SKH9 vs M2 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse a la elección entre dos aceros rápidos para herramientas muy similares, utilizados para cortar, conformar y fabricar herramientas resistentes al desgaste: un grado rápido con designación JIS y el grado AISI/SAE, ampliamente utilizado. El dilema de la selección generalmente se centra en las especificaciones del proveedor y el cumplimiento de las normas, así como en los requisitos de procesamiento y post-soldadura. A menudo, la decisión se basa en las compensaciones entre disponibilidad, prácticas de tratamiento térmico y costos de procesamiento secundario, más que en diferencias sustanciales en el rendimiento básico.

Ambos grados son aceros rápidos diseñados para herramientas de corte trabajadas en caliente y aplicaciones de mecanizado en frío/caliente. Se comparan frecuentemente debido a la gran similitud de sus composiciones químicas nominales y propiedades resultantes: uno se rige por una especificación nacional japonesa y el otro por las convenciones norteamericanas e internacionales para aceros de herramientas. En la práctica, los factores decisivos son la conformidad con las normas, las instrucciones de tratamiento térmico y la disponibilidad de formas, más que las diferencias metalúrgicas sustanciales.

1. Normas y designaciones

• AISI/SAE/ASTM: AISI/SAE M2 (referencia internacional común para este tipo de acero de alta velocidad; a menudo incluido en las hojas de datos de acero para herramientas ASTM).
• JIS: SKH9 (Estándar industrial japonés para un acero de alta velocidad equivalente).
• EN/DIN: Existen designaciones EN/DIN comparables (comúnmente presentadas como HS6-5-2 o grados de acero para herramientas EN similares; la etiqueta EN exacta varía según el país y la familia de aleación específica).
• GB (China): Las normas chinas enumeran aceros para herramientas con composiciones químicas similares (numeración/etiquetas diferentes).
• Clasificación: Tanto el SKH9 como el M2 son aceros rápidos para herramientas (HSS), es decir, aceros para herramientas/aleaciones formulados para ofrecer dureza en caliente, resistencia al desgaste y tenacidad a altas temperaturas. No son aceros inoxidables.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos para cada grado. Los valores se presentan como rangos típicos; para la adquisición y las pruebas de aceptación, se debe obtener un análisis certificado del fabricante o proveedor.

Elemento	SKH9 (típico, % en peso)	M2 (típico, % en peso)
do	0,85–1,05	0,85–1,05
Minnesota	0,15–0,40	0,15–0,40
Si	0,20–0,45	0,20–0,45
PAG	≤0,03 (máx.)	≤0,03 (máx.)
S	≤0,03 (máx.)	≤0,03 (máx.)
Cr	3,5–4,5	3,75–4,50
Ni	- (rastro)	≤0,3 (traza)
Mes	4.2–5.5	4,5–5,5
V	1.8–2.2	1,75–2,20
Nótese bien	- (rastro)	- (rastro)
Ti	- (rastro)	- (rastro)
B	—	—
norte	—	—
W (Tungsteno)	5,5–6,75	5,5–6,75

Notas: - Ambos grados están aleados con niveles relativamente altos de W y Mo para lograr dureza en caliente y formación de carburos complejos; el V promueve carburos de tipo MC duros y estables que mejoran la resistencia al desgaste. - Los elementos menores (Nb, Ti, B, N) generalmente se encuentran en niveles traza o no se agregan deliberadamente, excepto en variantes especiales (por ejemplo, metalurgia de polvos o HSS modificado). La estrategia de aleación hace hincapié en la alta templabilidad y los carburos estables en lugar de la resistencia a la corrosión: una alta relación W/Mo + Cr + V produce carburos complejos M6C/M2C y MC para la resistencia al desgaste y la dureza en rojo.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura típica: Tanto el SKH9 como el M2 desarrollan matrices de martensita revenida que contienen una distribución de carburos duros: carburos complejos ricos en tungsteno y molibdeno (a menudo descritos como tipos M6C/M2C) y carburos MC ricos en vanadio. El tamaño y la distribución de los carburos dependen en gran medida de las prácticas de fusión, solidificación y forjado/laminación.

Comportamiento ante el tratamiento térmico: Austenización: Los aceros rápidos requieren altas temperaturas de austenización para disolver la fracción de carburo necesaria y obtener el carbono de la matriz deseado en solución. Los rangos típicos de austenización para esta familia son altos (generalmente entre 1180 °C y 1250 °C), pero las temperaturas exactas se obtienen de las tablas de tratamiento térmico del proveedor. - Temple: El temple en aceite o en gas se utiliza para formar martensita; debido al alto contenido de aleación, la austenita retenida puede ser significativa y a menudo se controla mediante tratamiento criogénico si se requiere una menor cantidad de austenita retenida. - Revenido: Varios ciclos de revenido (dos o tres) a temperaturas intermedias (generalmente entre 520 °C y 600 °C, según la dureza deseada) estabilizan la matriz y precipitan carburos secundarios. El programa de revenido determina el equilibrio final entre dureza y tenacidad. - Normalización/recocido: Para el mecanizado o el conformado, se utiliza un recocido suave (manteniendo la temperatura para esferoidizar los carburos, enfriamiento lento) para reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad.

Diferencias: Metalúrgicamente, ambos grados responden de forma muy similar. Las diferencias observadas en la práctica suelen deberse a procesos específicos (método de fusión, forjado/laminado, programas de recocido/normalizado) y a las recomendaciones de tratamiento térmico del proveedor, más que a diferencias intrínsecas en su composición.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de los aceros rápidos dependen en gran medida del tratamiento térmico, por lo que es mejor indicar los valores como rangos típicos para condiciones comunes. La tabla siguiente muestra rangos representativos para condiciones recocidas y templadas y revenidas.

Propiedad	Condición típica de recocido (representativa)	Típico templado y revenido (representativo)
Resistencia a la tracción (MPa)	700–1000	1500–2200
Límite elástico (MPa)	~400–700	1000–1600
Alargamiento (%)	8–18	2–8
Resistencia al impacto (Charpy V, J)	20–40 (recocido)	2–20 (depende del templado)
Dureza (HRC)	28–34 (recocido)	60–67 HRC (condición de herramienta de alta velocidad)

Interpretación: - Tanto el SKH9 como el M2 pueden endurecerse hasta alcanzar valores HRC altos típicos del HSS (60–67 HRC), con una resistencia a la tracción muy alta y una baja ductilidad correspondientes. - El material recocido es mecanizable y significativamente más resistente/dúctil que el material endurecido. - Las diferencias en resistencia y tenacidad entre SKH9 y M2 en condiciones equivalentes de tratamiento térmico son generalmente pequeñas; el rendimiento práctico reflejará la distribución del carburo y la ejecución del tratamiento térmico.

5. Soldabilidad

Los aceros rápidos con un contenido relativamente alto de carbono y aleación son intrínsecamente difíciles de soldar. Dos predictores de soldabilidad composicional comúnmente utilizados son:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• PCM (Dai): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: Tanto el SKH9 como el M2 presentan valores relativamente altos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ debido a su contenido de carbono, cromo, molibdeno, tungsteno y vanadio. Esto indica una alta templabilidad y susceptibilidad al agrietamiento en frío y a la formación de martensita frágil en la ZAT. Consecuencias prácticas: la soldadura de aceros para herramientas de alta resistencia requiere un precalentamiento estricto, una temperatura controlada entre pasadas, el uso de materiales de aporte compatibles y un revenido posterior a la soldadura. Para herramientas críticas, a menudo se evita la soldadura y se opta por el brasado, la unión mecánica o el mecanizado completo de piezas en bruto de repuesto. - Si es necesario soldar, consulte las especificaciones del procedimiento de soldadura del proveedor y realice soldaduras de calificación con un tratamiento térmico completo posterior a la soldadura.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni SKH9 ni M2 son aleaciones inoxidables. Su resistencia a la corrosión se limita a la que proporciona el contenido de cromo, pero es insuficiente para la exposición a ambientes agresivos.
• Las estrategias de protección más comunes incluyen pintura, revestimiento, recubrimientos por deposición de vapor (TiN, TiAlN), nitruración, granallado o galvanizado para aplicaciones que no son herramientas. Para herramientas de corte y conformado, la ingeniería de superficies (recubrimientos, endurecimiento superficial) es el método principal de protección y prolongación de la vida útil.
• El índice PREN no es aplicable a estos aceros para herramientas que no son inoxidables, pero para mayor claridad, el índice de corrosión del acero inoxidable es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Utilice grados resistentes a la corrosión (aceros para herramientas inoxidables u otras aleaciones) cuando la resistencia a la corrosión sea un requisito primordial; de lo contrario, proteja el HSS mediante recubrimientos y almacenamiento controlado.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: En estado recocido (blando), ambos grados son razonablemente mecanizables para operaciones de desbaste y acabado. En estado endurecido, el rectificado y la electroerosión son métodos típicos para el conformado.
• Corte y rectificado: El alto contenido de aleación y los carburos duros aumentan el desgaste abrasivo en las herramientas de corte/rectificado; utilice diamante o CBN donde sea apropiado para una alta productividad.
• Conformabilidad: La conformación en frío es limitada; la conformación en caliente o el mecanizado de piezas en bruto son prácticas habituales. El doblado/conformación de material recocido es factible, pero el riesgo de recuperación elástica y agrietamiento aumenta con el contenido de carbono/aleación.
• Acabado superficial: El pulido y la adherencia del recubrimiento se benefician de una distribución controlada de carburo y de buenas prácticas de tratamiento térmico.

8. Aplicaciones típicas

SKH9 (JIS) — Usos típicos	M2 (AISI/SAE) — Usos típicos
Herramientas de corte de alta velocidad en las cadenas de suministro nacionales/regionales: brocas, machos de roscar, fresas, escariadores, brochas	Producción mundial de herramientas de corte HSS: brocas helicoidales, fresas de extremo, machos de roscar, cuchillas, cortadores de engranajes.
Piezas en bruto y vástagos para herramientas utilizados donde se requieren especificaciones japonesas	Herramientas estandarizadas cuando se requieren especificaciones internacionales o norteamericanas
Corte en frío y en caliente, priorizando la adquisición local y el cumplimiento de las especificaciones.	Amplio uso industrial, piezas en bruto para herramientas de repuesto y aplicaciones de acero rápido cementado; disponible en muchas formas, incluidas variantes PM.

Justificación de la selección: Ambos grados se eligen por su resistencia al desgaste y dureza en caliente. La elección se basa en la disponibilidad local, la certificación requerida (JIS o AISI/ASTM) y si los proveedores posteriores esperan material con una especificación u otra. - Para un desgaste extremo o propiedades especializadas, considere los aceros rápidos metalúrgicos (HSS) o los sustitutos de carburo fabricados mediante pulvimetalurgia.

9. Costo y disponibilidad

• Factores que influyen en los costes: precios de mercado del tungsteno y el molibdeno, método de producción (fundición convencional frente a metalurgia de polvos) y requisitos de certificación/trazabilidad.
• Disponibilidad: M2 está establecido a nivel mundial y es ampliamente distribuido por distribuidores internacionales; SKH9 es común en regiones donde JIS es la norma de adquisición y puede ser preferido por las fábricas nacionales.
• Formas del producto: ambos están disponibles en forma de barras, piezas en bruto y placas de acero para herramientas; las variantes PM-M2 (metalurgia de polvos) tienen un precio superior, pero ofrecen mayor tenacidad y una distribución uniforme del carburo.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Criterio	SKH9	M2
soldabilidad	Deficiente; requiere precalentamiento/templado posterior a la soldadura.	Deficiente; requiere precalentamiento/templado posterior a la soldadura.
Resistencia-Tenacidad (condición HT)	Alta dureza y resistencia al desgaste; tenacidad típica del acero rápido (HSS).	Alta dureza y resistencia al desgaste; tenacidad típica del acero rápido (HSS).
Coste y disponibilidad	Disponible en regiones que utilizan JIS; precios competitivos a nivel regional.	Ampliamente disponible a nivel internacional; grado de referencia estándar para HSS

Recomendación: - Elija SKH9 si necesita cumplir con las normas nacionales japonesas, si realiza compras dentro de cadenas de suministro que especifican designaciones JIS o si el proveedor ofrece tratamientos térmicos y certificaciones a medida que se ajustan a su proceso. Elija M2 si necesita una calidad reconocida internacionalmente, con amplia disponibilidad en la cadena de suministro, documentación estándar AISI/ASTM y fácil acceso a través de distribuidores globales. M2 suele ser la opción preferida cuando la adquisición transfronteriza o el suministro desde múltiples proveedores son importantes.

Nota de cierre: Metalúrgicamente, los aceros rápidos SKH9 y M2 son prácticamente equivalentes; las diferencias de rendimiento en servicio suelen deberse al tratamiento térmico, el control de carburos, el proceso de fabricación y el tratamiento superficial, más que a una composición química fundamentalmente distinta. Para aplicaciones críticas de utillaje, obtenga los certificados de fábrica, solicite las instrucciones de tratamiento térmico del proveedor y verifique el rendimiento real del lote mediante ensayos de dureza, microestructura y, cuando sea necesario, tenacidad.