3Cr2W8V es un grado según el estándar chino GB/T, y su grado equivalente es ASTM/AISI H21 En Estados Unidos, el 3Cr₂W₄V es un acero para herramientas de trabajo en caliente de alta resistencia térmica, comúnmente utilizado en matrices que operan a altas temperaturas y tensiones. Es un acero ledeburítico, lo que significa que presenta una microestructura con carburos primarios de gran tamaño, lo que contribuye a su alta resistencia al desgaste a temperaturas elevadas.

1. Composición química

C	Si	Mn	Cr	W	V	PAG	S
0.30 – 0.40%	≤0.40%	≤0.40%	2.20 – 2.70%	7.50 – 9.00%	0.20 – 0.50%	≤0.030%	≤0.030%

2. Propiedades físicas de acero 3Cr2W8V

2.1 Puntos críticos del acero 3Cr2W8V

Punto crítico	Ac₁	Ac₃	Ar₁	Ar₃	Sra.	Mf
Temperatura/°C	850	930	773	835	350	160

2.2 Coeficiente de expansión lineal

Temperatura/°C	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
Coeficiente de expansión lineal α/ × 10⁻⁶ °C⁻¹	12.0	12.3	12.7	13.1	13.5	13.9	14.5	14.5	12.8	13.3

2.3 Capacidad calorífica específica

Temperatura/°C	100	200	300	500	800	900
Capacidad calorífica específica cₚ/ [J/(kg·K)]	468.2	473	478	685.5	1262.4	660.4

2.4 Conductividad térmica

Temperatura/°C	100	200	700	900
Conductividad térmica λ/[W/(m·K)]	20.1	22.2	24.3	23.0

2.5 Resistividad eléctrica

Temperatura/°C	20	200	500	700	900
Resistividad eléctrica ρ/ × 10⁻⁶ Ω·m	0.50	0.60	0.80	1.0	1.19

2.6 Otras propiedades físicas

Densidad/(g/cm³)	Módulo de elasticidad E/MPa	Módulo de corte G/MPa
7.74	214 000	73 000

3. Especificación del proceso de forjado en caliente para acero 3Cr2W8V

Artículo	Temperatura de calentamiento/°C	Temperatura de forja inicial/°C	Temperatura final de forja/°C	Método de enfriamiento ①
Lingote de acero	1150 ~ 1200	1100 ~ 1150	850 ~ 900	Primero enfriamiento por aire, luego enfriamiento por pozo o arena
Palanquilla de acero	1130 ~ 1160	1080 ~ 1120	850 ~ 900	Primero enfriamiento por aire, luego enfriamiento por pozo o arena

① Tras el forjado, se debe enfriar al aire con relativa rapidez hasta una temperatura inferior a Ac₁ (aproximadamente 700 °C), seguido de un enfriamiento lento (enfriamiento por pozo, enfriamiento por arena o enfriamiento por horno), o bien, se puede realizar un recocido a alta temperatura. Si las condiciones lo permiten, se puede realizar un recocido directo al rojo vivo.

4. Tratamiento térmico del acero 3Cr2W8V

4.1 Precalentamiento

① Especificación preliminar del proceso de tratamiento térmico

Plan preliminar de tratamiento térmico	Parámetros del proceso
Recocido después de la forja	Temperatura de calentamiento: 800 ~ 820 °C, mantenimiento: 2 ~ 4 h, enfriamiento en horno a < 30 ~ 40 °C/h hasta alcanzar una temperatura inferior a 600 °C, y posterior enfriamiento al aire. Dureza tras el recocido: 207 ~ 255 HBW, microestructura: perlita + carburo.
recocido isotérmico	Temperatura de calentamiento: 800 ~ 820 °C, mantenimiento: 2 ~ 4 h, enfriamiento en horno a < 30 ~ 40 °C/h hasta alcanzar una temperatura inferior a 600 °C, y posterior enfriamiento al aire. Dureza tras el recocido: 207 ~ 255 HBW, microestructura: perlita + carburo.

② Dureza y microestructura después del recocido

Dureza HBW	Microestructura
	Sin recocer	Después del recocido
207 ~ 255	Troostita + Martensita	Perlita + carburo

4.2 Enfriamiento

① Proceso de enfriamiento recomendado

Temperatura de enfriamiento/°C	Medio de enfriamiento de temple	Temperatura del medio de enfriamiento de temple/°C	Temperatura de mantenimiento isotérmica/°C	Enfriamiento final a 20°C	Dureza HRC
1050 ~ 1100	Aceite	20 ~ 40	150 ~ 180	Refrigeración por aire	49 ~ 52

Notas:

1. Para matrices grandes, utilice el límite superior de la temperatura de calentamiento. Para matrices pequeñas, utilice el límite inferior.
2. Los troqueles grandes deben precalentarse a 600-650 °C durante 1 o 2 horas antes de continuar calentándolos.
3. Para el calentamiento en horno de llama, mantenga el tiempo de calentamiento de 40 a 50 minutos por cada 25 mm de espesor de matriz. Para el calentamiento en horno eléctrico, aumente el tiempo de calentamiento en 40% por encima del tiempo requerido para el calentamiento en horno de llama.

② Procesos de temple comunes para acero 3Cr2W8V

Plan de extinción	Parámetros del proceso
Enfriamiento isotérmico ¹	La temperatura de calentamiento es de 1150 °C, seguida de enfriamiento con aceite tras mantenerla a 350-450 °C. La microestructura es de bainita inferior + martensita, con una dureza superior a 47 HRC. Tras el temple isotérmico, se recomienda un revenido a baja temperatura a 340-380 °C.
Temple a alta temperatura ²	La temperatura de calentamiento es de 1150 °C, seguida de enfriamiento con aceite tras mantenerla a 350-450 °C. La microestructura está compuesta por bainita inferior y martensita, con una dureza superior a 47 HRC. Tras el temple isotérmico, se recomienda un revenido a baja temperatura a 340-380 °C.

¹ La estructura bainítica obtenida tras el temple isotérmico presenta alta resistencia y tenacidad. Su resistencia al revenido también es mucho mejor que la del tratamiento térmico convencional. Presenta alta resistencia al choque térmico y baja deformación de la matriz, lo que prolonga su vida útil.

² El aumento de la temperatura de temple del acero 3Cr2W8V aumenta el grado de aleación de la martensita, lo que resulta en una excelente resistencia en caliente, pero una tenacidad ligeramente menor. Se utiliza generalmente para la fabricación de matrices que no están sometidas a fuerzas de impacto significativas, pero que requieren una alta resistencia en caliente, como matrices de extrusión, matrices de fundición a presión y matrices de estampación para aleaciones de cobre y aluminio.

③ Relación entre la temperatura de temple y la dureza del acero 3Cr2W8V

Temperatura de enfriamiento /°C	950	1050	1100	1150	1200	1250
Dureza HRC	44	49	52	55	56	57

4.3 Refinación de soluciones y procesamiento ultrafino

Las piezas en bruto forjadas se tratan en solución a 1200-1250 °C para disolver los carburos en austenita. Posteriormente, se templan en aceite caliente o agua hirviendo, seguido inmediatamente de un revenido a alta temperatura o un tratamiento de esferoidización isotérmica de corta duración. El revenido a alta temperatura se realiza a 720-850 °C (el límite superior para el procesamiento de piezas en bruto y el límite inferior para las matrices terminadas). El tratamiento térmico final puede emplear procesos convencionales, como el temple en aceite a 1100 °C.

4.4 Termorresistencia

① Especificaciones recomendadas del proceso de templado

Propósito del templado	Temperatura de calentamiento/°C	Equipo de calefacción	Refrigeración	Dureza HRC
Alivio de tensiones, estabilización de estructura y dimensiones.	600 ~ 620	horno eléctrico	Refrigeración por aire	40.2 ~ 47.4

Notas:

1. Los moldes grandes deben templarse inmediatamente después del temple. Generalmente, se requiere un doble revenido (a 620 °C y 600 °C, durante 2-3 horas cada vez). Para moldes grandes con formas complejas, se pueden utilizar tres ciclos de revenido.
2. Para templar el molde, primero colóquelo en el horno a 350 ~ 400 °C durante 1-3 horas, luego aumente la temperatura a la temperatura de templado final.
3. El tiempo de temple debe calcularse entre 40 y 45 minutos por cada 25 mm de espesor.

② Relación entre la temperatura de revenido y la dureza

Condición de enfriamiento	Dureza HRC a diferentes temperaturas de revenido (°C)	Sin templar	500(°C)	550 (°C)	600(°C)	650 (°C)	670 (°C)	700 (°C)
Temple en aceite a 1050 °C	Dureza HRC	49	46	47	43	35	32	27
Temple en aceite a 1075 °C	Dureza HRC	50	47	48	44	36	33	30
Temple en aceite a 1100 °C	Dureza HRC	52	48	49	45	40	36	32
Temple en aceite a 1150 °C	Dureza HRC	55	49	53	50	45	40	34

4.5 Tratamiento de superficies

Especificación del proceso de nitruración

Proceso	Temperatura/°C	Tiempo/h	Medio	Capa nitrurada
				Profundidad/mm	Dureza HV
Nitruración gaseosa	530	3 ~ 6	Tasa de descomposición de NH₃ 30% ~ 60%	0.07 ~ 0.12	1000 ~ 1160

5. Propiedades mecánicas

El acero 3Cr2W8V es un acero para herramientas de trabajo en caliente con alta resistencia térmica. Su alto contenido de elementos W y Cr favorece la formación de carburos, lo que resulta en una resistencia y dureza térmica superiores a altas temperaturas, además de excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas. Sin embargo, su tenacidad y plasticidad son relativamente bajas. Este acero presenta una alta temperatura de transformación de fase y demuestra buena resistencia a la fatiga térmica por ciclos alternados de calor y frío. Presenta buena templabilidad, siendo totalmente templable en secciones de hasta 80 mm de diámetro, y posee una resistencia al revenido relativamente alta.

5.1 Propiedades mecánicas del acero 3Cr2W8V a diferentes temperaturas de revenido

Temperatura de revenido/°C	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	Z (%)	A (%)
400	1800	1400	36	18
450	4800	1420	35.5	14
500	1800	1450	35	13
550	1760	1500	35.5	12
600	1620	1410	38	8
650	1270	–	36	12

Nota: Temple en aceite a 1100°C.

5.2 Acero 3Cr2W8V Dureza de alta temperatura

Temperaturas (°C)	300	450	600	650	700	750
Dureza de la muestra original (HRC)	Dureza de alta temperatura (HV) a diversas temperaturas (°C)
48.8 ~ 49.1	479.5	448.5	414.5	398.5	354.5	208.5
42.0 ~ 43.0	390	386.5	332	304	268	203.5

5.3 Comparación del rendimiento de fatiga entre el acero 3Cr2W8V y el 4Cr5MoSiV1

Grado de acero	Número de grietas por fatiga	Longitud de la grieta / mm
		Longitud total	Longitud media
3Cr2W8V (H21)	125	2.81	0.023
4Cr5MoSiV1 (H13)	11	0.46	0.041

6. Aplicaciones

El acero 3Cr2W8V es un acero para herramientas de trabajo en caliente de alta resistencia térmica, apto para la fabricación de matrices y matrices de trabajo en caliente que soportan altas tensiones a temperaturas elevadas con mínimas cargas de impacto. Entre sus aplicaciones se incluyen matrices, pasadores de núcleo y pasadores de expulsión para matrices de extrusión en caliente; punzones, matrices e insertos para máquinas de forja plana; matrices de extrusión de aleaciones de cobre, moldes de fundición a presión o matrices de contraextrusión sometidas simultáneamente a importantes tensiones de compresión, flexión y tracción. También se utiliza en herramientas de corte de alta temperatura en aplicaciones de metal caliente.