NAK80 vs P20 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

NAK80 y P20 son dos de los aceros para moldes más comúnmente especificados en las industrias de moldeo por inyección y utillaje. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno al elegir un acero para insertos de núcleo/cavidad, componentes de canal caliente y utillaje para prototipos. Las decisiones típicas incluyen equilibrar el acabado superficial y la capacidad de pulido con el coste y la maquinabilidad, o elegir entre una mayor resistencia a la corrosión y un rendimiento mecánico estándar.

La principal diferencia práctica radica en que el NAK80 es un acero para moldes preendurecido con bajo contenido de carbono y níquel, optimizado para un alto pulido y una mayor resistencia a la corrosión ambiental, mientras que el P20 es un acero para moldes aleado con cromo y molibdeno, desarrollado para una buena maquinabilidad, una templabilidad uniforme y una amplia disponibilidad. Esta diferencia influye en las decisiones relativas al acabado, el procesamiento y el rendimiento a largo plazo de las piezas.

1. Normas y designaciones

• P20:
• Designaciones comunes: AISI/UNS (a menudo referenciado como AISI P20), existen equivalentes DIN/EN en las listas de aceros para herramientas y diversas especificaciones nacionales (por ejemplo, listas JIS/GB que hacen referencia a aceros para moldes).
• Clasificación: Acero para herramientas aleado / acero para moldes preendurecido.
• NAK80:
• Nombre comercial/de marca registrada ampliamente utilizado en la industria de moldes para plásticos (vendido por múltiples fabricantes de acero bajo la designación NAK80).
• Clasificación: Acero para moldes/herramientas preendurecido con bajo contenido de carbono y elevado contenido de níquel, comercializado como acero para moldes pulible y resistente a la corrosión.

Nota: Ninguno de los dos grados es un grado inoxidable en sentido estricto (es decir, ninguno pertenece a la familia de los aceros inoxidables austeníticos), pero el contenido de níquel del NAK80 proporciona una resistencia a la corrosión mejorada en comparación con el P20 convencional.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos que figuran en las fichas técnicas comerciales. La composición varía según el proveedor; verifique siempre con el certificado de fábrica del lote en cuestión.

Elemento	Composición típica (en % peso) — NAK80 (aprox.)	Composición típica (en % peso) — P20 (aprox.)
do	0,03 – 0,08	0,25 – 0,35
Minnesota	0,20 – 0,80	0,40 – 0,80
Si	0,10 – 0,40	0,10 – 0,40
PAG	≤ 0,03	≤ 0,03
S	≤ 0,03	≤ 0,03
Cr	0,8 – 1,6	1.2 – 1.8
Ni	2,5 – 4,5	0,2 – 0,8
Mes	0,2 – 0,6	0,1 – 0,4
V	≤ 0,10	≤ 0,10
Nb (Cb)	≤ 0,03	traza/−
Ti	traza/−	traza/−
B	traza/−	traza/−
norte	traza/−	traza/−

Cómo afecta la aleación al comportamiento: - Carbono: Un mayor contenido de carbono en el P20 produce un mayor potencial de resistencia tras el endurecimiento, pero reduce la capacidad de pulido y aumenta el riesgo de fases duras que complican el acabado y aumentan la posibilidad de fisuras en la soldadura sin procedimientos de precalentamiento/controlados. - Níquel: El elevado contenido de níquel del NAK80 mejora la tenacidad, la ductilidad y la resistencia a la corrosión ambiental (y contribuye a una microestructura fina y estable favorable para el pulido de alto brillo). - Cromo y molibdeno: Ambas calidades incluyen Cr y Mo para proporcionar templabilidad, resistencia al revenido y resistencia al desgaste. El equilibrio de P20 favorece la maquinabilidad y el endurecimiento total; la proporción de Cr/Mo de NAK80 está ajustada para complementar al Ni en cuanto a acabado superficial y comportamiento ante la corrosión. - Elementos de microaleación (V, Nb, Ti): Presentes en niveles bajos para controlar el tamaño del grano y el comportamiento de precipitación; influyen en la capacidad de molienda, la tenacidad y la respuesta al revenido.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - P20: En su estado preendurecido (tal como se suministra), el P20 suele contener martensita revenida y bainita revenida, con una proporción relativamente mayor de carburos (debido a su mayor contenido de carbono) distribuidos por toda la matriz. Tras los ciclos convencionales de temple y revenido, el P20 adquiere una microestructura martensítica con carburos de aleación. - NAK80: Con menor contenido de carbono y mayor contenido de níquel, el NAK80, en estado preendurecido, presenta una matriz martensítica o bainítica revenida con menor cantidad de carburos y de menor tamaño. El níquel estabiliza una matriz más tenaz y dúctil, y reduce la formación de carburos de cromo gruesos, problemáticos para el acabado espejo.

Respuesta al tratamiento térmico: - Normalizado: Ambos aceros responden al normalizado para refinar el tamaño del grano, pero el NAK80 generalmente se suministra tratado al vacío y preendurecido para minimizar la distorsión posterior al mecanizado; el normalizado es menos común para las piezas de NAK80 destinadas a un alto pulido. Temple y revenido: El P20 está diseñado para recibir tratamiento térmico y alcanzar niveles de dureza superiores (y a menudo se suministra preendurecido para moldes de producción). El endurecimiento del P20 requiere un control preciso de la temperatura de austenización para gestionar la austenita retenida y la disolución de los carburos. El menor contenido de carbono del NAK80 limita la dureza máxima alcanzada tras el endurecimiento, pero ofrece una respuesta al revenido más tolerante y un mejor control dimensional para el pulido. - Procesamiento termomecánico: No se aplica habitualmente en aceros para moldes en comparación con los aceros estructurales; ambos grados dependen de un tratamiento térmico controlado en lugar de procesos de laminación en caliente para obtener las propiedades finales.

4. Propiedades mecánicas

Los valores varían considerablemente según el tratamiento térmico y el proveedor. La tabla muestra rangos representativos de las condiciones de entrega que suelen encontrarse en los datos comerciales.

Propiedad	NAK80 (estado típico de preendurecimiento)	P20 (condición típica de preendurecimiento)
Resistencia a la tracción (MPa)	~800 – 1200	~800 – 1.100
Límite elástico (0,2% de deformación, MPa)	~600 – 900	~550 – 850
Alargamiento ( )	~8 – 15	~8 – 15
Resistencia al impacto (J, Charpy V-notch)	De moderado a bueno (depende del proveedor)	moderado (depende del tratamiento térmico)
Dureza (HRC)	~28 – 36 (preendurecido)	~28 – 34 (preendurecido)

Interpretación: - Resistencia: En las fotos entregadas, ambos pueden proporcionar rangos de tracción/límite elástico similares; el mayor contenido de carbono del P20 le confiere un potencial de endurecimiento ligeramente superior si se templa y revene completamente, pero la aleación del NAK80 produce valores de tracción comparables en condiciones comerciales de preendurecimiento. - Tenacidad y ductilidad: NAK80 generalmente exhibe mejor tenacidad y una mayor tendencia a la fractura dúctil con una dureza comparable debido al níquel y al menor contenido de carbono, lo que reduce los carburos frágiles y mejora la resistencia a los impactos. - Dureza: Ambos se ofrecen en rangos de preendurecimiento similares, optimizados para la producción de moldes; la dureza máxima alcanzable después del endurecimiento completo suele ser mayor para el P20 debido a su mayor contenido de carbono, pero esto conlleva inconvenientes en cuanto a la capacidad de acabado.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del equivalente de carbono y la microaleación.

Dos medidas comunes: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Dearden–Bennett / PCM: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El P20 normalmente tiene un mayor contenido de carbono, lo que aumenta $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, elevando el riesgo de agrietamiento en frío inducido por hidrógeno y requiriendo precalentamiento, control de temperatura entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura para reparaciones críticas de herramientas o secciones gruesas. El bajo contenido de carbono y el mayor contenido de níquel del NAK80 reducen la propensión a la formación de zonas afectadas por el calor de soldadura duras y quebradizas; el níquel mejora la tenacidad y la tolerancia a los gradientes térmicos, lo que hace que el NAK80 sea más adecuado para la soldadura y las reparaciones locales. No obstante, debido a los requisitos de precisión del molde y la posible sensibilización/contaminación, la soldadura debe planificarse y validarse (incluyendo la selección del material de aporte y el tratamiento térmico posterior a la soldadura cuando sea necesario). Ambos grados se benefician del uso de consumibles con bajo contenido de hidrógeno, del precalentamiento cuando se recomienda y de soldaduras de prueba para establecer los parámetros. Para moldes de alta precisión, a menudo se evita la soldadura en superficies acabadas o se realiza un mecanizado/pulido posterior.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el NAK80 ni el P20 son aceros inoxidables diseñados para resistir la corrosión por inmersión a largo plazo. Sin embargo, el mayor contenido de níquel del NAK80 le confiere una resistencia notablemente superior a entornos ligeramente corrosivos (atmósferas de moldeo húmedas y ligeramente agresivas, y limpiezas repetidas) en comparación con el P20.
• Cuando se requiere resistencia a la corrosión, ambos aceros se protegen normalmente con medidas superficiales:
• Electrochapado (níquel, cromo duro) para protección contra el desgaste y la corrosión.
• La pasivación química o física no es aplicable como en el caso de los aceros inoxidables.
• El mantenimiento regular y el control del secado/desecante en el almacenamiento de herramientas mitigan la oxidación.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) solo es relevante para los aceros inoxidables; a título informativo: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice no es aplicable a los aceros para moldes NAK80 o P20 comercializados (no son grados inoxidables ricos en cromo con un contenido significativo de nitrógeno).

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• P20: Históricamente preferido por su maquinabilidad. Su mayor contenido de carbono, la distribución predecible de carburos y los parámetros de mecanizado establecidos hacen que el P20 sea fácil de fresar, taladrar y mecanizar por electroerosión antes del tratamiento térmico final. Los elementos formadores de carburos y la microestructura son compatibles con herramientas estándar de alta velocidad.
• NAK80: En algunos casos, su mecanizado resulta ligeramente más complejo que el del P20 debido a la tendencia del níquel a endurecerse por deformación y a su matriz más resistente; sin embargo, las herramientas modernas y los parámetros de corte adecuados mitigan estas diferencias. El NAK80 se mecaniza bien con herramientas de carburo de alta calidad y avances ajustados.
• Electroerosión y acabado superficial:
• Ambos aceros son aptos para electroerosión. El NAK80 suele ofrecer un pulido espejo superior y una mayor integridad de los bordes debido a su menor cantidad de carburos gruesos y una matriz fina, características importantes para superficies ópticas y piezas de plástico brillantes.
• Conformabilidad/flexión:
• En el caso de los aceros para moldes utilizados en forma de bloque, el conformado no es una preocupación principal; sin embargo, para secciones gruesas y recortes de soldadura, el NAK80 tolera mejor la deformación y la soldadura de reparación que las alternativas de alto carbono.
• Acabado superficial:
• El acero NAK80 está diseñado para obtener acabados de alto brillo (RA y espejo) con menor tendencia a la micropitting y al efecto piel de naranja tras ciclos repetidos. El acero P20 puede pulirse hasta obtener un alto brillo, pero puede requerir un mayor desbaste correctivo y pasivación.

8. Aplicaciones típicas

NAK80	P20
Cavidades y núcleos de moldes de inyección de alto brillo donde el acabado espejo y la resistencia a la corrosión (exposición a la humedad/limpieza) son prioritarios.	Bases, insertos y núcleos/cavidades para moldes de inyección de uso general, donde el coste y la maquinabilidad amplia son prioritarios.
Moldes de producción pequeña a mediana donde se requiere un pulido frecuente y una calidad superficial cosmética.	Moldes de producción a gran escala, prototipos y moldes donde se requiere un rendimiento estándar y una amplia disponibilidad.
Componentes de canal caliente, piezas ópticas delicadas e insertos de moldeo de paredes delgadas donde la resistencia superficial a la corrosión/imperfecciones es importante	Componentes estructurales del molde, soportes y piezas que se mecanizarán/tratarán térmicamente de forma intensiva después de su fabricación.
Moldes que requieren ciclos de mantenimiento frecuentes con repulido superficial repetido	Moldes donde se requiere una mayor dureza final después del temple/revenido y se prevé un mecanizado posterior al tratamiento térmico.

Justificación de la selección: - Elija NAK80 cuando el acabado superficial, la tolerancia a la corrosión y el mínimo esfuerzo de pulido durante el ciclo de vida del molde sean requisitos primordiales. - Elija P20 cuando el costo, el procesamiento estandarizado y la templabilidad máxima o una mayor dureza final sean más importantes.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El P20 suele ser más económico por kilogramo debido a su aleación más sencilla y a su amplio volumen de producción. El NAK80 generalmente tiene un precio superior debido a su contenido de aleación (principalmente níquel), su fusión al vacío y su comercialización como acero para moldes pulible.
• Disponibilidad: El P20 se encuentra ampliamente disponible en diversos tamaños y formatos (bloques, placas, placas preendurecidas). El NAK80 también está ampliamente disponible, pero puede tener plazos de entrega más largos o disponibilidad limitada en secciones muy grandes, dependiendo del proveedor y del inventario regional.
• Formas del producto: Ambos están disponibles como placas, bloques y, en ocasiones, barras templadas en toda su masa; el NAK80 se especifica más comúnmente en condición preendurecida para preservar la calidad de la superficie.

10. Resumen y recomendación

Criterio	NAK80	P20
Soldabilidad (cualitativa)	Mejor (menor C, mayor Ni)	De buena a moderada (C más alta → más precauciones de soldadura)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Excelente tenacidad con una dureza comparable.	Buen potencial de resistencia; la tenacidad depende del tratamiento térmico.
Costo	Mayor calidad (aleación premium, acabado final)	Inferior (acero para moldes de productos básicos)

Elige NAK80 si: - El acabado espejo/la capacidad de pulido y la calidad estética de las piezas son fundamentales. - El molde estará expuesto a la humedad, a una limpieza regular o a ambientes ligeramente corrosivos, y usted requiere una mayor tolerancia a la corrosión sin necesidad de recubrimiento. Se prevé un repulido frecuente sobre el molde y una larga vida útil cosmética, por lo que se desea minimizar los ciclos de acabado.

Elige P20 si: - El presupuesto y la disponibilidad de materiales son las principales limitaciones. - Necesitas un acero para moldes bien conocido y fácil de mecanizar, adecuado para una amplia gama de aplicaciones de moldeo. Se requiere una mayor templabilidad o la opción de templar/revenir para obtener una mayor dureza, y los requisitos estéticos de la superficie son moderados o se abordarán mediante recubrimientos/chapados.

Nota final: Para la toma de decisiones sobre la producción, obtenga y compare los certificados de fábrica, confirme las prácticas de mecanizado y tratamiento térmico recomendadas por el proveedor y realice pruebas de mecanizado/pulido y, cuando corresponda, pruebas de soldadura. El rendimiento real de la pieza depende de la aleación específica, el tamaño de la sección y los procesos térmicos y mecánicos aplicados.