Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2026-10-07 Origen:Sitio
H13, H11 y H21 son los tres aceros para herramientas de trabajo en caliente más especificados para troqueles que funcionan a 400 °C y más. Los tres están cubiertos por ASTM A681, pero toman tres rutas metalúrgicas diferentes para lograr el mismo objetivo: mantener la dureza y resistir la fatiga térmica bajo calor y presión cíclicos. H13 es el grado Cr-Mo-V con 5% de cromo que domina la fundición a presión moderna; H11 es la variante con bajo contenido de vanadio, más dura y ligeramente menos resistente al desgaste; H21 es el grado de tungsteno del 9%, la opción tradicional para temperaturas de funcionamiento muy altas donde la dureza en caliente del tungsteno supera la resistencia a la fatiga térmica del cromo. La regla de selección en una línea: fundición a presión y trabajos en caliente más generales → H13; trabajos en caliente de alta tenacidad y forjados aeroespaciales → H11; extrusión de latón y forjado a alta temperatura donde se necesita tungsteno → H21.
| Propiedad | H13 (T20813) | H11 (T20811) | H21 (T20821) |
|---|---|---|---|
| Clase ASTM A681 | H (trabajo en caliente Cr-Mo-V) | H (Cr-Mo-V, V inferior) | H (trabajo en caliente basado en W) |
| Grados equivalentes | 1.2344, SKD61, 4Cr5MoSiV1 | 1.2343, SKD6, 4Cr5MoSiV | 1.2581, SKD5, 3Cr2W8V |
| Carbono, % | 0,32–0,45 | 0,33–0,43 | 0,26–0,36 |
| Cromo, % | 4,75–5,25 | 4,75–5,25 | 3.00–4.00 |
| Molibdeno, % | 1,10–1,75 | 1,10–1,60 | 0,40 máx. |
| Tungsteno, % | — | — | 8.50–10.00 |
| Vanadio, % | 0,80–1,20 | 0,30–0,60 | 0,30–0,60 |
| Silicio, % | 0,80–1,20 | 0,20–0,50 | 0,50 máximo (a menudo 0,20–0,40) |
| Austenitizar, °C | 995–1040 | 980–1040 | 1100–1200 (típico 1150) |
| Aplacar | Aire (o aceite para grandes) | Aire | Aceite (o aire para diluir) |
| Temperamento, °C | 595–650 (doble) | 540–650 (doble) | 595–675 (doble) |
| Dureza de trabajo, HRC | 44–52 (típico 46–48) | 40–50 (típico 46–48) | 44–52 (típico 46–50) |
| Dureza en caliente a 600 °C, HRC | ~36–40 | ~32–36 | ~42–46 (mejor) |
| Resistencia a la fatiga térmica | Alto | Alto | Medio |
| Dureza (Charpy, temperatura ambiente, dureza de trabajo) | Máximo (~20–28 J a 46 HRC) | Alto (~22–30 J a 46 HRC) | Mínimo (~10–18 J a 48 HRC) |
| Temperatura máxima de servicio, °C | ~540–595 | ~510–540 | ~600–650 |
| Costo relativo | Medio | Medio | Alto (recargo de tungsteno) |
Lea la tabla como una curva de compensación: H13 y H11 son primos cercanos: ambos aceros Cr-Mo-V obtienen dureza en caliente de los carburos de cromo y molibdeno, y el mayor vanadio del H13 proporciona una mejor resistencia al desgaste y a la fatiga térmica. H21 es metalúrgicamente un animal diferente: los carburos de tungsteno le dan una mejor dureza en caliente por encima de 600 °C, pero el alto contenido de tungsteno reduce la tenacidad y la resistencia a la fatiga térmica por debajo de H13 en cada punto de temperatura.
| Elemento (%) | H13 | H11 | H21 |
|---|---|---|---|
| Carbón | 0,32–0,45 | 0,33–0,43 | 0,26–0,36 |
| Manganeso | 0,20–0,50 (a menudo 0,60 máximo) | 0,20–0,50 | 0,10–0,40 |
| Silicio | 0,80–1,20 | 0,20–0,50 | 0,50 máximo |
| Cromo | 4,75–5,25 | 4,75–5,25 | 3.00–4.00 |
| Molibdeno | 1,10–1,75 | 1,10–1,60 | 0,40 máx. |
| Tungsteno | — | — | 8.50–10.00 |
| Vanadio | 0,80–1,20 | 0,30–0,60 | 0,30–0,60 |
| Fósforo | 0,030 máx. | 0,030 máx. | 0,030 máx. |
| Sulfur | 0,030 máx. | 0,030 máx. | 0,030 máx. |
Tres diferencias químicas impulsan todo lo demás. En primer lugar, el mayor contenido de vanadio del H13 (0,80–1,20%) es la diferencia más importante con respecto al H11. El vanadio forma carburos MC finos que resisten el engrosamiento a altas temperaturas, razón por la cual el H13 mantiene la dureza en caliente y resiste la fatiga térmica mejor que el H11 a pesar de que los dos tienen cromo y molibdeno casi idénticos. En segundo lugar, el silicio del H11 tiene un límite inferior (0,20–0,50%) que el del H13 (0,80–1,20%). H11 se desarrolló para forjados estructurales aeroespaciales, donde un alto contenido de silicio perjudicaría las propiedades de impacto; La mayor cantidad de silicio del H13 mejora la resistencia a la oxidación a temperaturas de fundición a presión y es parte de la razón por la que domina esa aplicación. En tercer lugar, el 9% de tungsteno del H21 es la metalurgia heredada: los carburos de tungsteno son estables a temperaturas en las que los carburos de cromo comienzan a volverse más gruesos, por lo que el H21 mantiene una dureza por encima de 600 °C mejor que el H13. El precio es la dureza: a temperatura ambiente, el H21 a 48 HRC tiene valores Charpy de alrededor de 12 J, mientras que el H13 con la misma dureza es de 22 a 28 J.
| Paso | H13 | H11 | H21 |
|---|---|---|---|
| Precalentar | 650 °C, luego 850 °C | 650 °C, luego 850 °C | 650 °C, luego 900 °C |
| austenitizar | 995–1040 °C (típico 1020 °C) | 980–1040 °C (típico 1010 °C) | 1100–1200 °C (típico 1150 °C) |
| Tiempo de remojo, min/mm | 0,5–1,0 | 0,5–1,0 | 0,8–1,2 (la difusión más larga y de alto W es lenta) |
| Aplacar | Aire (preferido) o aceite para secciones grandes. | Aire | Aceite (preferido) o aire para secciones delgadas. |
| Dureza de enfriamiento, HRC | 50–54 | 50–54 | 54–58 |
| primer temperamento | 595 °C × 2 h, enfriamiento lento a temperatura ambiente | 540°C × 2h | 595°C × 2h |
| Segundo temperamento | 595–650 °C × 2 h para alcanzar la dureza deseada | 540–650 °C × 2 h hasta el objetivo | 595–675 °C × 2 h hasta el objetivo |
| Rango de dureza de trabajo, HRC | 44–52 (típ. 46–48 moldeado a presión) | 40–50 (típico 46–48) | 44–52 (típico 46–50) |
| Tratamiento bajo cero | Opcional, convierte la austenita retenida y mejora la estabilidad dimensional. | Opcional | Menos común (austenita menos retenida) |
Dos realidades del tratamiento térmico son importantes para la selección. En primer lugar, H13 y H11 se endurecen al aire : el horno de vacío con enfriamiento con gas a alta presión (nitrógeno de 6 a 10 bar) es la ruta de tratamiento térmico estándar para insertos de fundición a presión de primera calidad, y el enfriamiento lento preserva la geometría del molde. El H21 tradicionalmente se apaga con aceite, aunque los hornos de vacío modernos pueden enfriar con gas el H21 en secciones delgadas; la temperatura de austenitización más alta (1150 °C) significa que la descarburación de la superficie es un riesgo grave y las atmósferas protectoras son obligatorias. En segundo lugar, el doble temperamento no es negociable para los tres. El primer templado transforma la austenita retenida en martensita nueva; el segundo templa esa martensita. Saltarse el segundo templado deja martensita sin templar en la estructura y el troquel falla por agrietamiento frágil dentro de los primeros cientos de ciclos.
El H13 es el acero para herramientas de trabajo en caliente más utilizado en el mundo. La combinación de 5% de cromo más 1,4% de molibdeno más 1% de vanadio proporciona el mejor equilibrio entre dureza en caliente, resistencia a la fatiga térmica, tenacidad y desgaste a temperaturas de hasta aproximadamente 540 °C, que es exactamente el rango operativo de la fundición a presión de aluminio, el forjado de acero en caliente y la extrusión de latón y cobre. H13 domina:
Matrices de fundición a presión de aluminio y magnesio , la aplicación más importante. Las temperaturas de la superficie del troquel de 400 a 500 °C con choque térmico cíclico del metal fundido a 670 a 720 °C hacen que la fatiga térmica sea el modo de falla dominante, y los carburos de vanadio del H13 resisten la iniciación de verificación de la superficie que pone fin a la vida útil del troquel.
Matrices e insertos de forja en caliente para forjados de acero y aleaciones. Las temperaturas de forjado son más altas que las de la fundición a presión (material de 1100 °C, superficie del molde de 300 a 500 °C), pero el contacto es intermitente: la tenacidad del H13 absorbe el impacto y los carburos de Cr-Mo-V retienen el detalle de la impresión.
Matrices, soportes y revestimientos de extrusión en caliente para aleaciones de aluminio y cobre. H13 mantiene la geometría del rodamiento bajo contacto deslizante de alta temperatura.
Moldes de inyección de plástico para polímeros de ingeniería de alta temperatura (PEEK, PPS, nailon relleno de vidrio) donde el molde funciona a 150-200 °C. La capacidad de pulido y la conductividad térmica del H13 lo convierten en la actualización estándar del P20.
Núcleos e insertos de fundición a presión para latón y cobre, donde las temperaturas de la superficie del troquel alcanzan los 600-700 °C; aunque por encima de los 600 °C, el acero de tungsteno para trabajo en caliente H21 comienza a superar al H13.
El acero para herramientas H13 es el valor metalúrgico predeterminado para cualquier nueva herramienta de trabajo en caliente, a menos que la aplicación exija específicamente mayor tenacidad (H11), mayor dureza en caliente por encima de 600 °C (H21), mayor resistencia al desgaste (grados H13 modificado, Amodie o premium modificado en V) o grados especiales como H11 para forjado con carga de impacto. El grado Premium de H13 (refundido por arco al vacío (VAR) o refundido por electroescoria (ESR), con límites muy estrictos de azufre y fósforo y control de microestructura para la fatiga térmica) es el grado especificado para insertos de fundición a presión en piezas fundidas estructurales de automóviles.
H11 se encuentra químicamente entre H13 (más vanadio, más desgaste) y el antiguo H12 (que agrega tungsteno). La menor cantidad de vanadio (0,30–0,60% versus 0,80–1,20% del H13) significa menos carburos MC de vanadio, lo que significa una matriz más blanda y resistente con la misma dureza. H11 es el grado estándar para:
Piezas estructurales aeroespaciales mecanizadas a partir de barra forjada. El H11 (y su variante europea 1.2343) se desarrolló originalmente para componentes de rotores y trenes de aterrizaje de aviones, donde la combinación de endurecimiento total en aceite, alta tenacidad al impacto y buena resistencia a la fatiga lo convirtió en el acero para herramientas adecuado para piezas estructurales forjadas de alta tensión. La menor cantidad de silicio (máximo 0,50 % frente al 0,80-1,20 % del H13) es parte de la razón por la que H11 tiene valores Charpy ligeramente más altos que H13 con la misma dureza.
Matrices de forjado en caliente para aplicaciones de alto impacto donde se necesita la resistencia a la fatiga térmica del H13 pero las cargas de impacto son mayores que las de la fundición a presión. Los martillos de forja y las máquinas de forja de alta energía (HERF) comúnmente especifican H11.
Matrices de fundición a presión para recuentos de ciclos moderados donde H13 está sobreespecificado. El H11 suele ser entre un 10 y un 15 % más barato que el H13 en una barra equivalente.
Componentes de moldes de plástico para polímeros rellenos moderadamente abrasivos.
El acero para herramientas H11 se especifica con mayor frecuencia como sustituto del H13 cuando (a) la tenacidad al impacto es el modo de falla dominante y la ventaja de desgaste del contenido de vanadio del H13 no se utiliza, o (b) el costo es importante y el H13 excede las especificaciones. Para la fundición a presión, la tendencia moderna es omitir H11 e ir directamente a H13 (la pequeña prima de costo se recupera con una vida útil más larga del troquel), pero para aplicaciones de forjado cargadas por impacto, H11 sigue siendo la mejor opción metalúrgica.
H21 es la metalurgia de una era anterior. El 9% de tungsteno forma carburos de tungsteno que resisten el engrosamiento a temperaturas donde los carburos de cromo comienzan a ablandarse, lo que le da al H21 su única ventaja definitoria: dureza en caliente por encima de 600 °C . A 600 °C, el H13 retiene aproximadamente entre 36 y 40 HRC; H21 tiene entre 42 y 46 HRC. A 650 °C la brecha se amplía aún más: H13 cae por debajo de 30 HRC, H21 todavía mantiene entre 38 y 42 HRC.
H21 es la elección para:
Matrices de fundición a presión de latón y cobre , donde las temperaturas de la superficie de la matriz alcanzan los 700 °C y los aceros a base de cromo se ablandan y se deterioran rápidamente. La estructura de carburo de tungsteno mantiene la dureza a temperaturas que superan al H13.
Matrices y mandriles de extrusión en caliente para aleaciones de latón, cobre y titanio : las secciones de rodamiento que experimentan la combinación más alta de temperatura y presión de deslizamiento.
Matrices de forja en caliente para aleaciones de alta temperatura y aceros inoxidables , donde las temperaturas del material superan los 1100 °C y las temperaturas de la superficie de la matriz superan los 600 °C.
Matrices para la fabricación de vidrio : moldes para recipientes de vidrio y componentes alimentadores que funcionan continuamente a 700–900 °C.
El acero para herramientas de trabajo en caliente H21 paga dos penalizaciones por su dureza en caliente. En primer lugar, la dureza cae bruscamente . A temperatura ambiente y 48 HRC, el Charpy sin muescas del H21 es de 10 a 18 J; H13 con la misma dureza oscila entre 22 y 28 J. Los carburos de tungsteno son grandes y actúan como sitios de iniciación de grietas bajo el impacto. En segundo lugar, la resistencia a la fatiga térmica es peor que la del H13 . Los carburos de tungsteno tienen un coeficiente de expansión térmica diferente al de la matriz, y las tensiones térmicas cíclicas de la fundición a presión hacen que la comprobación de la superficie comience antes en H21 que en H13. La regla general: el H21 sólo gana su lugar cuando la temperatura de funcionamiento supera los 600 °C; por debajo de eso, H13 gana en todos los demás ejes. El alternativo de grado de tungsteno heredado acero para trabajo en caliente H12 se encuentra entre H13 y H21 (Cr-Mo-V más 1,5% W) y hoy en día es principalmente un grado de nicho.
| Propiedad | H13 | H11 | H21 |
|---|---|---|---|
| Dureza de trabajo, HRC | 44–52 | 40–50 | 44–52 |
| Dureza en caliente a 540 °C, HRC | ~42 | ~40 | ~45 |
| Dureza en caliente a 600 °C, HRC | ~36–40 | ~32–36 | ~42–46 (mejor) |
| Dureza en caliente a 650 °C, HRC | ~28–32 | ~26–30 | ~38–42 |
| Resistencia a la fatiga térmica (verificación superficial cíclica) | Alto (mejor de tres) | Alto | Medio |
| Dureza, Charpy sin muescas, J en dureza de trabajo | 22-28 (mejor) | 22-30 (mejor) | 10-18 |
| Resistencia al desgaste, caliente | Alto | Medio | Alto (a temperatura) |
| Resistencia a la oxidación a 600 °C | Bien (si ayuda) | Medio | Medio |
| Templabilidad total en sección | ~150 mm (aire), ~300 mm (aceite) | ~150 mm (aire), ~300 mm (aceite) | ~75 mm (aceite) |
| Clasificación de maquinabilidad (recocido, % de B1112) | 55–65 | 60–70 | 45–55 |
| Conductividad térmica a 400 °C, W/m·K | ~28 | ~30 | ~25 |
| Costo (barra, ESR premium) | línea de base 1.0 | 0,85–0,95× H13 | 1,3–1,6× H13 |
La matriz de decisión: H13 es la respuesta correcta cuando la temperatura de funcionamiento se mantiene por debajo de 540 °C y la fatiga térmica es la falla dominante. H11 es la respuesta correcta cuando las cargas de impacto importan más que el desgaste. H21 es la respuesta correcta sólo cuando la temperatura de funcionamiento supera los 600 °C y la dureza del tungsteno en caliente compensa la penalización de la tenacidad.
| Aplicación | Temperatura de funcionamiento | Grado recomendado | Razonamiento |
|---|---|---|---|
| Fundición a presión de aluminio, cuerpo de matriz | 400–500 °C | H13 (ESR premium) | Mejor resistencia a la fatiga térmica; incumplimiento de la industria |
| Fundición a presión de aluminio, pasadores centrales, correderas. | 500–580 °C | H13 (premium, refrigerado por nitrógeno) | Mayor temperatura local; la calificación premium evita el control |
| Fundición a presión de magnesio | 450–550 °C | H13 (prima) | Misma lógica de fatiga térmica, similar a Al |
| Fundición a presión de latón | 650–750°C | H21 (o H13 con refrigeración intensiva) | H21 mantiene una dureza en caliente por encima de 600 °C |
| Forjado en caliente, material de acero. | 300–500 °C superficie del troquel | H13 o H11 | H13 por desgaste; H11 para martillos de alto impacto |
| Forjado en caliente, aleaciones de alta temperatura. | 500–700 °C | H21 | Por encima del rango de fatiga térmica del H13 |
| Extrusión en caliente, aluminio. | 450–550 °C | H13 | Estándar para matrices de extrusión de Al |
| Extrusión en caliente, cobre/latón | 600–800 °C | H21 | Dureza en caliente de tungsteno esencial |
| Extrusión en caliente, titanio. | 700–900 °C | H21 o grados especiales | Temperaturas muy altas superan el H13 |
| Inyección de plástico, polímeros rellenos de vidrio. | Molde a 150-200 °C | H13 (o P20 para bajo estrés) | Pulibilidad + conductividad térmica. |
| Inyección de plástico, polímeros de alta temperatura (PEEK) | molde de 200°C | H13 (o H11) | Mantiene la geometría del molde a temperatura elevada. |
| Endurecimiento en prensa (hoja 22MnB5) | 600–700 °C superficie del troquel | H11 o H13 (premium) | Alto impacto + alta temperatura; La dureza H11 gana |
| Tapón de perforación de tubo de cobre | 700–900 °C | H21 | La dureza del tungsteno en caliente es crítica |
| Tren de aterrizaje forjado aeroespacial | temperatura ambiente | H11 (1,2343) | Grado de forja aeroespacial estándar |
El patrón: H13 cubre el 80% inferior de las aplicaciones de trabajo en caliente. H11 cubre el subconjunto donde la resistencia al impacto es el diferenciador. H21 cubre el nicho de alta temperatura por encima de 600 °C. El error de selección más común es utilizar H21 por debajo de 600 °C: la prima de tungsteno se desperdicia y la penalización por dureza es real.
El error más común es especificar H21 para la fundición a presión porque "el tungsteno es mejor a altas temperaturas". La fundición a presión de latón es una de las pocas aplicaciones en las que esto es cierto; Para el aluminio y el magnesio, la temperatura de funcionamiento se encuentra dentro del punto óptimo del H13 y la peor resistencia a la fatiga térmica del H21 acortará la vida útil del troquel. Un segundo error es especificar H11 en lugar de H13 para ahorrar un 10 % en el costo del material: la diferencia en la vida útil del troquel para una aplicación dominada por la fatiga térmica suele ser del 15 al 25 % a favor del H13, por lo que el ahorro de costos es ilusorio después del primer rectificado.
El tercer error es no especificar la calidad H13 para la fundición a presión de primera calidad. El H13 de horno eléctrico convencional tiene más azufre y fósforo, grupos de carburo primario más grandes y una vida útil de fatiga térmica más corta que el H13 premium ESR o VAR. Para una matriz que ejecuta más de 100 000 disparos en fundición estructural de aluminio, la prima H13 obtiene una prima de precio del 20 al 30 %; para un prototipo de troquel que ejecuta 5.000 disparos, el H13 convencional está bien.
El cuarto error es saltarse el segundo temperamento. El primer templado en H13 deja entre un 5% y un 10% de austenita retenida que el segundo templado convierte en martensita fresca. Saltarse el segundo templado deja martensita sin templar en la estructura, y la matriz falla por agrietamiento frágil en los primeros cientos de ciclos, una falla completamente evitable.
P: ¿H13 es lo mismo que SKD61?
Sí, esencialmente. SKD61 es la designación JIS G4404 para la misma composición que ASTM A681 H13. DIN 1.2344 y GB 4Cr5MoSiV1 también son equivalentes. La sustitución entre grados es una práctica normal en la industria.
P: ¿Puedo usar H13 para una matriz de fundición a presión de latón en lugar de H21?
Sí, pero con refrigeración interna intensiva y aceptación de una vida útil más corta. El control de superficie H13 comienza antes que H21 por encima de 600 °C. Si la fundición de latón tiene una producción de gran volumen, H21 (o H21 modificado con niobio) es la respuesta estándar.
P: ¿Por qué el H21 necesita una temperatura de austenitización más alta que el H13?
Los carburos de tungsteno se disuelven más lentamente y a temperaturas más altas que los carburos de cromo. Para obtener suficiente carbono y aleación en la solución para una respuesta de endurecimiento completa, el H21 necesita 1100-1200 °C de austenitización frente a los 995-1040 °C del H13. La desventaja es el riesgo de descarburación de la superficie, razón por la cual el tratamiento térmico con H21 necesita atmósferas protectoras.
P: ¿Qué es 'Premium H13' y cuándo lo necesito?
Premium H13 es un material ESR (electrosescoria refundido) o VAR (refundido por arco al vacío) con muy bajo contenido de azufre (normalmente <0,005 %), bajo contenido de fósforo (<0,015 %), microestructura ajustada (sin agrupación de carburo primario, ASTM E45 Método A ≤ 2 para inclusiones) y una curva de temple controlada. Para insertos de fundición a presión de aluminio que ejecutan 100 000 disparos o más, el H13 premium extiende la vida útil de la fatiga térmica entre un 30 % y un 50 % en comparación con el horno eléctrico convencional H13 y es el estándar para matrices de fundición estructural para automóviles. Para matrices de prototipos o trabajos de bajo volumen, el H13 convencional está bien.
P: H11 frente a H13 para forjar, ¿cuál es el correcto?
Para martillos de forja y prensas de alto impacto, el H11 (o el 1,2343 europeo) tiende a superar al H13 porque su dureza ligeramente menor a la misma temperatura de templado se compensa con una mejor tenacidad al impacto. Para piezas forjadas en prensa con altas temperaturas de material pero impacto moderado, la resistencia al desgaste y a la fatiga térmica del H13 brinda una vida útil más larga. Muchas tiendas tienen ambos en stock y cambian según el tipo de forjado.
P: ¿Se puede endurecer al aire el H21?
En secciones delgadas (menos de 25 mm) y con enfriamiento con gas a alta presión en horno de vacío, sí. En secciones más grandes, el enfriamiento con aceite es el estándar porque la templabilidad del H21 es menor que la del H13. El riesgo del enfriamiento con aceite es el agrietamiento en secciones con esquinas afiladas o cambios de sección; precaliente y postemple inmediatamente.
Si está especificando una herramienta de trabajo en caliente y desea una segunda opinión sobre H13, H11 o H21 para su aplicación de fundición a presión, forjado o extrusión, o si debería considerar H13 premium (ESR/VAR), grados modificados H13 o grados especiales de tungsteno, envíe el dibujo, el rango de temperatura de funcionamiento y el recuento de ciclos. Qilu Metal suministra H13, H11 y H21 en barras planas, barras redondas y bloques forjados según ASTM A681, DIN EN ISO 4957 (1.2344/1.2343/1.2581) y JIS G4404 (SKD61/SKD6/SKD5), con rutas de calidad convencionales, ESR y VAR, informes completos de pruebas de fábrica y trazabilidad. Envíe un correo electrónico enquiry@qilumetal.com y nuestro equipo de metalurgia le cotizará el tamaño, el nivel de calidad y la recomendación de tratamiento térmico que se ajusten a su temperatura de funcionamiento y geometría de matriz.
