Definiciones Fundamentales

Aceros Especiales

Aquellos aceros que deben sus propiedades a uno o más elementos de aleación, aparte del carbono.

Aceros para Herramientas

Aceros especiales de alta calidad utilizados específicamente para procesos de corte y formado. Se clasifican bajo el sistema AISI.

Clasificación AISI de Aceros para Herramientas

El sistema AISI (American Iron and Steel Institute) clasifica los aceros para herramientas según su composición y método de temple:

• W: Templados al agua.
• S: Resistentes al impacto.
• O: Templables al aceite.
• A: De media aleación y templables al aire.
• D: Alto carbono y alto cromo.
• H1-H19: Aceros para trabajo en caliente a base de cromo.
• H20-H39: Aceros para trabajo en caliente a base de tungsteno.
• H40-H59: Aceros para trabajo en caliente a base de molibdeno.
• T: Aceros rápidos al tungsteno.
• M: Aceros rápidos al molibdeno.
• P1-P19: Aceros de bajo carbono (para moldes).
• L: De baja aleación.
• F: Al carbono y tungsteno.

Influencia de los Elementos de Aleación en el Acero

La adición de elementos específicos modifica drásticamente las propiedades mecánicas y químicas del acero:

Níquel (Ni)

• Aumenta la elasticidad y la tenacidad.
• Incrementa la resistencia de los aceros recocidos.
• Convierte en austeníticos los aceros de alto cromo.

Cromo (Cr)

• Aumenta la templabilidad.
• Mejora la resistencia a la abrasión y al desgaste.
• Aumenta la resistencia a la corrosión y oxidación.
• Incrementa la resistencia a altas temperaturas.

Molibdeno (Mo)

• Aumenta la templabilidad.
• Contrarresta la fragilidad de revenido.
• Mejora la resistencia en caliente.

Wolframio (W)

• Forma carburos duros resistentes al desgaste a elevadas temperaturas.
• Mejora la dureza a elevadas temperaturas de los aceros.

Vanadio (V)

• Dificulta el crecimiento de grano en los aceros durante los calentamientos.
• Aumenta la templabilidad al encontrarse disuelto.
• Dificulta el ablandamiento en el revenido y da lugar al fenómeno de dureza secundaria.

Manganeso (Mn)

• Aumenta la templabilidad, siendo su empleo muy económico.
• Contrarresta la fragilidad en caliente causada por el azufre.
• Actúa como desoxidante.

Silicio (Si)

• Elemento desoxidante.
• Mejora la templabilidad en aceros no grafitizantes.
• Aumenta la resistencia de aceros bajos en carbono.

Fósforo (P)

• Aumenta la resistencia y dureza en aceros con poco carbono.
• Mejora en ciertos casos la maquinabilidad.
• Mejora la resistencia a la corrosión.

Cobalto (Co)

• Mejora la dureza en caliente al aumentar la dureza de la ferrita.
• Utilizado para fabricar imanes, a menudo en combinación con cromo y wolframio.

Aluminio (Al)

• Posee acción desoxidante.
• Limita el crecimiento de grano por formación de óxidos y nitruros.
• Es el elemento aleado fundamental de ciertos aceros de nitruración.

Titanio (Ti)

• Fija el carbono en forma de partículas inertes.
• Reduce la dureza martensítica y la templabilidad.
• Dificulta la formación de austenita en aceros altos en cromo.
• Evita la pérdida de cromo en zonas de los aceros inoxidables.

Boro (B)

• Intensifica la templabilidad.

Propiedades Comparativas de los Aceros Especiales

Templabilidad

Capacidad de los aceros de adquirir dureza como resultado de la acción del temple.

Indeformabilidad

Capacidad de los aceros para mantener su forma y, fundamentalmente, sus dimensiones cuando se someten a temple y revenido.

Tenacidad

Capacidad de los materiales de absorber energía. En aceros especiales, es la capacidad que tienen de recibir golpes sin llegar a la rotura.

Dureza en Caliente

Esta capacidad es relativa a la propiedad que tienen algunos aceros especiales de conservar su forma y resistencia aun a altas temperaturas de trabajo.

Resistencia al Desgaste

Todos los aceros tienen relativamente buena resistencia al desgaste, pero algunos aceros especiales tienen como característica relevante su resistencia a la abrasión y/o pérdida de tolerancia. Esta propiedad está ligada al nivel de carburos no disueltos que posee el acero.

Maquinabilidad

Capacidad del material para ser mecanizado libremente y producir un buen acabado después de la operación. Tomando como referencia un acero de libre maquinabilidad (ejemplo: AISI 1112), la mayoría de los aceros especiales tienen baja maquinabilidad, como máximo un 30% de la referencia. La relación en tablas considera como nivel óptimo el de los aceros tipo W.

Resistencia a la Descarburación

La descarburación es la pérdida de carbono en la superficie de los aceros durante un tratamiento térmico. En los aceros especiales para herramientas, este efecto debe ser más considerado, pues la herramienta debe ser usada tal cual sale del tratamiento térmico (TT).

Procesos Metalúrgicos Avanzados

Pulvimetalurgia en Aceros Especiales

Este método de microcoladas al vacío ofrece ventajas significativas:

• Distribución uniforme de carburos.
• Tamaño pequeño de carburos.
• Composición química uniforme en la sección transversal y longitudinal.
• Uniformidad mejorada y ausencia de segregación.

Deposición Física de Vapor (PVD) con Nitruro de Titanio

Proceso: Consiste en aplicar titanio vaporizado en un plasma de argón y nitrógeno. Se incorpora una capa fina de nitruro de titanio que se adhiere a la superficie de las herramientas, sin alterar su forma. Se realiza en una cámara de alto vacío a 450 °C.

Beneficios:

• Reduce el desgaste.
• Mejora el acabado superficial.
• Protege contra la erosión, corrosión, fricción y abrasión.

Aceros Inoxidables

Definición y Resistencia a la Corrosión

La propiedad de resistencia a la corrosión se debe a una película delgada, adherente y estable de óxido de cromo y/o de níquel que protege al acero contra muchos medios corrosivos. Esta resistencia se evidencia cuando el contenido de cromo supera el 10%.

Tipos de Aceros Inoxidables

Austeníticos

• Series: AISI 300 y, en menor proporción, Serie 200.
• Propiedades: Son los de mayor resistencia a la corrosión y a la temperatura.
• Endurecimiento: No se endurecen por tratamiento térmico (mantienen estructura austenítica a temperatura ambiente).
• Magnetismo: No son magnéticos.

Ferríticos

• Series: AISI 400.
• Propiedades: Menor resistencia a la corrosión que los austeníticos. Aleados al cromo, pero sin níquel.
• Endurecimiento: No son endurecibles por tratamiento térmico (estructura ferrítica a temperatura ambiente).
• Magnetismo: Son magnéticos.

Martensíticos

• Series: AISI 410, 420, 440.
• Propiedades: Menor resistencia a la corrosión que los austeníticos. Aleados al cromo y algo de carbono (hasta un 1%).
• Endurecimiento: Templables y endurecibles por tratamiento térmico, logrando martensita.
• Magnetismo: Son magnéticos.

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