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

Introducción

El SKH9 y el M2 son dos aceros rápidos para herramientas de uso común, empleados en herramientas de corte, brocas, machos de roscar, herramientas de conformado y componentes resistentes al desgaste. Ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción se enfrentan frecuentemente al dilema de la selección: elegir en función de la estandarización regional, las sutiles diferencias de composición o las consideraciones de la cadena de suministro, frente a objetivos de rendimiento específicos como la resistencia al desgaste, la tenacidad o la resistencia al calor.

La distinción fundamental para la selección radica en que SKH9 es la designación estándar japonesa y M2 es la designación estadounidense/internacional para una familia de aceros rápidos de tungsteno-molibdeno muy similar. Se comparan con frecuencia porque ocupan el mismo nicho de rendimiento (acero rápido para herramientas de uso general) y a menudo son intercambiables en diseño; sin embargo, el origen estándar, las tolerancias de especificación y el procesamiento del proveedor pueden influir en la elección final.

1. Normas y designaciones

• M2: Comúnmente referenciado en las especificaciones basadas en AISI/ASM y ASTM/ASME (AISI M2; ASTM: a menudo incluido en las listas de aceros de alta velocidad), ampliamente utilizado en las cadenas de suministro norteamericanas e internacionales.
• SKH9: Designación de la norma industrial japonesa (JIS SKH9), utilizada en todo Japón y en muchas cadenas de suministro asiáticas; también aceptada en muchos mercados de exportación.
• EN/ISO: Las familias equivalentes en las normas europeas a menudo se designan como HS6-5-2-5 o grados HSS de tungsteno-molibdeno similares; la equivalencia es aproximada y depende de rangos de elementos específicos.
• GB (China): Las normas chinas tienen sus propias designaciones, pero comúnmente proporcionan equivalentes químicos directos o tablas de referencias cruzadas para los aceros de las series SKH y M.

Clasificación: Tanto el SKH9 como el M2 son aceros para herramientas de la familia de los aceros rápidos (HSS), aceros aleados formulados específicamente para una alta dureza y dureza en caliente (retención de la dureza a altas temperaturas de corte). No son aceros inoxidables ni aceros HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: rangos de composición típicos (en % de masa) para SKH9 y M2. Nota: la tabla enumera los elementos solicitados; el tungsteno (W) es un elemento de aleación esencial para estos grados, pero no figuraba en las columnas de la tabla; su contenido típico se indica debajo de la tabla.

Elemento	Rango típico SKH9 (JIS)	Rango típico M2 (AISI)
do	0,85–1,05	0,85–1,05
Minnesota	0,20–0,50	0,20–0,40
Si	0,15–0,40	0,20–0,45
PAG	≤0,03	≤0,03
S	≤0,03	≤0,03
Cr	3,75–4,50	3,75–4,50
Ni	- (rastro)	- (rastro)
Mes	4.50–5.50	4.50–5.50
V	1.70–2.20	1.70–2.20
Nótese bien	—	—
Ti	—	—
B	—	—
norte	rastro	rastro

Nota importante: Tanto SKH9 como M2 contienen una proporción considerable de tungsteno (W), generalmente entre el 5,5 % y el 6,75 % (varía según el fabricante). El tungsteno y el molibdeno son los principales elementos de aleación que proporcionan una elevada dureza en caliente y resistencia al desgaste en esta familia de grados. En algunas fundiciones específicas pueden estar presentes pequeñas adiciones de aleación (trazas de Ti, Nb y B) para controlar la morfología de los carburos y el tamaño de grano; esta microaleación depende del proveedor.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El carbono y los formadores de carburos fuertes (W, Mo, V, Cr) producen carburos intermetálicos duros que resisten el desgaste abrasivo y permiten el revenido a alta dureza. - El cromo y el vanadio contribuyen a la formación de poblaciones de carburos duros, mejorando la resistencia al desgaste y la dureza en caliente. - El molibdeno y el tungsteno mejoran el comportamiento de endurecimiento secundario y mantienen la dureza a temperaturas elevadas (dureza en rojo de la herramienta de corte). El silicio y el manganeso están presentes en pequeñas cantidades para la desoxidación y el control de la resistencia; sus niveles también afectan la tenacidad y la maquinabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - En estado recocido, ambos aceros presentan una matriz ferrítica con una red de carburos primarios y secundarios (carburos complejos que incluyen los tipos M6C y MC, donde M = W, Mo, V, Cr). - Después de la austenización y el temple, la microestructura se vuelve martensítica con carburos retenidos; el revenido posterior produce un endurecimiento secundario debido a la precipitación de carburos de aleación finos, lo cual es fundamental para la dureza a alta temperatura del HSS.

Respuesta al tratamiento térmico: - Austenización: Se utilizan rangos de austenización comparables tanto para SKH9 como para M2; la temperatura y el tiempo controlan la disolución del carburo y la distribución de la aleación. - Temple: El temple en aceite o aire forzado es común; ambos aceros requieren enfriamiento controlado para evitar grietas. - Revenido: Los ciclos repetidos de revenido a temperaturas elevadas producen un endurecimiento secundario. Los programas de revenido determinan la dureza final (normalmente en torno a los 60 HRC para herramientas de corte) y el equilibrio de tenacidad. - Normalizado: Se utiliza para refinar el tamaño del grano y homogeneizar la microestructura antes del endurecimiento final; es más común en la práctica de taller que en la producción final de aceros de alta velocidad (HSS). - Procesamiento termomecánico: Las prácticas de los proveedores, como la fusión al vacío, la refundición por electroescoria (ESR) o la fusión por inducción al vacío (VIM), mejoran la limpieza y la resistencia; los productores pueden especificar estas rutas de fusión.

En general, SKH9 y M2 responden de manera muy similar a los ciclos de tratamiento térmico HSS estándar; las diferencias surgen de tolerancias de composición menores y rutas de fabricación de acero que afectan la distribución y limpieza de los carburos.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: propiedades mecánicas cualitativas comparativas (típicas, dependientes del tratamiento térmico)

Propiedad	SKH9 (típico después de un tratamiento térmico HSS adecuado)	M2 (típico después de un tratamiento térmico HSS adecuado)
Resistencia a la tracción	Alto (nivel de clase HSS; depende del tratamiento térmico)	Alto (comparable a SKH9)
Resistencia a la fluencia	Alto (comparable al comportamiento a tracción)	Alto (comparable a SKH9)
Alargamiento	De baja a moderada (la fragilidad aumenta con la dureza)	De bajo a moderado (similar)
Resistencia al impacto	De moderado a bajo (depende de la distribución del carburo y del tratamiento térmico)	De moderado a bajo (similar)
Dureza (templado de servicio)	Normalmente en el rango de alta dureza Rockwell C (dominio del acero para herramientas HSS).	Normalmente en el rango de alta dureza Rockwell C (dominio del acero para herramientas HSS).

Notas: Los valores numéricos de resistencia a la tracción, límite elástico e impacto son extremadamente sensibles al programa exacto de tratamiento térmico, al estado de la muestra y a la morfología del carburo; ambos grados están diseñados para la dureza y la dureza en caliente en lugar de la ductilidad. - En la práctica, la dureza (HRC) después de una austenización adecuada y varios revenidos es la propiedad más comúnmente especificada para las herramientas de corte; tanto el SKH9 como el M2 pueden alcanzar un HRC de entre 60 y 65 dependiendo del revenido.

Interpretación: Ninguna calidad es categóricamente "más resistente" a la tracción cuando se prepara con un tratamiento térmico equivalente; la diferencia clave radica en la distribución de carburos y la limpieza del proceso de fabricación del acero, lo que puede favorecer ligeramente la ruta de procesamiento de un productor. La tenacidad suele ser un compromiso con la dureza; se utiliza un revenido cuidadoso para lograr el equilibrio necesario.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros rápidos es generalmente deficiente en comparación con los aceros de baja aleación debido a su alto contenido de carbono y a los fuertes elementos formadores de carburos que aumentan la templabilidad y la susceptibilidad al agrietamiento.

Fórmulas predictivas útiles (solo interpretación cualitativa): - El equivalente de carbono (IIW) se utiliza a menudo para estimar la susceptibilidad al agrietamiento en frío: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - La fórmula Pcm es otro índice de soldabilidad: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: Tanto el SKH9 como el M2 presentan valores relativamente altos de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ debido a la presencia de C, Cr, Mo, V y W (este último también incrementa la templabilidad, pero no forma parte de estas fórmulas específicas). Por consiguiente, se prevén altos requisitos de precalentamiento, bajas temperaturas entre pasadas para evitar el choque térmico y la necesidad de un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para aliviar tensiones y templar la martensita. Práctica habitual: evitar soldar aceros rápidos siempre que sea posible. Si la soldadura es necesaria, utilizar precalentamiento controlado, procesos de baja entrada de calor, metales de aporte compatibles o especializados y revenido posterior a la soldadura para recuperar la tenacidad. Como alternativa, soldar mediante soldadura fuerte o unión mecánica los componentes cuando sea factible.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el SKH9 ni el M2 son aceros inoxidables. Su resistencia a la corrosión en ambientes atmosféricos o acuosos es limitada en comparación con los aceros inoxidables.
• Estrategias de protección típicas: aceitado, pintura, fosfatado o galvanizado cuando corresponda; para las herramientas de corte, la corrosión normalmente se controla mediante lubricación y almacenamiento en lugar de recubrimientos.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es aplicable porque no se trata de aceros inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• El uso de recubrimientos duros (TiN, TiAlN, CrN, DLC) es común para mejorar el desgaste superficial y reducir la exposición a la corrosión en operaciones de corte; los recubrimientos también aumentan el rendimiento a temperaturas elevadas.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: En estado recocido, ambos materiales se mecanizan con relativa facilidad; en estado endurecido, son abrasivos debido a la presencia de carburos. El M2 se utiliza comúnmente como acero para herramientas y cuenta con prácticas de rectificado y acabado bien documentadas; el SKH9 se comporta de forma muy similar.
• Rectificado y acabado: Para el acero rápido endurecido (HSS), a menudo se requieren muelas de diamante o CBN, y el control del refrigerante es fundamental para evitar el agrietamiento térmico.
• Conformabilidad/doblado: Al igual que con la mayoría de los aceros para herramientas, el conformado en frío es limitado; el conformado en caliente es posible, pero requiere ciclos térmicos controlados para evitar problemas de precipitación de carburos.
• Acabado superficial: El pulido y la adhesión del recubrimiento se comportan de manera similar para ambos grados; los procesos de recubrimiento se benefician de un sustrato limpio y una preparación controlada de la superficie.

8. Aplicaciones típicas

SKH9 (usos típicos)	M2 (usos típicos)
Herramientas de corte de uso general en herramientas con especificaciones japonesas/asiáticas (brocas, machos de roscar, fresas, escariadores)	Herramientas de corte de uso general en la fabricación de herramientas norteamericanas/internacionales (brocas, machos de roscar, fresas, escariadores)
Herramientas de conformado y trabajo en frío donde se requieren propiedades HSS y se exige la especificación JIS.	Herramientas de corte y utillaje para máquinas herramienta de alto rendimiento donde se especifica la referencia ASTM/AISI/ISO a M2
Componentes resistentes al desgaste donde se requiere dureza roja de grado HSS	Amplias aplicaciones del acero rápido en múltiples industrias (aeroespacial, herramientas para la automoción, troqueles).

Justificación de la selección: - Elegir en función de la prioridad de las especificaciones (el cliente o el contrato exige JIS o AISI/ASTM), el abastecimiento de la cadena de suministro o las afirmaciones específicas del proceso del proveedor (por ejemplo, ESR, VIM para la limpieza). - Ambos grados se seleccionan para los mismos parámetros de funcionamiento: corte a alta velocidad, resistencia a altas temperaturas y resistencia al desgaste.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: Ambos grados tienen precios similares a los de los aceros rápidos convencionales. Las pequeñas diferencias de coste se deben a la disponibilidad regional, los precios de mercado del tungsteno y el molibdeno, y el proceso de fabricación del acero (primas por productos ESR/VIM).
• Disponibilidad por formato: Barras, tochos y material para herramientas preendurecido, tanto en SKH9 como en M2, están ampliamente disponibles en proveedores de aceros especiales. La disponibilidad varía según la región: M2 es más común en Norteamérica y Europa, mientras que SKH9 se encuentra con mayor frecuencia en Japón y algunas partes de Asia.
• Plazo de entrega y sobreprecio: Los procesos específicos del proveedor (acero limpio, variantes refundidas) suelen ser más caros, pero ofrecen mayor resistencia y rendimiento.

10. Resumen y recomendación

Tabla: comparación concisa

Atributo	SKH9	M2
soldabilidad	Pobre (alta endurecebilidad; requiere procedimientos cuidadosos)	Pobre (similar)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Alta dureza y resistencia al desgaste; la tenacidad depende del procesamiento.	Alta dureza y resistencia al desgaste; la tenacidad depende del procesamiento.
Costo	Comparable; pueden aplicarse variaciones regionales.	Comparable; pueden aplicarse variaciones regionales.

Conclusión y orientación práctica: - Elija SKH9 si su cadena de compras o producción sigue las normas JIS/japonesas, si las herramientas o las piezas de repuesto están especificadas por designaciones JIS, o si los proveedores locales proporcionan SKH9 con trazabilidad y procesamiento específico del proveedor (ESR/VIM) que cumplan con sus requisitos de resistencia. - Elija M2 si sus planos, especificaciones o estándares de la industria requieren AISI/ASTM/ISO M2, si necesita proveedores alineados con el abastecimiento norteamericano o internacional, o si necesita una amplia disponibilidad de proveedores e intercambiabilidad con las referencias M2.

Nota final: Metalúrgicamente, SKH9 y M2 pertenecen a la misma familia de aceros rápidos (HSS) y son funcionalmente equivalentes para la mayoría de las aplicaciones cuando se producen y se tratan térmicamente según estándares comparables. Los factores decisivos son el cumplimiento de las especificaciones, el procesamiento del proveedor (limpieza y métodos de refundición) y los controles del tratamiento térmico que determinan la distribución de los carburos, la tenacidad y el rendimiento final de la herramienta.