Acero para herramientas 2Cr13: una descripción general completa

El acero para herramientas 2Cr13 es un material versátil ampliamente utilizado en la fabricación de moldes de plástico, especialmente en aquellos que requieren un equilibrio entre resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión. Al ser un acero inoxidable martensítico con bajo contenido de carbono, se suele emplear después del temple y revenido. Este tratamiento térmico mejora sus propiedades mecánicas, haciéndolo adecuado para aplicaciones exigentes.

Una de las principales ventajas del acero 2Cr13 es su buena maquinabilidad, que permite un procesamiento y conformado eficientes. Tras el tratamiento térmico, presenta una excelente resistencia a la corrosión, lo que garantiza su longevidad incluso en entornos hostiles. Además, ofrece una buena combinación de resistencia y tenacidad, lo que lo hace fiable bajo diversas cargas.

Si bien su resistencia a la corrosión y al calor es ligeramente inferior a la del acero 1Cr13, el 2Cr13 mantiene una resistencia a la oxidación estable en aire hasta 700 °C. Esto lo hace adecuado para aplicaciones con exposición moderada al calor. Sin embargo, cabe destacar que su soldabilidad y plasticidad en estado recocido no son tan favorables como las del acero 1Cr13. A pesar de ello, el acero 2Cr13 es conocido por sus excelentes propiedades de pulido, lo cual constituye una ventaja significativa en la fabricación de moldes, donde el acabado superficial es crucial.

1. Composición química del acero para herramientas 2Cr13

La composición química del acero 2Cr13 está estandarizada según la norma GB/T 1220—2007. Las fracciones másicas típicas de sus elementos clave son:

• Carbono (C): 0,16% – 0,25% (comúnmente alrededor de 0,16%)
• Silicio (Si): ≤1,00% (a menudo ≤0,60%)
• Manganeso (Mn): ≤1,00% (a menudo ≤0,80%)
• Cromo (Cr): 12.00% – 14.00%
• Azufre (S): ≤0.030%
• Fósforo (P): ≤0,040% (a veces especificado como ≤0,035%)

Estos elementos contribuyen a las propiedades únicas del acero, siendo el cromo el principal elemento de aleación que imparte resistencia a la corrosión.

2. El acero para herramientas 2Cr13 es equivalente a varias otras normas:

• DIN alemán: Número de material 1.4021, grado X20Cr13
• Licenciatura británica: Grado S62
• Británico EN: Grados 56B/56C
• AFNOR francés: Grado Z20C13
• Código digital unificado: S45830

Esta referencia cruzada puede ser útil para clientes globales que están familiarizados con diferentes sistemas de estandarización.

3. Propiedades físicas del acero para herramientas 2Cr13

Comprender las propiedades físicas del acero 2Cr13 es crucial para su aplicación en diversos contextos de ingeniería. A continuación, se presentan las características físicas clave:

• Punto de fusión: 1450 – 1510℃
• Densidad: 7,75 t/m³
• Capacidad calorífica específica (cₚ): 459,8 J/(kg·K)

Estas propiedades influyen en el comportamiento del acero durante el procesamiento y en servicio.

Temperaturas críticas:

• Aa₁: Aproximadamente 820℃
• Aa₃: Aproximadamente 950℃
• Ac₁: Aproximadamente 780℃

Estas temperaturas son importantes para los procesos de tratamiento térmico, ya que definen las transformaciones de fase del acero.

Módulo elástico (E):La rigidez del acero 2Cr13 disminuye con la temperatura:

• A 20℃: 210 – 223 GPa
• A 400℃: 193 GPa
• A 500℃: 184 GPa
• A 600℃: 172 GPa

Coeficiente de expansión lineal (α): Esto mide cuánto se expande el acero cuando se calienta:

• 20-100 ℃: 10,5 × 10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-200 ℃: 11,0 × 10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-300 ℃: 11,5 × 10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-400 ℃: 12,0 × 10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-500 ℃: 12,0 × 10⁻⁶ ℃⁻¹

Conductividad térmica (λ): Indica qué tan bien el acero conduce el calor:

• 20-100 °C: 23,0 W/(m·K)
• 20-200 °C: 23,4 W/(m·K)
• 20-300 °C: 24,7 W/(m·K)
• 20-400 °C: 25,5 W/(m·K)
• 20-500 °C: 26,3 W/(m·K)

Resistividad eléctrica (ρ): Afecta el comportamiento del acero en aplicaciones eléctricas:

• A 20℃: 0,55 ×10⁻⁷ Ω·m
• A 100℃: 0,65 ×10⁻⁷ Ω·m

Estas propiedades son esenciales para que los diseñadores e ingenieros las tengan en cuenta al seleccionar acero 2Cr13 para aplicaciones específicas, especialmente aquellas que involucran variaciones de temperatura o componentes eléctricos.

4. Tratamiento térmico del acero para herramientas 2Cr13

Adecuado tratamiento térmico Es esencial aprovechar al máximo el potencial del acero 2Cr13. Los siguientes procesos se utilizan habitualmente:

4.1 Forja

• Calefacción: Calentar lentamente el acero antes de alcanzar los 850 ℃, con el horno cargado a ≤800 ℃.
• Temperatura de forja: Comience a forjar a 1160-1200 ℃ y finalice a ≥850 ℃.
• Enfriamiento: Tras el forjado, enfriar en arena o recocer inmediatamente. Debido a la baja conductividad térmica, el calentamiento por debajo de 850 °C debe ser gradual.
• Post-forja: Enfriar lentamente las piezas forjadas y templarlas inmediatamente.

4.2 Tratamiento suavizante

Para reducir la dureza para el mecanizado:

• Revenido a alta temperatura: 750-800℃
• Método alternativo: Se mantiene a 875-900 °C durante 1-2 horas, luego se enfría a 15-20 °C/h hasta menos de 600 °C y se enfría al aire. Esto alcanza una dureza de 170-200 HB.

La estructura resultante es ferrita rica en cromo con carburos (Cr, Fe)₂₃C₆.

4.3 Apagado

• Temperatura: Generalmente alrededor de 1050 ℃.
• Enfriamiento: En moldes pequeños, es posible enfriarlos con aire para minimizar la deformación. Los moldes más grandes suelen enfriarse con aceite.

4.4 Templado

El acero 2Cr13 se utiliza a menudo en dos condiciones de temple:

• Para alta dureza y resistencia a la corrosión: Temple a 200-350℃.
• Para lograr una resistencia, plasticidad y tenacidad equilibradas: Temple a 650-750℃.

Nota: Evite templar entre 400 y 600 ℃ para evitar propiedades indeseables.

4.5 Temple y revenido recomendados

• Temple: Temple en aceite de 980-1000℃.
• Templado: Varía según las propiedades deseadas.

4.6 Recocido para aliviar tensiones

• Temple a 730-780 ℃ seguido de enfriamiento por aire.
• Tras la soldadura, revena para aliviar la tensión. El enfriamiento lento a altas temperaturas puede provocar la formación de bainita.

4.7 Tratamiento térmico de preendurecimiento

• Calentar a 860-900 ℃ y enfriar el horno hasta alcanzar 160-187 HBW.

4.8 Temple y revenido estándar

• Temple: Calentar a 1000-1050 ℃, luego enfriar con aceite o agua a ≥45 HRC.
• Templado: A 660-670℃ con refrigeración por aire a 20-23 HRC.

Estos procesos de tratamiento térmico permiten adaptar las propiedades del acero a los requisitos de aplicación específicos, garantizando un rendimiento óptimo en diversos escenarios.

5. Propiedades mecánicas del acero 2Cr13

Las propiedades mecánicas del acero 2Cr13 dependen en gran medida del tratamiento térmico al que se somete. A continuación, se presentan las propiedades típicas obtenidas mediante diferentes procesos:

5.1 Después del temple y revenido

Para muestras enfriadas entre 980 y 1000 ℃, enfriadas con aceite y luego templadas:

• Límite elástico (Rp0,2): ≥440 MPa
• Resistencia a la tracción (Rm): ≥640 MPa
• Elongación (A): ≥20%
• Reducción de área (Z): ≥50%
• Energía de impacto (Ku₂): ≥63 J
• Dureza (HBW): 192-223

5.2 Estado recocido

Para chapas y tiras laminadas en frío de acero inoxidable martensítico recocido:

• Límite elástico (Rp0,2): ≥225 MPa
• Resistencia a la tracción (Rm): ≥520 MPa
• Elongación (A): ≥18%
• Doblado en frío (180°): d = 2a
• Dureza (HBW): ≤223

5.3 Propiedades de alta temperatura

Después del temple a 1000-1020 ℃, enfriamiento con aceite y revenido a 720-750 ℃, el acero exhibe las siguientes propiedades a temperaturas elevadas:

Temperatura de prueba (∘C)	Tracción (Rm​, MPa)	Rendimiento (Rp0,2​, MPa)	Elongación (δ, %)	Rojo. Área (ψ, %)	Impacto (αk​, J/cm2)
20	720	520	21.0	68.0	65-175
300	555	400	18.0	66.0	120
400	530	405	16.5	58.5	205
450	495	380	17.5	61.0	–
500	495	420	22.5	66.0	–
550	440	365	32.5	72.5	–

Estas propiedades demuestran la capacidad del acero para mantener la resistencia y la ductilidad a temperaturas más altas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de exposición al calor.

6. Aplicaciones del acero 2Cr13

Gracias a sus propiedades equilibradas, el acero 2Cr13 es una opción popular para diversas aplicaciones. Es especialmente adecuado para:

• Moldes de plástico: Especialmente aquellos sometidos a altas cargas y entornos corrosivos, incluidos moldes para productos de plástico transparente.
• Componentes de alto estrés: Como álabes de turbinas, ejes y manguitos de bombas de aceite caliente, impulsores y placas de válvulas de prensas hidráulicas.
• Bienes industriales y de consumo: Estos incluyen aplicaciones en la industria del papel, equipos médicos y artículos para el hogar como cuchillos y cubiertos.

Además, el acero 2Cr13 puede utilizarse como sustituto del acero Cr12 en la fabricación de matrices de punzonado y embutición. Al tratarse con carburación, temple y revenido, puede alcanzar una dureza superficial de 62-65 HRC y una dureza del núcleo de 38-41 HRC, lo que puede prolongar la vida útil de los moldes entre 1 y 2 veces en comparación con los tratamientos tradicionales con acero Cr12.

7. Comparación con otros aceros

Comprender cómo se compara el acero 2Cr13 con materiales similares puede ayudar a seleccionar el acero adecuado para necesidades específicas:

• Frente al acero 1Cr13: El 2Cr13 ofrece mayor resistencia y dureza tras el temple y revenido, pero presenta una resistencia a la corrosión y al calor ligeramente inferior. Su soldabilidad y plasticidad en estado recocido también son inferiores.
• Frente al acero 30Cr13: El 30Cr13 presenta una resistencia, dureza y templabilidad incluso mayores que los aceros 2Cr13 (20Cr13) y 12Cr13 tras el temple. Ofrece cierta resistencia a la corrosión por ácido nítrico diluido y ácidos orgánicos débiles a temperatura ambiente, aunque es menor que la del 12Cr13 y el 20Cr13.
• Frente al acero 4Cr13: El 4Cr13 tiene mayor resistencia y dureza que el 30Cr13, pero menor tenacidad y resistencia a la corrosión y peor soldabilidad.
• Frente al acero 20Cr13: El 20Cr13 tiene propiedades similares al 12Cr13 pero con una resistencia y dureza ligeramente superiores y una tenacidad y resistencia a la corrosión menores.

Estas comparaciones resaltan las ventajas y desventajas entre diferentes propiedades, lo que permite a los ingenieros elegir el acero más apropiado según los requisitos específicos de su aplicación.