Caracterización de Aceros para Herramientas de Forjado en Frio Tratados Térmicamente con Variación de Tiempo y Temperatura

La falla de las herramientas de forja, como los punzones y matrices, representa un elevado costo de producción en la industria metalmecánica [1, 2. Durante los procesos de producción cuando un punzón y/o matriz fallan se debe parar la producción para reemplazar la herramienta lo que ocasiona elevados costos relacionados con: los costos de la herramienta (incluyendo el material, el proceso de maquinado, el tratamiento térmico y la mano de obra) y el tiempo de paro del sistema de manufactura. Adicionalmente la falla de los punzones genera producto no conforme. Por lo tanto, garantizar la vida de la herramienta previniendo su fractura prematura es importante para incrementar la productividad global del proceso y reducir los costos de producción mediante el incremento del número de piezas forjadas por herramienta y mediante la disminución de los tiempos de operación [1, 3, 4. En el caso de los procesos de forjador en frio, uno de los principales problemas que se presentan en la industria es la falla frecuente y prematura de herramientas de forja como punzones. Los punzones presentan falla incluso antes de verse afectados por el desgaste lo que incrementa los costos de producción [5, 6. Hay varios factores que afectan la falla y el tiempo de vida de los punzones y las matrices, entre ellos están: una selección inadecuada de los materiales de fabricación de las herramientas, defectos en los materiales, procesos y diseños de manufactura de las herramientas inadecuados, protocolos de tratamientos térmicos no óptimos de acuerdo al material, a la geometría y uso de la herramienta, y desgaste [7, 8. En el caso particular de la fractura prematura de los punzones en el forjado en frio, la principal causa se debe a la exposición de la herramienta a ciclos de impacto y choques de carga en condiciones de servicio [5, 9-11. Para evitar una fractura prematura de punzones de conformado en frio debido a fractura frágil, se requiere que el material de la herramienta tenga de alta tenacidad (habilidad de un material absorber los impactos [1 y fuerzas intermitentes sin fracturarse) para evitar fracturas y dureza suficiente para mejorar la resistencia al desgaste [12. Sin embargo, se sabe que hay antagonismo entre dureza y tenacidad, es decir, una dureza excesiva incrementa la fragilidad y disminuye la tenacidad de los aceros, por lo tanto, es necesario un compromiso entre estas dos propiedades en los materiales seleccionados para herramientas de forja en frio [1, 12, 13. También el material seleccionado debe tener alta rigidez (resistencia a cargas sin presentar deformación plástica) [14, porque las herramientas de forja en frio no deben presentar deformación plástica durante el servicio ya que pueden ocasionar problemas de calidad en el producto. Para lograr la relación requerida entre tenacidad y dureza de las herramientas de forja en frio se somete la herramienta a diferentes tratamientos térmicos que inducen cambios en la microestructura del material cambiando las propiedades para así prevenir la fractura prematura. Las condiciones de los tratamientos térmicos deben variar de acuerdo al material, la geometría y la aplicación de la herramienta y actualmente en la industria los fabricantes usan la secuencia de tratamientos térmicos que recomienda el fabricante del material, estas secuencias no tienen en cuenta las particularidades de la aplicación del material.