Cientifica, ISSN 2594-2921, vol. 30, no. 1, January-June 2026.

Erosive wear of AISI S1 and AISI H13 steels caused by spherical and angular particles

Desgaste erosivo de los aceros AISI S1 y AISI H13 causado por partículas esféricas y angulares

Juan Rodrigo Laguna Camacho
(ORCID: 0000-0001-5989-3972)
Universidad Veracruzana, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Poza Rica de Hidalgo, MÉXICO

Aldo Santos Calderon Loredo
(ORCID: 0000-0001-5343-8346)
Universidad Veracruzana, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Poza Rica de Hidalgo, MÉXICO

Víctor Velázquez Martínez
(ORCID: 0000-0002-1382-1081)
Universidad Veracruzana, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Poza Rica de Hidalgo, MÉXICO

Javier Calderón Sánchez
(ORCID: 0009-0006-4263-9496)
Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, MÉXICO

Héctor Daniel López Calderón
(ORCID: 0000-0001-6324-537X)
Universidad Veracruzana, Facultad de Biología, Xalapa, MÉXICO

Recibido 15/04/2026, aceptado 25/05/2026.

Abstract

In this work, an analysis of erosive wear was carried out on hot-work tool steels, AISI S1 (non-deformable steel with high chromium content) and AISI H13 (steel with high chromium, molybdenum, and vanadium content) subjected to the impact of alumina spherical particles (Al₂O₃) and silicon carbide angular particles (SiC), to understand their behaviour and performance under different particle shapes. An erosion rig based on the ASTM G76-95 standard was used to perform the testing. Tests were carried out using different impact angles, 30°, 45°, 60° and 90°, with a particle velocity of 30 ± 2 m/s and a particle flux of 63 g/min. Characterization techniques such as hardness tests and optical microscopy was used to know the morphology of the abrasive particles and identify the wear mechanisms. The erosion rates showed that AISI S1 steel exhibited higher erosion resistance than AISI H13 steel after the consistent impingement of abrasive particles. In addition, SiC particles inflicted higher erosion damage on surfaces than Al₂O₃ grits.

Resumen

En este trabajo, se realizó un análisis del desgaste erosivo en aceros para herramientas de trabajo en caliente, AISI S1 (acero no deformable con alto contenido de cromo) y AISI H13 (acero con alto contenido de cromo, molibdeno y vanadio), sometidos al impacto de partículas esféricas de alúmina (Al₂O₃) y angulares de carburo de silicio (SiC), para comprender su comportamiento y rendimiento bajo diferentes formas de partículas. Se utilizó un equipo de pruebas de erosión basado en la norma ASTM G76-95 para realizar las pruebas. Estas se llevaron a cabo utilizando diferentes ángulos de impacto, 30°, 45°, 60° y 90°, con una velocidad de partícula de 30 ± 2 m/s y un flujo de partícula de 63 g/min. Se utilizaron técnicas de caracterización como pruebas de dureza y microscopía óptica para conocer la morfología de las partículas abrasivas e identificar los mecanismos de desgaste. Las tasas de erosión mostraron que el acero AISI S1 presentó mayor resistencia a la erosión que el acero AISI H13 tras el impacto constante de las partículas abrasivas. Además, las partículas de SiC causaron mayor daño por erosión en las superficies que las partículas de Al₂O₃.

Index terms: erosive wear, AISI S1 steel, AISI H13, particle shape, erosion rates.
Palabras clave: desgaste erosivo, acero AISI S1, AISI H13, forma de las partículas, tasas de erosión.

ISO 690 reference:
Laguna Camacho, Juan Rodrigo; Calderon Loredo, Aldo Santos; Velázquez Martínez, Víctor; Calderón Sánchez, Javier; López Calderón, Héctor Daniel, 2026, Erosive wear of AISI S1 and AISI H13 steels caused by spherical and angular particles, Científica, vol. 30, no. 1, ISSN 2594-2921, e300104, DOI: 10.46842/ipn.cien.v30n1a04