Acero Herramienta H13
El acero AISI H13 es un acero para trabajo en caliente de la serie H de la clasificación AISI, que se distingue por su combinación de cromo‑molibdeno‑vanadio. Este material ofrece alta templabilidad, excelente resistencia a la fatiga térmica y buena tenacidad tanto en caliente como en frío, características que lo convierten en el acero herramienta más utilizado en aplicaciones de moldes y matrices sometidos a ciclos térmicos severos.
Composición química
Sección titulada «Composición química»La composición química nominal del H13, con valores en porcentaje en peso, se define por los siguientes rangos.
| Elemento | Contenido (%) |
|---|---|
| Carbono, C | 0.32 – 0.45 |
| Manganeso, Mn | 0.20 – 0.50 |
| Silicio, Si | 0.80 – 1.20 |
| Cromo, Cr | 4.75 – 5.50 |
| Molibdeno, Mo | 1.10 – 1.75 |
| Vanadio, V | 0.80 – 1.20 |
| Níquel, Ni | ≤ 0.30 |
| Cobre, Cu | ≤ 0.25 |
| Fósforo, P | ≤ 0.030 |
| Azufre, S | ≤ 0.030 |
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»A temperatura ambiente (20 °C) la densidad del H13 es de 7.80 g/cm³ (0.282 lb/in³) y su punto de fusión se sitúa en 1427 °C (2600 °F).
| Propiedad | Métrico | Imperial |
|---|---|---|
| Densidad a 20 °C | 7.80 g/cm³ | 0.282 lb/in³ |
| Punto de fusión | 1427 °C | 2600 °F |
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»Los valores de resistencia varían sensiblemente con el estado de tratamiento térmico; en condición de temple y revenido la resistencia última a tracción puede situarse entre 1200 y 1590 MPa (174 – 231 ksi).
| Propiedad | Estado recocido | Temple y revenido (45‑50 HRC) |
|---|---|---|
| Resistencia a tracción, última | 680 MPa (99 ksi) | 1200 – 1590 MPa (174 – 231 ksi) |
| Límite elástico, 0.2 % | 450 MPa (65 ksi) | 1000 – 1380 MPa (145 – 200 ksi) |
| Reducción de área | 55 % | 50 % |
| Módulo de elasticidad | 207 GPa (30 000 ksi) | 215 GPa (31 200 ksi) |
| Coeficiente de Poisson | 0.27 – 0.30 | 0.27 – 0.30 |
| Dureza Brinell (HB) | 190 – 230 HB | 420 – 480 HB (equivalente) |
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»El coeficiente de dilatación térmica entre 20 °C y 100 °C es 10.4 × 10⁻⁶ /°C (5.8 × 10⁻⁶ /°F) y la conductividad térmica a 215 °C alcanza 28.6 W/m·K (199 BTU·in/h·ft²·°F).
| Propiedad | Condición | Valor métrico | Valor imperial |
|---|---|---|---|
| Coeficiente de expansión térmica (20‑100 °C) | — | 10.4 × 10⁻⁶ /°C | 5.8 × 10⁻⁶ /°F |
| Conductividad térmica a 215 °C | — | 28.6 W/m·K | 199 BTU·in/h·ft²·°F |
Designaciones equivalentes
Sección titulada «Designaciones equivalentes»Existen numerosas equivalencias internacionales para el acero H13; las más habituales se recogen a continuación.
| Norma / País | Designación |
|---|---|
| DIN / Alemania | 1.2344 (X40CrMoV5-1) |
| JIS / Japón | SKD61 |
| AFNOR / Francia | Z 40 COV 5 |
| BS / Reino Unido | BH 13 |
| UNS / EE. UU. | T20813 |
| AMS / EE. UU. | 6408 |
| ISO | X40CrMoV5‑1 |
Tratamiento térmico
Sección titulada «Tratamiento térmico»El ciclo típico de tratamiento térmico para H13 incluye un precalentamiento escalonado hasta 816 °C (1500 °F) antes de la austenización, seguido de temple en aceite o al vacío y revenido doble para estabilizar la dureza.
| Operación | Temperatura | Medio de enfriamiento | Dureza resultante |
|---|---|---|---|
| Recocido de ablandamiento | 845 – 870 °C (1550 – 1600 °F) | Horno (enfriamiento lento) | ≤ 229 HB |
| Precalentamiento | 650 – 815 °C (1200 – 1500 °F) | — | — |
| Austenización (temple) | 1010 – 1040 °C (1850 – 1905 °F) | Aceite, gas o vacío | 54 – 56 HRC (antes de revenir) |
| Revenido (primero) | 530 – 650 °C (985 – 1200 °F) | Aire | 44 – 52 HRC (según temperatura) |
| Revenido (segundo) | 20 °C por debajo del primero | Aire | Ajuste final de dureza y tenacidad |
Fabricación
Sección titulada «Fabricación»Dentro de los aceros herramienta, la maquinabilidad del H13 en estado recocido equivale al 75 % de la correspondiente a los aceros del grupo W, lo que permite mecanizado convencional con herramientas de metal duro.
El acero H13 se forja en el intervalo de 900 a 1120 °C (1650 – 2050 °F). Después de la forja es necesario un enfriamiento lento en vermiculita o arena para evitar grietas, seguido de un recocido de ablandamiento.
Soldadura
Sección titulada «Soldadura»El H13 es soldable siempre que se apliquen procedimientos adecuados. Se recomienda precalentar la pieza entre 300 y 400 °C (572 – 752 °F), utilizar electrodos de composición similar y realizar un tratamiento postsoldadura de alivio de tensiones a 530 – 560 °C.
Aplicaciones
Sección titulada «Aplicaciones»Gracias a su combinación de resistencia en caliente, tenacidad y resistencia al choque térmico, el H13 se emplea mayoritariamente en la fabricación de matrices y herramientas sometidas a ciclos térmicos y mecánicos intensos.
| Industria | Componentes típicos |
|---|---|
| Fundición a presión | Machos, matrices para aluminio, magnesio y zinc |
| Extrusión de metales no férreos | Dados, mandriles y bloques de extrusión para aluminio |
| Forja en caliente | Estampas, contramatrices y expulsores |
| Inyección de plásticos | Matrices para plásticos reforzados o de alta temperatura |
| Trabajo en frío | Cuchillas de corte, punzones y matrices de acuñación |
Comparativa con materiales similares
Sección titulada «Comparativa con materiales similares»Frente a otros aceros para trabajo en caliente como el H11 (1.2343) o el H21, el H13 presenta una tenacidad superior y una mejor resistencia al agrietamiento térmico.
| Propiedad | H13 (1.2344) | H11 (1.2343) | H21 |
|---|---|---|---|
| Contenido de carbono (%) | 0.32 – 0.45 | 0.33 – 0.41 | 0.26 – 0.36 |
| Contenido de vanadio (%) | 0.80 – 1.20 | 0.30 – 0.50 | 0.30 – 0.60 |
| Tenacidad relativa | Alta | Media‑alta | Media |
| Resistencia al revenido hasta | 540 °C | 520 °C | 480 °C |
| Principales usos | Die casting, extrusión | Forja, dummies | Laminación, calibres |
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la dureza típica del H13 después del temple y revenido?
Sección titulada «¿Cuál es la dureza típica del H13 después del temple y revenido?»Después de un temple a 1020 °C y revenido en el rango de 530‑650 °C, el H13 alcanza durezas entre 44 HRC y 52 HRC, dependiendo de la temperatura exacta de revenido.
¿Hasta qué temperatura puede trabajar el H13 en servicio continuo?
Sección titulada «¿Hasta qué temperatura puede trabajar el H13 en servicio continuo?»El H13 conserva valores útiles de dureza y resistencia hasta aproximadamente 540 °C en servicio continuo, aunque puede soportar picos más elevados en ciclos cortos.
¿Cómo afecta el revenido a la resistencia a tracción?
Sección titulada «¿Cómo afecta el revenido a la resistencia a tracción?»A medida que la temperatura de revenido sube de 500 °C a 650 °C, la resistencia última a tracción disminuye de unos 1590 MPa a 1200 MPa, incrementando la tenacidad.
¿Es posible nitrurar el H13?
Sección titulada «¿Es posible nitrurar el H13?»Sí, el H13 acepta tratamientos de nitruración, gas o iónica, logrando capas superficiales con dureza superior a 900 HV (≈68 HRC), lo que mejora notablemente su resistencia al desgaste.
¿Cuál es la temperatura de recocido recomendada?
Sección titulada «¿Cuál es la temperatura de recocido recomendada?»El recocido de ablandamiento se realiza entre 845 °C y 870 °C con enfriamiento lento en horno, obteniendo una dureza máxima de 229 HB.
¿Con qué materiales compite directamente el H13?
Sección titulada «¿Con qué materiales compite directamente el H13?»El H13 compite con aceros como el H11 y el 1.2367 (X38CrMoV5‑3) en aplicaciones de die casting y extrusión; se diferencia de ellos por su mayor contenido de vanadio, lo que le confiere mejor resistencia al desgaste y a la fatiga térmica.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=9107
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/engineering-materials-properties-d_1225.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/steel_composition_eu.php?name_id=989