Acero para rodamientos AISI 52100 | 1.3505 | 100Cr6 Acero aleado al cromo de alto carbono

El 52100 es un acero para rodamientos al cromo de alto carbono, caracterizado por su alta dureza, excelente resistencia al desgaste y buena resistencia a la fatiga. Su aplicación principal es la fabricación de rodamientos (rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos). También se usa comúnmente para herramientas de corte y filos de corte, así como para calibres, rodillos y otros componentes mecánicos que requieren alta dureza y resistencia al desgaste. Las designaciones equivalentes incluyen China (GB) GCr15, Alemania (DIN) 100Cr6 (o 1.3505), y Japón (JIS) SUJ2.

1. Composición del acero para rodamientos 52100

2. Propiedades del acero para rodamientos 52100

Esta sección describe las características clave del acero AISI/SAE 52100 que lo convierten en un material preferido en diversas industrias. Los límites de composición, la respuesta de dureza y las designaciones equivalentes para el grado se recopilan en la Propiedades del acero 52100 referencia.

Potencial de dureza y respuesta al tratamiento térmico

Una de las propiedades más destacadas del acero para rodamientos 52100 es su excepcional capacidad de dureza.

• Dureza alcanzable: Con un tratamiento térmico adecuado, el acero 52100 alcanza de manera consistente una dureza de 60 a 64 HRC en toda su sección. Por ejemplo, una pieza de 1 pulgada de espesor puede alcanzar aproximadamente 60 HRC cuando se templa alrededor de 204°C (400°F).
• Aplicaciones de rodamientos: Para componentes críticos de rodamientos de bolas, normalmente se especifica una dureza mínima de 62 HRC, la cual se alcanza después del endurecimiento y el 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 operación.

2.1 Características de la microestructura

La microestructura del acero 52100 después de un tratamiento térmico correcto es fundamental para su desempeño:

• Estructura típica: Consiste principalmente en martensita de alto carbono con carburos esféricos primarios (no disueltos) finamente dispersos. También es típico un contenido de austenita retenida de 5-10%.
• Contribución a la resistencia al desgaste: Para aplicaciones de rodamientos, el acero 52100 se austeniza intencionalmente por debajo de su temperatura Acm. Este proceso favorece la formación de arreglos 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 crucial, especialmente para aplicaciones que requieren superficies altamente pulidas, como los troqueles.

2.2 Resistencias mecánicas del núcleo del acero 52100

El acero aleado 52100 está diseñado para una alta capacidad de carga y resiliencia.

2.3 Rendimiento a la fatiga

Una vida útil de alta fatiga es fundamental propiedad del acero para rodamientos 52100, En particular, para componentes como los cojinetes de deslizamiento sometidos a cargas cíclicas, la resistencia a la fatiga puede verse influenciada por factores como el contenido de inclusiones y la precisión del tratamiento térmico. El control de calidad, incluyendo las pruebas de fatiga, es fundamental.

2.4 Resistencia al desgaste

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

2.5 Templabilidad

Gracias a su contenido de cromo, el acero 52100 posee una buena templabilidad. Esto le permite alcanzar una dureza uniforme a través de su sección transversal en piezas de hasta aproximadamente 1 pulgada 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 rodamientos 52100 Se produce haciendo especial hincapié 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, tipos A, B, C, D) y un contenido mínimo de oxígeno.
• Procesos de fusión: Las técnicas de fusión avanzadas, como la fusión al vacío con electrodo consumible (CEVM) o la refundición por electroescoria (ESR), pueden proporcionar la microestructura excepcionalmente limpia que se requiere para aplicaciones exigentes como los troqueles pulidos.
• Consideraciones sobre el reparto: Al producir acero 52100 mediante colada continua moderna, unos ciclos de homogeneización insuficientes pueden provocar segregación y distribuciones indeseables de carburos, lo que afecta negativamente a sus propiedades y a su respuesta al tratamiento térmico.
• Estándares: La norma ASTM A 535 abarca palanquillas, barras, redondos para tubos, varillas y tubos de acero aleado de calidad especial destinados a la fabricación de rodamientos antifricción.

2.8 Estabilidad dimensional

Lograr una estabilidad dimensional muy alta en componentes de acero 52100 requiere un control preciso del proceso de tratamiento térmico. Puede ser sensible a la distorsión, y podría ser necesario un revenido a una dureza menor en comparación con algunos aceros avanzados si la estabilidad máxima es el objetivo principal. Temperaturas de austenización o prácticas de revenido incorrectas pueden provocar grietas.

2.9 Soldabilidad

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

2.10 Tenacidad

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 puede evaluarse mediante pruebas estándar como la energía de impacto Charpy V-notch y la tenacidad a la fractura en deformación plana (KIc). Los estudios han demostrado que la bainita del 52100 puede ofrecer una mayor tenacidad al impacto en comparación con algunos aceros forjados a partir de polvo.

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3. Heat Treatment

El acero 52100 es un acero para rodamientos prominente, valorado por alcanzar una alta dureza. Esta dureza se desarrolla principalmente mediante la formación de martensita en su microestructura, resultado de un tratamiento térmico preciso del acero 52100. Comprender estos procesos térmicos es clave para optimizar sus componentes de acero 52100.

3.1 Austenización

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

3.2 Temple

Después de la austenización, el acero 52100 se enfría rápidamente (temple). Los medios de temple comunes para el acero 52100 incluyen aceite y baño de sales.

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

3.3 Revenido

Después del proceso de endurecimiento, el revenido es un paso crucial en el ciclo de tratamiento térmico del acero 52100. El revenido se realiza a temperaturas por debajo del punto Ac1 (crítico inferior) del acero. Su propósito principal es mejorar la tenacidad y aliviar las tensiones internas dentro del acero 52100.

Temperaturas de revenido y dureza resultante

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

A menudo se emplea un doble temple para acero 52100, En ocasiones, se aplica un tratamiento térmico intermedio a temperaturas bajo cero (criogénico). Esto ayuda a garantizar la transformación de la austenita retenida y la liberación efectiva de las tensiones.

3.4 Recocido del acero 52100

Cuando acero 52100 Es necesario ablandarlo, por ejemplo, antes del mecanizado; el recocido es el método adecuado. Tratamiento térmico del acero 52100.

Procesos y resultados del recocido para el 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. acero 52100.

4. Tratamiento superficial del acero 52100

Para mejorar significativamente el rendimiento de los componentes de acero 52100, en particular su dureza superficial y resistencia al desgaste, se pueden emplear diversas tecnologías avanzadas de tratamiento superficial.

El cromado es un método de tratamiento superficial de uso común. Para una resistencia al desgaste superior, se puede emplear un proceso compuesto conocido como tratamiento dúplex. Este proceso combina ingeniosamente el cromado con la nitruración por plasma, ofreciendo una resistencia al desgaste muy superior a la del cromado por sí solo.

5. Aplicaciones

Principalmente, el acero 52100 se utiliza para la fabricación de rodamientos de bolas y es un grado clásico para acero de rodamientos. Su papel crítico en componentes de rodamientos de alto rendimiento se destaca aún más por su especificación en ASTM A295 (para barras de acero aleado 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 y larga vida a la fatiga.

En consecuencia, se aplica con éxito en motores eléctricos, cajas de engranajes, ejes principales de aeromotores de turbina de gas, transmisiones de helicópteros y rodamientos de soporte de laminadores de acero. Estas variadas aplicaciones del acero 52100 demuestran su versatilidad.

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

Además, sus propiedades hacen que el acero 52100 sea valioso para ciertas aplicaciones de acero para herramientas. Clasificado como acero semirrápido, puede alcanzar durezas en el rango de 62–64 HRC. Si bien su revenido y resistencia al desgaste pueden ser inferiores a los de algunos aceros rápidos verdaderos, se utiliza para algunas herramientas de trabajo en frío o componentes mecánicos. Para matrices de hasta 50 mm (2 pulgadas) de diámetro, se utiliza acero 52100 refundido por electroescoria o fundido al vacío con electrodo consumible. Tratado térmicamente a 59-61 HRC, este material proporciona una vida útil óptima de la matriz y es adecuado para grabado fotoquímico para crear superficies de matriz pulidas de bajo relieve.

6. Normas equivalentes al AISI 52100

• AISI/SAE: 52100
• China (GB): GCr15
• UNS: G52986
• DIN (W-Nr): 3505 (también conocido como 100Cr6)
• JIS: SUJ2

6. Formularios y dimensiones de suministro

El acero para rodamientos 52100 que suministramos está disponible en diversas formas, incluidas barras redondas, chapas, planchones, barras planas, barras cuadradas y bloques. Las dimensiones de la barra plana varían entre: ancho 20–600 mm × espesor 20–400 mm × longitud 1,000–5,500 mm. Las dimensiones de la barra redonda varían entre un diámetro de 20–400 mm × una longitud de 1,000–5,500 mm. Las dimensiones de los bloques se obtienen cortando la barra plana.

Pruebas UT: septiembre de 1921-84 D/d, E/e. 

Tratamiento de superficie: acabados superficiales en negro original, pelado, mecanizado/torneado, pulido, lijado o fresado.

Plazo de entrega: 30-45 días. 

Preguntas frecuentes

El acero aleado 52100 es un acero para rodamientos que se caracteriza por ser un acero aleado con alto contenido de carbono y cromo. 

Entre las propiedades clave del acero 52100 destacan su alta dureza (hasta 66 Rockwell C con el tratamiento térmico adecuado) y su excelente resistencia al desgaste. Además, posee una gran resistencia y durabilidad, y mantiene una buena estabilidad dimensional. Si bien su contenido de cromo le confiere una buena resistencia a la corrosión, también se caracteriza por ser bastante frágil en comparación con otros grados de acero, lo que reduce su maleabilidad y resistencia a los impactos.

El acero 52100 tiene una excelente resistencia a la corrosión debido a su alto contenido de cromo. Sin embargo, no es acero inoxidable y es menos resistente a la corrosión que otros tipos, como acero inoxidable 440C.

Cuando se somete a un tratamiento térmico adecuado, el acero 52100 puede alcanzar valores de dureza extraordinariamente altos, de hasta 66 Rockwell C (HRC).

Sí, el acero 52100 es magnético a temperatura ambiente.

Ventajas: Se vuelve muy duro con el tratamiento térmico, es súper resistente al desgaste y la fatiga, mantiene bien su forma en condiciones difíciles y puede ser excelente para el mecanizado después del tratamiento térmico adecuado.
Desventajas: Es menos resistente a la corrosión que los aceros inoxidables auténticos, la soldadura puede ser complicada, es más frágil que otros aceros, puede ser un poco más caro y es difícil de mecanizar en su estado totalmente endurecido.

El acero aleado 52100 se utiliza principalmente en componentes sometidos a condiciones extremas y que requieren una mínima deformación durante su funcionamiento. Entre sus aplicaciones más comunes se incluyen cojinetes de servicio pesado (de bolas y de rodillos), bujes, levas, ejes y otros componentes sometidos a altas cargas y desgaste. También se emplea en entornos industriales exigentes, como motores de aeronaves, maquinaria y equipos marinos, así como en componentes de la industria automotriz y aeronáutica.

Sí, el acero 52100 se considera un acero muy bueno para cuchillos, especialmente en manos de un herrero experto y con un tratamiento térmico adecuado. Es capaz de tomar un filo muy agudo, ofrece alta dureza y proporciona una excelente estabilidad del filo y facilidad de afilado cuando se trata bien. Sin embargo, un tratamiento térmico deficiente puede provocar problemas como la sensación gomosa durante el afilado y una retención del filo solo ordinaria.

Sí, el acero 52100 es una excelente opción para diversas aplicaciones de herramientas debido a su alta dureza y resistencia al desgaste. Ejemplos específicos incluyen punzones, machos de roscar, matrices, cilindros de laminación, así como herramientas generales, cuchillos, cinceles, cortadores en caliente y formones para torneado de madera.

El tratamiento térmico óptimo para el acero 52100 implica pasos específicos para maximizar la dureza y la tenacidad. Esto típicamente incluye un recocido (a menudo un recocido por Transformación Eutectoide Divorciada o DET con múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento al aire), seguido de un endurecimiento (austenización) a temperaturas entre 1475°F y 1525°F durante 10-30 minutos. Un temple inmediato después de la austenización es crucial, seguido de un revenido a 300-500°F, a menudo con múltiples ciclos, para equilibrar la dureza, la tenacidad y la ductilidad. Temperaturas de austenización más altas pueden aumentar la dureza pero también retener austenita.

 Un método común es el recocido por Transformación Eutectoide Divorciada (DET) para refinar el tamaño de grano. Esto implica calentar a 1700°F (927°C) durante 20 minutos, luego enfriar al aire hasta que esté negro y magnético. A esto le sigue un recalentamiento a 1460°F (793°C) durante 30 minutos, luego enfriamiento al aire (y opcionalmente repetir este paso). Finalmente, se deja enfriar el acero en el horno lentamente hasta 1250°F (677°C), luego se enfría en aire ambiente. Este proceso ayuda a reducir las tensiones internas y refina la microestructura del acero.

Para el acero 52100, se recomienda un aceite de temple de velocidad media o rápida.

El acero 52100 puede ser muy difícil de forjar, requiriendo movimientos lentos y altas temperaturas para evitar fracturas por tensión. Sin embargo, su templabilidad media-baja y la ausencia de carburos a temperaturas de forja lo hacen más manejable en comparación con los aceros de endurecimiento al aire. En su estado completamente endurecido, el 52100 es difícil de mecanizar, requiriendo a menudo herramientas especializadas como las de carburo o nitruro de boro cúbico (CBN). Su maquinabilidad puede mejorarse mediante un recocido de esferoidización previo al mecanizado.

La forja puede conducir a un mayor potencial de rendimiento en el acero 52100. La forja a temperaturas bajas específicas, alrededor de 1625°F (885°C), puede evitar la pérdida de carbono y el crecimiento de grano mientras sigue mejorando el acero. Este proceso, junto con el ciclado térmico (normalizado), ayuda a disolver los carburos y refinar el tamaño de grano, lo que conduce a una mejor resistencia al desgaste y un rendimiento general superior.

Sí, el acero aleado AISI 52100 se puede trabajar en frío utilizando técnicas convencionales cuando se encuentra en estado recocido o normalizado.

El acero 52100 contiene aproximadamente tres veces el contenido de cromo de acero para herramientas O1. Si bien el acero O1 contiene carburos de tungsteno, el 52100 se caracteriza por lograr una estructura homogénea y de grano muy fino gracias a su cuidadoso proceso de fabricación, que a menudo incluye la fusión al vacío. Generalmente, se considera que el O1 es más fácil de tratar térmicamente que el 52100, y este último es más difícil de forjar y tratar térmicamente de forma adecuada. Sin embargo, muchos expertos afirman que, cuando se realizan todos los pasos correctamente (especialmente el forjado exhaustivo y el tratamiento térmico específico), el 52100 ofrece un rendimiento superior en la fabricación de cuchillos.

El acero inoxidable 440C resiste la corrosión el doble de bien que el acero 52100 convencional. El 440C se desempeña mejor en términos de vida a la fatiga y en condiciones de funcionamiento sin lubricación.

La retención del filo del acero 52100 generalmente no es particularmente alta en comparación con algunos aceros avanzados, siendo similar a la de otros aceros al carbono y de baja aleación debido al volumen y la dureza de sus carburos de cementita. En pruebas, el 52100 demostró una retención del filo superior a la del 1086 y el damasco Wootz, pero no fue tan bueno como el AEB-L. En comparación con los aceros japoneses, algunos usuarios sugieren que aceros modernos como el Apex Ultra pueden ofrecer una retención del filo significativamente mayor debido a elementos de aleación adicionales.

Sí, el acero 52100 se puede usar eficazmente como acero central en hojas San Mai, particularmente si se dispone de un horno de tratamiento térmico, ya que es un acero de temple profundo. También se ha incorporado en el acero de Damasco junto con materiales como el 1095, aunque lograr un fuerte contraste visual puede ser difícil debido a sus composiciones similares.

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

La resistencia del acero 52100 depende en gran medida del tratamiento térmico específico aplicado.
Resistencia a la tracción: 585-620 MPa (85-90 ksi). Tras el temple en aceite desde 850 °C (1560 °F), la resistencia a la tracción varía según la temperatura de revenido. Para aplicaciones de matrices, la resistencia a la tracción se indica como 80,000 psi (552 MPa) en estado recocido y 120,000 psi (827 MPa) tras el temple en aceite y el revenido a 400°F (204°C).
Límite elástico: 450 MPa (65 ksi). Tras el temple en aceite desde 850 °C (1560 °F), el límite elástico varía según la temperatura de revenido. Para aplicaciones de matrices, el límite elástico se indica como 35,000 psi (241 MPa) en estado recocido y 93,000 psi (641 MPa) tras el temple en aceite y el revenido a 400°F (204°C).
Resistencia a la compresión: 2760 MPa (400 ksi) o 2930 MPa (425 ksi).

Principales diferencias resumidas:
Contenido de cromo: el 52100 contiene cromo, mientras que el 1095 es un acero al alto carbono simple sin cromo significativo.
Aplicaciones principales: el 52100 es principalmente un acero para rodamientos, mientras que el 1095 es un acero al alto carbono de uso más general, a menudo utilizado para resortes y hojas.
Resistencia a la corrosión: el 52100 ofrece una resistencia a la corrosión ligeramente mejor que el 1095 al carbono simple, aunque ninguno se considera un acero resistente a la corrosión.