Un acero para herramientas trabajado en caliente para el moldeado de plásticos,

caracterizado porque tiene la siguiente composición en % en peso o en ppm si así se especifica:

C 0,46-0,60

(Si + Al) de trazas a 0,25

Mn 0,1-2,0

Cr 3,0-7,0

(Mo + W/2) 1,5-3,1

Mo ≤ 2,6

W ≤ 1,0

V 0,30-0,70

Nb ≤ 0,1

Ti ≤ 0,1

Zr ≤ 0,1

Co ≤ 2,0

Ni ≤ 2,0

opcionalmente

S 0,10-0,30

adicionalmente, si se añade S

Ca 5-75 ppm

O 50-100 ppm

el resto de hierro e impurezas. en donde el acero después del temple a una temperatura de austenización de 950 a 1025 °C y revenido a alta temperatura

de 500 a 570 °C tiene una dureza de 54 a 59 HRC.

Acero y herramienta de moldeo para materiales plasticos hecha de acero.

CAMPO TECNICO

La invención se refiere a un acero, es decir, a una aleación, destinada a su utilización en primer lugar para la fabricación de herramientas de moldeo, debiendose fabricar los productos de plastico en la herramienta mediante alguna clase de procedimiento de moldeo en el estado plastico o moldeado del material plastico. La invención tambien se refiere a herramientas y detalles de herramientas hechos de acero, asi como a piezas en bruto de la aleación de acero para la fabricación de herramientas de moldeo para materiales plasticos y detalles de dichas herramientas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Las herramientas de moldeo para materiales plasticos se fabrican con una gran variedad de aleaciones de acero, tales como aceros martensiticos y aceros de media aleación. En ese grupo se incluye un acero comercial que contiene nominalmente el 0, 6% de C, el 4, 5% de Cr, el 0, 5% de Mo y el 0, 2% V y que se utiliza para herramientas para trabajo en frio y herramientas de moldeo para materiales plasticos. Dentro del mismo grupo tambien se encuentra el acero inoxidable estandarizado AISI S7, que tambien se utiliza en ocasiones para, entre otras cosas, herramientas de moldeo para materiales plasticos, y otro acero comercial para herramientas, que contiene nominalmente el 0, 55% de C, el 2, 6% de Cr, el 2, 25% de Mo y el 0, 9% de V. Los dos primeros aceros nombrados alcanzan una dureza deseada solo despues de un revenido a baja temperatura, que puede conllevar el riesgo de que aparezcan tensiones retenidas en el acero despues del tratamiento termico. Es cierto que el ultimo acero mencionado puede lograr una dureza adecuada despues de un revenido a alta temperatura, es decir, un revenido a aproximadamente 550 °C, pero, por el contrario, la templabilidad de ese acero no es particularmente buena. En el documento EP 1300482 A1 se describe otro acero de la tecnica anterior, que presenta la siguiente composición en % en peso: C 0, 451 a 0, 598, Si 0, 11 a 0, 29, Mn 0, 11 a 0, 39, Cr 4, 21 a 4, 98, Mo 2, 81 a 3, 29 y V 0, 41 a 0, 69. Este acero adolece de baja ductilidad.

El propósito de la invención es dar a conocer un acero de moldeo para el moldeo de materiales plasticos que presente una mejor combinación de caracteristicas para la utilización del acero en la fabricación de herramientas de moldeo para materiales plasticos en comparación con los aceros actualmente disponibles comercialmente. Particularmente, el acero debe presentar las siguientes caracteristicas:

- Buena ductilidad / tenacidad,

- Buena templabilidad que permita el temple en profundidad mediante temple convencional en un horno de vacio de productos con espesores de hasta 350 mm como minimo,

Dureza adecuada, al menos de 54 HRC, preferentemente al menos 56 HRC, despues del temple y revenido a alta temperatura, que imparta alta resistencia a la deformación plastica y, por lo menos en cuanto a ciertas aplicaciones se refiere, tambien una adecuada resistencia al desgaste sin nitruración ni recubrimiento superficial con carburo de titanio y/o nitruro de titanio o similares por medio de, p. ej., una tecnica de PVD o CVD,

- Buena resistencia al revenido con el fin de permitir la nitruración o el revestimiento superficial con carburo de titanio y/o nitruro de titanio o similares por medio de, p. ej., cualquiera de dichas tecnicas, sin reducción de la dureza del material, para aplicaciones que requieran una resistencia al desgaste particularmente buena de la herramienta,

- Buenas caracteristicas para el tratamiento termico,

- Buena capacidad de amolado, mecanización mediante operación de corte, mecanización por descarga electrica y pulido.

Otras caracteristicas importantes del producto son:

- Buena estabilidad dimensional durante el tratamiento termico,

- Larga vida a fatiga.

Especificamente, la invención tiene como objetivo dar a conocer una matriz de acero que se pueda utilizar como material para herramientas de moldeo para materiales plasticos, es decir, un acero que este esencialmente exento de carburos primarios y que, en condiciones de uso, presente una matriz constituida por martensita revenida.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Los fines y las caracteristicas mencionados anteriormente se pueden lograr por medio de un acero que se caracteriza por lo que se indica en las reivindicaciones de patente adjuntas.

Por cuanto concierne a los elementos individuales de la aleación de acero y su interacción mutua, se aplica lo siguiente. Los porcentajes mencionados en este texto siempre se refieren a % en peso si no se indica lo contrario.

El acero de la invención, segun se mencionó anteriormente, no debe contener ningun carburo primario, pero, sin embargo, presenta resistencia al desgaste, lo cual resulta adecuado para la mayoria de las aplicaciones. Esto se logra mediante una dureza adecuada dentro del intervalo comprendido entre 54 y 59 HRC, adecuadamente entre 56 y 58 HRC, en el estado templado y revenido a alta temperatura del acero, al mismo tiempo, dado que el acero presentara una tenacidad muy buena. Para lograr esto, el acero contiene carbono y vanadio en cantidades bien equilibradas. Asi, el acero debe contener al menos el 0, 43%, preferentemente al menos el 0, 44% y adecuadamente al menos el 0, 46% de C. Ademas el acero debe contener al menos el 0, 30%, preferentemente al menos el 0, 40% y adecuadamente al menos el 0, 45% de V, lo que hace que sea posible que la matriz martensitica del acero, en el estado templado y revenido del acero, contenga una cantidad suficiente de carbono en solución sólida con el fin de impartir la citada dureza a la matriz, y tambien que se forme en la matriz del acero una cantidad adecuada de carburos de vanadio muy pequenos, de precipitación secundaria, que logran un aumento de la dureza. Por otra parte, el acero contiene carburos de vanadio muy pequenos, de precipitación primaria, que contribuyen a la prevención del crecimiento del grano durante el tratamiento termico. No deberia estar presente ningun otro carburo aparte de los carburos de vanadio. Con el fin de lograr las citadas condiciones, el acero no debe contener mas del 0, 60%, preferentemente como maximo el 0, 55% y adecuadamente como maximo el 0, 53% de C, y como maximo el 0, 65%, preferentemente como maximo el 0, 65% y adecuadamente como maximo el 0, 60% de V. Nominalmente, el acero contiene el 0, 49% de C y el 0, 52% de V. El contenido nominal de carbono en solución sólida en el estado templado y revenido a alta temperatura del acero asciende a alrededor del 0, 45%.

Hay silicio presente al menos en una cantidad cuantificable como elemento residual de la fabricación del acero. El silicio, sin embargo, merma la tenacidad del acero y, por consiguiente, no debe estar presente en una cantidad superior al 0, 25%. Normalmente, hay silicio presente en una cantidad minima de al menos el 0, 05%. Un efecto del silicio es que aumenta la actividad del carbono en el acero y, por lo tanto, contribuye a permitir una dureza deseada del acero. Por lo tanto, puede resultar ventajoso que el acero contenga silicio en una cantidad de al menos el 0, 1%. Nominalmente, el acero contiene el 0, 2% de silicio.

El aluminio, hasta cierto punto, puede tener el mismo efecto o un efecto similar al del silicio, al menos en un acero del tipo actual. Ambos se pueden utilizar como agentes de oxidación en relación con la fabricación del acero. Ambos son formadores de ferrita y pueden aportar un efecto de temple en disolución de la matriz del acero. Por consiguiente, el silicio se puede reemplazar parcialmente por el aluminio hasta una cantidad maxima del 0, 25%. No obstante, la presencia de aluminio en el acero hace necesario que el acero este muy bien desoxidado y que tenga un contenido muy bajo de nitrógeno, dado que, de lo contrario, se formarian 6xidos de aluminio y nitruros de aluminio que reducirian la ductilidad y la tenacidad del acero de forma considerable. En una realización preferente, el acero contiene como maximo el 0, 1% y de manera mas conveniente como maximo el 0, 03% de Al.

Habra manganeso, cromo y molibdeno en el acero en una cantidad suficiente con el fin de permitir una templabilidad adecuada del acero. El manganeso tambien tiene la función de ligar esos contenidos sumamente bajos de sulfuro que puedan estar presentes en el acero para formar sulfuros de manganeso. Por lo tanto, habra manganeso en una cantidad comprendida entre el 0, 1% y el 2%, preferentemente en una cantidad entre el 0, 2% y el 1, 5%. Adecuadamente, el acero contiene al menos el 0, 25% y como maximo el 1, 0% de manganeso.... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIoNES

1. Un acero para herramientas trabajado en caliente para el moldeado de plasticos, caracterizado porque tiene la siguiente composición en % en peso o en ppm si asi se especifica:

C

0, 46-0, 60 (Si + Al) de trazas a 0, 25 Mn 0, 1-2, 0 Cr 3, 0-7, 0 (Mo + º/2) 1, 5-3, 1 Mo º 2, 6 º º 1, 0 V 0, 30-0, 70 Nb º 0, 1 Ti º 0, 1 Zr º 0, 1 Co º 2, 0 Ni º 2, 0 opcionalmente S 0, 10-0, 30 adicionalmente, si se anade S Ca 5-75 ppm .

5. 100 ppm

el resto de hierro e impurezas.

en donde el acero despues del temple a una temperatura de austenización de 950 a 1025 °C y revenido a alta temperatura de 500 a 570 °C tiene una dureza de 54 a 59 HRC.

2. Un acero segun la reivindicación 1, caracterizaeoºporuue contiene 2, 1-3, 1 (Mo + º/2) .

3. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizaeo poruue contiene al menos 2, 1 % de Mo.

4. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizaeo poruue contiene como maximo el 0, 55% de C.

5. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizaeo poruue contiene al menos 0, 40 % de V.

6. Un acero segun la reivindicación 5, caracterizaeo poruue contiene como maximo el 0, 65, adecuadamente como maximo el 0, 60% de V.

7. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizaeo poruue contiene aproximadamente 0, 49% de C y aproximadamente 0, 52% de V.

8. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizaeo poruue contiene al menos 0, 05 % de Si.

9. Un acero segun la reivindicación 8, caracterizaeoºporuue contiene nominalmente 0, 2% de Si.

10. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizaeo poruue contiene como maximo el 0, 03% de Al.

11. Un acero segun las reivindicaciones 1-10, caracterizaeo poruue contiene al menos el 1, 8% de Mo.

12. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizaeo poruue contiene como maximo el 0, 3% de º.

13. Un acero segun la reivindicación 12, caracterizaeo poruue no contiene tungsteno por encima del nivel de impurezas.

14. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizaeo poruue contiene como maximo el 0, 7% de Co.

15. Un acero segun la reivindicación 14, caracterizaeo poruue no contiene cobalto por encima del nivel de impurezas.

16. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizaeo poruue contiene como maximo el 1, 0% de Ni.

17. Un acero segun la reivindicación 16, caracterizaeoºporuue contiene como maximo el 0, 7% de Ni.

18. Un acero segun la reivindicación 17, caracterizaeoºporuue contiene entre el 0, 3 y el 0, 7% de Ni.

19. Un acero segun la reivindicación 18, caracterizaeo poruue no contiene niquel por encima del nivel de impurezas.

20. Un acero segun la reivindicación 1-19, caracterizaeo poruue el contenido de cada uno de los elementos titanio, circonio y niobio no supera el 0, 03%.

21. Un acero segun la reivindicación 20, caracterizaeo poruue el contenido de cada uno de los elementos titanio, circonio y niobio no supera el 0, 01%.

22. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-21, caracterizaeo poruue el acero no contiene mas de como maximo el 0, 035% de P.

23. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-22, caracterizaeo poruue el acero contiene como maximo 20 ppm de O.

24. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-23, caracterizaeo poruue el acero contiene como maximo 30 ppm de N.

25. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-24, caracterizaeo poruue contiene como maximo el 0, 03% de S.

26. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-25, caracterizaeo poruue se somete a un refundido ESR.

27. Un acero segun cualquiera de las reivindicaciones 1-26, caracterizaeo poruue presenta una tenacidad de impacto de entre 195 y 336 J.

28. Una herramienta de moldeo para el moldeo de plastico, fabricada de un acero trabajado en caliente segun cualquiera de las reivindicaciones 1-27.