ES2198147T3 - Material de acero para herramientas de trabajo en caliente. - Google Patents
Material de acero para herramientas de trabajo en caliente.Info
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Abstract
Material de acero para herramientas de trabajo en caliente caracterizado porque tiene una composición de aleación que en porcentaje en peso consiste en: 0, 3-0, 4 C 0, 2-0, 8 Mn 4-6 Cr 1, 8-3 Mo 0, 4-0, 6 V hierro de equilibrio e impurezas metálicas y no metálicas inevitables, comprendiendo dichas impurezas no metálicas silicona, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre, que pueden estar presentes en las siguientes cantidades máximas: un máximo de 0, 25 Si un máximo de 0, 010 N un máximo de 10 ppm O un máximo de 0, 010% en peso de P un máximo de 0, 010% en peso de S
Description
Material de acero para herramientas de trabajo en
caliente.
La invención se refiere a un material de acero
para herramientas de trabajo en caliente, es decir, herramientas
para moldear o trabajar metales a temperaturas comparativamente
altas.
El término ``herramientas de trabajo en
caliente'' se aplica a un gran número de tipos diferentes de
herramientas para trabajar o moldear metales a temperaturas
comparativamente altas, por ejemplo, herramientas para moldeo a
presión en troquel, como troqueles, insertos y machos, partes
añadidas, buzas, elementos eyectores, pistones, cámaras de presión
etc.; herramientas para el herramental de extrusión, como
troqueles, portatroqueles, coquillas, tacos de presión y husos,
vástagos, etc.; herramientas para la compresión en caliente, como
herramientas para la compresión en caliente de aluminio, magnesio,
cobre, aleaciones de cobre y acero; moldes para plásticos, como
moldes para moldeos por inyección, moldeos por compresión y
extrusión; junto con varios tipos diferentes de herramientas como
herramientas para el cortado en caliente, anillos/collares de
contracción y piezas sometidas al desgaste diseñadas para su uso en
trabajos a altas temperaturas. Existen varias calidades estándar del
acero para estas herramientas de trabajo en caliente, por ejemplo,
AISI H10-H19, y también varios aceros especiales
comerciales. La Tabla 1 presenta algunos de estos aceros para
trabajo en caliente estandarizados y/o comerciales.
Tipo de acero | Acero nº | C | Si | Mn | Cr | Mo | W | Ni | V | Co | Fe |
W.nr 1.2344/H13 | 1 | 0,40 | 1,0 | 0,40 | 5,3 | 1,4 | - | - | 1,0 | - | Bal |
W.nr 1.2365/H10 | 2 | 0,32 | 0,25 | 0,30 | 3,0 | 2,8 | - | - | 0,5 | - | '' |
W.nr 1.2885/H10A | 3 | 0,32 | 0,25 | 0,30 | 3,0 | 2,8 | - | - | 0,5 | 3,0 | '' |
W.nr 1.2367 | 4 | 0,38 | 0,40 | 0,45 | 5,0 | 3,0 | - | - | 0,6 | - | '' |
W.nr 1.2889/H19 | 5 | 0,45 | 0,40 | 0,40 | 4,5 | 3,0 | - | - | 2,0 | 4,5 | '' |
W.nr 1.2888 | 6 | 0,20 | 0,25 | 0,50 | 9,5 | 2,0 | 5,5 | - | 10,0 | '' | |
W.nr 1.2731 | 7 | 0,50 | 1,35 | 0,70 | 13,0 | - | 2,1 | 13,0 | 0,7 | - | '' |
H42 | 8 | 0,60 | 0,30 | 0,30 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 2,0 | '' | ||
Com. 1 * | 9 | 0,35 | 0,1 | 0,6 | 5,5 | 3,0 | - | - | 0,8 | - | '' |
Com. 2 * | 10 | 0,32 | 0,3 | 0,6 | 5,1 | 2,6 | - | - | 0,7 | - | '' |
Com. 3 * | 11 | 0,39 | 0,2 | 0,7 | 5,2 | 2,2 | - | 0,6 | 0,8 | 0,6 | '' |
W.nr 1.2396 | 12 | 0,28 | 0,40 | 0,45 | 5,0 | 3,0 | - | - | 0,7 | - | '' |
W.nr 1.2999 | 13 | 0,45 | 0,30 | 0,50 | 3,1 | 5,0 | - | - | 1,0 | - | '' |
QRO® 90 * | 14 | 0,39 | 0,30 | 0,75 | 2,6 | 2,25 | - | - | 0,9 | - | '' |
CALMAX® * | 15 | 0,28 | 0,60 | 0,40 | 11,5 | - | 7,5 | - | 0,55 | 9,5 | '' |
H11 | 16 | 0,40 | 1,0 | 0,25 | 5,3 | 1,4 | - | - | 0,4 | - | '' |
Com. 4 * | 17 | 0,37 | 0,30 | 0,35 | 5,3 | 1,3 | - | - | 0,5 | - | '' |
Com. 5 * | 18 | 0,35 | 0,17 | 0,50 | 5,2 | 1,6 | - | - | 0,45 | - | '' |
* Disponibles en el mercado, acero no
estándar. QRO® 90 y CALMAX® son marcas registradas de Uddeholm
Tooling AB.
En la primera fase de la invención, se estudiaron
los aceros 1-15 de la Tabla 1. Este estudio indicó
que ninguno de los aceros estudiados satisfacía las demandas
exigidas a las herramientas usadas en las diferentes áreas de
aplicación mencionadas anteriormente.
En consecuencia, el trabajo posterior se centró
en el desarrollo de una aleación destinada principalmente a la
fundición en coquilla de metales ligeros, un área de aplicación en
el que hay una necesidad especial de un nuevo material de acero con
una combinación de propiedades mejor que la que presentan los
aceros conocidos disponibles actualmente. El objetivo del material
de acero según la invención es ofrecer propiedades óptimas en
cuanto a buenas templabilidad y microestructura a fin de ofrecer
altos niveles de tenacidad y ductilidad también en calibres
pesados. Al mismo tiempo, no debe darse un deterioro de la
resistencia al revenido y de la resistencia a las altas
temperaturas.
Más en particular, uno de los propósitos de la
invención es ofrecer un acero para trabajo en caliente cuya
composición química permita que el acero pueda satisfacer los
siguientes requisitos:
- tiene que tener una buena facilidad de trabajo
en caliente a fin de obtener un rendimiento alto en la
fabricación,
- debe poderse fabricar en calibres muy pesados,
lo que significa un grosor mayor que, por ejemplo, 760 x 410 mm o
mayor que \diameter 550 mm.
- debe tener un contenido en impurezas muy
bajo,
- no debe contener ningún carburo primario,
- debe tener buenas propiedades de tratamiento en
caliente, lo cual significa, entre otras cosas, que debe poder ser
revenido a una temperatura de austenitización moderadamente
alta,
- debe tener una templabilidad muy buena, por
ejemplo, debe poder ser templado en profundidad incluso en los
calibres muy pesados antes mencionados,
- debe tener una forma estable durante el
termotratamiento,
- debe tener una buena resistencia al
revenido,
- debe tener una buena resistencia a las
temperaturas altas,
- debe tener unas propiedades de tenacidad y
ductilidad muy buenas en las dimensiones en cuestión,
- debe tener una buena conductividad térmica,
- no debe tener un coeficiente de expansión del
calor inaceptablemente alto,
- debe tener buenas propiedades de revestimiento
con PVD/CVD/nitruración,
- debe tener buenas propiedades de
electroerosión, buenas propiedades de corte y soldado, y
- debe tener un coste de fabricación
favorable.
El material de acero inventado puede satisfacer
las condiciones arriba mencionadas por las razones siguientes:
primero, al tener la aleación de acero una composición tan básica
puede procesarse el material a fin de producir una microestructura
adecuada con una distribución muy uniforme de carburos en una
matriz ferrítica, adecuada para un posterior termotratamiento de la
herramienta acabada; segundo, el material de acero con dicha
composición básica tiene asimismo un bajo contenido en silicona,
que es considerada una impureza en el acero de la invención, y
también contenidos muy bajos de las impurezas no metálicas
nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Se sabe desde hace mucho
tiempo que las impurezas no metálicas, como el azufre, el fósforo,
el oxígeno y el nitrógeno, tienen ciertos efectos negativos en
muchos aceros, especialmente en lo que respecta a la tenacidad del
acero. Esto también se aplica al conocimiento de que algunos
metales en niveles de microelementos pueden tener efectos negativos
en muchos aceros como la reducción de la tenacidad. Esto ocurre, por
ejemplo, con el titanio, el circonio y el niobio en pequeños
niveles. Sin embargo, no ha sido posible, en el caso de la mayoría
de los aceros, incluido el acero para trabajo en caliente, mejorar
significativamente la tenacidad únicamente mediante la reducción de
los contenidos en impurezas de este tipo en el acero. El estudio de
las aleaciones de acero existentes ha demostrado asimismo que no
puede conseguirse una buena tenacidad únicamente optimizando la
composición básica de la aleación del acero. Solamente era posible
conseguir dichas condiciones mediante la combinación de una
composición básica óptima y de contenidos bajos o muy bajos de
dichas impurezas no metálicas, y también preferiblemente un
contenido muy bajo de titanio, circonio y niobio.
A fin de cumplir las condiciones arriba
mencionadas, el material de acero inventado presenta una
composición de aleación que, por porcentaje en peso, consiste
en:
0,3-0,4 C, preferiblemente
0,33-0,37 C, normalmente 0,35 C,
0,2-0,8 Mn, preferiblemente
0,40-0,60 Mn, normalmente 0,50 Mn,
4-6 Cr, preferiblemente
4,5-5,5 Cr, convenientemente
4,85-5,15 Cr, normalmente 5,0 Cr,
1,8-3 Mo, preferiblemente un
máximo de 2,5 Mo, convenientemente 2,2-2,4 Mo,
normalmente 2,3 Mo,
0,4-0,6 V, preferiblemente
0,5-0,6 V, convenientemente 0,55 V,
hierro de equilibrio e impurezas metálicas y no
metálicas inevitables, comprendiendo dichas impurezas no metálicas
silicona, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre, que pueden
incluirse con los siguientes contenidos
máximos:
un máximo de 0,25 Si, preferiblemente un máximo
de 0,20 Si, convenientemente un máximo de 0,15 Si
un máximo de 0,010 N, preferiblemente un máximo
de 0,008 N
un máximo de 10 ppm O, preferiblemente un máximo
de 8 ppm
O
un máximo de 0,010 P, preferiblemente un máximo
de 0,008 P, y
un máximo de 0,010 S, preferiblemente un máximo
de 0,0010, convenientemente un máximo de 0,0005 S
Es preferible que el titanio, el circonio y el
niobio se den en los siguientes porcentajes en peso máximos:
un máximo de 0,05 Ti, preferiblemente un máximo
de 0,01, y convenientemente un máximo de 0,008, y más
preferiblemente un máximo de 0,005,
un máximo de 0,1 preferiblemente un máximo de
0,02, convenientemente un máximo de 0,010 y más preferiblemente
0,005 Zr,
un máximo de 0,1, preferiblemente un máximo de
0,02, convenientemente un máximo de 0,010, y más preferiblemente un
máximo de 0,005 Nb.
En lo que respecta a la elección de los elementos
de aleación deseables individuales, puede decirse que los
contenidos de carbón, cromo, molibdeno y vanio han sido escogidos
de manera que el acero tuviera una matriz ferrítica en la condición
de entrega del material, una matriz martensítica con una dureza
adecuada tras el templado y el revenido, ausencia de carburos
primarios pero existencia de carburos precipitados secundarios de
tipo MC y M_{23}C_{6} de tamaño submicroscópico en el material
templado y revenido, a la vez que la composición básica del acero
proporciona potencial para obtener asimismo la tenacidad
deseada.
El contenido mínimo en cromo será de 4%,
preferiblemente del 4,5% y convenientemente al menos del 4,85% a fin
de que el acero presente una templabilidad adecuada, pero podría no
ser incluido en contenidos superiores a 6%, preferiblemente un
máximo de 5,5% y adecuadamente un máximo de 5,15% a fin de que el
acero no tenga como resultado un contenido en carburo de tipo
M_{23}C_{6} y M_{7}C_{3} a un nivel indeseado tras el
revenido. El contenido nominal de cromo es de 5,0%.
El tungsteno afecta negativamente a la
termoconductiviidad y a la templabilidad en relación con el
molibdeno y por ello no es un elemento deseable en el acero, pero
puede permitirse en contenidos de hasta 0,5%, preferiblemente un
máximo de 0,2%. Sin embargo, el acero no debería contener tungsteno
añadido intencionadamente, es decir, la forma más deseable de acero
contiene tungsteno únicamente a niveles de impureza.
El molibdeno debería incluirse en un contenido
mínimo de 1,8%, preferiblemente al menos 2,2% a fin de proporcionar
una resistencia adecuada a la templabilidad y al revenido junto con
la propiedades deseables de resistencia a las altas temperaturas.
Un contenido en molibdeno mayor que 3% conlleva el riesgo de
carburos de contorno de grano y de carburos primarios, lo cual
reduce la tenacidad y la ductilidad. El contenido en molibdeno no
debería, pues, superar el 3,0%, preferiblemente un máximo de 2,5%,
convenientemente un máximo de 2,4%. Si el acero contiene un cierto
contenido en tungsteno de acuerdo con lo anterior, el tungsteno
sustituye parcialmente al molibdeno según la regla ``dos partes de
tungsteno corresponden a una parte de molibdeno''.
El acero contiene un contenido de al menos 0,4%
de vanadio a fin de ofrecer una resistencia al revenido adecuada y
las propiedades deseadas de resistencia a las altas temperaturas.
Además, el contenido en vanadio debería ser al menos la cantidad
expresada a fin de evitar la granulación al termotratar el acero. Se
establece el límite superior para el vanadio de 0,6% para reducir
el riesgo de formación de carburos de contornos de grano y
primarios y/o de carbonitruros, que reducirían la ductilidad y la
tenacidad del acero. El acero debería contener, preferiblemente,
\hbox{0,5-0,6 V}, convenientemente 0,55 V.
El acero debería contener manganeso en los
niveles descritos, sobre todo para aumentar la templabilidad hasta
cierto punto.
A fin de usar la buena tenacidad potencial que
puede ofrecer un material de acero con dichos contenidos de carbón,
manganeso, cromo, molibdeno y vanadio, los contenidos de dichas
impurezas no metálicas deberían al mismo tiempo mantenerse en
dichos niveles bajos o muy bajos. Se puede decir lo siguiente en
relación con la importancia de estos elementos de impureza.
La silicona puede encontrarse como un producto
residual en el acero por su de-oxidación y puede
incluirse a un nivel mayor de 0,25%, preferiblemente un máximo de
0,20% y convenientemente un máximo de 0,15% a fin de que la
actividad del carbono se mantenga baja y, en consecuencia, también
el contenido de carburos primarios que pueden precipitarse durante
el proceso de solidificación y, en una fase posterior, también los
carburos de contorno de grano, lo cual mejora la tenacidad.
El nitrógeno es un elemento que tiende a
estabilizar la formación de carburos primarios. Los carbonitruros
primarios, en particular los carbonitruros entre los que se pueden
incluir el vanadio, el titanio, el circonio y el niobio, son más
difíciles de disolver que los carburos puros. Estos carburos, si se
encuentran presentes en la herramienta acabada, podrían tener un
efecto muy negativo en la tenacidad al impacto del material. Con un
contenido muy bajo en nitrógeno, estos carburos se disuelven más
fácilmente durante la austenitización del acero junto con el
termotratado, tras lo cual dichos carburos secundarios pequeños,
principalmente del tipo MC y M_{23}C_{6} de tamaño microscópico,
es decir, de menos de 100 mm, normalmente 2-100 mm,
se precipitan, lo cual es ventajoso. El material de acero según la
invención debería contener, pues, un máximo de 0,010% N,
preferiblemente un máximo de 0,008% N.
El oxígeno en el acero forma óxidos, que pueden
provocar fracturas como resultado de la fatiga térmica. Este efecto
negativo sobre la ductilidad es contrarrestado con un contenido en
oxígeno muy bajo, un máximo de 10 ppm O, preferiblemente un máximo
de 8 ppm O.
El fósforo se segrega en superficies de contorno
de fase y en contornos de grano de todo tipo y reduce la fuerza de
cohesión y, por consiguiente, la tenacidad. El contenido en fósforo
debería, pues, no superar el 0,010%, preferiblemente un máximo de
0,008%.
El azufre que, en combinación con el manganeso,
forma sulfuros de manganeso, tiene un efecto negativo en la
ductilidad, pero también en la tenacidad, ya que influye
negativamente en las propiedades transversales. El azufre puede
darse en una cantidad máxima de 0,010%, preferiblemente un máximo
de 0,0010%, convenientemente un máximo de 0,0008%.
Los contenidos en titanio, circonio y niobio del
acero no deben superar niveles superiores a los contenidos máximos
mencionados anteriormente, es decir, un máximo de O,05% Ti,
preferiblemente un máximo de 0,01, convenientemente un máximo de
0,008 y más preferiblemente un máximo de 0,005 Ti, un máximo de 0,1,
preferiblemente un máximo de 0,02, convenientemente un máximo de
0,010 y más convenientemente 0,005 Zr y un máximo de 0,1,
preferiblemente un máximo de 0,02, convenientemente un máximo de
0,010, y más preferiblemente un máximo de 0,005 Nb, a fin de evitar
la formación de nitruros y carbonitruros principalmente.
En su condición de entrega, el material de acero
según la invención tiene una matriz ferrítica con carburos
distribuidos uniformemente, que se disuelven durante el
termotratamiento del acero junto con el endurecimiento. En este
termotratamiento el acero es austenitizado a una temperatura de
entre 1.000 y 1.080ºC, convenientemente a una temperatura de
1.020-1.030ºC. El material es a continuación
enfriado a temperatura ambiente y revenido una o varias veces,
preferiblemente durante 2x2 h a 550-650ºC,
preferiblemente a aproximadamente 600ºC.
Se advertirán otras características y aspectos de
la invención en la siguiente descripción de experimentos llevados a
cabo y en las reivindicaciones adjuntas a la patente.
En la siguiente descripción de los experimentos
que fueron llevados a cabo, se hace referencia a los dibujos
adjuntos, en los cuales:
- La Fig. 1
- es un diagrama tridimensional que muestra el contenido nominal en silicona, molibdeno y vanadio de un número de aceros estudiados,
- La Fig. 2
- muestra la microestructura en estado de recocido blando en el centro de un acero de la invención,
- La Fig. 3
- ilustra la resistencia al revenido de los aceros examinados,
- La Fig. 4
- ilustra la influencia sobre la dureza del acero examinado de un tiempo de mantenimiento a 600ºC tras el temple y el revenido,
- La Fig. 5 y la Fig. 6
- muestran un diagrama CCT y un diagrama TTT respectivamente, para un acero de la invención,
- La Fig. 7
- ilustra la resiliencia Charpy en V frente a las temperaturas de prueba de los aceros examinados,
- La Fig. 8 y la Fig. 9
- ilustran la resiliencia a +20ºC frente al grosor de las placas probadas con pruebas de resiliencia Charpy en V y pruebas con muestras de prueba sin entalla,
- La Fig. 10
- es un diagrama que ilustra la ductilidad en caliente y el límite de deformación en caliente de los aceros examinados, y
- La Fig. 11
- ilustra los perfiles de las propiedades de los aceros examinados.
Las composiciones químicas de los aceros
estudiados aparecen en la Tabla 2.
(Tabla 2 pasa a página
siguiente)
En la Tabla 2, el H11 ``Premium'' y el H13
``Premium'' son variantes de los aceros AISI H13 y H11
respectivamente. ``Premium'' significa que las masas de acero
fundidas relacionadas con la fabricación han sido tratadas con
inyección SiCa, los que produce niveles extremadamente bajos de
contenido en azufre, y que los productos acabados se han sometido a
un procedimiento de trabajo en caliente modificado. Los aceros se
caracterizan, en comparación con los aceros estándar del mismo
tipo, por tener un mayor nivel de tenacidad en todas direcciones, un
mayor potencial para utilizar un temple mayor manteniendo la
tenacidad y una mayor resistencia al cambio brusco de
temperatura.
Se produjeron dos hornadas a partir de acero del
tipo A de la invención, y de estas hornadas se produjeron tres
lingotes mediante refundición ESR. Éstos han sido llamados A1,
A2... A6 en la Tabla 2. Los estudios descritos se han concentrado
principalmente en el acero A2. En aquellos casos en los que se hace
referencia al acero A, se trata de un valor medio del resultado de
los estudios de un mayor número de aceros A1-A6. El
tratamiento metalúrgico de fusión se correspondió esencialmente con
el proceso aplicado para H11 ``Premium'' y H13 ``Premium''. Las
hornadas ESR tuvieron pesos que oscilaban entre 480 y 6.630 kg. Se
produjeron barras a partir de estos lingotes de varias formas
mediante forja y forja con giro.
Los últimos seis aceros de la Tabla 2, los aceros
4X, 17X, 11X, 10X, 9X y 18X son materiales que fueron adquiridos en
el mercado por el solicitante, el cual analizó su composición
química.
Todos los aceros, excepto el QRO® 90, tienen un
contenido en cromo del orden del 5%. Otros aceros examinados se
diferencian los unos de los otros por tener diferentes contenidos en
silicona, molibdeno y vanadio principalmente. Esto aparece
ilustrado en la Fig. 1, que con un diagrama tridimensional ilustra
los contenidos nominales de silicona, molibdeno y vanadio de estos
aceros. Véase Tabla 1 en relación con los contenidos nominales.
Las dimensiones y también la dureza en estado de
recocido blando están indicadas en la Tabla 3.
Nº de acero | Dimensiones (mm) | Dureza (HB) |
A3 | 762 x 407 | 164 |
A3 | 762 x 305 | 162 |
A2 | 610 x 254 | 159 |
A2 | 610 x 203 | 164 |
A2 | 610 x 153 | 157 |
A2 | 508 x 127 | 163 |
A1 | \diameter 508 | 163 |
A1 | \diameter 350 | 156 |
A4 | 762 x 407 | 174 |
A5 | 762 x 305 | 159 |
A5 | 700 x 300 | 163 |
A6 | 610 x 102 | 170 |
A4 | \diameter 750 | 170 |
A6 | \diameter 270 | 170 |
A6 | \diameter 125 | 170 |
A6 | \diameter 80 | 170 |
16X | 500 x 110 | 192 |
1X | 762 x 305 | 174 |
TABLA 3
(continuación)
Nº de acero | Dimensiones (mm) | Dureza (HB) |
14X | 356 x 127 | 174 |
4X | 510 x 365 | 183 |
17X | -500 x 200 | 164 |
11X | 485 x 200 | 189 |
10X | 510 x 210 | 172 |
9X | 510 x 210 | 207 |
18X | 260 x 210 | 174 |
Investigaciones sobre la estructura indicaron que
el contenido en carburo principal era cero en todos los aceros con
la excepción de los aceros 11X y 9X, que contenían cantidades
significativas de carburos primarios y carbonitruros primarios. La
microestructura en estado de recocido blando en el centro de los
aceros A2, 610 x 203 mm, se muestra en la Fig. 2.
La resistencia al revenido tras la
austenitización a 1.025ºC/30 min y también la influencia del tiempo
de mantenimiento a 600ºC tras templarse a 1.025ºC/30 min. (1.010ºC
para el acero número 16X) y revenirse a 45 HCR se ilustra en el
diagrama de las Figs. 3 y 4. En este diagrama se muestra que el
acero de la invención A2 y el acero 9X tienen la mejor resistencia
al revenido. El acero A2 de la invención se vio menos afectado por
el tiempo de mantenimiento a 600ºC, mientras que el acero número 9X
perdió rápidamente su dureza. Esto es aplicable también al acero
número 10X.
Incluso la templabilidad fue muy buena en el
acero de la invención A2, como muestran los diagramas CCT y TTT de
las Figs. 5 y 6.
Las mediciones de tenacidad fueron llevadas a
cabo como pruebas de resiliencia Charpy en V frente a la temperatura
de prueba, y los resultados se muestran en las Figs. 7 y 8
respectivamente.
La Fig. 9 muestra la tenacidad al choque a
temperatura ambiente en muestras sin entalla frente a la dimensión
de la barra. Las curvas ilustran que el acero de la invención, A2,
tiene una tenacidad y una ductilidad superiores dentro de los
aceros investigados. Obsérvese que el acero número 4X en la Fig. 9
ha sido comprobado en la dirección TL1, lo cual proporciona un
valor 10% mayor que las muestras tomadas en la dirección ST2.
Se llevaron a cabo ensayos de tracción en
caliente a 600ºC en muestras que habían sido termotratadas a 45 HRC.
Los resultados se muestran en la Tabla 4 y en la Fig. 10. Teniendo
en cuenta esta propiedad, el acero de la invención tiene una
combinación de alta resistencia a la temperatura y ductilidad
significativamente mejor que los otros aceros estudiados.
Nº de acero | Dureza (HRC) | R_{p0,2} (Mpa) | R_{m} (Mpa) | A_{s} (%) | Z (%) |
A2 | 45,5 | 649 | 897 | 17 | 80 |
16X | 43,5 | 517 | 715 | 18 | 80 |
1X | 44,5 | 584 | 795 | 17 | 83 |
11X | 44,2 | 555 | 801 | 17 | 78 |
10X | 45,5 | 637 | 896 | 13 | 67 |
9X | 45,2 | 615 | 897 | 14 | 67 |
18X | 45,6 | 613 | 859 | 15 | 77 |
Ciertas propiedades críticas de los aceros
inventados están comparados en el diagrama polar de la Fig. 11. En
lo que respecta a la tenacidad, los aceros nº 11X y 9X presentan
altos contenidos en carburos primarios y carbonitruros, lo cual
reduce significativamente la tenacidad en estos dos aceros. El acero
nº 10X y, hasta cierto punto, también el acero nº 18X tienen una
tenacidad comparable a la del acero nº 1X, pero el acero de la
invención, A2, tiene una ductilidad y una tenacidad superiores.
Esto último ha sido confirmado a través de pruebas de forjado en
prensa a plena escala. En dichas pruebas, relativas al forjado de
componentes de cubos grandes de camiones, se usó un acero del tipo
H13 ``Premium'' y el acero A1 como material de la herramienta. El
número de componentes fabricados ascendía a 2.452 y 7.721 artículos
respectivamente. El modo de fractura de las herramientas H13
``Premium'' comprendía la rotura total, mientras que las
herramientas del acero A1 fueron apartados de servicio solamente
como resultado de deformación del plástico del diámetro interior de
la matriz.
El acero de la invención, A2, tiene pues el mayor
límite elástico, ductilidad (reducción del área) y templabilidad (en
lo que respecta a reducción de la dureza). La resistencia al
revenido es también muy buena en A2. De los aceros estudiados, el
acero de la invención, A2, es el que presenta mejores
características.
Sin que la invención quede ligada a ninguna
teoría en particular, se puede decir que estas propiedades
superiores pueden ser el resultado de los factores siguientes:
- una composición química equilibrada de
elementos que forman carburos como el cromo, el molibdeno y el
vanadio con la cual, y dándose una estructura inicial de recocido
en blando excelente para el temple posterior de la herramienta, se
consigue una templabilidad muy buena y una buena resistencia al
revenido y propiedades de resistencia a las altas temperaturas,
- falta de carburos primarios y/o carbonitruros
primarios del tipo MX en los que M es vanadio y X es carbón y/o
nitrógeno, por una elección óptima del contenido en carbono y
vanadio junto con un bajo contenido en nitrógeno,
- un contenido comparativamente alto en
molibdeno, un contenido en carbono relativamente bajo y un contenido
en silicona muy bajo, lo cual reduce la actividad del carbono y por
tanto la tendencia a la precipitación de la tenacidad reduciendo
los carburos primarios y las precipitaciones en contorno de
grano.
- un contenido bajo de elementos como el oxígeno,
el nitrógeno y el azufre, que da como resultado la tenacidad
reduciendo óxidos, nitruros y sulfuros.
- un bajo contenido en elementos que causan
fragilidad de temple, como el fósforo.
Claims (13)
1. Material de acero para herramientas de trabajo
en caliente caracterizado porque tiene una composición de
aleación que en porcentaje en peso consiste en:
0,3-0,4 C
0,2-0,8 Mn
4-6 Cr
1,8-3 Mo
0,4-0,6 V
hierro de equilibrio e impurezas metálicas y no
metálicas inevitables, comprendiendo dichas impurezas no metálicas
silicona, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre, que pueden estar
presentes en las siguientes cantidades
máximas:
un máximo de 0,25 Si
un máximo de 0,010 N
un máximo de 10 ppm O
un máximo de 0,010% en peso de P
un máximo de 0,010% en peso de S
2. Material de acero según la reivindicación 1,
caracterizado porque contiene un máximo de 0,20 Si.
3. Material de acero según la reivindicación 1,
caracterizado porque contiene un máximo de 0,010 S,
preferiblemente un máximo de 0,0010 S.
4. Material de acero según la reivindicación 1,
caracterizado porque contiene:
0,33-0,37 C
0,4-0,6 Mn
4,5-5,5 Cr y
1,8-2,5 Mo
5. Material de acero según la reivindicación 4,
caracterizado porque contiene 4,85-5,15 Cr y
2,2-2,4 Mo.
6. Material de acero según cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque
contiene un máximo de 0,008 N.
7. Material de acero según cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, caracterizado porque
contiene un máximo de 8 ppm O.
8. Material de acero según cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, caracterizado porque
contiene un máximo de 0,008 P.
9. Material de acero según cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, caracterizado porque
contiene un máximo de 0,0008 S.
10. Material de acero según cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, caracterizado porque
contiene 0,35 C, un máximo de 0,15 Si, 0,5 Mn, un máximo de 0,008
P, un máximo de 0,0008 S, 5 Cr, 2,3 Mo, 0,55 V, un máximo de 0,008
N, un máximo de 8 ppm O.
11. Material de acero según cualquiera de las
reivindicaciones 1-10, caracterizado porque
contiene un máximo de 0,05 Ti, preferiblemente un máximo de 0,01
Ti, un máximo de 0,1 Zr, preferiblemente un máximo de 0,02 Zr, un
máximo de 0,1 Nb, preferiblemente un máximo de 0,02 Nb.
\newpage
12. Material de acero según cualquiera de las
reivindicaciones 1-11, caracterizado porque
contiene un máximo de 0,008, preferiblemente un máximo de 0,005 Ti,
un máximo de 0,016, preferiblemente un máximo de 0,010 Zr, y un
máximo de 0,010, preferiblemente un máximo de 0,005 Nb.
13. Uso de un material de acero según cualquiera
de las reivindicaciones 1-12 para herramientas y
partes de herramientas para el forjado en prensa de metales.
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