NAK80 vs S136 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

NAK80 y S136 son dos aceros para moldes ampliamente utilizados en las industrias de moldeo por inyección y utillaje. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse a la decisión entre estos grados al diseñar moldes para entornos corrosivos, acabados de alto brillo o piezas que requieren una larga vida útil. La elección a menudo implica un equilibrio entre resistencia a la corrosión, capacidad de pulido, templabilidad, tenacidad, coste y necesidades de fabricación posteriores.

La principal diferencia práctica entre ambos materiales radica en su aleación y procesamiento: uno está optimizado principalmente para una mayor resistencia a la corrosión y una excelente capacidad de pulido en plásticos moldeados, mientras que el otro ofrece un equilibrio diferente entre resistencia a la corrosión, mayor resistencia mecánica y tenacidad para aplicaciones de moldeo más exigentes. Ambos se analizan aquí en términos de normas, composición química, microestructura y respuesta al tratamiento térmico, comportamiento mecánico, soldabilidad, características de corrosión, atributos de fabricación, aplicaciones y consideraciones de compra.

1. Normas y designaciones

• Normas y designaciones comerciales comunes que se encuentran:
• S136: a menudo se hace referencia a él como un acero inoxidable martensítico para moldes utilizado en Europa y en todo el mundo (comúnmente vendido por múltiples productores bajo la designación S136 o equivalentes).
• NAK80: designación comercial de acero inoxidable para moldes, utilizada principalmente en Asia e internacionalmente por fabricantes específicos; a veces aparece en la documentación del producto en lugar de como una designación estándar internacional única.
• Las familias estándar típicas que se pueden consultar para obtener equivalencias y especificaciones incluyen:
• ASTM / ASME (especificaciones de acero para herramientas y acero inoxidable para herramientas)
• EN (Nomenclatura y equivalentes de normas europeas para el acero)
• JIS (Normas Industriales Japonesas; algunos grados comerciales tienen su origen en Japón)
• GB (las normas nacionales chinas pueden incluir aceros inoxidables para moldes equivalentes)
• Clasificación:
• Tanto el NAK80 como el S136 son aceros inoxidables para herramientas/moldes (aceros inoxidables martensíticos para moldes), es decir, son aceros para herramientas con una composición química resistente a la corrosión, a diferencia de los aceros al carbono simples o los aceros HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	NAK80 (presencia típica)	S136 (presencia típica)
C (Carbono)	De baja a moderada (controlada en cuanto a la capacidad de pulido)	Bajo–moderado (controlado para la templabilidad martensítica y el pulido)
Mn (manganeso)	Bajo (desoxidación y control de fuerza)	Bajo
Si (silicio)	Bajo (desoxidante, efecto mínimo)	Bajo
P (Fósforo)	Rastro (mínimo)	Rastro (mínimo)
S (Azufre)	Traza (mantenida al mínimo para facilitar el pulido)	Rastro (mínimo)
Cr (Cromo)	Moderada-alta (proporciona resistencia a la corrosión)	Alto (elemento primario resistente a la corrosión)
Ni (níquel)	A menudo de baja a moderada (estabiliza la austenita, tenacidad)	Bajo–moderado
Mo (Molibdeno)	Puede estar presente en pequeñas cantidades (dureza, resistencia a la corrosión).	Suelen utilizarse para mejorar la resistencia a la corrosión y la templabilidad.
V (Vanadio)	Posible microaleación (formadores de carburos)	Posible microaleación (formadores de carburos)
Nb / Ti / B	Generalmente trazas o ausentes, dependiendo del productor	Generalmente trazas o ausentes, dependiendo del productor
N (Nitrógeno)	A menudo se añade intencionadamente en algunas variantes comerciales de NAK para mejorar la resistencia a la corrosión y el endurecimiento por precipitación.	Puede ser controlado, pero generalmente bajo; no suele ser una característica definitoria.

Notas: La composición cuantitativa exacta varía según el productor y debe verificarse en el certificado de fabricación de cada colada. La tabla indica la presencia típica y la estrategia de aleación, no los porcentajes en peso específicos. Resumen de la estrategia de aleación: ambas calidades dependen principalmente del cromo para ofrecer resistencia a la corrosión. Las variantes NAK80 de algunos fabricantes priorizan el nitrógeno y una aleación cuidadosamente equilibrada para mejorar la resistencia a la corrosión, manteniendo la maquinabilidad y el endurecimiento integral. El acero S136 está diseñado para ofrecer alta resistencia a la corrosión y un excelente pulido, y suele estar optimizado para entornos de moldeo donde se debe minimizar la aparición de manchas u óxido.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas tras el procesamiento:
• Ambos grados son aceros inoxidables martensíticos tras un tratamiento térmico adecuado. En estado recocido, presentan generalmente microestructuras ferríticas/parcialmente recocidas blandas, aptas para el mecanizado.
• Rutas y respuestas al tratamiento térmico:
• Recocido: Se realiza para ablandar y estabilizar la composición para el mecanizado; produce ferrita/perlita relativamente blanda o martensita templada dependiendo del grado y del ciclo de recocido exacto.
• Endurecimiento (tratamiento de solubilización/austenización y temple): Ambos grados se austenizan a temperaturas específicas para cada grado con el fin de disolver los carburos y posteriormente se templan para formar martensita. La distribución de carburos y la austenita retenida se ven influenciadas por la aleación (Cr, Mo, N).
• Revenido: Se utilizan múltiples ciclos de revenido para lograr la dureza y tenacidad deseadas; el revenido reduce las tensiones internas y ajusta la tenacidad a expensas de cierta dureza.
• Influencia de la aleación:
• El cromo y el molibdeno estabilizan los carburos y afectan la resistencia al revenido; un mayor contenido de Cr favorece la resistencia a la corrosión, pero puede influir en el tamaño y la distribución de los carburos, afectando la capacidad de pulido.
• El nitrógeno (cuando está presente) puede aumentar la dureza y la resistencia a la corrosión mediante el fortalecimiento por solución sólida y la precipitación de nitruros; también puede reducir la austenita retenida si se utiliza con cuidado.
• Consideraciones de procesamiento:
• El control de la temperatura de austenización, la severidad del enfriamiento y el programa de revenido es fundamental para producir la combinación requerida de dureza, uniformidad y capacidad de pulido.
• Los procesos de refundición por electroescoria (ESR) o fusión al vacío se utilizan a menudo para S136 y NAK80 de gama alta para garantizar la limpieza y la distribución fina de carburo, cruciales para las propiedades de pulido y corrosión.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	NAK80 (cualitativo)	S136 (cualitativo)
Resistencia a la tracción	De moderado a alto después del endurecimiento y revenido	De moderado a alto; optimizado teniendo en cuenta la resistencia a la corrosión.
Resistencia a la fluencia	Moderado a alto	Moderado
Alargamiento (ductilidad)	Ductilidad razonable a niveles de dureza más bajos	Ductilidad moderada; puede ser menor a mayor dureza.
Resistencia al impacto	En general, es bueno para un acero inoxidable para moldes cuando se trata térmicamente correctamente.	Bien, pero quizás se debería priorizar el pulido y la resistencia a la corrosión por encima de la alta tenacidad.
Dureza (rango HRC tras el revenido)	Capaz de alcanzar un rango de dureza que va desde relativamente blando hasta bastante duro, dependiendo del temple.	También es capaz de abarcar un amplio rango; normalmente, la dureza objetivo para los moldes pulidos se controla para equilibrar la tenacidad y el acabado superficial.

Interpretación: Ambos grados pueden someterse a tratamiento térmico para alcanzar rangos de dureza similares, adecuados para moldes de inyección; sin embargo, las sutiles diferencias en la aleación hacen que las variantes NAK80 puedan ofrecer una tenacidad ligeramente mayor en determinadas condiciones de revenido, mientras que el S136 se utiliza habitualmente cuando la resistencia a la corrosión y el acabado superficial son primordiales. - Las métricas mecánicas exactas dependen de la composición química del molino y del programa de tratamiento térmico seleccionado; consulte las hojas de datos del proveedor para obtener valores específicos de tracción, límite elástico e impacto.

5. Soldabilidad

• Factores que afectan la soldabilidad: equivalente de carbono, elementos de aleación que aumentan la templabilidad (Cr, Mo, V) y presencia de nitrógeno o formadores de carburo.
• Fórmulas útiles para evaluar la soldabilidad (interpretación cualitativa en lugar de numérica):
• $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretación cualitativa:
• Tanto el NAK80 como el S136 son aceros inoxidables para herramientas con una aleación que aumenta la templabilidad en comparación con los aceros al carbono simples; por lo tanto, normalmente se requiere precalentamiento, control de temperatura entre pasadas y revenido posterior a la soldadura para evitar el agrietamiento.
• El nitrógeno en algunas variantes de NAK80 puede complicar la soldadura al alterar el comportamiento de solidificación y promover la porosidad; el S136 con alto contenido de Cr y Mo puede ser propenso al endurecimiento martensítico en la zona afectada por el calor.
• Para moldes críticos, a menudo se minimiza la soldadura; cuando sea necesario, utilice metales de aporte compatibles diseñados para aceros inoxidables martensíticos para herramientas y siga los procedimientos de tratamiento térmico previo al calentamiento y posterior a la soldadura recomendados por el proveedor.

6. Corrosión y protección de superficies

• En los aceros inoxidables para moldes, la resistencia inherente a la corrosión se deriva del cromo (y a veces del molibdeno y el nitrógeno). Uso de índices:
• El número equivalente de resistencia a la precipitación (PREN) es útil para los aceros inoxidables austeníticos, pero también puede utilizarse para obtener información orientativa: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Interpretación: PREN es más aplicable a los grados austeníticos; para los aceros inoxidables martensíticos para moldes, la fórmula ofrece una indicación direccional, pero no es un predictor definitivo del comportamiento de corrosión en servicio.
• Alternativas no inoxidables:
• Si se selecciona un acero para herramientas que no sea inoxidable, las protecciones anticorrosivas estándar incluyen galvanizado, pintura, chapado o recubrimientos localizados. Para aceros inoxidables para moldes como NAK80 y S136, la pasividad superficial reduce la necesidad de protección catódica en muchos entornos de moldeo.
• Notas prácticas:
• El S136 se suele elegir cuando se requiere resistencia a largo plazo a las manchas y a entornos ligeramente corrosivos, especialmente para moldes refrigerados por agua o moldes que producen plásticos corrosivos o medios moldeados corrosivos.
• El acabado superficial y la limpieza microestructural (bajas inclusiones no metálicas) son cruciales para la resistencia a la corrosión y el brillo; los aceros procesados ​​mediante ESR o al vacío destacan en este aspecto.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• Ambos grados, en estado recocido, se mecanizan razonablemente bien; sin embargo, los aceros para herramientas martensíticos inoxidables pueden endurecerse por deformación y requieren herramientas, avances y velocidades adecuados.
• Para el mecanizado de alta precisión se recomienda el uso de herramientas de carburo y configuraciones de máquina estables.
• Formabilidad:
• Estas calidades no se utilizan habitualmente para conformado extenso; el doblado es posible en estado recocido, pero requiere atención a la recuperación elástica y al agrietamiento de los bordes.
• Refinamiento:
• El pulido hasta obtener un acabado espejo es un requisito común; el S136 se selecciona a menudo por su capacidad de pulido superior cuando se produce con una microestructura limpia y un tamaño de carburo fino.
• En función de las necesidades de resistencia al desgaste y a la corrosión, a veces se utilizan tratamientos superficiales (nitruración, cromado); el comportamiento de la nitruración depende de la química base (presencia de N y comportamiento de difusión).

8. Aplicaciones típicas

NAK80	S136
Moldes donde se necesita un equilibrio entre resistencia a la corrosión y mayor tenacidad mecánica; componentes de núcleo/cavidad donde se requieren mayores tensiones o una resistencia a la corrosión moderada.	Moldes de alto brillo y resistentes a la corrosión para plásticos (especialmente en ambientes húmedos o refrigerados por agua), moldes que requieren un excelente acabado superficial y resistencia a las manchas.
Moldes para prototipos y producción donde se prioriza la maquinabilidad en estado recocido y se dispone de control del tratamiento térmico posterior.	Moldes de inyección de precisión para piezas ópticas o decorativas, donde la apariencia de la superficie y la mínima tinción son fundamentales.
Insertos, núcleos y correderas en moldes que pueden requerir mayor resistencia o dureza durante series largas.	Moldes cosméticos de alta gama, moldes para dispositivos médicos y moldes expuestos a polímeros corrosivos o a una limpieza agresiva.

Criterios de selección: elegir en función del requisito dominante: resistencia a la carga y al desgaste frente a la máxima resistencia a la corrosión y la capacidad de pulido.

9. Costo y disponibilidad

• Costo:
• Ambos son aceros inoxidables especiales para herramientas y, por lo general, cuestan más que los aceros para moldes convencionales (p. ej., P20). El costo relativo depende del mercado, la fábrica y el proceso (las fusiones por electroerosión/vacío aumentan el costo).
• El acero S136, especialmente cuando se suministra como material refinado por ESR o al vacío, suele estar en el extremo superior del espectro de precios en comparación con los aceros inoxidables para herramientas comunes.
• El precio del NAK80 depende del productor, la adición de nitrógeno y el procesamiento; puede ser competitivo con otros aceros inoxidables para moldes, pero el costo exacto debe verificarse con los proveedores.
• Disponibilidad por formato de producto:
• Ambos materiales están disponibles en bloques, placas, barras y placas preendurecidas de los principales proveedores de acero para herramientas; los plazos de entrega varían según la fábrica y si el producto es ESR o tiene un tratamiento especial.
• La disponibilidad global suele ser buena, pero la adquisición de secciones grandes o condiciones de procesamiento específicas (placas preendurecidas y pulidas) puede requerir plazos de entrega más largos.

10. Resumen y recomendación

Atributo	NAK80	S136
soldabilidad	Moderado — requiere un precalentamiento cuidadoso / templado posterior a la soldadura	Riesgo moderado de endurecimiento de la ZAT; se requiere soldadura controlada.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Bueno — equilibrado hacia la resistencia en muchas variantes	Bueno — equilibrado, con énfasis en el pulido/resistencia a la corrosión por encima de la máxima dureza.
Costo	De moderado a alto (depende del proveedor/proceso)	De moderado a alto; a menudo más alto cuando se procesa mediante fusión por electroerosión o al vacío.

Recomendación: - Elija NAK80 si necesita un acero inoxidable para moldes que proporcione un equilibrio entre resistencia a la corrosión y mayor resistencia mecánica y tenacidad para moldes sometidos a cargas más elevadas, tensiones mecánicas repetidas o donde la metalurgia mejorada con nitrógeno ofrece ventajas en el rendimiento. - Elija S136 si la prioridad es la máxima resistencia a las manchas, una capacidad de pulido superior y un historial comprobado para aplicaciones de moldes sensibles a la corrosión y de alto brillo (por ejemplo, moldes cosméticos, médicos o refrigerados por agua donde la apariencia de la superficie y la resistencia a la corrosión a largo plazo son fundamentales).

Nota final: Tanto NAK80 como S136 son excelentes candidatos para aplicaciones de moldes resistentes a la corrosión. El grado adecuado depende de la interacción específica del entorno de servicio (exposición a la corrosión, medio de refrigeración), el acabado superficial requerido, las condiciones de carga y desgaste, y las limitaciones de fabricación. Siempre verifique los certificados de fábrica, las recomendaciones de tratamiento térmico del proveedor y realice pruebas de procesamiento cuando se requiera un rendimiento o una cualificación críticos.