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Tratamiento térmico del acero para herramientas: guía de procesos
- John
El acero para herramientas es esencial en la fabricación, conocido por su dureza, resistencia al desgaste y capacidad para soportar entornos de alta tensión. Desde herramientas de corte hasta maquinaria industrial, su rendimiento depende de un proceso crítico: el tratamiento térmico.
En SteelPro Group, ofrecemos acero para herramientas tanto en estado recocido como preendurecido. Nuestros expertos también pueden brindar asesoramiento detallado sobre tratamientos térmicos para garantizar una dureza, tenacidad y durabilidad óptimas.
Tratamiento térmico del acero para herramientas
El tratamiento térmico es un procedimiento esencial que implica el calentamiento y enfriamiento de las aleaciones para lograr las características mecánicas deseadas. Este proceso para el acero para herramientas generalmente incluye varios pasos clave: recocido, precalentamiento, austenización, temple y revenido.
¿Cómo tratar térmicamente el acero para herramientas?
- El forjado se realiza normalmente en el acero para herramientas antes del tratamiento térmico. El proceso alinea la estructura del grano, reduce las tensiones internas y garantiza la uniformidad, lo que da como resultado un mejor rendimiento después del tratamiento térmico.
Recocido: ablandamiento del acero para herramientas
Proceso:
- Calentar el acero a una temperatura específica, normalmente entre 700 °C y 900 °C, dependiendo del tipo de acero.
- El acero se mantiene a esta temperatura durante algún tiempo para permitir su transformación completa.
- Finalmente, el acero se enfría gradualmente, a menudo dentro del propio horno, para evitar el choque térmico y conseguir el efecto de ablandamiento deseado.
Al reducir la dureza y la fragilidad, el recocido hace que el acero sea más fácil de mecanizar o de conformar. También ayuda a lograr uniformidad en la microestructura, lo cual es esencial para el tratamiento térmico posterior.
Endurecimiento: aumento de la resistencia y la resistencia al desgaste
- Precalentamiento
El precalentamiento no forma parte de la reacción de endurecimiento propiamente dicha, pero sirve para minimizar el choque térmico, lo que reduce el riesgo de distorsión, deformación o agrietamiento. Las herramientas complejas y los aceros de alta velocidad suelen precalentarse en dos pasos.
- Austenitización
Calentamiento del acero para herramientas a una temperatura de austenización de entre 760 °C y 1300 °C (1400 °F y 2400 °F). La temperatura objetivo varía según el tipo de acero para herramientas.
Es fundamental alcanzar la temperatura de austenización correcta, ya que una temperatura demasiado baja provocará una transformación incompleta en austenita, mientras que una temperatura demasiado alta puede provocar el crecimiento del grano, lo que reduce la tenacidad del material.
- Enfriamiento
Después de la austenización, el acero se enfría rápidamente en un medio de extinción—comúnmente aceite, agua o aire. La velocidad de enfriamiento debe controlarse cuidadosamente, ya que un enfriamiento insuficiente puede provocar una transformación incompleta o deformación.
- Enfriamiento con aceite
El temple en aceite consiste en sumergir el acero calentado en aceite para lograr un enfriamiento rápido a una velocidad moderada. Este método se utiliza a menudo en aceros para herramientas para minimizar la distorsión y el agrietamiento, ya que el aceite se enfría más lentamente que el agua, lo que proporciona una solidificación más controlada.
- Enfriamiento con agua
El temple con agua enfría el acero mucho más rápido que el aceite, lo que lo hace adecuado para aceros que pueden tolerar un enfriamiento rápido. Ofrece una alta dureza, pero aumenta el riesgo de agrietamiento o deformación debido a la velocidad de enfriamiento más agresiva.
- Enfriamiento por aire
El temple al aire es un método de enfriamiento más lento en el que el acero se enfría al aire ambiente o con aire forzado. Este proceso se utiliza para aleaciones diseñadas para este fin, como ciertos aceros de alta velocidad, que requieren un enfriamiento menos rápido para evitar la distorsión y lograr una dureza óptima.
Templado: reducción de la fragilidad y mejora de la tenacidad
Proceso:
- Recalentar el acero endurecido a una temperatura específica, normalmente entre 150 °C y 700 °C (300 °F y 1300 °F).
- Mantener la temperatura deseada durante un tiempo específico, que puede variar entre 30 minutos y varias horas.
- Enfriar el acero a un ritmo controlado, normalmente en aire o aceite, para lograr las propiedades mecánicas deseadas.
La temperatura de revenido influye directamente en las propiedades mecánicas finales del acero. Las temperaturas de revenido más bajas hacen que el material sea más duro pero menos tenaz, mientras que las temperaturas más altas lo hacen más tenaz, aunque ligeramente más blando.
Consideraciones al tratar térmicamente el acero para herramientas
Protección de la superficie durante la austenización
La exposición al oxígeno durante el proceso de austenización puede causar escalada y descarburación, lo que provoca una pérdida permanente de dureza en la superficie de la herramienta. Para evitar estos problemas, es fundamental proporcionar protección de superficies.
Los métodos comunes incluyen el uso de hornos de vacío, hornos de atmósfera controladao hornos de baño de sal neutraOtra opción es envolver el acero para herramientas en lámina de acero inoxidable para minimizar la exposición al oxígeno.
Cambios de tamaño durante el tratamiento térmico
El tratamiento térmico provoca inevitablemente cambios de tamaño en los aceros para herramientas debido a los cambios en su microestructura. La mayoría de los aceros para herramientas experimentan un crecimiento que va desde 0,0005 a 0,002 pulgadas por pulgada de su longitud original durante el proceso.
Austenita residual
Durante el temple, la transformación de la austenita en martensita puede no ser completa. Por ejemplo, el acero para herramientas D2 puede retener más de 20% de austenita después del temple. Esto puede causar tensiones internas o distorsión. Para solucionar esto, se pueden utilizar técnicas como el tratamiento criogénico para convertir la austenita residual en martensita estable.
El tratamiento a baja temperatura, también conocido como tratamiento criogénico o bajo cero, se utiliza para mejorar las propiedades de los aceros para herramientas. Este proceso enfría el acero a temperaturas muy bajas, generalmente por debajo de los -70 °C (-94 °F). Ayuda a reducir la austenita residual, lo que hace que el acero sea más duro, más resistente al desgaste y más estable a lo largo del tiempo.
¿Cómo el tratamiento térmico altera la microestructura del acero para herramientas?
El tratamiento térmico funciona modificando la microestructura del acero para herramientas a nivel atómico. Durante el proceso, se crean fases como la austenita y la martensita que mejoran su rendimiento en diversas aplicaciones.
Austenitización
Cuando el acero para herramientas se calienta hasta la temperatura de austenización, el acero transforma su estructura cristalina inicial (ferrita o perlita) en austenita. En esta fase, los átomos de carbono se disuelven en el hierro, lo que permite que el acero alcance una mayor dureza al enfriarse.
Formación de martensita
Tras un enfriamiento rápido (temple), la austenita se transforma en martensitaEl proceso de enfriamiento evita que el carbono se difunda, lo que hace que los átomos de hierro se dispongan en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), que es mucho más dura y resistente que la austenita.
La fase martensítica aumenta significativamente la dureza y la resistencia al desgaste, lo que hace que el acero sea adecuado para herramientas de corte y aplicaciones de alta tensión.
Refinación de martensita
Durante el templado, el acero se calienta nuevamente a una temperatura más baja, lo que permite que algunos átomos de carbono se precipiten y estabilicen la estructura. Este procedimiento minimiza las tensiones internas, lo que hace que el acero sea menos frágil y, al mismo tiempo, mantiene gran parte de su tenacidad y durabilidad.
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