Elección de los grados de acero para herramientas adecuados para un rendimiento óptimo

Las herramientas de acero permiten a la humanidad dar forma a la madera, el plástico y el metal en los miles de millones de artículos que mejoran la calidad de vida. Con el acero para herramientas, dos palabras son importantes: filo e impacto. Las aleaciones de acero con contenido de carbono relativamente alto son más fáciles de afilar hasta un filo fino, y esta nitidez puede soportar los rigores de la producción. Por el contrario, el acero de bajo carbono es difícil de llevar a un filo fino pero resiste impactos repetidos. Para seleccionar el tipo correcto de acero para herramientas para un proyecto, es útil comprender los grados y su lugar en el proceso de fabricación.

Tipos de acero para herramientas

Como todos los aceros, el acero para herramientas contiene hierro, carbono, manganeso, fósforo y azufre. A partir de ese punto de partida, los metales de aleación y una gama de procesos de fabricación se combinan para producir grados de acero para herramientas en seis categorías codificadas por letras:

• Grado W: Endurecimiento al agua
• Grado O: Endurecimiento al aceite
• Grado A: Endurecimiento al aire
• Grado D: Tipo D
• Grado S: Resistente al choque
• Grado H: Trabajo en caliente

Cada grado de letra a su vez contiene varios tipos de aleación denotados por números, por ejemplo, A2 y O1.

Grados de acero para herramientas

Dependiendo del presupuesto y el caso de uso de un proyecto, cualquiera de estos muchos tipos puede resultar el más adecuado.

Endurecimiento al agua: Grado W

El grado de acero para herramientas más antiguo y menos costoso toma su nombre del paso de temple en agua del proceso de fabricación. El temple es la etapa esencial de enfriamiento rápido que une las moléculas de aleación y hierro en acero endurecido. Los tipos de grado W no incluyen ninguno de los elementos de aleación presentes en otros grados de herramientas, y el proceso de endurecimiento al agua produce acero con un núcleo blando y alta dureza. Con un recocido cuidadoso, el acero de grado W presume de la mayor maquinabilidad de todos los aceros para herramientas. Gracias a su alto contenido de carbono, algunos tipos de grado W no necesitan más tratamiento térmico. Los tipos de grado W se ablandan por encima de 300 °F (150 °C) y son malamente adecuados para usos a alta temperatura.

Usos del acero para herramientas de grado W incluyen:

• Cuchillería
• Golpes de estampado
• Sellos de grabado
• Brocas
• Cortadores circulares
• Cuchillas de afeitar
• Herramientas de torno para madera

Endurecimiento al aceite: Grado O

Similar a los grados W, los grados O son un acero de alto carbono relativamente económico. Los tipos de grado O típicamente contienen trazas de cromo y manganeso para ayudar al endurecimiento. Comparado con el temple en agua, el temple en aceite permite un enfriamiento más lento en la etapa de producción. Este enfriamiento gradual produce un acero para herramientas mucho menos propenso a distorsionarse en la fase de producción de tratamiento térmico. La aleación resultante también es menos frágil.

El tipo O1, la aleación de grado O más popular, es un acero para herramientas de propósito general que mantiene un filo cuando se afila. En un entorno de fabricación, esta aleación es popular para plantillas, guías, punzones y matrices de recorte. El acero O1 es soldable, pero la aleación requiere calentamiento cuidadoso para evitar grietas.

El tipo de aleación O6 incluye silicio y un contenido de cromo más alto. Esta aleación altamente mecanizable exhibe un rendimiento excepcional de desgaste metal-metal. El tipo O6 también retiene aceite cuando se lubrica, lo que hace que la aleación sea una opción ideal para roscado. La aleación O6 funciona bien para levas, bujes, cuchillas de cizalla y placas de granulador.

Endurecimiento al aire: Grado A

Los aceros para herramientas endurecidos al aire ofrecen un equilibrio admirable de precio, resistencia, tenacidad y maquinabilidad. Con diámetros de hasta 100 mm, un contenido de cromo del 5% permite que los tipos de acero para herramientas de grado A se endurezcan por aire o gas a presión. Los tipos de acero para herramientas endurecidos al aire mantienen una baja distorsión durante la fase de tratamiento térmico de su producción. Esta técnica resulta en un acero que ofrece mejor resistencia al desgaste que los tipos de grado O con un costo menor que el D-grade de alto cromo.

A2 es el acero para herramientas de grado A más utilizado, y sus aplicaciones típicas incluyen herramientas de corte para carpintería, punzones y martillos de servicio medio. El tipo A2 también sirve en moldeo por inyección de plástico para moldes menos complejos. El tipo A7 usa cromo y vanadio para producir resistencia al desgaste con una mejora del 50% sobre su primo A2. Capaz de resistir el desgaste de arena, grava y lechada, el tipo A7 es adecuado para herramientas de compactación de polvo, herramientas de extrusión cerámica y revestimientos de moldes de ladrillo.

Otros usos para tipos de grado A incluyen:

• Cuchillas de centro de torno
• Formas de doblado de matrices industriales
• Calibres
• Cuchillas industriales
• Matrices de corte
• Mandril

Tipos D: Grado D

Con 1% más de carbono y casi el triple del contenido de cromo del acero para herramientas de grado A, los tipos de grado D sobresalen en aplicaciones de alta temperatura. Algunas aleaciones de grado D incluyen molibdeno, cobalto o vanadio para impulsar el rendimiento térmico aún más. Capaces de mantener su dureza a temperaturas que se acercan a 800 °F (427 °C), los aceros para herramientas de grado D son ideales para matrices de fundición a presión, matrices de doblado y matrices de forja. Junto con la alta resistencia al calor, los tipos D resisten el desgaste por contacto deslizante con otros metales. Esta resistencia a la abrasión permite que el acero para herramientas de grado D funcione como matrices de estirado para barras, tubos y alambres. Los productores de acero emplean tanto temple al aire como al aceite para sus productos de grado D.

Otras aplicaciones para los tipos D incluyen:

• Matrices de forja
• Válvulas de motor de automóvil
• Herramientas de laminación
• Herramientas de moleteado
• Cuchillas de procesamiento de alimentos

Resistente al choque: Grado S

Un acero de bajo carbono diseñado para resistir impactos altos constantes, el acero para herramientas de grado S es el material de elección para brocas de martillo neumático y punzones de servicio pesado. Silicio, cromo y tungsteno dan a las aleaciones de grado S su resistencia al impacto, pero a costa de baja resistencia a la abrasión. Los productores de acero usan endurecimiento al aceite para acero de grado S hasta 60 mm de diámetro, y endurecimiento al agua para piezas más grandes. Más allá de la resistencia al impacto, los aceros para herramientas de grado S también sobresalen en un amplio rango de temperaturas y ofrecen maquinabilidad por encima del promedio.

El acero tipo S7 es una opción sólida para herramientas de trabajo en frío, incluyendo cuchillas de cizalla, cinceles y punzones. El tipo S7 también es una opción para aplicaciones de utillaje por debajo de 1000 °F (538 °C). Con la mayor resistencia al impacto entre los aceros de grado S, el tipo S5 es la opción principal para embragues de herramientas neumáticas y matrices de estampado. Otras aplicaciones para los tipos de grado S incluyen:

• Matrices de vajilla
• Martillos de pistolas de clavos
• Cuchillas de astilladora de madera
• Mordazas de portabrocas de taladro eléctrico
• Matrices de estampado
• Implementos de cantera

Trabajo en caliente: Grado H

Los tipos de grado H son aceros para herramientas de bajo carbono adecuados para demandas de temperatura extremas. Esa calidad deriva del paso de producción único del acero. El proceso de trabajo en caliente calienta el acero por encima de la temperatura de recristalización del metal. Los cambios moleculares inducidos por este calentamiento producen aceros para herramientas con uniformidad excepcional. Si bien el proceso de trabajo en caliente no mejora la resistencia a la tracción innata del metal, la uniformidad reduce sustancialmente el riesgo de grietas con el acero de grado H.

Entre los aceros para herramientas, los tipos de grado H son los campeones de la dureza en rojo, la cualidad de retener la dureza cuando se calientan a un color rojo opaco. Tres metales de aleación afinan los tipos de grado H para diferentes misiones de fabricación:

• Cromo: Tipos H1 a H19 presentan 5% de cromo, produciendo una aleación capaz de soportar ciclos rápidos de calentamiento y enfriamiento. Esta resistencia a la fatiga térmica hace que las aleaciones de grado H con cromo sean el metal de elección para matrices de forja en caliente. En el proceso de fundición a presión, estas aleaciones funcionan como insertos, núcleos y cavidades. Con el moldeo por inyección de plástico, el acero para herramientas de grado H aleado con cromo sobresale para moldes de cavidad.
• Tungsteno: Tipos H20 a H39 usan contenido de tungsteno que alcanza hasta el 18%. Esta aleación puede soportar contacto prolongado con metales calientes, permitiendo su uso en matrices de extrusión para latón, níquel y acero. Las aleaciones de tungsteno de grado H brillan para la producción de mandriles.
• Molibdeno: Con tipos H40 a H59, un contenido de molibdeno del 5% proporciona una aleación para condiciones de temperatura extremas. Con alta resistencia a la corrosión y excelente resistencia a la abrasión, las aleaciones de molibdeno sobresalen en matrices de conformado y punzones.

Conclusión

Elegir los grados correctos de acero para herramientas es vital para el éxito de un proyecto. La elección del fabricante de herramientas es igualmente importante. Las capacidades internas de Special Tool & Engineering nos han permitido satisfacer las necesidades de utillaje de los fabricantes más exigentes del mundo durante más de dos décadas.