memorias evento cga

5/10/2018 Memorias Evento CGA - slidepdf.com

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Ing. José Eladio Aparicio Gerente M.K.C.

IInforme Visita Ing. Wolfgang Pannes 2009 1

ASPECTOS TECNICOS DEL SEMINARIO.

Como parte inicial del evento, se hizo un recuento del origen de D.E.W., se explicó ampliamenteque DEUTSCHE EDELSTALWERKE es el producto de la fusión de dos plantas de más de 150años de tradición en la fabricación de Aceros especiales

Edelstahl Witten-Kreffeld GmbH: planta desde donde estamos entregando los acerosgrado herramientas desde hace mas de 28 años al mercado Colombiano

Edelstahlwerke Sudwestfales GmbH

En la primera parte del seminario, el Ing. PANNES explico el proceso de fabricación de los acerospara herramientas, enfatizando en la fabricación mediante el uso de un horno eléctrico de ArcoVoltaico de una capacidad de 130 toneladas que está provisto de electrodos de grafito de 1.202

kilogramos de peso.

La diferencia con los procesos normales es que este horno tiene una salida inferior y no lateral, loque evita que la escoria que está en la superficie ensucie el acero lo cual constituye una ventajasobre los hornos de ARCO ELECTRICO normales.





Este proceso de fabricación produce un acero para herramientas con una pureza que

antiguamente solo se conseguía con el sistema de REFUSION POR ELECTROESCORIA, asíque los aceros para Herramientas que exigen una norma de pureza en azufre de máximo0.003%, esta siendo cumplida con el proceso mencionado anteriormente pues se consiguencontenidos de azufre menores a 0.003% en este horno eléctrico.

Al acero ya fundido con un contenido de elementos aleantes próximo a su composición se le sacala escoria y luego es vaciado en una cuchara de una capacidad de 130 Ton, donde se efectúa unvacio mediante una campana, se ajusta la composición química y se hace el proceso dedesgasificación con Argón.Todos los procesos de fabricación del acero esta controlado por computadores, y están

sistematizados con el fin de sacar reportes permanentes para controlar la buena marcha en elproceso de fabricación.

Posteriormente el Ing. PANNES explicó que si se requiere obtener un material de muy buenacalidad se debe usar tochos que tenga muy pocas segregaciones, la técnica es conseguir unenfriamiento rápido de la mezcla, para lograr esto se usa el proceso de colada continua vertical,donde el material entra en estado liquido y es agitado constantemente por un anillo magnéticocon el fin de evitar la formación de segregaciones, sin embargo dependiendo de las dimensionesdel bloque el enfriamiento es progresivo del exterior a interior y se pueden producir

segregaciones.

Referente a la limpieza metalúrgica, las Impurezas disueltas en el metal líquido, puedenocasionar fenómenos muy importantes en el metal solidificado, el oxígeno y el azufre estánpresentes en forma de óxidos, sulfuros y forman las inclusiones no metálica, así como también elfósforo, hidrógeno, plomo, bismuto, antimonio y estaño.Las segregaciones disminuyen el comportamiento mecánico del acero (resistencia a la fracturadúctil) y es casi imposible eliminarlas, pero si se puede reducir su número y controlar su forma ytamaño con procesos de refinación durante la fabricación del acero.

Para evitar el fenómeno de segregación en el acero, D.E.W. desarrolló un proceso de refinacióndel material denominado Refusión por electroescoria (E.S.R.), en el cual el material que va aser refinado (normalmente elaborado por los procesos primarios de forja o laminación), esrefundido y se hace pasar por un material con una composición química especial denominado“Escoria Electroconductora”, con el fin de eliminar las impurezas del acero.





El contacto con la escoria de composición especialmente seleccionada remueve gran parte de lasinclusiones presentes en el material (Azufre después del proceso E.S.R. < 0,0003%). Como la

solidificación del nuevo lingote se efectúa gota a gota, obtenemos una estructura uniforme conausencia total de micro inclusiones, porosidades, etc.

El proceso descrito anteriormente es aplicado a los aceros de Herramientas para poder garantizar una alta pureza en los productos.

Referente a la estructura del material, la resistencia mecánica del mismo depende de la

homogeneidad en el tamaño y densidad de los carburos formados durante el proceso desolidificación, de esta manera para aceros que están expuestos a altas cargas de tipo mecánicoy/o térmico, se deben tener aceros que hayan sido refinados por el proceso E.S.R. y además quehayan sido sometidos a recocidos de globulización para obtener una estructura homogénea y degranos pequeños.





Posterior a este proceso se desarrollan las deformaciones de tipo mecánico a saber: Forja con

una reducción de 4 a 1 y el proceso de laminación. D.E.W. cuenta en este momento con la forjamás grande del mundo que es la forja RF70.

El paso final lo constituye el proceso de tratamiento térmico y mecanizado final antes de ser despachado el Acero para el cliente final.

NUEVOS ACEROS PARA MOLDES DE INYECCION DE PLASTICO

El enfoque del seminario se fundamentó en la tendencia que actualmente se maneja en los

mercados de Europa: “La vida útil de un Molde no depende solamente del Acero sino del sistemainherente al proceso de fabricación e inyección del molde”, que involucra entre otras lassiguientes variables: Procesos de inyección, Materia prima inyectada, Mantenimientos efectuados(re grabados, re pulidos, reparaciones con soldadura etc.), Tratamientos térmicos y superficialesefectuados a las cavidades, terminación superficial de las cavidades(Maquinado por arranque deviruta o E.D.M, procesos de rectificado, procesos de pulido, procesos de texturizado etc.). Coneste enfoque, la vida útil de un molde depende no solo de una correcta selección del acero ausar sino de una muy buena interacción entre el usuario final del molde, el fabricante del molde,el fabricante del acero y el tratador térmico, con el fin de definir desde la misma concepción del

diseño todas las variables y los procesos a los cuales se va a someter el acero empleado, ypoder determinar los puntos críticos del proceso de fabricación de acuerdo con el resultado quese espera

Los aceros usados en la inyección de plásticos deben tener una muy buena resistenciamecánica, facilidad de mecanizado y aptitud para el pulido. Estos factores hacen que laproducción de grandes series se pueda llevar a cabo.

Los aceros para plásticos se clasifican según su tratamiento térmico:1 Acero de cementación2 Acero bonificado3 Acero para temple local4 Acero para temple por precipitación (Aceros de nueva generación).





Los aceros comunes empleados en la fabricación de moldes para inyección de plásticos

corrosivos y no corrosivos T-2311, T- 2738, T- 2083 y T-2316, tienen contenidos de carbonosuperiores al 0.2%, la resistencia mecánica de estos aceros se logra mediante el tratamiento detemple y revenido, donde se consigue la formación de martensita, que incrementa la dureza delacero, y el revenido donde se consigue la precipitación de carbonos, los cuales incrementan latenacidad del material, obteniéndose una estructura final formada por martensita revenida ycarburos ( MC, M2C, M7 C3, M23C).

Con los programas de investigación y desarrollo de D.E.W. se obtuvo una aleación denominadaPH 42 SUPRA, y PHX SUPRA, en los cuales los contenidos de carbono son inferiores al 0.2%.En estos nuevos aceros la resistencia mecánica se logra mediante un proceso de envejecimiento

por precipitación, al final del cual se logra una martensita envejecida y una parte intermetálica,obteniendo de esta manera durezas de 40 - 42 HRC suficientes para lograr procesos de pulidoespejo, y obtener resistencias mecánicas adecuadas para los procesos de inyección de plástico.

En la siguiente gráfica se puede observar las curvas comparativas de revenido del acero 2783 VsPH 42 SUPRA.

Aceros ara Moldes de In ección de Plásticos

30

35

40

45

50

55

100 200 300 400 500 600 700

Temperatura [°C]

Th ro last 2311/T-2738

Th ro last PH 42 Su ra

Curva deDureza

Curva de

Dureza





Los Aceros PH 42 SUPRA y PHX SUPRA son aceros aptos para los procesos de Nitrurado (para

el caso Colombiano Ténifer) el cual se hacen a temperaturas entre 520 y 560°C, como se puedeobservar en el gráfico anterior, a estas temperaturas los aceros tradicionales presentan durezasentre 28 y 32 HRC, mientras que la nueva generación de aceros presentan precisamente en estepunto su pico de dureza más alta, debido a que es a esa temperatura donde se produce laprecipitación de carburos, obteniéndose una dureza óptima para la utilización en cavidades demoldes, presentando de esta manera una buena opción a procesos de pulido espejo yrecubrimientos superficiales adicionales como texturizados.

La dureza en estado de suministro de los aceros de nueva generación (40-42 HRC), puede hacer pensar que el mecanizado por arranque de viruta sea difícil, sin embargo debido a la

homogeneidad de la estructura, y a la precipitación de elementos intermetalicos, el mecanizadode estos materiales en igual al de los aceros tradicionales.

En la gráfica se presentan los resultados comparativos de pruebas de mecanizado realizadasentre los aceros T-2311 y PH 42 Supra utilizando herramientas de acero rápido, donde seobserva que la maquinabilidad de los dos materiales es muy similar, la razón de este fenómenoes que a pesar de que el PH 42 Supra tiene una dureza superior al T 2311, su estructura esmucho más homogénea facilitando el proceso.

En el siguiente cuadro se muestra un comparativo de las aleaciones tradicionales Vs las nuevasgeneraciones, donde se puede observar claramente que los aceros PH 42 SURA y PHX SUPRA





presentan una mejor resistencia al desgaste una mejor opción al pulido, una mejor resistencia a

la corrosión (Para el caso del PHX SUPRA), una mejor respuesta al texturizado y un mejor comportamiento a los procesos de soldadura, unido a una maquinabilidad igual a los acerostradicionales.

Calidad Dureza Resistenciaal Desgaste

Resistencia ala Corrosión

Pulido Texturizado Soldabilidad

T 2738 + + 0 ++ ++ +PH 42 Supra ++ ++ 0 +++ +++ +++

T 2316 + + ++ ++ +PHX Supra ++ ++ +++ +++ ++

En el siguiente gráfico se muestra un análisis comparativo de la resistencia a la corrosión delnuevo acero PHX supra Vs el acero T 2316.

Un aspecto muy importante que se resaltó en la conferencia con esta nueva generación deaceros fue su soldabilidad y la excelente aptitud para erosionado, debido a que el endurecimientose logra por medio de precipitación de carburos a temperaturas muy bajas, en el momento deaplicar soldadura de reparación en los moldes no vamos a tener diferencias de dureza ni





estructura en la zona afectada por el calor y la aplicación de la soldadura se hace muy fácil

usando los procedimientos normales de soldadura para este tipo de materiales.

En los aceros tradicionales se debe hacer procesos de precalentamiento, aplicar la soldaduramanteniendo temperatura constante de por lo menos 300°C, y posteriormente se debe efectuar un revenido para homogenizar la estructura, mientras que en los aceros de nueva generación, lareparación de hace con temperaturas de precalentamiento bajas (150°C), y no es necesario eltratamiento posterior debido a que no existe cambio de estructura durante la soldadura tal comose puede observar en la siguiente gráfica.

El proceso de electro-erosión en los aceros de nueva generación, debido a la homogeneidad enla estructura del acero, se puede realizar con mejores resultados en cuanto a precisión se

refiere, ya que a estos materiales no es necesario realizarles temple que puede producir deformaciones durante el erosionado.

La desventaja que tiene la electroerosión en los aceros tradicionales es la capa de poros quequeda en la superficie del material erosionado, esa zona es llamada capa blanca y es producida





por la alta temperatura que se maneja en el proceso que llega a 10.000 °C, esta capa en los

aceros PHX SUPRA y PH 42 SUPRA es mínima.

En proceso de electroerosión se deben tener los siguientes cuidados, ya sea que se esténusando aceros de nueva generación ó aceros tradicionales:

1. Trabajar con amperajes bajas tanto en los procesos de desbaste como de acabado.2. Posterior al proceso E.D.M. realizar un revenido a una temperatura 50°C por debajo de la

última temperatura de revenido (Para el caso de los aceros PHX SUPRA y PH 42 SUPRAesta temperatura sería de 520°C)

3. Eliminar la capa blanca proveniente del proceso de electroerosión

Igualmente se explicó que entre mayor sea el amperaje utilizado, mayor es el espesor de estacapa y mayor el riesgo de encontrar micro-grietas al final del proceso, al respecto recomendó quepara minimizar la capa y casi desaparecerla, se deberían utilizar distintos tipos de amperajedurante el proceso E.D.M. La capa blanca debe ser removida posteriormente con un proceso derectificado.

Para finalizar la exposición se mostró un acero especialmente diseñado para la fabricación demoldes de gran tamaño, y que se puede usar con grandes ventajas cuando se trata de lainyección de plástico no corrosivo: Acero Plast. 320





La principal ventaja que presenta este material es su alta templabilidad que puede ser observada

en la siguiente gráfica.

NUEVOS ACEROS DE TRABAJO EN CALIENTE

El seminario inició con la presentación de D.E.W. sobre la planta de fabricación del acero, yalgunos procesos que se realizan para la obtención de los mismos, entre ellos el E.S.R., el cual

se le realiza en la actualidad a todos los aceros de trabajo en caliente.

Posteriormente presento los aceros para trabajo en caliente T2343, T2344, T2367 y T 2714, encuanto a su composición química, y se efectuó comparativo de tenacidad.

El aceros T- 2367 con un contenido de Cromo del 5% y un contenido de Molibdeno del 3%,presenta una excelente resistencia al desgaste y una alta conductividad térmica, que lo hace aptopara la fabricación de moldes de inyección de metales.

Con el fin de poder seleccionar más fácilmente los aceros mencionados, de acuerdo a lasnecesidades específicas del fabricante del herramental, se realizó un análisis de los elementosde aleación y su influencia en las propiedades para los aceros de trabajo en caliente:

Molibdeno: es el elemento que le da la conductividad térmica al acero

Vanadio y Cromo : Forma carburos muy estables a altas temperaturas





De acuerdo con el cuadro anterior y teniendo claro la influencia de los elementos de aleaciónsobre las principales propiedades requeridas parta la fabricación de moldes de inyección demetales, se concluyó que el MEJOR acero para este uso es el acero T 2367, por su excelenteresistencia al desgate y su alta conductividad térmica, unido al excelente comportamiento a

recubrimientos superficiales como nitruración.





Una de las puntos importantes a controlar durante el proceso de inyección de metales a fin deretasar la aparición de grietas térmicas que disminuyen la vida útil del herramental es el choquestérmicos ocasionados por la diferencia de temperatura entre el metal inyectado (temperaturas de700°c para el caso del aluminio) y la superficie del molde. Para conseguir el objetivo deincremento en la vida útil del molde se deben seguir las siguientes recomendaciones:

1. Hacer un muy buen proceso de precalentamiento del herramental mínimo a 200°C antesde hacer la primera inyección, este proceso se debe hacer con un horno o usandoresistencias para garantizar la homogeneidad de la temperatura en toda la masa, cuandoeste proceso seno se debe hacer con llama el calentamiento es muy superficial

propiciando la aparición prematura de grietas térmicas.2. Usar Aceros que tengan una muy buena conductividad térmica que se traduce en un

mejor comportamiento a los choques térmicos. El acero T 2367 por su contenido deMolibdeno presenta una mayor resistencia a la aparición de grietas térmicas tal como semuestra en la gráfica comparativa con el acero 2344 (H13).

3.

Usar Aceros que tengan una buena resistencia mecánica en caliente. La resistenciamecánica está directamente relacionada con la dureza del material, por lo tanto se debenusar Aceros que presenten una buena resistencia al revenido (Resistencia a conservar ladureza a altas temperaturas). Como se puede observar en el siguiente gráfico, en losrangos de trabajo de los moldes de inyección (550 a 650°C), el acero 2367 presenta elmejor comportamiento a conservar su dureza.





Como conclusión para la fabricación de moldes de inyección de metales, el acero que presentalas mejores propiedades es el acero T 2367, sin embargo, se debe tener en cuenta, que la vida





de un Molde de inyección de metales no dependen solo de la calidad del acero, sino de aspectos

tales como el diseño de herramientas, el tratamiento térmico, las condiciones superficiales de laherramienta, los choques térmicos a los cuales va a estar sometido el material ( por lo tanto esmuy importante efectuar un muy buen proceso de precalentamiento antes de iniciar el trabajo yun enfriamiento lento de la herramienta al finalizar), de los impactos mecánicos a los cualessometerá la herramienta de la composición química y estructural del material inyectado, por loque se deben tener en cuenta todos estos aspectos en el momento del diseño la herramienta afin de alargar su vida útil.

Después del análisis de los aceros tradicionales, se informó acerca de los nuevos desarrollos delos aceros para trabajo en caliente: E38K, T2999

El E38K es un acero que posee 0.3% de silicio, el cual le da una alta tenacidad comparado conlos aceros H13 y H12. El contenido de azufre es mucho menor que el de los acerostradicionales, incrementando la conductividad térmica y la resistencia al choque térmico,haciéndolo el acero óptimo para la aplicación en procesos de Forja y Extrusión, lográndoserendimientos muy superiores a los alcanzados con los aceros tradicionales.

Por otro lado debido a la gran tenacidad del E 38K, cuando se fabriquen matrices o moldes degran dimensión y/o formas complejas, se puede usar este material debido a contenido bajo decarbono 0.35 y unos contenidos de CR (5%) y Mo (1.35%) que le permiten tener un buen





Comportamiento a cargas altas. Como se puede observar en la gráfica, el E38K presenta la

mejor tenacidad comparándolo con los principales aceros de trabajo en caliente que seencuentran en el mercado.

Para el caso de forja de alta velocidad, donde los dos factores más relevantes son la resistenciaal desgaste en caliente y la conductividad de térmica, se desarrollo el acero T2999 E.F.S. con uncontenido de Mo del 5% que le da una muy buena conductividad térmica y una muy buenaresistencia al desgaste en caliente, como se puede observar en los siguientes gráficos:





La ventaja fundamental de este acero comparado con las tradicionales es que se puede trabajar

a unas durezas altas sin que tenga problemas de fisuras prematuras siempre y cuando se lehaga un muy buen proceso de precalentamiento al material

Como conclusión final se hizo un comparativo de los aceros usados en los procesos de trabajoen caliente, resaltando las principales propiedades, y teniendo en cuenta que para lograr losmejores rendimientos en cuanto a vida útil del herramental, se debe seleccionar el mejor materialpara cada caso teniendo en cuenta que se le debe dar la dureza apropiada de acuerdo a laaplicación, para lo cual puede consultar con su asesor técnico.

1. Moldes de inyección de metales T 2367

2. Procesos de forja por martillo de formas complejas E 38K3. Procesos de forja de alta velocidad T 2999





NUEVOS ACEROS DE TRABAJO EN FRIO

El seminario inició con la presentación de D.E.W. sobre la planta de fabricación del acero, yalgunos procesos que se realizan para la obtención de los mismos, entre ellos el E.S.R.

Se dio inicio presentando un comparativo de las principales propiedades que deben cumplir lospara trabajo en frío (Tenacidad, resistencia al desgaste, dureza y formación de carburos), y queestán relacionadas directamente con a su composición química, enfatizando que en la etapa dediseño se debe determinar cual es la propiedad más importante del herramental a fabricar, a finde hacer la selección apropiada del acero.

En el gráfico anterior está la división de los diferentes aceros de acuerdo a su propiedadsobresaliente. En rojo están los aceros de alta tenacidad ( T 2550,, T 2767), en azul los acerosde buena tenacidad y buena dureza n(T-2842 usado en Europa, que corresponde al T-2510 t el

T-2363), y en verde los aceros de alta resistentes al desbaste (Presencia de carburos de Cromoen la estructura). A medida que se incrementa la resistencia al desgaste en los aceros, se disminuye la tenacidadtal como se puede observar en la siguiente gráfica, por lo que se debe determinar con claridadcual es la propiedad del herramental a fabricar, a fin de hacer la selección apropiada.





La presencia de carburos en la estructura del material favorece la resistencia al desgaste, lo queimplica que si tenemos dos herramentales a la misma dureza (por ejemplo 62HRC), el mejor comportamiento al desgaste estaría determinado por la presencia de carburos en la estructura.En el siguiente gráfico se puede observar el comportamiento al desgaste del acero 2848 (Aceroque no presenta carburos en la estructura) y el acero 2080 (con buena presencia de carburos).





De acuerdo con los análisis anteriores, los aceros para trabajo en frío tradicionales se puedendividir en: Aceros de alta tenacidad, Aceros de alta resistencia a la compresión y Aceros de alta

resistencia al desgaste, como se puede apreciar en el siguiente cuadro:

Como complemento a los aceros tradicionales, D.E.W. desarrollo el acero T 2990 con el cual selogra un buen balance de las tres propiedades fundamentales en los herramentales para trabajoen frío: Tenacidad, resistencia al desgaste y resistencia a la compresión.





En la gráfica anterior se observa la falla de un rodillo laminador fabricado en acero T 2379, en el

cual se presentó una falla prematura debido a falta de tenacidad y resistencia a la compresión delmaterial. Si se quiere incrementar la vida útil en este tipo de herramentales, se debe usar unacero que tenga un buen balance de tenacidad, resistencia al desgaste y resistencia a lacompresión, la respuesta está dada en el nuevo acero T 2990.

En el siguiente cuadro se hace un comparativo de los aceros T 2363 (acero de alta tenacidad ymedia resistencia al desgaste), T-2379 (a cero de alta resistencia al desgaste y media tenacidad)y el nuevo acero T 2990 (Acero de buena resistencia al desgaste, buena tenacidad y buenaresistencia a la compresión).

Uno de los factores que contribuye a incrementar la buena tenacidad del acero T 2990, es la

homogeneidad en su estructura, en el siguiente gráfico se muestra un comparativo de laestructura de los aceros T 2363, T 2379 y T 2990, donde se puede observar la presencia debandas de carburos en los aceros T 2363 y T 2379, que da como resultado menor tenacidad.





La resistencia a la compresión, propiedad fundamental parea los herramentales de corte yconformado está determinada por la dureza del material, por lo tanto, entre más duro el materialmás resistencia mecánica tiene, sin embargo, a medida que incrementamos la dureza sedisminuye la tenacidad, favoreciendo la aparición de micro-grietas.En el siguiente gráfico se puede observar que el acero 2990 alcanza durezas de 62 HRC contemperaturas de revenido de 525°C, muy similar a la dureza alcanzada por el acero 2379, perocon la ventaja de que la tenacidad es muy superior, incluso mayor que la del acero 2363.





Es importante resaltar que el acero T 2990 debe trabajarse con durezas mínimas de 60 HRC,

para poder obtener todo el potencial en cuanto a resistencia al desgate y Resistencia a lacompresión se refiere, no es justificable trabajar este tipo de materiales por debajo de estasdurezas, que se deben alcanzar con 3 revenidos a temperaturas de 525°C, lográndose unaestructura homogénea y libre de tensiones internas.

Otro punto importante a analizar es el nitrurado del acero T 2990, debido a que la dureza óptimase logra a temperaturas de 525°C que son las temperaturas de trabajo del proceso denitruración, este material tiene una excelente respuesta a este tratamiento superficial.

En el siguiente cuadro se muestra las propiedades comparativas de los tres aceros analizados,

donde se puede observar que el nuevo acero T-2990 posee una muy buena resistencia a lacompresión y una muy buena tenacidad combinada con una excelente resistencia al desgasteabrasivo superior a la resistencia al desgaste de los aceros T-2363 y T-2379, que lo hace unmaterial ideal para las aplicaciones de los herramentales usados en procesos de trabajo en frío,tales como rodillos de laminación, troqueles para corte de chapa de hasta 6mm, cuchillas paracorte de chapa de hasta 6mm, cuchillas circulares, punzones entre otras.

Como resumen final se resaltaron las principales ventajas que se tienen al usar el nuevoacero T- 2990 y se dieron ejemplos de aplicaciones típicas frío:





1. Alta tenacidad y altas durezas2. Alta resistencia a la compresión

3. Buena resistencia contra el desgaste abrasivo y adhesivo4. Buena respuesta al proceso de electroerosión5. Buena respuesta a los tratamientos térmicos superficiales6. Muy buena templabilidad.

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