El acero 5CrNiMo es un acero tradicional de baja aleación para herramientas de trabajo en caliente, ampliamente utilizado en diversas aplicaciones, en particular para matrices de forja. Presenta excelente templabilidad, buena tenacidad y resistencia moderada a temperaturas elevadas, aunque presenta algunas limitaciones en aplicaciones de muy alta temperatura o alto desgaste. El 5CrNiMo es un grado conforme a la norma GB/T de China, con grados equivalentes, incluyendo el acero estadounidense. AISI L6, JIS SKT4 japonés y DIN W-Nr. 1.2713 y 1.2714 alemán.

1. Composición química del acero 5CrNiMo (GB/T 1299—2000)

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	PAG	S
0.50-0.60	≤0,40	0.50-0.80	0.50-0.80	1.40-1.80	0.15-0.30	≤0.030	≤0.030

2. Propiedades físicas del 5CrNiMo

2.1 Temperatura crítica de 5CrNiMo

Punto crítico	C.A1	C.A3	Arkansas1	Arkansas3	Sra.
Temperatura/°C	730	780	610	640	230

2.2 Coeficiente de expansión lineal de 5CrNiMo

Temperatura / °C	100 ~ 250	250 ~ 300	350 ~ 600	600 ~ 700
Coeficiente de expansión lineal α / x10⁻⁶ °C⁻¹	12.55	14.1	14.2	15.0

2.3 Módulo elástico de 5CrNiMo

Temperatura / °C	Temperatura ambiente	100	200	300	400	500
E/MPa	209 720	206 780	203 840	198 940	193 060	186 200

2.4 Módulo de corte de 5CrNiMo

Temperatura / °C	Temperatura ambiente	100	200	300	400	500
G/MPa	83 300	82 320	80 360	78 400	75 460	73 500

2.5 Conductividad térmica

Temperatura / °C	Temperatura ambiente	100	200	300	400	500
λ / [W / (m · K)]	0.44	0.44	0.43	0.43	0.39	0.35

2.6 Capacidad calorífica específica

Temperatura / °C	Temperatura ambiente ~ 100	Temperatura ambiente ~ 200	Temperatura ambiente ~ 300	Temperatura ambiente ~ 400	Temperatura ambiente ~ 500
cₚ (20°C) / [J / (kg · K)]	0.484	0.497	0.509	0.531	0.552

2.7 Densidad es 7,804 g/cm³.

3. Especificación del proceso de forjado en caliente de 5CrNiMo

Artículo	Temperatura de calentamiento / °C	Temperatura inicial de forja / °C	Temperatura final de forja / °C	Método de refrigeración
Lingote de acero	1140 ~ 1180	1100 ~ 1150	800 ~ 880	Enfriamiento lento (enfriamiento en pozo o arena)
Palanquilla de acero	1100 ~ 1150	1050 ~ 1100	800 ~ 850	Enfriamiento lento (enfriamiento en pozo o arena)

Nota: El acero 5CrNiMo puede templarse enfriándolo al aire, pero es propenso a la formación de manchas blancas, por lo que debe enfriarse lentamente después del forjado. Para piezas forjadas de gran tamaño, deben mantenerse en un horno a 600 °C hasta que la temperatura se uniformice, luego enfriarse lentamente a 150-200 °C y, finalmente, enfriarse al aire. Para piezas forjadas de mayor tamaño, el revenido debe realizarse inmediatamente después del enfriamiento a 150-200 °C.

4. Tratamiento térmico de 5CrNiMo

4.1 Precalentamiento

① Opciones de recocido posterior a la forja

Opción de tratamiento térmico preliminar	Parámetros del proceso
Recocido posterior a la forja	Calentar a 760–780 °C, mantener de 4 a 6 horas y luego enfriar el horno por debajo de 500 °C antes de descargarlo para su enfriamiento por aire. Tras el recocido, la dureza oscila entre 197 y 241 HBW, con una microestructura de perlita y ferrita.
Recocido isotérmico posterior a la forja	Temperatura de calentamiento: 850–870 °C, mantenida durante 4–6 horas; Temperatura isotérmica: 680 °C, mantenida durante 4–6 horas; Enfriado en el horno a menos de 500 °C, luego retirado para enfriamiento al aire; Dureza posterior al recocido: 197–241 HBW; Microestructura: perlita + ferrita.
Renovación de matrices de forja y recocido	Calentar a 710–730 °C, mantener de 4 a 6 horas y luego enfriar en el horno por debajo de 500 °C antes de retirarlo para su enfriamiento al aire. Dureza post-recocido: 197–241 HBW.

2 Microestructura y dureza antes y después del recocido

Diámetro de sangría / mm	Trabajo de alta calidad	Microestructura (antes del recocido)	Microestructura (después del recocido)
3.9 ~ 4.3	241 ~ 197	Troostita + Martensita	Perlita + Ferrita

4.2 Enfriamiento

① Especificación del proceso de enfriamiento recomendado

Temperatura de enfriamiento/°C	Medio de enfriamiento de temple	Temperatura del medio de enfriamiento de temple/°C	Continuado	Dureza HRC
830 ~ 860	Aceite	20 ~ 60	Templar inmediatamente después de enfriar a 150 ~ 180°C	53 ~ 58

Nota:

• Para moldes grandes, utilice el límite superior para la temperatura de calentamiento de enfriamiento; para moldes pequeños (longitud lateral inferior a 200–300 mm), utilice el límite inferior.
• Para minimizar la tensión y la deformación durante el temple, tras calentar a 830–860 °C, se debe preenfriar al aire a 750–780 °C y, a continuación, templar en aceite a 150–180 °C. Retirar y templar inmediatamente.
• Para moldes grandes, caliente lentamente a 600-650 °C y manténgalo así durante 1-1,5 horas. Aumente la temperatura del horno solo después de un calentamiento completo. Para mejorar la calidad del calentamiento, coloque las piezas sobre placas de soporte de 60-100 mm de grosor durante el calentamiento.
• El temple de módulos a bajas temperaturas de inmersión en aceite aumenta el riesgo de agrietamiento. Para prevenir el agrietamiento, la práctica habitual suele consistir en la inmersión en aceite a unos 200 °C. Si bien esto produce una capa superficial martensítica, el núcleo permanece en estado austenítico. Para prolongar la vida útil, se puede emplear el temple isotérmico.

② Proceso de enfriamiento isotérmico

Tipo de proceso	Temperatura de enfriamiento (°C)	Medio de enfriamiento	Temperatura media (°C)	Temperatura y tiempo isotérmicos	Dureza de temple (HRC)	Microestructura después del temple
Enfriamiento isotérmico	830 – 860	Aceite	20 – 60	Enfriar la superficie del molde a 150-200 °C, luego mantener en un baño a 280-300 °C durante 2-3 horas.	–	Pequeña cantidad de bainita + bainita inferior + austenita retenida. Tras el revenido, la bainita se transforma en bainita inferior.
Temple a alta temperatura	890 – 910	Aceite	–	–	61.5	Martensita en listones + austenita retenida (aprox. 9,21 TP3T por volumen), tamaño de grano 7-8.

Notas:

• Enfriamiento isotérmico: Este proceso reduce la tendencia del molde a agrietarse y mejora su vida útil.
• Temple a alta temperatura: La temperatura de revenido es de 420-550 ° C, revenido dos veces, lo que da como resultado una dureza de 38-47 HRC.

4.3 Templado

① Especificaciones recomendadas del proceso de templado

Plan	Propósito del templado	Especificación de la matriz de forja	Temperatura de revenido (°C)	Equipo de calefacción	Dureza (HRC)
I	Eliminar el estrés, estabilizar la estructura y el tamaño.	Pequeño	490 ~ 510	Horno de gas o horno eléctrico	44 ~ 47
		Medio	520 ~ 540		38 ~ 42
		Grande	560 ~ 580		34 ~ 37
II		Cola de milano (mediana)	620 ~ 640		34 ~ 37
		Cola de milano (pequeña)	640 ~ 660		30 ~ 35

Nota: Tras el revenido, se debe realizar un temple en aceite para evitar la fragilidad. Para aliviar las tensiones generadas durante el temple en aceite, se puede realizar un segundo revenido a 160-180 °C. Las matrices de forja grandes no deben enfriarse a temperatura ambiente en aceite durante el temple ni el revenido, ya que esto puede causar grietas.

② Efecto de las temperaturas de temple y revenido en la tenacidad al impacto

	Temperatura de revenido (°C)	300	350	400	450	500
Temperatura de enfriamiento (°C) 840	Los valores de la tabla representan la tenacidad al impacto, a_k / (J/cm²).	21	25	29	35	45
Temperatura de enfriamiento (°C) 950		19	20	23	25	35
Temperatura de enfriamiento (°C) 1000		13	16	20	23	30

Nota: Cuando el módulo de acero 5CrNiMo se templa a 380-450 °C, la austenita superenfriada en el núcleo se transforma en una estructura de bainita superior, lo que da como resultado una tenacidad al impacto extremadamente baja.

③ Efecto de las temperaturas de temple y revenido en la dureza de 5CrNiMo

	Temperatura de revenido (°C)	300	350	400	450	500	550	600
Temperatura de enfriamiento (°C) 850	Dureza HRC	52	50	48	45	41	38	32
Temperatura de enfriamiento (°C) 900		52	50	48	45	41	38	32
Temperatura de enfriamiento (°C) 950		53	51	49	46	42	39	33
Temperatura de enfriamiento (°C) 1000		54	52	50	47	43	40	34

5. Propiedades mecánicas

El acero 5CrNiMo es un acero tradicional para matrices de forja en caliente que presenta buena plasticidad y tenacidad, además de una resistencia y una resistencia al desgaste adecuadas. Es insensible a los efectos del tamaño, con propiedades mecánicas a temperatura ambiente casi idénticas a las de temperaturas de 500 a 600 °C. Al calentarse a 500 °C, mantiene una dureza de aproximadamente 300 HBW. Debido a su bajo contenido en elementos formadores de carburo, el efecto de endurecimiento secundario es débil, lo que resulta en una baja estabilidad térmica y una baja resistencia a altas temperaturas.

5.1 Dureza a alta temperatura de 5CrNiMo

Temperatura (°C)	300	450	600	650	710	750
Dureza (HV)	383	351 ~ 354	254 ~ 274	201 ~ 203	147 ~ 154	71.3 ~ 72.7

5.2 Tenacidad al impacto a alta temperatura de 5CrNiMo

Temperatura (°C)	300	600	650	700
Energía de absorción de impacto (KU/J)	48.4	36.4	36.3	70.3

5.3 Rendimiento frente a la fatiga térmica

Método de prueba y estado	20°C ←→ 650°C (1000 ciclos)	20°C ←→ 750°C (1000 ciclos)
Nivel¹	13.4	20.0

¹Cuanto mayor sea el nivel, peor será el rendimiento frente a la fatiga térmica.

5.4 Rendimiento del desgaste térmico

Número de revoluciones	300	600	900	1200	1500	2500
Pérdida de peso / mg	1.00	2.43	3.27	4.2	4.97	5.97

Nota: Utilizando el método SR Tittagala, a una temperatura de 800 ~ 850°C y una presión de 784 ~ 850N.

5.5 Propiedades mecánicas de la superficie y propiedades mecánicas del núcleo

Parte	Ubicación	Rm/ MPa (resistencia a la tracción)	Rel/ MPa(Límite elástico)	A (%) (Elongación)	Z (%) (Reducción de área)	KU/J(Energía de impacto)
Temperatura ambiente	Superficie	1310	–	–	41	31.3
Temperatura ambiente	Centro	1020	761	16	42	14.1
300°C	Superficie	1214	–	–	58	48.4
300°C	Centro	1011	833	26	62	59.2

Nota: Durante el temple de piezas de gran sección, las diferentes velocidades de enfriamiento entre la capa superficial y el núcleo dan lugar a propiedades mecánicas distintas. Este fenómeno en el acero se denomina efecto de masa, también conocido como efecto de tamaño.

6. Aplicaciones

El acero 5CrNiMo, gracias a su excelente templabilidad, presenta una dureza casi uniforme en toda su sección transversal cuando bloques grandes (300 mm × 400 mm × 300 mm) se someten a temple en aceite a 820 °C, seguido de un revenido a 560 °C. Se utiliza principalmente para la fabricación de diversas matrices de forja pequeñas y medianas con longitudes de lado ≤300 mm y temperaturas de operación inferiores a 500 °C. Es más adecuado para la producción en masa de módulos grandes y medianos, y también puede utilizarse para fabricar componentes de moldes de fundición de formas complejas.