Aceros de herramienta convencionales y pulvimetalúrgicos para

X Congreso Nacional de Materiales (Donostia - San Sebastián, 18-20 Junio 2008)
Aceros de herramienta convencionales y pulvimetalúrgicos para
herramientas de procesos de conformación de chapa. Análisis del
comportamiento frente al desgaste.
F. Peñalba1, X. Gómez1, I. Garuz1, M. Carsí2
1
Fundación INASMET-Tecnalia, Mikeletegi Pasealekua 2, 20009 Donostia - San Sebastián
2
Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas - CSIC, Avenida Gregorio del Amo 8,
28040 Madrid
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La vida de las herramientas que conforman chapa es un elemento fundamental del coste de las
piezas a conformar. Dichas herramientas están sometidas a diferentes tipos de desgaste
dependiendo del tipo de conformado a realizar. En particular los procesos en los que se realiza
embutición profunda, para aceros inoxidables, la adhesión severa es el principal mecanismo de
desgaste. En cuanto a la conformación mediante “flow forming”, característico del conformado
de discos de llantas de automoción, el principal mecanismo de desgaste es la fatiga superficial.
Se han abordado dos casos particulares de los procesos mencionados. El primer proceso se trata
de embutición profunda de chapa de acero inoxidable AISI 304 en la fabricación de una pieza
del rotor de una bomba de agua. En el mismo se produce una pronunciada adhesión del acero
inoxidable de la chapa en el acero de herramienta de la matriz que da forma a la pieza. Se ha
evaluado el comportamiento frente al desgaste de dos aceros de herramienta, uno de fabricación
convencional (AISI M2) y otro pulvimetalúrgico (VANCRON 40). Para la evaluación del
comportamiento frente al desgaste adhesivo se diseñaron ensayos convencionales de
reciprocado obteniéndose valores similares del coeficiente de fricción entre placa (acero de
herramienta) y “pin” (acero inoxidable), lo que parecía indicar que cualitativamente en ambos
aceros se tenía un desgaste similar. Mediante ensayos tribológicos en los que se ha utilizado la
chapa del proceso industrial (Ensayos BUT: “Bending Under Torsión”), se han podido evaluar
niveles de rugosidad y por lo tanto niveles de desgaste adhesivo claramente superiores en el
acero de herramienta convencional respecto al acero de herramienta pulvimetalúrgico, tal y
como lo ha confirmado su puesta en servicio.
El segundo proceso se trata de un proceso de conformación “flow forming”, en el que rodillos
de acero de herramienta de fabricación convencional (AISI D2) conforman chapas de acero al
carbono (S275 J2 G4) para la fabricación de discos de llanta de automoción. En este caso el
mecanismo principal de desgaste de los rodillos es la fatiga superficial producida por las cargas
cíclicas a que están sometidos éstos en el contacto rodillo-chapa. La consecuencia es la
presencia de defectos y grietas superficiales en los rodillos. Para la evaluación del
comportamiento frente al desgaste del acero de los rodillos, en primer lugar se diseñaron
ensayos convencionales de “pin-on-disc” con los aceros reales del proceso. Los valores de
desgaste en términos de disminución dimensional lineal estaban muy lejos de los datos
disponibles del proceso industrial (valores de disminución del diámetro del rodillo
considerablemente mayores). Mediante ensayos “block-on-ring” en los que se sustituyó el acero
al carbono S275 J2 G4 por metal duro WC-Co en el bloque, se obtuvieron disminuciones en el
diámetro del anillo de acero AISI D2 muy similares a las disminuciones de diámetro de los
rodillos en el proceso industrial para el mismo número de revoluciones del rodillo/anillo.
Acero de herramienta, desgaste adhesivo, fatiga superficial, “Bending Under Torsion”, “blockon-ring”