendan calentar a 870-
900º C y enfriar a una velocidad que no exceda de 25° C/hora hasta los 510° C. Si
se desea una menor dureza, puede enfriarse lentamente desde 870-900° C hasta
los 540° C, luego recalentar a 740° C y enfriar lentamente hasta temperatura
ambiente.
• Para asegurar el mínimo de distorsión en el temple, se aconseja un distensionado a
640-700° C después del maquinado grueso y antes del maquinado final.

27. Temple
El tipo D3 es esencialmente un acero de temple en aceite, ya que en secciones
medias la austenita se transforma parcialmente en perlita fina.
En los tipos D2, D4, D5 y D1 la adición de 0,80% de Mo suprime la formación de
perlita a elevada temperatura y permite alcanzar la dureza total, HRc 62-64, con el
enfriamiento al aire desde 1010° C.

28. 3,3 [O]- temple en aceite
• A) procedimiento termo mecánico
• B) temple + revenido

29. Variables del recocido
• Puede ser un recocido total o isotérmico. Los valores de dureza que se obtienen
dependen del recocido utilizado y su elección depende de la importancia de las
operaciones posteriores
• En el recocido total la dureza lograda se encuentra entre 180-212 HB, lo que facilita
el maquinado debido a la estructura más globular, pero dificulta la homogeneización
para el temple

30. Variables del temple y revenido
• Es importante no calentar estos materiales por encima de la temperatura indicada
para evitar el aumento del tamaño de grano y fisuras de temple
• Para el calentamiento se prefiere el uso de baños de sales neutras u hornos de
atmósfera controlada, y, si no se dispone de estos equipos, se puede utilizar un
horno semimufla protegiendo las piezas con carbón neutro o coque, como una
alternativa aceptable. Es fundamental realizar un precalentamiento a 650-670º C
para evitar fisuras
• Después de la austenización, las herramientas deberán templarse en aceite tibio a
80° C y revenirse en forma inmediata.

31. Dureza VS temperatura de revenido
Revenidos 1 hora.

32. 4. Aceros para trabajo en caliente [H]
• Para cuando requiere trabajar a elevadas temperaturas  punzonazo, corte
• Combinan resistencia a la abrasión, el desgaste y bajo presiones
• Existen tres tipos: en base a tunsgsteno, molibdeno o Cromo
Base tungsteno
• H10-H19
• Dureza: 40-50HRC
• Resistentes a la
erosión a alta T.
• Resistente a la
oxidación sobre
800°C
Base cromo Base molibdeno
• H21-H26
• Dureza: 45-55HRC
• Resistentes a alta T.
• Propenso a ser frágil
• H42-H43
• Dureza: 40-50HRC
• Requieren control
estricto en T de
austenización para
evitar decarburación

33. Aceros para trabajo en caliente

34. BASE MOLIBDENO.
• El 95% de estos es en base molibdeno  40% más barato
• Algunos grados permiten trabajo en frio
• Tienen mayor tenacidad
• La resistencia al desgaste aumenta al añadir mayor contenido de
carbono y vanadio
• Son fácilmente descarburizables sobre la temperatura de
austenización, la cual es más baja que para los T
• Las durezas alcanzadas se encuentran entre 65 y 70HRC. La
temperatura de temple está entre 1175 y 1230°C
BASE TUNGSTENO
• Los aceros en base tungsteno son templables en aceite
o en baño de sales; la mayor resistencia al desgaste la
tiene el T15 (1,55%C)
• La temperatura de temple está entre 1205 y 1300°C
5. Aceros rápidos HSS Para corte, fresado y tornado
Producción: Temple + revenido
Tungsteno y Molibdeno potencian el endurecimiento secundario  precipitación
de carburos secundarios

35. Aceros rápidos HSS [M, T]

36. Efecto de la temperatura de austenización
M1 M4
La temperatura de austenización
es un factor muy importante,
debido a que a partir de la misma
se define la cantidad de aleantes
que habrá disueltos lo cual se
relaciona directamente con las
propiedades deseadas finamente.
Nótese la dificultad mayor de
disolución de V, Mo y W incluso a
temperaturas muy elevadas.

37. 6. Aceros resistentes al impacto [S]
• Los principales aleantes son: Mn, Si, Cr, W y Mo, su contenido de carbono oscila en
0,5%C.
• Combinan propiedades de alta resistencia y dureza y media resistencia al desgaste.
• Usos: cinceles, conjuntos de remaches, punzones, elementos de apriete, y otras
aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia a la
cargas de choque
• Requiere llevarse a altas temperaturas de austenización, ya que el control de la
disolución de carburos es un factor importante a la hora de verificar la dureza
deseada.
• Pueden ser templados en aceite o aire.

38. 7. Aceros especiales [L]
• Contienen pequeñas cantidades de Cr, V, Ni y Mo
• Se utilizan generalmente para piezas de máquinas,
tales como pérgolas, levas, mandriles, y para otras
aplicaciones especiales que requieren una buena resistencia y
tenacidad

39. 8. Aceros de molde [P]
• Tienen muy baja dureza y baja resistencia al endurecimiento por
trabajo en el estado de recocido.
• Baja resistencia a dejarse deformar en caliente, así que su uso se
limita a aplicaciones de inyección de matriz a baja temperatura.
• Requieren de horno eléctrico de fusión, desgasificación al vacío, y
tratamientos especiales de desoxidación  práctica estándar en la
producción de aceros para herramientas de grupo p. Además, la
colada de lingotes y las prácticas de forja se han refinado de manera
que se puede lograr un alto grado de homogeneidad.

40. Aceros de molde [P]

41. Propiedades de los
aceros de herramientas

42. Las propiedades se exigen durante el servicio:
• Tenacidad
• Dureza
• Resistencia al desgaste
• Deformación
• Rotura
• Resistencia al suavizado a altas temperaturas

43. Tenacidad
Se presentan datos comparativos,
debido a que es muy complejo medir
propiedades durante el servicio.
Es posible hacer mediciones de dureza
y con ella hacer la comparación de
propiedades, por ejemplo se sabe que
altos valores de dureza proporcionan
alta resistencia y baja tenacidad.
En general la mayor tenacidad la
alcanzan los aceros de trabajo en
caliente y la menor los de trabajo en
frio.
La mayor dureza, por su parte se logra
utilizando aceros rápidos.

44. Tenacidad y resistencia al desgaste
• Se observa un intervalo de
actuación
• La mayor resistencia al desgate
la tienen los aceros rápidos y los
matriciales

45. Dureza
• Como regla general la dureza aumenta con el contenido de carbono
• La disminución de la tasa de enfriamiento requerida para alcanzar una máxima
dureza, se logra aumentando el tamaño de grano austenítico y el contenido de
aleantes.
• El ensayo de Jominy está limitado para estos aceros, solo ofrece información válida
para aquellos templables en aceite.
• Para el análisis de dureza de aceros de herramientas tipo W se usan ensayos SPF
(Shepherd penetration fracture)
• Al aumentar la severidad de temple aumentan las distorsiones y la tendencia al
agrietamiento
• Es importante realizar los tratamientos térmicos bajo atmósferas controladas, debido
a que la descarburación incrementa con la temperatura

46. La retención de dureza a altas Temperaturas es una de
las propiedades de estos aceros  habilidad de
endurecimiento secundario por precipitación de fases
especiales, debidas a la presencia de carburos

47. Efecto de la temperatura sobre la dureza
Durante el trabajo en caliente, la resistencia al suavizado disminuye en el tiempo.
Una pieza suavizada, presenta en mayor tiempo una menor variación [H21 yH19] retienen la dureza
mucho mejor.
Trabajada en caliente Suavizada en caliente

48. • La alta dureza de estos aceros, aun a altas temperaturas se atribuyen a la dureza de
la matriz [principalmente martensita], y las cantidades y tipos de carburos disueltos.
Carburo Red cristalina Características
M3C Ortorrómbico Pueden ser de: Fe, Mn, Cr, W, Mo, V
M7C3 Hexagonal Presentes en aceros con Cr
M23C6 FCC Para aceros de alto Cr, V, Co y HSS
M6C FCC Presente en aceros HSS, ricos en W o Mo  los
hacen resistentes a la abrasión
M2C Hexagonal Aceros ricos en W aparecen producto del revenido
MC FCC Aceros ricos en V, precipitan como endurecimiento
secundario. Resisten la disolución
Acero presentan mezclas de carburos HSS contienen 30% en volumen: MC, M23C6 y M6C

49. Dureza relativa de los carburos

50. Resistencia a la abrasión
Budinski investigó la correlación entre la resistencia
la abrasión y el parámetro A.
Siendo A=(tamaño de los carburos primarios* fracción de
volumen de los carburos* dureza de los carburos).
En adición al desgaste por abrasión, también ocurre
desgaste por adhesión en piezas de trabajo
La mejor resistencia a la abrasión se tiene en acero
trabajo en caliente

51. Resistencia a la deformación
• Para propósitos prácticos, el modulo de elasticidad debe ser mayor a 210GPa a Tamb; 185GPa
a T=260°C; 150GPa a T=540°C

52. Maquinabilidad
Los factores que influyen en la maquinabilidad de los
aceros de herramientas son:
• dureza en el estado de recocido,
• microestructura del acero
• Cantidad de carburos presentes.
El acero de herramienta que presenta mayor índice de
Maquinabilidad (el tipo W) tiene un índice
aproximadamente igual al 30%, por lo tanto como
referencia para comparar la maquinabilidad de los
distintos aceros de herramienta se toma W, a los que se
le asigna el índice 100 (a).
(b) representa para rangos de dureza entre 150 y 200HB
La maquinabilidad disminuye al aumentar el contenido
de carbón y aleantes.

53. Objetivo: mejorar las propiedades mecánicas
superficiales de los aceros de herramientas 
resistencia al desgaste, a la abrasión, a la corrosión
• Carbonitruración
• Nitruración (por plasma)
• Boreado
• Plateado
• Deposición química
Tratamientos térmicos superficiales

54. COMPETENCIA 
PULVIMETALURGIA
• Mezcla de polvos [Co, WC,TiC, TaC]
• Compactación de los mismos
• Síntesis de productos [T>0,8 Tfusión] mayor uniformidad
Las piezas disponibles son lingotes y barras en condición compacta o de
trabajado en caliente, partes semiterminadas y near-net shapes (piezas que no
requieren mecanizado posterior). El proceso P/M se usa principalmente para la
producción de aceros para herramientas de alta velocidad de corte superiores
aunque también se está aplicando para la producción de estos aceros para
trabajado en frío y en caliente mejorados.

55. Aceros PM comerciales

56. Distribución más homogénea de
carburos
a) Pulvimetalurgia b) convencional
a)
b)

57. Se consultó:
• https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metal
ografia/17-_Aceros_de_herramientas_(frio)_v2.pdf
• file:///C:/Users/JENNI%20NAYITH/Dropbox/Downloads/CAP11%20Ace
ros%20para%20herramientas.pdf
• Apuntes de clase: Manuel Cabrera.

58. Para convencer a alguien, primero hay
que convencerse uno mismo