Acero para herramientas H21: Propiedades y aplicaciones clave

El acero para herramientas H21 se clasifica como acero para herramientas de alta velocidad, diseñado específicamente para aplicaciones que requieren alta resistencia al desgaste y tenacidad. Está aleado principalmente con tungsteno, molibdeno y cromo, lo que mejora significativamente su dureza y resistencia al calor. Este grado de acero es conocido por su excelente rendimiento en aplicaciones de alta temperatura, lo que lo hace adecuado para la fabricación de herramientas de corte, matrices y moldes.

Descripción general completa

El acero para herramientas H21 pertenece a la categoría de aceros para herramientas de alta velocidad AISI/SAE, y se caracteriza por mantener su dureza y resistencia a temperaturas elevadas. Los principales elementos de aleación incluyen tungsteno (W), molibdeno (Mo), cromo (Cr) y vanadio (V). Estos elementos contribuyen a la tenacidad, la resistencia al desgaste y la capacidad de soportar la fatiga térmica del acero.

Las características significativas del acero para herramientas H21 incluyen:

• Alta dureza : alcanza niveles de dureza de 60 HRC o superiores después del tratamiento térmico.
• Excelente resistencia al desgaste : adecuado para aplicaciones de alto estrés donde la abrasión es una preocupación.
• Buena tenacidad : mantiene la integridad estructural bajo cargas de impacto.

Ventajas :
- Rendimiento excepcional en entornos de alta temperatura.
- Mantiene los bordes afilados y resiste la deformación durante las operaciones de corte.
- Aplicaciones versátiles en diversas industrias.

Limitaciones :
- Más difícil de mecanizar en comparación con aceros de menor aleación.
- Requiere un tratamiento térmico preciso para lograr propiedades óptimas.
- Mayor coste en comparación con los aceros para herramientas estándar.

Históricamente, el H21 ha sido la opción preferida por los fabricantes de herramientas debido a su equilibrio entre dureza y tenacidad, lo que lo convierte en un elemento básico en la fabricación de herramientas y matrices de precisión.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	T20821	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI H21
AISI/SAE	H21	EE.UU	Designación de uso común
ASTM	A681	EE.UU	Especificación para aceros para herramientas
ES	1.2561	Europa	Propiedades similares, pequeñas diferencias de composición
JIS	SKD6	Japón	Grado comparable con ligeras variaciones

Las diferencias entre estos grados equivalentes pueden afectar el rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, si bien el H21 y el SKD6 pueden presentar una dureza similar, su tenacidad y resistencia al desgaste pueden variar debido a las diferencias en los elementos de aleación y los procesos de tratamiento térmico.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,30 - 0,50
Cr (cromo)	4.00 - 5.00
Mo (molibdeno)	1.00 - 1.50
W (Tungsteno)	11.00 - 13.00
V (vanadio)	0,50 - 1,00

La función principal del tungsteno en el acero para herramientas H21 es mejorar la dureza y la resistencia al desgaste, especialmente a temperaturas elevadas. El molibdeno contribuye a la resistencia y la tenacidad, mientras que el cromo mejora la resistencia a la corrosión y la templabilidad. El vanadio ayuda a refinar la estructura del grano, lo que mejora la tenacidad.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Templado y revenido	Temperatura ambiente	1800 - 2200 MPa	261 - 319 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	1500 - 1900 MPa	217 - 276 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	Temperatura ambiente	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
Dureza	Templado y revenido	Temperatura ambiente	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	Templado y revenido	-20 °C	20 - 30 J	15 - 22 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de alta resistencia a la tracción y al límite elástico, junto con una considerable dureza, hace que el acero para herramientas H21 sea adecuado para aplicaciones que implican altas cargas mecánicas y desgaste, como herramientas de corte y matrices. Su resistencia al impacto garantiza que pueda soportar impactos repentinos sin fracturarse.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,85 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto/rango de fusión	-	1425 - 1450 °C	2600 - 2642 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	25 W/m·K	14,5 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,0005 Ω·m	0,0003 Ω·pulgada

La densidad del acero para herramientas H21 contribuye a su peso total y estabilidad en las aplicaciones. Su alto punto de fusión le permite mantener la integridad estructural en condiciones térmicas extremas, mientras que la conductividad térmica es crucial para la disipación del calor durante los procesos de mecanizado.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	5%	25 °C	Justo	Riesgo de corrosión por picaduras
Ácido sulfúrico	10%	60 °C	Pobre	No recomendado
Hidróxido de sodio	50%	25 °C	Bien	Resistencia moderada

El acero para herramientas H21 presenta una resistencia aceptable a los cloruros, lo que puede provocar picaduras, especialmente en ambientes marinos. Su rendimiento en condiciones ácidas es deficiente, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones con ácidos fuertes. En comparación con otros aceros para herramientas, como el D2 o el M2, la resistencia a la corrosión del H21 suele ser menor, lo que requiere recubrimientos o tratamientos protectores en ambientes corrosivos.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	540 °C	1000 °F	Adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	600 °C	1112 °F	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	700 °C	1292 °F	Riesgo de oxidación más allá de este punto

El acero para herramientas H21 mantiene su dureza y resistencia a temperaturas elevadas, lo que lo hace ideal para aplicaciones como herramientas para trabajo en caliente. Sin embargo, se debe tener cuidado de evitar la exposición prolongada a temperaturas superiores a 600 °C, ya que esto puede provocar oxidación y degradación del material.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
MIG	ER70S-6	Mezcla de argón/CO2	Se recomienda precalentar
TIG	ER70S-2	Argón	Requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura.

El acero para herramientas H21 se puede soldar, pero requiere una cuidadosa consideración del proceso de soldadura y los materiales de aportación. El precalentamiento suele ser necesario para evitar el agrietamiento, y se recomienda un tratamiento térmico posterior a la soldadura para restaurar las propiedades mecánicas.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero para herramientas H21	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	50%	100%	Más difícil de mecanizar
Velocidad de corte típica	20 metros por minuto	30 metros por minuto	Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

El acero para herramientas H21 es más difícil de mecanizar que los aceros de menor aleación debido a su dureza. El uso de herramientas de acero rápido o carburo y la optimización de la velocidad de corte pueden mejorar la maquinabilidad.

Formabilidad

El acero para herramientas H21 no es especialmente moldeable debido a su alta dureza y resistencia. Generalmente no se recomienda el conformado en frío, mientras que el conformado en caliente puede realizarse con cuidado para evitar grietas. El radio de curvatura mínimo debe considerarse durante la fabricación.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	1 - 2 horas	Aire	Reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad
Endurecimiento	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 - 60 minutos	Aceite	Conseguir una alta dureza
Templado	500 - 600 °C / 932 - 1112 °F	1 - 2 horas	Aire	Reduce la fragilidad, mejora la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico afectan significativamente la microestructura del acero para herramientas H21. El temple transforma el acero en una estructura martensítica, mientras que el revenido reduce las tensiones residuales y la fragilidad, mejorando así la tenacidad.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección
Aeroespacial	Herramientas de corte	Alta dureza, resistencia al desgaste.	Precisión y durabilidad
Automotor	Moldes para inyección de plástico	Dureza, resistencia al calor.	Producción de alto volumen
Fabricación	Matrices para estampación	Resistencia al desgaste, resistencia al impacto.	Larga vida útil de la herramienta

Otras aplicaciones incluyen:
- Herramientas para conformado de metales
- Herramientas para trabajo en frío
- Herramientas de corte de alta velocidad

El acero para herramientas H21 se elige para estas aplicaciones debido a su capacidad de mantener la dureza y la tenacidad en condiciones exigentes, lo que garantiza longevidad y confiabilidad.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero para herramientas H21	AISI D2	Acero de alta velocidad M2	Breve nota de pros y contras o compensación
Dureza	Alto	Alto	Muy alto	H21 ofrece un equilibrio entre tenacidad y dureza.
Resistencia a la corrosión	Justo	Bien	Justo	D2 tiene mejor resistencia a la corrosión
Soldabilidad	Moderado	Pobre	Pobre	El H21 se puede soldar con cuidado
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Pobre	El D2 es más fácil de mecanizar que el H21
Costo relativo aproximado	Moderado	Moderado	Alto	H21 es rentable para herramientas de alto rendimiento
Disponibilidad típica	Común	Común	Menos común	El H21 está ampliamente disponible en los mercados de acero para herramientas.

Al seleccionar el acero para herramientas H21, se deben considerar sus propiedades mecánicas, rentabilidad y disponibilidad. Si bien ofrece un excelente rendimiento en aplicaciones de alta temperatura, su maquinabilidad y soldabilidad requieren un manejo cuidadoso. La elección entre H21 y grados alternativos como D2 o M2 depende de los requisitos específicos de la aplicación, como la resistencia al desgaste, la tenacidad y la resistencia a la corrosión.

En resumen, el acero para herramientas H21 es un material versátil que se destaca en aplicaciones exigentes, lo que lo convierte en la opción preferida de los fabricantes de herramientas y fabricantes que buscan durabilidad y rendimiento.