Los aceros de herramienta se caracterizan por sus elevados niveles de aleación y su elevada resistencia al desgaste en condición de servicio. En general, estos aceros se mecanizan en desbaste y semiacabado en un suministro de recocido blando. Antes del mecanizado suelen someterse a tratamientos de austenizado y temple que requieren de temperaturas muy elevadas, superiores a los 1.100ºC, y requieren de múltiples procesos de revenido. Se trata, por tanto, de un material con un alto impacto medioambiental, por la contribución de los elementos de aleación a su huella de carbono y por requerir el empleo de tratamientos térmicos a temperaturas muy elevadas (frente a otros aceros de temple y revenido que pueden templarse a temperaturas inferiores, en torno a los 900ºC).
Por tanto, en el proceso de fabricación habitual de estos elementos, el tratamiento térmico cumple un rol fundamental para asegurar la estructura y las propiedades mecánicas de las herramientas. La racionalización del consumo energético en esta fase del proceso puede alcanzarse interviniendo sobre distintos factores que abarcan desde el tipo de energía contratada o las temperaturas de trabajo utilizadas, hasta estrategias más avanzadas asociadas a la metalurgia de las aleaciones y el dominio de sus transformaciones de fase.
Paralelamente, con el objetivo mejorar la sostenibilidad y los costes de fabricación de estos útiles de producción, una creciente estrategia para su fabricación consiste en el desarrollo de herramienta bimaterial, donde un material base (un acero más común con menor aleación) cumple la función de sustrato o cuerpo de la herramienta, proveyéndola de tenacidad, mientras otro material con propiedades más avanzadas (acero de herramienta) aportado mediante tecnologías aditivas sobre la superficie de trabajo ofrece una resistencia mejorada al desgaste.
Aunando estas dos vías de trabajo, el equipo de investigación compuesto por el Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN y la empresa MESHIND, desarrolladora de soluciones industriales mediante tecnologías aditivas de metal, ha conseguido desarrollar herramientas de conformado bimaterial, reduciendo e, incluso, eliminando los tratamientos térmicos de austenizado y revenido, gracias al aprovechamiento del calor generado en el propio proceso de adición mediante tecnologías láser, actuando sobre el diseño de la química del acero de herramienta y el desarrollo de parametrizaciones avanzadas de laser cladding.
Como explica el Dr. Garikoitz Artola, responsable de Tecnologías de Conformado de AZTERLAN, “combinando desarrollo de aleaciones y del proceso productivo, hemos diseñado aplicaciones en las que el temple que se produce durante la aportación de metal deja al acero de herramienta en condición de servicio. El resultado es un recargue sobre el que se pueden realizar directamente los mecanizados de acabado y poner la herramienta en uso sin necesidad de un tratamiento térmico posterior”.
Esta estrategia permite conseguir durezas en la superficie de la herramienta as-clad hasta 60 HRC, sin necesidad de consumir energía en tratamientos térmicos posteriores de reaustenizado, gracias al aprovechamiento de la potencia del haz láser. El resultado, además de ser mecanizable en estado as-clad, y debe llegar a fin de vida por mecanismos de desgaste, no por propagación de grietas. Debido a que estos aceros presentan una tenacidad reducida en la condición de temple, el diseño de los aceros de herramienta utilizados debe ser especialmente cuidadoso con el equilibrio entre dureza y tenacidad.
En otros escenarios de uso, cuando es necesario conseguir valores de dureza mayores que 60 HRC o mejoras de tenacidad, es posible aplicar revenidos tras el recargue. Estos tratamientos aprovechan precipitación de carburos secundarios, del revenido de la martensita y de la transformación de austenita residual para regular el equilibrio tenacidad-dureza. Aunque en estos casos se sacrifique parte de la eficiencia energética a corto plazo, hay que valorar el ciclo de vida completo del producto. Cuando la vida en uso requerida a la herramienta es elevada, el extra de durabilidad conseguido mediante el revenido puede derivar en ahorro energético si se evita la reposición de una herramienta procesada en condición as-clad.
En palabras de Unai Garate, director general de MESHIND, “las ventajas de este proceso van más allá de la mejora de la eficiencia energética o la disminución de la huella de carbono”, refiriéndose a que aporta también significativas mejoras en cuanto a la rapidez del proceso de fabricación a través de la reducción de pasos intermedios que, además, suelen requerir de movimientos logísticos de las piezas, dentro o fuera de la propia planta de producción.
