Aceros para trabajo en caliente

El trabajo en caliente se refiere a los procesos de manufactura industrial que se realizan a temperaturas superiores a las de recristalización. Entre otros son: Laminado, extrusión, forja, inyección de metales.



Matriz de extrusión de aluminio sometida a nitruración por plasma.





¿Qué es recristalización?

Cuando un metal se deforma en frío aumenta su dureza y por lo tanto su resistencia. Microscópicamente, hay un estiramiento de los granos que conforman el metal y esto aumenta su energía interna, es decir, aumenta las tensiones. Si hay un calentamiento hasta una temperatura suficientemente alta, lo primero que ocurre es un alivio de las tensiones y seguidamente se da un “nacimiento” de nuevos granos en los límites de los granos que habían sido deformados. Estos nuevos granos nacen sin tensiones y sin deformaciones. Este fenómeno que ocurre en caliente se denomina recristalización. Así que después de la recristalización los metales disminuyen la dureza y su resistencia mecánica es menor.


La temperatura de recristalización de un metal es de aproximadamente 1/2 de su temperatura de fusión (Tf). En la práctica, el trabajo en caliente usualmente se realiza a temperaturas superiores a 0,5Tf.


El nivel de las temperaturas de recristalización de algunos metales:

  • Aluminio aleado: 315 °C

  • Cobre puro: 121 °C

  • Cobre aleado: 371 °C

  • Hierro: 450°C

  • Acero bajo carbono: 538 °C


En el caso de los aceros, convencionalmente, en el medio industrial se denomina como trabajo en caliente cuando la temperatura está entre 200 y 650 °C.

Sin embargo, en procesos tales como inyección de metales los moldes superan ese rango de temperatura ampliamente ( 600 - 700 °C). También en extrusión de aleaciones de cobre (bronces y latones), se dan situaciones semejantes.


Aceros para trabajo en caliente


De acuerdo con la clasificación AISI / SAE son los que en su denominación se inicia con H. Hay con base en Cromo, Tungsteno y Molibdeno


  • Con base en Cromo: H1 a H19

  • Con base en tungsteno: H20 a H39

  • Con base en Molibdeno: H40 a H50


Afortunadamente en la industria mundial se trabajan unos pocos de estos, concretamente los que se basan en el Cromo: H10, H11, H13 y algunos que se comercializan con marcas registradas por productores que no clasifican en las composiciones químicas de la AISI / SAE, pero si son muy cercanas a estas.


En Colombia, se consiguen aceros de tipo H, con las siguientes marcas: Orvar Supreme, Dievar, QRO-90; W302,W360; T 2367 y T 2344.


Se ofrecen con algunas características físicas importantes para el desempeño, tales como: con electrorefinación de escorias, con refinación de grano, con carburos pequeños y redondeados, blandos en estado de entrega. Todo esto para que el usuario pueda tener: alta resistencia en caliente, buena resistencia a los choques térmicos, buena resistencia a la fatiga térmica, buena maquinabilidad, excelente respuesta al tratamiento térmico, estabilidad dimensional, facilidad de endurecimiento superficial y aptitud de soldadura.

Mecanibilidad o facilidad para ser mecanizado:

La capacidad de mecanizado de los aceros para trabajo en caliente se ve influenciada principalmente por la pureza del acero y la dureza. Para el mecanizado, la estructura óptima es la que cuenta con distribución uniforme de carburos esferoidales en una estructura ferrítica, con recocido blando y con la dureza más baja posible : 160-180 HB.


Respuesta al tratamiento térmico:

El tratamiento térmico es absolutamente necesario en las herramientas para aportar la máxima resistencia al límite elástico (para evitar deformación en el trabajo), resistencia al revenido (capacidad de soportar altas temperaturas sin perder su resistencia mecánica), tenacidad y ductilidad.


En el tratamiento térmico de los aceros para trabajo en caliente, a mayor temperatura de austenización, mejores propiedades adquiere el acero para su desempeño.


El acero para trabajo en caliente adquiere su dureza, incluso, desde 980°C, pero si en vez de esta, se hace austenización a 1.050 °C, el rendimiento del acero mejora notablemente: aumenta el límite elástico, la resistencia al revenido y se reduce la tendencia a la fatiga térmica.


Como contraparte, si se excede la temperatura de austenización, se incrementa el riesgo de crecimiento de grano y puede reducir la tenacidad y la ductilidad. Pero un adecuado manejo del tiempo de sostenimiento a la alta temperatura, disminuye este riesgo.


La velocidad de enfriamiento durante el temple debe ser la mayor posible. Si la velocidad de enfriamiento es baja, la herramienta sometida a temple tiene muy buena estabilidad dimensional, pero la posibilidad de formación de carburos en los límites de grano es alta, lo cual es indeseable para el comportamiento del acero: reduce la tenacidad.


Después del temple las piezas deben ser sometidas a revenido. Este alivia las tensiones de temple y adecúa la dureza deseada. Deben realizarse mínimo dos revenidos y en ocasiones tres, dependiendo de la complejidad de la pieza y de la cantidad de tensiones que se han acumulado en el proceso de temple.


Facilidad de respuesta a los tratamientos de superficie:

Los tratamientos de superficie, tal como la nitruración por plasma, tienen un efecto favorable sobre la resistencia al desgaste de las herramientas para trabajo en caliente.


Los aceros para trabajo en caliente, adquieren una dureza superficial mayor a 90 R15N (es decir, mayor a 60 HRc). Con esto aumenta la resistencia al desgaste y a la erosión. Sin embargo la capa nitrurada es frágil y puede agrietarse o romperse ante choques mecánicos o térmicos.


Adaptado por: Ing. Jose Domingo Guerra, para TRATAR SAS


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