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

Introducción

El P20 y el NAK80 son dos aceros para moldes y herramientas ampliamente utilizados en la fabricación de utillaje para inyección de plástico y fundición a presión. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los equipos de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas del coste total de la pieza, la vida útil de la herramienta, el acabado superficial y el mantenimiento. Algunos ejemplos típicos de selección son: elegir un material rentable para utillaje de gran volumen (donde la tenacidad y la maquinabilidad son fundamentales) frente a elegir un acero para moldes inoxidable para piezas de alto brillo o sensibles a la corrosión (donde el acabado superficial y la pasivación son importantes).

La principal diferencia práctica que influye en muchas decisiones de diseño radica en el comportamiento de la superficie: el NAK80 está diseñado para ofrecer una retención superior del acabado superficial, resistencia a la corrosión y un aspecto pulido para piezas de plástico de alto brillo, mientras que el P20 es un acero para moldes preendurecido más convencional, optimizado para la asequibilidad, la maquinabilidad y la tenacidad de uso general. Dado que ocupan ámbitos de aplicación que se solapan (bases de moldes, cavidades, insertos de núcleo), los diseñadores los comparan habitualmente en función de la estética de la pieza final, el mantenimiento del molde y las limitaciones del entorno de producción.

1. Normas y designaciones

• P20
• Designaciones comunes: AISI/SAE P20, DIN 1.2312 (equivalentes cercanos), varios nombres comerciales de proveedores (acero para moldes preendurecido).
• Clasificación: Acero para herramientas aleado, generalmente suministrado en estado preendurecido.
• NAK80
• Designaciones comunes: Nombre comercial (NAK80) utilizado por varios proveedores japoneses y globales; a veces se hace referencia a él como un grado de acero inoxidable martensítico para moldes.
• Clasificación: Acero inoxidable martensítico para herramientas/moldes (acero inoxidable para moldes).

Las normas aplicables que deben verificarse en los certificados de fábrica y las órdenes de compra incluyen las especificaciones ASTM/ASME para aceros para moldes y las normas nacionales pertinentes (EN, JIS, GB) para herramientas y aceros inoxidables para herramientas. Siempre confirme las designaciones y los certificados específicos del proveedor, ya que las denominaciones comerciales varían entre los distintos fabricantes.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra rangos de composición nominal representativos, comúnmente citados en las fichas técnicas de los proveedores. Estos valores son rangos típicos; siempre verifique los certificados específicos del fabricante antes de la compra.

Elemento	P20 (rango nominal típico, % en peso)	NAK80 (rango nominal típico, % en peso)
do	0,25–0,35	0,03–0,12
Minnesota	0,35–0,60	0,10–0,60
Si	0,20–0,35	0,10–0,80
PAG	≤0,03	≤0,025
S	≤0,03	≤0,020
Cr	1.30–1.60	11.0–13.5
Ni	0,30–0,60	1.0–4.0
Mes	0,30–0,50	0,30–0,60
V	trazas–pequeñas	rastro
Nb (Cb)	—	rastro
Ti	—	rastro
B	—	rastro
norte	—	traza (en variantes de acero inoxidable)

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: principal factor que contribuye a la templabilidad y resistencia. El mayor contenido de carbono del P20 (en comparación con las variantes de acero inoxidable con bajo contenido de carbono) proporciona mayor dureza y resistencia al desgaste tras el temple/revenido, pero aumenta el riesgo de fisuración en la zona afectada por el calor durante la soldadura. El NAK80 suele tener un menor contenido de carbono para equilibrar la resistencia a la corrosión y evitar una fragilidad excesiva. - Cromo y níquel: En NAK80, el alto contenido de Cr y Ni proporciona un comportamiento inoxidable/pasivo y mejora la resistencia a la corrosión y la capacidad de pulido. En P20, el contenido moderado de Cr y Ni mejora la templabilidad y la resistencia, pero no confiere propiedades inoxidables. - Molibdeno y vanadio: Mejoran la templabilidad, el endurecimiento secundario, la resistencia a la fluencia y la estabilidad de los carburos; beneficiosos para ambos grados para mejorar la resistencia al desgaste. - Otras microaleaciones (Nb, Ti, B): Refinan el tamaño del grano y controlan la precipitación; en los aceros inoxidables para herramientas, a menudo están presentes en cantidades traza para controlar las propiedades.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura (típica): - P20: Martensita revenida con carburos de aleación finos (carburos de Cr/Mo). A menudo se suministra preendurecida (p. ej., ~28–32 HRC) en estado normalizado y revenido; microestructura optimizada para la maquinabilidad y la tenacidad. - NAK80: Matriz de acero inoxidable martensítico con carburos ricos en cromo y una capa superficial pasiva de óxido de cromo cuando está pulida; a menudo se produce en una condición preendurecida adecuada para el pulido y la resistencia a la corrosión.

Respuesta al tratamiento térmico: - P20: Puede suministrarse preendurecido; si se endurece y revene, los ciclos de temple y revenido producen martensita revenida. La normalización refina el tamaño del grano. - La nitruración se aplica comúnmente para mejorar la dureza superficial y la resistencia al desgaste; el comportamiento de la nitruración depende de los elementos formadores de nitruro de aleación (por ejemplo, V, Cr). - NAK80: El tratamiento térmico busca equilibrar la dureza con las características del acero inoxidable. Los métodos típicos incluyen el recocido de solubilización y el temple, seguidos de un revenido; se requiere un control estricto para evitar la sensibilización y mantener la resistencia a la corrosión. - El comportamiento del acero inoxidable complica los tratamientos a altas temperaturas; los rangos de calentamiento para el revenido difieren de los de los aceros al carbono y pueden requerir vacío o atmósfera controlada para evitar la descarburación y la oxidación.

El procesamiento termomecánico puede influir en el tamaño del grano y la distribución de los carburos; para ambos aceros, un control más estricto del proceso produce una mejor capacidad de pulido y una dureza más uniforme.

4. Propiedades mecánicas

La tabla siguiente muestra los rangos de propiedades típicos para los estados de preendurecimiento y tratamiento térmico comúnmente suministrados. Consulte los certificados del proveedor para obtener las cifras exactas.

Propiedad	P20 (típico)	NAK80 (típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	800–1100	700–1000
Límite elástico (0,2% de deformación, MPa)	600–900	500–850
Alargamiento (%)	10–18	8–18
Resistencia al impacto (Charpy, J)	moderado (depende del temperamento)	De regular a buena (depende del estado)
Dureza (HRC)	28–32 (preendurecido), puede someterse a un tratamiento térmico superior.	30–36 (variantes de acero inoxidable preendurecido)

Interpretación: - Resistencia: El P20 en condiciones de preendurecimiento comparables generalmente proporciona una resistencia nominal ligeramente superior debido a un mayor contenido de carbono y a su mezcla de aleación; sin embargo, el tratamiento térmico puede reducir las diferencias. - Tenacidad/ductilidad: Ambos grados intercambian dureza por tenacidad; las formulaciones P20 tienden a priorizar la tenacidad y la maquinabilidad de uso general, mientras que NAK80 está equilibrado para la pulibilidad y la resistencia a la corrosión con una tenacidad adecuada. Los rangos de dureza se superponen; el grado elegido debe ajustarse a la resistencia al desgaste requerida y a los objetivos de acabado superficial final.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del equivalente de carbono y del contenido de aleación. El uso de fórmulas de equivalente de carbono ayuda a evaluar la susceptibilidad al agrietamiento de la ZAT y los requisitos de precalentamiento/postcalentamiento.

Fórmulas comunes: - Equivalente de carbono IIW (guía cualitativa): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Equivalente de carbono electrotécnico de soldadura internacional (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: - P20: El mayor contenido de carbono y la presencia de Mo/Cr elevan el índice de equivalencia de carbono en comparación con los aceros de bajo carbono, aumentando la susceptibilidad al endurecimiento de la zona afectada por el calor (ZAC) y al agrietamiento en frío, a menos que se utilicen tratamientos térmicos previos y posteriores a la soldadura adecuados. El acero P20 suele requerir procedimientos de soldadura controlados o el uso de metales de aporte compatibles con bajo contenido de hidrógeno. - NAK80: Como acero inoxidable martensítico, el contenido de Cr y Ni del NAK80 modifica su soldabilidad. Los aceros inoxidables martensíticos pueden ser propensos a la formación de grietas en la zona afectada por el calor (ZAC) y en el metal de soldadura si no se precalientan y si no se controlan las temperaturas entre pasadas y las velocidades de enfriamiento. El níquel mejora la soldabilidad hasta cierto punto, pero la matriz de acero inoxidable requiere una cuidadosa selección del material de aporte y, a menudo, un tratamiento térmico posterior a la soldadura para recuperar la tenacidad y la resistencia a la corrosión. En la práctica: Ambos grados de acero se pueden soldar, pero es fundamental seguir un plan de soldadura (precalentamiento, temperatura entre pasadas, temple posterior a la soldadura) y utilizar metales de aporte adecuados. Para superficies donde la estética sea un aspecto crítico, se deben evitar las zonas soldadas o bien rectificarlas y volver a pulirlas.

6. Corrosión y protección de superficies

• P20: No es inoxidable. Normalmente se requiere protección contra la corrosión superficial en ambientes húmedos o corrosivos. Las protecciones comunes incluyen:
• Pintura, chapado o recubrimientos locales (PVD/CVD) sobre superficies acabadas.
• La galvanización no es habitual en las herramientas; en su lugar, se utilizan la nitruración o los recubrimientos superficiales (TiN, CrN) para aumentar la resistencia al desgaste y reducir el inicio de la corrosión por picaduras.
• NAK80: Acero inoxidable martensítico que proporciona pasividad y mayor resistencia a la corrosión que el P20 cuando se pule y se mantiene adecuadamente. Para la caracterización del acero inoxidable, se suelen utilizar índices de corrosión como el PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) para grados austeníticos y dúplex. $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Nota: El índice PREN es menos directamente aplicable a aceros inoxidables martensíticos para moldes como el NAK80, pero la fórmula ilustra cómo el contenido de Cr/Mo/N se correlaciona con la resistencia a la corrosión por picaduras. El contenido de cromo y el acabado superficial del NAK80 son los principales factores que contribuyen a su superior resistencia a las manchas y la corrosión en servicio.
• Consecuencia práctica: Para piezas y moldes de plástico de alto brillo que operan en ambientes húmedos o corrosivos, NAK80 reduce las manchas y las necesidades de mantenimiento; P20 requiere estrategias de protección (recubrimientos, ambiente controlado) para mantener la calidad de la superficie.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• P20: Buena maquinabilidad en estado preendurecido; ampliamente utilizado por su facilidad de mecanizado con tolerancias ajustadas y su buen desempeño en electroerosión. Basta con herramientas de carburo y prácticas estándar de refrigeración.
• NAK80: Generalmente presenta buena maquinabilidad para aceros inoxidables para herramientas, pero su tendencia al endurecimiento por deformación y el comportamiento de las aleaciones inoxidables requieren una geometría de herramienta, velocidades de corte y refrigerante optimizados. El acabado superficial que se puede lograr es excelente con las herramientas adecuadas.
• Conformabilidad y doblado: Ambos son aceros para herramientas, con una ductilidad limitada en comparación con los aceros al carbono. El conformado se suele realizar antes del temple/revenido final. Evite el conformado excesivo después del temple.
• Acabado y pulido de superficies:
• Esta es una diferencia clave. El NAK80 se pule con mayor facilidad hasta obtener un acabado espejo y conserva un brillo intenso gracias a su matriz de acero inoxidable y la fina distribución de carburos. El P20 puede pulirse hasta obtener un buen acabado, pero es más susceptible a las manchas y la oxidación, y requiere recubrimientos adicionales o mantenimiento para conservar su brillo intenso.

8. Aplicaciones típicas

P20 — Usos típicos	NAK80 — Usos típicos
Cavidades y núcleos de moldes de inyección de uso general para acabados superficiales no críticos	Cavidades de moldeo por inyección de alto brillo para piezas ópticas, médicas y de consumo
Grandes bases de moldes y componentes estructurales donde el coste y la maquinabilidad son factores determinantes.	Herramientas propensas a la corrosión (ambientes húmedos) o moldes que requieren una retención de pulido a largo plazo
Producción de prototipos y de bajo a medio volumen donde se requiere mecanizado rápido y electroerosión (EDM).	Moldes multicomponentes donde el acabado superficial y la estética de la pieza son prioritarios.
Herramientas que requieren nitruración posterior o recubrimientos PVD para mayor resistencia al desgaste.	Moldes de precisión donde el rendimiento del acero inoxidable reduce el mantenimiento y las manchas.

Justificación de la selección: - Elija P20 para un equilibrio entre costo, disponibilidad y maquinabilidad cuando la apariencia final de la pieza no sea crítica o cuando se puedan aplicar recubrimientos/nitruración. - Elija NAK80 para piezas de alto brillo, menor tendencia a las manchas y cuando se requiera resistencia a la corrosión en la herramienta para mantener la apariencia y reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento.

9. Costo y disponibilidad

• Costo:
• El acero P20 suele ser más económico por kilogramo que el NAK80 debido a su menor contenido de aleación y a la amplia disponibilidad del material. Es una opción rentable para moldes grandes y cuando el presupuesto es limitado.
• El NAK80 tiene un precio superior debido a su mayor contenido de aleación (Cr, Ni) y al procesamiento para obtener propiedades inoxidables; cabe esperar mayores costes de materiales y, en ocasiones, mayores costes de procesamiento para el tratamiento térmico y el acabado.
• Disponibilidad:
• El P20 está ampliamente disponible en placas, bloques y barras preendurecidas de muchos proveedores y es común en los talleres de moldes.
• El NAK80 se produce ampliamente, pero la disponibilidad en tamaños de placa muy grandes o dimensiones no estándar puede ser más limitada que la del P20; los plazos de entrega pueden ser más largos dependiendo del espesor y los requisitos de acabado.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	P20	NAK80
soldabilidad	Buen control; mayor CE requiere atención	Un proceso complejo; a menudo se requiere un procedimiento de soldadura de acero inoxidable y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Fuerte y resistente en estado preendurecido	Buen equilibrio, pero optimizado para el pulido y la resistencia a la corrosión.
Costo	Más bajo (más económico)	Mayor (aleación de acero inoxidable de primera calidad)

Recomendaciones: - Elija P20 si: - El presupuesto y la rapidez en el mecanizado/EDM son prioritarios. La pieza no requiere un acabado de alto brillo ni está protegida/recubierta. - Se requieren bases de moldes grandes o componentes con mecanizado pesado. - Elija NAK80 si: - Un acabado superficial de alta calidad, la retención del pulido y la resistencia a la corrosión son fundamentales (óptica, medicina, piezas de consumo de alto brillo). - Se busca un menor mantenimiento de las herramientas para materiales propensos a las manchas o entornos de producción húmedos. El mayor coste se justifica por la reducción de las repeticiones de trabajo, una mayor vida útil del pulido o una mejor calidad estética de las piezas moldeadas.

Nota final: La selección del material debe validarse comparando las fichas técnicas de los proveedores, realizando pruebas de pulido de muestras bajo las condiciones de proceso previstas y teniendo en cuenta los procedimientos de soldadura/reparación y los tratamientos superficiales. Cuando el acabado superficial o la resistencia a la corrosión determinan la aceptación de la pieza, se recomienda encarecidamente realizar pruebas con el material y el régimen de pulido definitivos.