Acero para cojinetes 52100 | 1.3505 | 100Cr6

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El acero para rodamientos 52100 es un grado de acero de baja aleación, reconocido principalmente como el estándar clásico para aplicaciones de rodamientos. Gracias a su alto contenido de carbono y a la adición de cromo, sus características de rendimiento, en particular la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga, sirven como referencia para evaluar otros aceros para rodamientos. Esto demuestra su probada fiabilidad en componentes industriales exigentes.

1. Composición química del acero para cojinetes 52100

Los siguientes porcentajes de peso caracterizan generalmente la composición química típica del acero AISI/SAE 52100:

  • Carbono (C): 0.95% ~ 1.10%
  • Cromo (Cr): 1.40% ~ 1.65%
  • Manganeso (Mn): 0.30% ~ 0.50%
  • Silicio (Si): 0.22% ~ 0.35%
  • Fósforo (P): ≤0.030%
  • Azufre (S): ≤0,030%,

Cabe destacar que, si bien AISI/SAE 52100 es la designación común en EE. UU., se considera equivalente al grado europeo 100Cr6. Un acero similar al SAE 52100, designado 100 Cr Mn 6, presenta niveles elevados de manganeso (1,10-1,201 TP3T) y silicio (0,55-0,701 TP3T).

2. Propiedades del acero para cojinetes 52100

Esta sección detalla las características críticas del acero AISI/SAE 52100 que lo convierten en un material preferido en numerosas industrias.

Potencial de dureza y respuesta al tratamiento térmico

Uno de los más destacados Propiedades del acero para cojinetes 52100 es su excepcional capacidad de dureza.

  • Dureza alcanzable: Con un tratamiento térmico adecuado, el acero 52100 alcanza de forma constante una dureza de 60 a 64 HRC en toda su sección. Por ejemplo, una pieza de 2,54 cm de espesor puede alcanzar aproximadamente 60 HRC al templarse a unos 204 °C (400 °F).
  • Aplicaciones de los rodamientos: Para componentes críticos de cojinetes de bolas, normalmente se especifica una dureza mínima de 62 HRC y se logra después del endurecimiento y revenido.
  • Dureza en caliente: Es importante tener en cuenta que la dureza en caliente del acero 52100 disminuye notablemente a medida que aumentan las temperaturas de funcionamiento.

2.1 Características de la microestructura

La microestructura del acero 52100 después del tratamiento térmico correcto es fundamental para su rendimiento:

  • Estructura típica: Se compone principalmente de martensita con alto contenido de carbono y carburos esféricos primarios (no disueltos) finamente dispersos. También es típico un contenido de austenita retenida de 5 a 10%.
  • Contribución a la resistencia al desgaste: Para aplicaciones de rodamientos, el acero 52100 se austeniza intencionalmente por debajo de su temperatura Acm. Este proceso fomenta la formación de matrices de carburo de cementita dentro de la estructura martensítica final, lo que mejora significativamente la resistencia al desgaste.
  • Limpieza: Una microestructura limpia, libre de inclusiones excesivas, es vital, especialmente para aplicaciones que requieren superficies muy pulidas, como las matrices.

2.2 Resistencias mecánicas del núcleo del acero 52100

El acero de aleación 52100 está diseñado para brindar gran capacidad de carga y resiliencia.

Propiedad mecánica

Valor típico/característica del acero 52100

Notas

Clasificación

Alto contenido de carbono, cromo, baja aleación, endurecimiento total

Estándar para aplicaciones de rodamientos

Dureza alcanzable

60-64 HRC

Mín. 62 HRC para rodamientos de bolas endurecidos

Resistencia a la tracción (laminado en caliente)

930 MPa (135 ksi)

Estado tal como se suministra

Límite elástico (laminado en caliente)

570 MPa (83 ksi)

Estado tal como se suministra

Resistencia a la tracción (templado en aceite, no estirado)

1515 MPa (220 ksi)

Ilustra el potencial de endurecimiento

Límite elástico (templado en aceite, no estirado)

965 MPa (140 ksi)

Ilustra el potencial de endurecimiento

Resistencia a la flexión

Aprox. 2400 MPa (240 kgf/mm²)

Recomendado para aplicaciones con rodamientos de bolas.

Módulo elástico (de Young)

Aprox. 210 GPa

Rigidez del material

2.3 Rendimiento bajo fatiga

La vida útil a alta fatiga es crítica propiedad del acero para cojinetes 52100, especialmente para componentes como cojinetes de deslizamiento sometidos a cargas cíclicas. La resistencia a la fatiga puede verse afectada por factores como el contenido de inclusiones y la precisión del tratamiento térmico. El control de calidad, incluidas las pruebas de fatiga, es fundamental.

2.4 Resistencia al desgaste

El acero 52100 presenta una buena resistencia al desgaste. Esta se ve significativamente mejorada por la presencia de partículas de cementita muy pequeñas y duras, distribuidas uniformemente en la microestructura tras un tratamiento térmico óptimo. Tratamientos especializados, como los procesos dúplex, pueden mejorar aún más las características de desgaste en comparación con el cromado estándar u otros aceros aleados como el 8620 en ciertas condiciones.

2.5 Templabilidad

Gracias a su contenido de cromo, el acero 52100 posee una buena templabilidad. Esto le permite alcanzar una dureza constante en toda su sección transversal, incluso en piezas de hasta aproximadamente 2,5 cm de espesor. Su templabilidad es comparable a la del acero 5280.

2.6 Maquinabilidad

Para obtener los mejores resultados de mecanizado y garantizar una respuesta uniforme durante los procesos de endurecimiento posteriores, se recomienda encarecidamente una microestructura esferoidizada para el acero 52100. Esta condición mejora la vida útil de la herramienta y el acabado superficial.

2.7 Limpieza y calidad del material

Alta calidad Acero para cojinetes 52100 Se produce con un fuerte énfasis en la solidez interna, la limpieza y la composición química uniforme.

  • Control de inclusión: Para aplicaciones críticas como los rodamientos de bolas, son esenciales niveles muy bajos de inclusiones no metálicas (por ejemplo, tipo A, B, C, D) y un contenido mínimo de oxígeno.
  • Procesos de fusión: Las técnicas de fusión avanzadas, como la fusión al vacío con electrodos consumibles (CEVM) o la reelaboración por electroescoria (ESR), pueden proporcionar la microestructura excepcionalmente limpia necesaria para aplicaciones exigentes como matrices pulidas.
  • Consideraciones de casting: Al producir acero 52100 mediante colada continua moderna, los ciclos de homogeneización insuficientes pueden provocar segregación y distribuciones de carburo no deseadas, lo que afecta negativamente sus propiedades y su respuesta al tratamiento térmico.
  • Normas: La norma ASTM A 535 cubre palanquillas, barras, tubos redondos, varillas y tubos de acero de aleación de calidad especial destinados a la fabricación de cojinetes antifricción.

2.8 Estabilidad dimensional

Lograr una alta estabilidad dimensional en componentes de acero 52100 requiere un control preciso del tratamiento térmico. Este material puede ser susceptible a la distorsión, por lo que, si el objetivo principal es la estabilidad máxima, podría ser necesario un revenido a una dureza menor. Las temperaturas de austenización o las prácticas de revenido incorrectas pueden provocar grietas.

2.9Soldabilidad

Es importante tener en cuenta que el acero para cojinetes 52100 generalmente se considera no soldable debido a su alto contenido de carbono, lo que lo hace propenso a agrietarse durante y después de la soldadura.

2.10 Dureza

Cuando se templa correctamente en aceite desde aproximadamente 850 °C (1560 °F) para lograr una microestructura de carburos esféricos dispersos en martensita revenida, el acero 52100 presenta una buena tenacidad. Esto se puede evaluar mediante pruebas estándar como la energía de impacto Charpy con entalla en V y la tenacidad a la fractura por deformación plana (KIc). Diversos estudios han demostrado que la bainita 52100 puede ofrecer una mayor tenacidad al impacto en comparación con algunos aceros forjados con polvo.

Acero para cojinetes 52100
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3. Tratamiento térmico

El acero 52100 es un acero para cojinetes de gran importancia, valorado por su alta dureza. Esta dureza se desarrolla principalmente mediante la formación de martensita en su microestructura, resultado de una precisión... Tratamiento térmico del acero 52100Comprender estos procesos térmicos es clave para optimizar su acero 52100 componentes.

3.1 Endurecimiento del acero 52100: Austenitización y Enfriamiento

Para lograr la alta dureza requerida y la microestructura deseada en acero 52100Se emplea un proceso crítico de endurecimiento de dos pasos: austenización seguida de temple.

3.1.1 Austenitización

La etapa de austenización implica calentar el acero 52100 para transformar su estructura. Para obtener resultados óptimos, la temperatura de austenización para acero 52100 debe controlarse meticulosamente, idealmente alrededor 855 +/- 5 °CTambién se menciona el uso de temperaturas como 840 °C u 850 °C antes del temple. Es importante evitar el calentamiento. acero 52100 por encima de este rango específico (sobrecalentamiento), ya que esto puede generar un exceso de austenita retenida y un mayor riesgo de agrietamiento durante el enfriamiento.

3.1.2 Enfriamiento

Después de la austenización, acero 52100 se enfría rápidamente (se templa). Medios de enfriamiento comunes para acero 52100 incluir:

  • Aceite
  • Baño de sal

El martemping es otra técnica utilizada para acero 52100. Esto generalmente implica un enfriamiento en un baño de sal caliente, seguido de un enfriamiento en aire quieto, un método elegido para minimizar la distorsión.

3.2 Templado 52100 Acero

Después del proceso de endurecimiento, el revenido es un paso crucial en el Tratamiento térmico del acero 52100 El revenido se realiza a temperaturas inferiores al punto crítico inferior (Ac1) del acero. Sus principales objetivos son mejorar la tenacidad y aliviar las tensiones internas en el acero. acero 52100.

Temperaturas de revenido y dureza resultante

La elección de la temperatura de revenido influye directamente en las propiedades finales del acero. acero 52100.

Temperatura de revenido para acero 52100

Dureza resultante típica (HRC)

Notas para aplicaciones de acero 52100

220°C o 240°C

Aprox. 60-60,5 HRC

Para una buena estabilidad dimensional en acero 52100, especialmente para aplicaciones de rodamientos (condiciones SO o S1).

180°C o 190°C

Varía

También es un rango de templado común para acero 52100.

150°C – 200°C

Varía

La dureza de acero 52100 Generalmente es bajo cuando se templa en este rango.

A menudo se utiliza un temperamento doble para acero 52100, a veces con un tratamiento intermedio bajo cero (criogénico). Esto ayuda a garantizar que la austenita retenida se transforme y que las tensiones se alivien eficazmente.

3.3. Recocido del acero 52100 (Reblandecimiento)

Cuando acero 52100 necesita ser ablandado, por ejemplo, antes del mecanizado, el recocido es el método adecuado Tratamiento térmico del acero 52100.

Procesos de recocido y resultados del acero 52100

Proceso de recocido para acero 52100

Dureza objetivo (HB)

Microestructura resultante en acero 52100

Beneficio principal del acero 52100

Recocido estándar

Aprox. 198 HB

Perlita principalmente laminar

Suavidad general.

Recocido optimizado/esferoidizado

180-190 HB

Estructura esferoidizada (carburos globulares en ferrita)

Maquinabilidad mejorada de acero 52100.

La esferoidización, lograda mediante velocidades de enfriamiento controladas durante el recocido, produce carburos globulares en una matriz de ferrita, lo que mejora significativamente la maquinabilidad de acero 52100.

5. Tratamiento superficial del acero 52100

Para mejorar aún más la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste, se pueden aplicar varios tratamientos de superficie. acero 52100 componentes.

  • Cromado: Un tratamiento de superficie para acero 52100.
  • Tratamiento Dúplex (Cromizado + Nitruración Plasma): Esta combinación puede ofrecer una mejor resistencia al desgaste para acero 52100 en comparación con el cromado solo.
  • Endurecimiento por inducción: Este método se utiliza para lograr una alta dureza superficial en acero 52100Por ejemplo, se ha demostrado que se alcanzan 61-63 HRC en acero 52100 ejes.

Control cuidadoso de todos Tratamiento térmico del acero 52100 Las etapas, especialmente la austenización y el revenido, son esenciales para lograr el equilibrio deseado de dureza, tenacidad y estabilidad dimensional en el producto final. acero 52100 componentes.

4. Aplicaciones

Principalmente, el acero 52100 se utiliza para la fabricación rodamientos de bolas y es un grado clásico para acero para rodamientosSu papel fundamental en los componentes de rodamientos de alto rendimiento se destaca aún más por su especificación en ASTM A295 (para barras de acero de aleación laminadas en caliente para rodamientos antifricción) y ASTM A535 (para acero de calidad especial para rodamientos de bolas y rodillos).

Después del tratamiento térmico, el acero 52100 es adecuado para aplicaciones que exigen:

  • Alta capacidad de carga
  • Excelente resistencia al desgaste
  • Largo vida de fatiga

Por consiguiente, se aplica con éxito en motores eléctricos, cajas de engranajes, ejes principales de motores aeronáuticos de turbinas de gas, transmisiones de helicópteros y cojinetes de soporte de laminadores de acero. Estos variados... 52100 aplicaciones de acero demostrar su versatilidad.

Más allá de los rodamientos, sus usos se extienden a procesos de fabricación especializados. Por ejemplo, se emplea como material de revestimiento en la soldadura por deposición de polvo con arco de plasma transferido (PTA). Una capa de acero 52100 que reviste un sustrato como AISI 1022M proporciona una resistencia significativa al desgaste y la fatiga, con el área crítica para la resistencia a la fatiga diseñada dentro de este revestimiento.

Además, sus propiedades hacen que el acero 52100 sea valioso para ciertos aplicaciones de acero para herramientasClasificado como acero semi-rápido, alcanza una dureza de 62-64 HRC. Si bien su resistencia al revenido y al desgaste puede ser inferior a la de algunos aceros de alta velocidad auténticos, se utiliza para herramientas de trabajo en frío o componentes mecánicos. Para matrices de hasta 50 mm (2 pulgadas) de diámetro, se utiliza acero 52100 fundido al vacío con electrodos consumibles o refundido por electroescoria. Tratado térmicamente a 59-61 HRC, este material proporciona una vida útil óptima de la matriz y es adecuado para el grabado fotoquímico para crear superficies de matriz pulidas y de bajo relieve.

5. Normas y alternativas equivalentes

  • AISI/SAE: 52100
  • China (GB): GCr15
  • Número de serie: G52986
  • DIN (W-Nr): 3505 (también conocido como 100Cr6)
  • JIS: SUJ2
  • AMS: AMS 6490, AMS 6491 (Acero para cojinetes de primera calidad para aeronaves)
  • ASTM: A295 (Especificación estándar para acero antifricción con alto contenido de carbono)

Preguntas frecuentes

1. ¿Para qué sirve el acero 52100?

  • Rodamientos. Se considera un material clásico y estándar para aplicaciones con alto contenido de carbono, en particular rodamientos de bolas y de rodillos.
  • Secciones de matriz. Se puede utilizar para matrices de hasta 50 mm de diámetro que requieren superficies con un pulido preciso.
  • Material de revestimiento en soldadura por arco de transferencia de polvo (PTA).
  • Aplicaciones que requieren buena resistencia al desgaste sin carburación.

2. ¿Cuál es la resistencia del acero 52100?

La resistencia del acero 52100 depende en gran medida del tratamiento térmico específico aplicado.

  • Resistencia a la tracción:

◦Puede variar entre 585 y 620 MPa (85 y 90 ksi).

◦Después del enfriamiento en aceite a 850 °C (1560 °F), la resistencia a la tracción varía con la temperatura de revenido.

◦Para aplicaciones de matriz, la resistencia a la tracción se indica como 80 000 psi (552 MPa) en el estado recocido y 120 000 psi (827 MPa) cuando se enfría en aceite y se templa a 400 °F (204 °C).

  • Fuerza de fluencia:

◦Puede ser de 450 MPa (65 ksi).

◦Después del enfriamiento en aceite a 850 °C (1560 °F), el límite elástico varía con la temperatura de revenido.

◦Para aplicaciones de matriz, el límite elástico se indica como 35 000 psi (241 MPa) en estado recocido y 93 000 psi (641 MPa) cuando se templa con aceite y se revene a 400 °F (204 °C).

  • Resistencia a la compresión:

◦Puede alcanzar 2760 MPa (400 ksi) o 2930 MPa (425 ksi).

3. ¿Cuál es la diferencia entre el acero 52100 y el 1095?

Diferencias principales resumidas:

  • Contenido de cromo:52100 contiene cromo, mientras que 1095 es un acero con alto contenido de carbono sin cromo significativo.
  • Aplicaciones principales:52100 es principalmente un acero para cojinetes, mientras que 1095 es un acero con alto contenido de carbono de uso más general que se utiliza a menudo para resortes y cuchillas.
  • TemplabilidadAmbos son templables, pero el contenido de cromo del 52100 influye en su respuesta al tratamiento térmico.
  • Resistencia a la corrosión:52100 ofrece una resistencia a la corrosión ligeramente mejor que el carbono 1095 debido a su contenido de cromo, aunque ninguno de los dos se considera un acero resistente a la corrosión.

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