Acero SKD61: Propiedades del material, tratamiento térmico y aplicaciones en caliente

El acero SKD61 es uno de los aceros para herramientas de trabajo en caliente más populares, ya que presenta un equilibrio contrastado entre resistencia a altas temperaturas, estabilidad a altas temperaturas y una respuesta fiable al tratamiento térmico. Se trata de un acero aleado con cromo, molibdeno y vanadio que es fácil de mecanizar y no resulta demasiado caro. Además, no se ablanda ni se agrieta al calentarse. Este artículo aborda las propiedades del material, los principios del tratamiento térmico y los usos habituales del acero SKD61 en el trabajo en caliente. Ayuda a los ingenieros y fabricantes a saber cuándo es la mejor opción y cuándo podrían ser más adecuados otros materiales.

¿Qué es el acero SKD61? — Qué es, cómo se clasifica y cuáles son las normas

Las Normas Industriales Japonesas (JIS) establecen las especificaciones para el acero SKD61, un acero para herramientas de trabajo en caliente de cromo-molibdeno-vanadio (Cr-Mo-V). Está diseñado para herramientas que deben soportar altas temperaturas, ciclos térmicos y cargas mecánicas repetidas sin ablandarse ni agrietarse rápidamente. En la práctica, el SKD61 se elige para trabajos en los que las herramientas se calientan, se enfrían y vuelven a calentarse miles de veces a lo largo de su vida útil.

Clasificación de los materiales y la familia de aceros para trabajos en caliente

El SKD61 es un tipo de acero para herramientas de trabajo en caliente que pertenece a la familia de los aceros para herramientas. Se caracteriza por su capacidad para mantener su resistencia y tenacidad a altas temperaturas. Su sistema de aleación de Cr-Mo-V le confiere:

• Resistencia a altas temperaturas y resistencia al ablandamiento por calentamiento

• Resistencia a la fatiga térmica, lo que evita la aparición de grietas por calor cuando el calentamiento se realiza de forma cíclica

• Capacidad para endurecerse al aire, lo que facilita el control dimensional en matrices de gran tamaño

Este comportamiento difiere considerablemente del de los aceros para herramientas de trabajo en frío, como el SKD11. El SKD11 es más resistente al desgaste y más duro a temperatura ambiente, mientras que el SKD61 sacrifica parte de su resistencia al desgaste a cambio de ganar estabilidad térmica y resistencia a la fisuración. Se trata de una compensación necesaria en entornos de trabajo en caliente, como la fundición a presión y el forjado en caliente.

Normas internacionales y equivalentes en acero

Mucha gente cree que el SKD61 es equivalente a varias calidades internacionales:

• AISI H13 (en EE. UU.)

• DIN / EN 1.2344 (en Europa)

• GB 4Cr5MoSiV1 (China)

Estos grados comparten objetivos similares en cuanto al diseño de sus aleaciones y a la variedad de aplicaciones a las que pueden destinarse, pero el hecho de que sean equivalentes no significa que vayan a ofrecer el mismo rendimiento. La tenacidad, la vida útil frente a la fatiga térmica y la uniformidad pueden verse afectadas por diferencias en los rangos de composición, la pureza del acero, los procedimientos de fundición y las recomendaciones estándar de tratamiento térmico.

Nota sobre ingeniería y aprovisionamiento: A la hora de adquirir material a nivel mundial, es importante especificar no solo el grado, sino también el estado de tratamiento térmico, el nivel de calidad y la capacidad del proveedor. De este modo, el SKD61 podrá ofrecer el rendimiento esperado en trabajos en caliente durante su uso.

La composición química del acero SKD61 y sus funciones de aleación

El rendimiento del acero SKD61 en aplicaciones de forja en caliente se debe a un sistema de aleación de Cr–Mo–V cuidadosamente equilibrado que le confiere resistencia, resistencia a la fatiga térmica y tenacidad cuando se ve sometido a cargas térmicas y mecánicas repetidas. La composición del SKD61 está diseñada para evitar que se ablande y se agriete a altas temperaturas, y no para que sea lo más duro posible a temperatura ambiente.

Rango típico de composición química del SKD61 (wt%)

Los rangos varían ligeramente en función de la norma y del proveedor.

Cómo los elementos de aleación aportan resistencia y tenacidad a los materiales cuando están calientes

Cromo (Cr) — Dureza y resistencia al calor El cromo garantiza que las secciones grandes de la matriz se endurezcan de manera uniforme y contribuye a que resistan la oxidación a altas temperaturas.

• Efecto microestructural: Mantiene estable la martensita templada y favorece la formación de carburos ricos en cromo.

• Significado en ingeniería: herramientas de gran tamaño para la fundición a presión y la forja, cuya dureza sea predecible y que sean menos propensas a deformarse.

Molibdeno (Mo): resistencia a altas temperaturas y resistencia al ablandamiento El molibdeno es muy importante para mantener la resistencia durante ciclos térmicos repetidos.

• Efecto sobre la microestructura: Retrasa el engrosamiento de los carburos y el ablandamiento del temple.

• En términos de ingeniería, Esto significa que el material durará más tiempo antes de que empiece a agrietarse por el calor y pierda su dureza.

Vanadio (V): refinamiento del carburo y equilibrio de la tenacidad El vanadio forma carburos finos y estables que reducen el tamaño del grano.

• Efecto microestructural: Los carburos finos de VC reparten la carga y resisten el desgaste sin volverse demasiado frágiles.

• En términos de ingeniería, Esto se traduce en una mayor resistencia a la fatiga térmica y en la capacidad de impedir que las grietas se propaguen cuando cambia la carga.

Carbono, silicio y manganeso: soporte estructural El carbono aporta resistencia a la base, el silicio la hace más resistente al calor y el manganeso contribuye a su endurecimiento. Todos ellos actúan conjuntamente para crear una estructura martensítica templada y estable, ideal para el trabajo en caliente.

Para los ingenieros: La composición del acero SKD61 sigue un patrón claro: elemento → microestructura → rendimiento → aplicación. Presenta un sistema de Cr–Mo–V que no está optimizado para obtener la máxima dureza, sino para garantizar la tenacidad, la retención de la resistencia en caliente y la resistencia a la fatiga térmica. Estas son las características que garantizan la fiabilidad de las herramientas de fundición a presión, forja en caliente y extrusión.

El mecanismo de la microestructura y la resistencia a la fatiga térmica

La fiabilidad del acero SKD61 en las herramientas para trabajo en caliente se debe a una microestructura diseñada para resistir la fatiga térmica, y no solo el desgaste. La capacidad de retrasar la formación de grietas y frenar su propagación es mucho más importante que la dureza máxima cuando se somete a ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento.

Microestructura tras el tratamiento térmico

Tras someterse a un proceso adecuado de austenización, temple al aire y revenido, el SKD61 desarrolla una microestructura de martensita revenida que se ve reforzada por carburos de aleación finamente dispersos.

Algunas de las características más importantes son:

• Una matriz martensítica templada aporta resistencia y tenacidad a altas temperaturas.

• Los carburos dispersos, en su mayoría ricos en vanadio y molibdeno, se distribuían de manera uniforme en lugar de agruparse.

• Tamaño de grano controlado, con fijación mediante carburo de vanadio durante el tratamiento térmico para ayudar a

Esta homogeneidad es muy importante. En los troqueles para trabajo en caliente, las irregularidades microestructurales locales constituyen un punto propicio para la acumulación de tensiones térmicas. La estructura relativamente uniforme del SKD61 ayuda a distribuir la deformación térmica de manera más homogénea por toda la superficie de la herramienta, lo que aumenta directamente su vida útil frente a la fatiga térmica.

¿Por qué el SKD61 funciona bien cuando cambia la temperatura?

La fatiga térmica, que a menudo se conoce como «grietas por calor», se produce cuando la capa superficial se expande y se contrae repetidamente en respuesta a los cambios de temperatura. Cada ciclo ejerce tensión sobre el material en ambas direcciones y, con el tiempo, se forman microfisuras en la superficie que se extienden hacia el interior.

El SKD61 combate este proceso de varias maneras:

• Martensita templada estable: Mantiene su resistencia a altas temperaturas, lo que reduce la deformación plástica durante el calentamiento y evita que se acumulen tensiones durante el enfriamiento.

• Carburos finos y espaciados uniformemente: Evitan que las grietas se propaguen, en lugar de provocarlas. La distribución de los carburos del SKD61 no genera concentraciones de tensión tan graves como las que producen los carburos gruesos en los aceros de alto contenido en carbono para trabajo en frío.

• Perfil equilibrado de dureza y tenacidad: Los niveles moderados de dureza permiten que la tensión térmica doble y estire el material sin romperlo, lo que reduce la probabilidad de que se agriete.

Desde el punto de vista de la ingeniería, el SKD61 no elimina la fatiga térmica, sino que simplemente retrasa su aparición y su progresión, lo que prolonga la vida útil de las herramientas cuando están expuestas a cambios extremos de temperatura.

Ingeniería para llevar: La microestructura del acero SKD61 está diseñada para soportar tensiones térmicas cíclicas. El hecho de que esté compuesto por martensita templada y carburos finamente distribuidos es lo que lo convierte en un material estándar para matrices de fundición a presión, forja en caliente y herramientas de extrusión que se ven sometidas a choques térmicos repetidos.

Las propiedades térmicas y mecánicas del acero SKD61

Las propiedades mecánicas y térmicas del acero SKD61 están diseñadas para soportar altas temperaturas, tensiones mecánicas repetidas y cargas térmicas cíclicas. Los aceros para herramientas de conformado en frío están concebidos para desgastarse a temperatura ambiente, pero el SKD61 está diseñado para mantener un perfil equilibrado de dureza y tenacidad, sin perder resistencia a medida que aumenta la temperatura.

Equilibrio entre dureza, resistencia y tenacidad

Lógica de ingeniería: El SKD61 no está fabricado para ser muy duro de forma intencionada. Este acero puede soportar tensiones térmicas y mecánicas sin romperse cuando se encuentra en el rango de 48 a 55 HRC. Un endurecimiento superior a este punto puede hacer que el material sea más resistente al desgaste a corto plazo, pero suele acortar su vida útil frente a la fatiga térmica y aumentar el riesgo de fisuración por calor. Para los diseñadores, esto significa sacrificar algo de resistencia al desgaste a cambio de herramientas menos propensas a agrietarse, que es la causa más habitual de fallo en las herramientas para trabajo en caliente.

Rendimiento a altas temperaturas y dureza en rojo

Una de las características más importantes del SKD61 es que conserva su resistencia y dureza incluso cuando aumenta la temperatura. En entornos de trabajo a altas temperaturas, a esto se le suele denominar “dureza al rojo”.”

• Retención de la dureza en caliente: El sistema de aleación Cr–Mo–V ralentiza el ablandamiento por templado, lo que significa que el SKD61 puede mantener su resistencia estructural incluso tras haber sido expuesto repetidamente a metal caliente o aleación fundida.

• Estabilidad térmica: Los carburos finos y la martensita templada estable evitan que las superficies de los troqueles se ablanden y se deformen demasiado rápido.

• Repercusiones en la temperatura de funcionamiento: El SKD61 no presenta la misma dureza extrema en estado rojo que los aceros rápidos, pero ofrece un buen rendimiento dentro del rango de temperaturas habitual en la fundición a presión, el forjado en caliente y las herramientas de extrusión.

Efectos sobre la vida útil y el mantenimiento de los moldes:

• Un ablandamiento más lento reduce la velocidad a la que se producen las grietas superficiales y las grietas por calor.

• Una dureza estable permite espaciar más el tiempo entre cada repulido, reparación por soldadura o nuevo endurecimiento.

• La estabilidad de las propiedades permite planificar los ciclos de mantenimiento, en lugar de tener que sustituir las herramientas cuando se estropean.

Ingeniería para llevar: Las propiedades del acero SKD61 constituyen un equilibrio deliberado entre una dureza moderada y una elevada tenacidad y estabilidad térmica. Este equilibrio es lo que hace que el SKD61 sea superior a los aceros más duros en entornos de trabajo en caliente sometidos a ciclos térmicos, lo que proporciona a las herramientas una vida útil más larga y fiable en los casos en que el fallo de la herramienta se debe a la aparición de grietas y no al desgaste.

Diseño y mejora del proceso de tratamiento térmico del acero SKD61

El tratamiento térmico del acero SKD61 es lo que hace que funcione tan bien como herramienta para trabajo en caliente. La dureza es el factor más importante en los aceros para trabajo en frío, pero en el tratamiento térmico del SKD61 hay que equilibrar la resistencia en caliente, la tenacidad, la resistencia a la fatiga térmica y la estabilidad dimensional. Pequeños cambios en el diseño de un proceso pueden acortar considerablemente la vida útil de las matrices, provocando que se agrieten o se ablanden demasiado pronto.

Secuencia estándar para el tratamiento térmico

Un ciclo estándar de tratamiento térmico del SKD61 consiste en un proceso controlado de varias etapas:

1. Recocido se realiza tras la forja o antes de realizar un gran número de operaciones de mecanizado.

   • Objetivo: Reducir la dureza, mezclar los carburos y aliviar la tensión que aún persiste.

   • El valor de la ingeniería: facilita su mecanizado y reduce el riesgo de deformación durante el endurecimiento.

2. Precalentamiento (a menudo en más de una etapa)

   • Objetivo: Reduce el choque térmico y evita que los troqueles gruesos o complejos se agrieten.

   • Motivo: El contenido en aleación del SKD61 lo hace sensible a los grandes cambios de temperatura.

3. Austenitización Se lleva a cabo a altas temperaturas para transformar los elementos de aleación en austenita.

   • Objetivo: Lograr una solubilidad adecuada de Cr, Mo y V para obtener una resistencia elevada y un endurecimiento secundario.

   • Punto de control: Una temperatura demasiado elevada provoca el crecimiento de los granos, lo que reduce la tenacidad del material y acorta su vida útil frente a la fatiga térmica.

4. Al templar el acero SKD61, normalmente se endurece al contacto con el aire. Se puede elegir entre aire en reposo, enfriamiento forzado con gas o temple al vacío.

   • Razonamiento para tomar una decisión:

     • Refrigeración por aire/gas: Menos deformación, ideal para troqueles grandes

     • Templado al vacío: superficies limpias, refrigeración controlada y mayor estabilidad dimensional

5. Templado (varios ciclos) Se realiza justo después del temple, normalmente dos o tres veces.

Principales factores que influyen en el rendimiento

Temperatura y tamaño de grano para la austenización

• Las temperaturas más elevadas hacen que las aleaciones se disuelvan con mayor facilidad, pero también aumentan la probabilidad de que se formen granos gruesos, lo que reduce la tenacidad al impacto y acelera la aparición de grietas por fatiga térmica.

• La elección de la temperatura adecuada permite alcanzar un equilibrio entre la resistencia mecánica y la resistencia a las grietas.

La temperatura y el número de ciclos para el templado

El templado contribuye a que la estructura martensítica se mantenga estable y alivia las tensiones derivadas del enfriamiento rápido.

Se necesitan varios ciclos de templado para:

• Reducir la cantidad de austenita retenida

• Hacer que la resistencia sea más constante

• Haz que sea más difícil comprobar si hace calor

La temperatura a la que se lleva a cabo el templado influye directamente en el equilibrio entre dureza y tenacidad, lo cual es más importante para la vida útil frente a la fatiga térmica que los valores máximos de dureza.

Riesgos habituales del tratamiento térmico

• Craqueo térmico: Esto ocurre cuando el metal no se calienta lo suficiente antes de ser enfriado bruscamente o cuando se enfría demasiado rápido. Mitigación: Precalentamiento en más de una etapa y velocidades de enfriamiento controladas.

• Distorsión Esto ocurre cuando el calentamiento es desigual, la geometría no es simétrica o el soporte no es el adecuado durante el endurecimiento. El alivio de tensiones antes del endurecimiento y el temple al vacío o con gas son métodos para mitigar estos efectos.

• Desequilibrio entre dureza y tenacidad: Un endurecimiento excesivo puede alargar la vida útil de las piezas a corto plazo, pero acorta su vida útil frente a la fatiga térmica. Para reducir el riesgo, hay que centrarse en la dureza adecuada para cada aplicación, en lugar de en el valor máximo de HRC.

La lección de ingeniería es que la mejor forma de tratar térmicamente el acero SKD61 no es endurecerlo al máximo, sino conseguir que sea lo más estable, tenaz y granulado posible. El SKD61 ofrece un rendimiento constante en herramientas de fundición a presión, forja y extrusión sometidas a ciclos térmicos extremos, siempre que los parámetros del proceso se ajusten a las condiciones de servicio.

Aspectos a tener en cuenta en lo que respecta a la maquinabilidad y la fabricación

El acero SKD61 es un acero para herramientas de trabajo en caliente, lo que significa que es fácil de mecanizar cuando está recocido, pero difícil de mecanizar cuando está endurecido. Para controlar la tensión residual, la integridad de la superficie y la geometría final, una fabricación eficaz requiere una secuencia adecuada de operaciones.

Mecanizado en estado recocido

Lo mejor es mecanizar el SKD61 cuando está recocido, ya que así resulta más blando y más fácil de cortar.

Cómo tornear y fresar:

• Realiza todo el desbaste y el semiacabado antes del tratamiento térmico, dejando un margen uniforme para el acabado tras el tratamiento térmico.

• Evita las esquinas afiladas en el interior; los redondeos amplios reducen la concentración de tensiones y el riesgo de que se produzcan grietas más adelante.

Parámetros y herramientas:

• Las herramientas de carburo recubiertas son mejores porque tienen ángulos de inclinación positivos que ayudan a reducir las fuerzas de corte.

• Para evitar la acumulación de calor y el endurecimiento por deformación, utiliza velocidades de corte moderadas y avances estables.

• El suministro constante de refrigerante alarga la vida útil de las herramientas y mejora la calidad de la superficie.

Este método reduce la distorsión durante el endurecimiento y la cantidad de rectificado necesario para corregir los errores posteriormente.

Mecanizado y rectificado tras el tratamiento térmico

Tras el templado (normalmente entre 48 y 55 HRC), el SKD61 debe acabarse principalmente mediante rectificado.

Aspectos que hay que tener en cuenta al rectificar:

• El SKD61 es sensible a las quemaduras por rectificado, ya que se calienta demasiado en un punto concreto, lo que reduce su tenacidad y acelera la aparición de grietas por calor.

• Para mantener la superficie intacta, utiliza muelas de grano fino, pasadas ligeras, rectificado frecuente y abundante líquido refrigerante.

EDM y mecanizado de piezas endurecidas:

• El EDM funciona bien en cavidades complejas y aristas afiladas, pero deja una capa de refundición que hay que eliminar o someter a un tratamiento de alivio de tensiones para evitar la aparición prematura de grietas por fatiga térmica.

• El mecanizado duro (fresado y torneado ligeros) puede utilizarse para elementos que no son muy importantes, pero no puede sustituir al rectificado en superficies que requieran una gran precisión.

Ingeniería para llevar: Para fabricar correctamente el SKD61, es necesario realizar primero un mecanizado con recocido previo y, a continuación, un rectificado controlado tras el tratamiento térmico. Para mantener la resistencia a la fatiga térmica y conseguir una vida útil predecible de las herramientas en aplicaciones de trabajo en caliente, es importante controlar la aportación de calor y el estado de la superficie durante el acabado.

Usos habituales del acero SKD61 en el trabajo en caliente

El acero SKD61 está diseñado para herramientas que van a estar expuestas a altas temperaturas, choques térmicos repetidos y fuertes esfuerzos mecánicos. No solo resiste el desgaste, sino que también resiste las grietas por fatiga térmica y el ablandamiento tras largos periodos de uso.

Moldes para fundición a presión, forja y extrusión

El SKD61 es una opción habitual para moldes de fundición a presión, matrices de forja en caliente y utillaje de extrusión. Estas herramientas se calientan y se enfrían en numerosas ocasiones debido al contacto con el metal fundido o los lingotes calientes.

Por qué el SKD61 es una buena opción:

• Mantiene su resistencia y dureza incluso cuando hace calor.

• No se ablanda al calentarlo y enfriarlo una y otra vez

• Una buena distribución del carburo fino retrasa la aparición de grietas por calor y el avance de las mismas.

En la fundición a presión y la forja, las herramientas no suelen romperse por desgaste. La fatiga térmica (agrietas por calor), las grietas superficiales y la deformación son las principales causas de fallo. El perfil equilibrado de dureza y tenacidad del SKD61 le permite soportar cierta tensión térmica de forma elástico-plástica, lo que reduce el número de grietas y alarga la vida útil de los troqueles.
La resistencia al calor y la estabilidad dimensional del SKD61 contribuyen a mantener la precisión del perfil en las matrices de extrusión, incluso cuando estas están sometidas constantemente a grandes esfuerzos y altas temperaturas.

Otras piezas de herramientas para altas temperaturas

El SKD61 también se utiliza en cuchillas de corte en caliente, punzones en caliente, núcleos e insertos que funcionan en entornos de alta temperatura.

• Cuchillas de corte calientes:

  • ¿Por qué SKD61? Mantiene mejor la resistencia del filo al calor rojo que los aceros para trabajo en frío y es menos propenso a agrietarse que los grados más duros.

• Punzones y mandriles calientes:

  • ¿Por qué SKD61? Posee tanto resistencia a la compresión como resistencia al choque térmico, lo que significa que no se astillará ni se agrietará tan fácilmente al entrar en contacto repetidamente con piezas de trabajo calientes.

Estas piezas se benefician de la capacidad del SKD61 para retrasar la aparición de grietas, en lugar de limitarse a resistir el desgaste, lo cual es muy importante para el servicio cíclico en condiciones de trabajo en caliente.

Punto de vista sobre la selección de ingeniería

• Cuándo elegir el SKD61:

  • Las principales causas de rotura son la fatiga térmica y la formación de grietas.

  • Es imposible evitar tener que encender y apagar la calefacción y el aire acondicionado una y otra vez.

  • La vida útil de una herramienta depende más de su capacidad para resistir las grietas que de su dureza máxima.

Ingeniería para llevar: El acero SKD61 ofrece mejores resultados en aplicaciones de trabajo en caliente, en las que la vida útil de la herramienta depende de su capacidad para soportar los ciclos térmicos. Su valor reside en retrasar la aparición de grietas por calor y mantener la resistencia de la estructura incluso en condiciones de alta temperatura y esfuerzo intenso, situaciones en las que los aceros para herramientas de trabajo en frío fallan rápidamente.

Limitaciones en el diseño y modos de fallo del acero SKD61

El acero SKD61 es un acero estándar para herramientas de trabajo en caliente, pero su rendimiento está limitado por una serie de fallos evidentes y por las compensaciones entre los distintos materiales. Para evitar interpretar erróneamente estas limitaciones y tener expectativas poco realistas sobre su vida útil, es necesario conocerlas.

Grietas por fatiga térmica

Las grietas por fatiga térmica son la causa más habitual de fallo del SKD61 durante su uso. A menudo se manifiestan en forma de grietas por calor en las superficies de los troqueles.

• La causa principal Es que calentar y enfriar el mismo material una y otra vez genera tensiones cíclicas de tracción y compresión cerca de la superficie. Con el tiempo, estas tensiones provocan la formación de microfisuras que se extienden hacia el interior.

• ¿Por qué sigue ocurriendo en SKD61?: El SKD61 resiste mejor la fatiga térmica que la mayoría de los aceros para herramientas, pero no puede evitarla por completo, sobre todo cuando se producen grandes cambios de temperatura, el diseño del sistema de refrigeración es deficiente o la dureza superficial es excesiva.

• Implicaciones para el diseño: Es tan importante elegir los materiales adecuados como asegurarse de que la refrigeración sea uniforme, de que se controlen las temperaturas superficiales y de que las piezas no se endurezcan en exceso.

Compromiso entre el desgaste y la tenacidad

El SKD61 se ha diseñado dando prioridad a la tenacidad, lo que lo hace menos resistente al desgaste.

• Fortaleza: No se agrieta ni se rompe con facilidad, ya que es moderadamente duro y presenta una distribución homogénea de carburo.

• Limitación: No resiste tan bien el desgaste causado por los abrasivos como los aceros de alto contenido en carbono para trabajo en frío o los aceros PM para trabajo en caliente.

• Consecuencia de la ingeniería: En situaciones en las que se produce un desgaste por deslizamiento intenso o en las que intervienen aleaciones fundidas erosivas, el desgaste superficial puede convertirse en el principal factor que limite la vida útil del material antes de que se agriete.

En lugar de endurecer la base, los diseñadores suelen resolver este dilema recurriendo a tratamientos superficiales, recubrimientos o insertos sustituibles.

Cuándo el SKD61 no es la mejor opción

Cuándo deberías volver a plantearte el SKD61:

• El desgaste por abrasión es más importante que la fatiga térmica a la hora de determinar la vida útil de la herramienta.

• Las temperaturas a las que se trabajan son relativamente bajas, lo que hace que los aceros para trabajo en frío sean más baratos.

• Se requiere una dureza al calor extrema fuera del rango estable del SKD61.

• Un acero de alta calidad para trabajos en caliente no merece la pena el gasto adicional si las herramientas son sensibles al coste.

En estas situaciones, otros materiales, como los aceros de alta aleación para trabajo en caliente, los aceros de metalurgia de polvos o los aceros para trabajo en frío, pueden ofrecer mejores resultados o resultar más económicos en general.

Ingeniería para llevar: El SKD61 es ideal cuando la tenacidad y la resistencia a la fatiga térmica son las cualidades que lo hacen destacar. Sin embargo, cuando el desgaste, el calor extremo o el coste son los factores más importantes, su diseño equilibrado supone más un problema que una ventaja.

SKD61 frente a otros aceros para herramientas: una guía para ingenieros

Para elegir el acero para herramientas adecuado, hay que asegurarse de que el material pueda soportar las condiciones de uso más importantes. Las comparaciones que se presentan a continuación no se limitan únicamente a la dureza nominal, sino que también tienen en cuenta los modos de fallo, la exposición a la temperatura y el coste del ciclo de vida.

SKD61 y SKD11: diseño para trabajo en caliente y trabajo en frío

Conclusión del departamento de ingeniería:

• Cuando las herramientas se calientan y se enfrían una y otra vez, opta por el SKD61. Esto ocurre al realizar fundición a presión o forja.

• Cuando las herramientas se utilizan en frío y el desgaste supone un gran problema (corte de chapa, cizallado), elige SKD11. Si utilizas SKD11 en trabajos en caliente, suele agrietarse rápidamente. Si utilizas SKD61 en trabajos en frío en los que el desgaste es rápido, se desgasta demasiado pronto.

El SKD61 y el H13 / 1.2344 son los mismos tipos de acero, pero presentan algunas diferencias prácticas.

El SKD61, el AISI H13 y el DIN/EN 1.2344 son aceros para trabajo en caliente que se suelen considerar equivalentes, ya que todos ellos se basan en la misma composición de aleación de Cr–Mo–V. Sin embargo, las diferencias prácticas pueden ser importantes:

Nota para los ingenieros: Las diferencias de rendimiento suelen deberse a la pureza del acero, al proceso de fundición y al control del tratamiento térmico, y no al nombre en sí. No te limites a basarte en la equivalencia de calidades para los troqueles críticos; en su lugar, especifica el nivel de calidad, los objetivos del tratamiento térmico y los criterios de inspección.

Matriz de selección de ingenieros

Utiliza la tabla que aparece a continuación para ayudarte a elegir en función del uso que se le vaya a dar al sistema:

La lógica del coste frente a la vida:

• El SKD61 suele tener un coste inicial más elevado que los aceros para trabajo en frío, pero su coste por pieza es menor en aplicaciones sometidas a ciclos térmicos, ya que dura más tiempo sin agrietarse.

• El acero SKD11 suele resultar más rentable para herramientas que se utilizan a bajas temperaturas.

Última clase de ingeniería

• Utiliza SKD61 cuando el fallo se deba a la temperatura y a los ciclos térmicos.

• Cuando el desgaste por frío provoque fallos, utiliza SKD11.

• Solo se considera que los aceros SKD61, H13 y 1.2344 son funcionalmente equivalentes cuando el nivel de calidad y el tratamiento térmico son idénticos.

Una regla: No elijas el acero en función del índice de dureza, sino en función de cómo se rompe.

Resumen: Lo que los ingenieros deben saber sobre el acero SKD61

El acero SKD61 está diseñado para resistir la fatiga térmica más que para ofrecer una dureza extrema frente al desgaste. Presenta un rango de dureza equilibrado de entre 48 y 55 HRC, lo que significa que mantiene su resistencia y tenacidad incluso tras repetidos ciclos de calentamiento y enfriamiento. Esto reduce el riesgo de que se produzcan fisuras por calor y grietas. Su microestructura martensítica templada y estable, con carburos finos, permite un rendimiento predecible en condiciones exigentes de trabajo en caliente, como la fundición a presión, la forja y la extrusión.

El rendimiento del SKD61 depende en gran medida de la calidad de su tratamiento térmico, que incluye un endurecimiento controlado y varios ciclos de revenido. Es una excelente opción para herramientas de trabajo en caliente que están expuestas a ciclos de calor y tensión, siempre que se utilicen correctamente. Sin embargo, no ofrece tan buenos resultados en aplicaciones en frío en las que predomina el desgaste, en situaciones en las que se requiere una dureza en caliente extrema, o en aquellas en las que la principal preocupación es mantener los costes lo más bajos posible.

FAQ

¿Para qué se utiliza el acero SKD61?
El SKD61 se utiliza principalmente para herramientas de trabajo en caliente, como matrices de fundición a presión, matrices de forjado en caliente, matrices de extrusión, núcleos, punzones y cuchillas de cizalla en caliente. Se elige cuando la fatiga térmica, las grietas por calor y el ablandamiento —más que el desgaste a temperatura ambiente— limitan la vida útil de la herramienta.

¿El SKD61 es lo mismo que el H13?
El SKD61 es, en general, equivalente al AISI H13 (también 1.2344 / 4Cr5MoSiV1), pero su rendimiento real depende de la pureza del acero, las técnicas de fundición y la calidad del tratamiento térmico, y no solo de la denominación de la calidad.

¿Qué dureza suele tener el SKD61?
Tras un tratamiento térmico adecuado, el SKD61 suele alcanzar una dureza de entre 48 y 55 HRC aproximadamente. Una dureza menor favorece la tenacidad y la resistencia a las grietas, mientras que una dureza mayor mejora la resistencia al desgaste, aunque puede reducir la vida útil frente a la fatiga térmica.

¿Por qué el SKD61 resiste bien la fatiga térmica?
Su estructura martensítica templada, sus carburos finos y su dureza moderada contribuyen a absorber la tensión térmica y a ralentizar la aparición y el crecimiento de grietas durante los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento.

SKD61 o SKD11: ¿cómo elegir?
Elige SKD61 para herramientas que se utilizan a altas temperaturas y que están sometidas a ciclos térmicos y a la formación de grietas. Elige SKD11 para herramientas que se utilizan a temperatura ambiente, en las que el desgaste por abrasión y la vida útil del filo son las principales preocupaciones.