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Scientia et Technica Año XVIII , Agosto de 2018. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701

Acero para herramientas AISI W2 - Templado en agua y recocido Tool steel AISI W2 - Water tempering and annealing. Autor 1: Jhon Mario Martinez Benavides, Autor 2: Angie Dahianna Martinez Corrales Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia Correo-e: [email protected] – [email protected]

Resumen— Se presentará el acero para herramientas AISI W2, con sus respectivas propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, composición química, respectivos tratamientos térmicos y aplicaciones en la industria. Palabras clave— Acero para herramientas endurecidas en agua, bajo contenido de carbón, endurecimiento superficial, mediano o profundo. Abstract— The AISI W2 tool steel will be presented, with its respective mechanical, thermal, electrical, chemical composition, respective thermal treatment and industry applications. Key Word —Steel for tools hardened in water, low carbon content, surface hardening, medium or deep.

I.

INTRODUCCIÓN

Los tres tipos de aceros herramienta endurecidos en agua considerados (Wi, W2, W5) son esencialmente aceros al carbón y están entre los aceros herramienta menos caros. Como una clase, estos aceros son relativamente bajos en dureza, aunque son arbitrariamente clasificados y están disponibles como aceros de bajo espesor de dureza, de media dureza, y de tipos de dureza muy profunda, excepto en tamaños muy pequeños los aceros W endurecerán con una envoltura muy dura y un núcleo muy suave. Esta baja dureza es frecuentemente una ventaja, debido a esto se permite obtener las propiedades de núcleo duro en combinación con la dureza de alta superficie. Están disponibles en un rango de contenido de carbón, permitiendo la dureza máxima con un contenido de carbón o la máxima resistencia usable con un amplio contenido de carbón, dependiendo para lo que se haya planeado usar. Los aceros para herramientas de temple al agua (clase W) tienen un contenido entre 0,60 y 1,40 % de C. Son aceros de bajo costo, buena tenacidad y maquinabilidad, pero de temple poco profundo, lo que los hace inadecuados para condiciones donde se requiere que no haya deformación (debido a la facilidad de combadura de estos aceros). La resistencia al reblandecimiento por temperatura es deficiente. Se utilizan en limas, cinceles, martillos, y troqueles de forja.

II. CONTENIDO 1) COMPOSICION QUIMICA Este acero presenta una diversidad de componentes, los porcentajes de dichos componentes dependen del fabricante. % Hierro Fe 97.24 - 99.05 Carbono C 0.85 – 1.50 Manganeso Mn 0.10 – 0.40 Silicon Si 0.10 – 0.40 Tungsteno W 0.15 max. Molibdeno Mo 0.10 max. Cromo Cr 0.15 max. Vanadio V 0.15 – 0.35 Cobre Cu 0.20 max. Níquel Ni 0.20 max. Fosforo P 0.030 max. Azufre S 0.030 max. Tabla N°1 – Composición química del AISI W2 2) PROPIEDADES MECANICAS Son propiedades físicas que describen el comportamiento de un material sólido al aplicarle fuerzas de tracción, compresión, torsión, entre otras. Propiedades mecánicas

Métrico

Inglés

Resistencia a la tracción, definitiva

1800 MPa

261000 psi

Resistencia a la tracción, rendimiento

1625 MPa

235700 psi

Elongación en Break

7.0%

7.0%

Módulo de elasticidad

205 GPa

29700 ksi

Módulo de volumen

160 GPa

23200 ksi

El coeficiente de Poisson

0.28

0.28

Maquinabilidad

40%

40%

Módulo de corte

80.0 GPa

11600 ksi

Tabla N°2 – Propiedades mecánicas del AISI W2

Scientia et Technica Año XVIII, Agosto de 2018. Universidad Tecnológica de Pereira.

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3) PROPIEDADES ELECTRICA Las Propiedades eléctricas de los materiales son las que determinan el comportamiento de un determinado material al pasar por él la corriente eléctrica. Métrica Resistividad 3x10-5 ohm-cm a 20°C eléctrica Tabla N°3 – Propiedades eléctricas del AISI W2

6) CARACTERISTICAS Capaz de endurecer en superficies de alta dureza y núcleos suaves lo cual es usual en algunas aplicaciones de choque. Los aceros para herramienta de bajo costo con muy buena resistencia de uso conforme el contenido de carbón se incrementa. Templados en agua con pobre estabilidad dimensional. Uso limitado para secciones que sean uniformes con la mínima cantidad de elevadores de tensión ó la fractura de templado puede ocurrir. FORJA

4) PROPIEDADES TERMICAS Las Propiedades térmicas de los materiales son las que determinan el comportamiento de los materiales frente al aumento de temperatura, es decir, el comportamiento de éstos frente al calor. Propiedades térmicas CTE, lineal

Capacidad de calor específica

Conductividad térmica

Métrico

Inglés

10.4 μm / m- ° C

5,78 μin / ° ° F

@Temperatura 20.0 100 ° C 12.2 μm / m- ° C

@Temperatura 68,0 - 212 ° F 6.78 μin / ° ° F

@Temperatura 0.000 - 300 ° C 13.8 μm / m- ° C

@Temperatura 32.0 - 572 ° F 7.67 μin / ° ° F

@Temperatura 0.000 - 500 ° C 0.461 J / g- ° C

@Temperatura 32.0 - 932 ° F 0.110 BTU / lb- ° F

@Temperatura 0.000 - 100 ° C 48.0 W / mK

@Temperatura 32.0 - 212 ° F 333 BTU-in / hrft²- ° F

Tabla N°4 – Propiedades térmicas del AISI W2 5) PROPIEDADES DE PROCESAMIENTO Temperaturas recomendadas para el tratamiento térmico realizado en el material. Métrico Inglés Comentarios Temperatura de procesamiento

Temperatura de recocido

175 345 ° C

347 - 653 ° F

Temperatura de templado

760 845 ° C

1400 1550 ° F

Temperatura de endurecimiento

740 790 ° C

1360 1450 ° F

Tabla N°5 – Temperaturas de procesamiento

Para comenzar la forja a 1800 a 1950°F (980 a I065SC), use el rango de temperatura más elevada para 0.60 a 1.25 C, y el rango de temperatura menor para 1.25 a 1.50 C, no forjar más bajo de 1500 ° F (815 ° C).

PRACTICA RECOMENDADA PARA EL TRATAMIENTO TERMICO. -NORMALIZADO:

Rango de Carbono % 0.70 – 0.90 0.90 – 1.00 1.00 – 1.10 1.10 – 1.30

Normalizado Temperatura °F 1450 – 1525 1475 – 1550 1500 – 1575 1500 – 1650

Tabla N°6 – Temperaturas de normalizado según porcentaje de carbono presente en el material. Después de un calentamiento uniforme, el tiempo de espera varía de aproximadamente 15 min. en secciones pequeñas alrededor de 1 hora. para las secciones largas. El trabajo es enfriado desde la temperatura en el aire. -RECOCIDO:

Rango de Carbono % 0.70 – 0.90 0.90 – 1.00 1.00 – 1.10 1.10 – 1.30

Recocido Temperatura °F 1400 – 1450 1375 – 1425 1375 – 1425 1375 – 1425

Tabla N°7 – Temperatura de recocido según porcentaje de carbono presente en el material.

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Úsese el límite menor para las secciones pequeñas y el límite superior para las secciones largas. El tiempo de mantenimiento varía al menos 20 min. para secciones de 1 pulgada (25mm) a 2H horas por secciones de 8 pulgadas (203 mm)). Para recocido empaquetado manténgase por 1 hora por pulgada de sección cruzada. Enfriara un rango máximo de 500 F (28 ° C) por hora hacía a bajo de 1000°F (540 X), después de lo cual el enfriamiento ya no es necesario. La dureza después del recocido, 156 a 201 HB. -LIBERACION DE ESFUERZOS LIBERACION DE TENSION. (OPCIONAL): Calentar a 1200 a 1250° F (650 a 6750 C) y mantener por 1 hora por pulgada de sección cruzada (mínima por 1 hora). Enfriar en el aire. -ENDURECIMIENTO: El precalentado es necesario solamente para secciones intrincadas o secciones largas donde las temperaturas podrían diferir apreciablemente de la superficie al centro. Calentar lentamente a 1400' F a 1550 ° F (760 a 8454 C), usando el final superior del rango de temperatura para contenidos de bajo carbono y el final inferior del rango de temperatura para contenidos de alto carbono. Usando temperatura hacía el final superior del rango de temperatura incrementará la dureza. El austenizado en secciones pequeñas por 10 min. y secciones largas por 30 min. Templar en agua agitada o salmuera. Un rocío dirigido en una configuración de ranura, tal como una cavidad muerta, o en el final de un punzón de trabajo es usualmente usado para obtener la máxima dureza y la tensión comprimida residual en un área deseada. La dureza aproximada por templado, 65 a 68 MRC.

Rango de carbono 0.70 – 0.90 0.90 – 1.00 1.00 – 1.10 1.10 – 1.30

Temple Temperatura °F 1425 – 1475 1425 – 1475 1400 – 1450 1390 – 1425

Tabla N°8 – Temperatura de temple según porcentaje de carbono presente en el material.

-REVENIDO: Revenir inmediatamente después de endurecer, preferiblemente antes de que la herramienta alcance la temperatura del cuarto, aproximadamente 120 °F (49 ° C) es óptimo. Permitiendo a las herramientas templadas permanecer en la temperatura del cuarto o colocarlas en un horno frío la lleva a la ruptura. Por lo tanto, colocar las herramientas en un homo tibio de 200 a 250 ° F (94 a 120 ° C) inmediatamente después del templado y traerlo a la temperatura de revenido con el homo. Con excepción de piezas largas, el trabajo se calentará aproximadamente al mismo rango que el del homo. Revenir a temperatura no menores de 350 ° F (175 ° C) y arriba de aproximadamente 650°F(345°C). Una hora de temperatura es usualmente adecuada; el tiempo de impregnación térmica adicional

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disminuirá más adelante la dureza. Un doble revenido puede ser requerido. Las bajas temperaturas usadas en el revenido eliminan la necesidad para el control de la atmósfera. Dureza aproximada por el revenido, 50 a 64 HRC. SECUENCIA RECOMENDADA PARA EL PROCESO: • NORMALIZADO • MAQUINA DE RUGOSIDAD • LIBERACION DE TENSION(OPCIONAL) • MAQUINA DE ACABADO • RECALE NT AMIENTO • AUSTEN IZADO • TEMPLADO • REVENIDO (DOBLE REVENIDO OPCIONAL) • ESMERILADO PARA EL TAMAÑO Temperatura °F TEMPLADO 300 400 500 600

Dureza ROCKWELL C 67 64 61 59 55

Tabla N°9 – Durezas según temperatura de temple. 7) APLICACIONES Los aceros para herramientas se usan en aplicaciones tales como: -Corte -Cizallamiento -Trefilado -Formado -Extrusión -Laminado -Recalcado Cada una de estas operaciones requiere una propiedad física particular o un conjunto de características metalúrgicas (dureza, resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste, maquinabilidad, templabilidad, resistencia al reblandecimiento por calor, etc.) para tener un rendimiento óptimo. El material para estos aceros debe ser seleccionado cuidadosamente, asegurándose en la colada de la homogeneidad de esta. Normalmente son fundidos en hornos eléctricos por la limpieza del proceso, por la mayor precisión que permite de los parámetros de fundición y por la mayor economía en tonelajes pequeños. SAE y AISI han clasificado los aceros para herramientas en seis grupos o clases, en función al método de enfriamiento por inmersión que se da al acero (templado al agua, resistente al impacto, trabajo en frío, trabajo en caliente, alta velocidad y usos especiales). Grandes fabricantes de aceros de herramientas y herramientas tienen

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sus propios estándares e identificaciones, tanto del acero como de las dimensiones y tamaños en que se proveen.

III. REFERENCIAS [1]. http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx? matguid=f5b12e249cae49cb80d0f9cb5946e2ca&ckck=1 [2]. http://www.tslima.com/documentos/TSLima%20%20Barras%20Acero%200120.pdf [3]. http://eprints.uanl.mx/421/1/1020118272.PDF [4]. CES Edupack 2013