Descripción técnica del acero 9CrWMn

1. Descripción general y características clave

Descripción técnica del acero 9CrWMn: El 9CrWMn es un acero para herramientas de trabajo en frío de baja aleación y fiable, ampliamente utilizado en la fabricación de diversas herramientas y matrices. Su principal ventaja reside en su mínima variación dimensional durante el proceso de temple; a menudo se le denomina acero de "microdeformación". Esta excepcional estabilidad lo convierte en una excelente opción para la fabricación de componentes complejos de alta precisión, donde es fundamental mantener tolerancias estrictas tras el tratamiento térmico.

Este grado ofrece un sólido equilibrio de propiedades esenciales:

• Buena templabilidad: Logra una dureza constante, incluso en secciones más gruesas, cuando se templa adecuadamente.
• Alta resistencia al desgaste: Ofrece una excelente durabilidad contra la abrasión, prolongando la vida útil de la herramienta.
• Dureza confiable: Proporciona suficiente resistencia a la fractura cuando se trata térmicamente correctamente.

Los elementos de aleación específicos son cruciales para su rendimiento:

• Cromo (Cr): Mejora la templabilidad y aumenta significativamente la resistencia al desgaste.
• Tungsteno (W): Contribuye además a la resistencia al desgaste, ayuda a refinar la estructura del grano (mejorando la tenacidad) y reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento durante el tratamiento térmico.
• Manganeso (Mn): También juega un papel clave en la mejora de la templabilidad del acero.

2. Composición química del acero 9CrWMn

La composición química estándar de 9CrWMn, según GB/T 1299 es:

• Carbono (C): 0.85 – 0.95%
• Silicio (Si): ≤ 0,40%
• Manganeso (Mn): 0.90 – 1.20%
• Cromo (Cr): 0.50 – 0.80%
• Tungsteno (W): 0.50 – 0.80%
• Fósforo (P): ≤ 0,030%
• Azufre (S): ≤ 0,030%

Nota: Existen equivalentes internacionales como AISI O1, DIN 1.2510 y JIS SKS3, pero puede haber ligeras variaciones en los rangos de composición. Consulte siempre la norma específica si se requiere un cumplimiento exacto.

3. Calificaciones equivalentes

El 9CrWMn es un grado consolidado y reconocido mundialmente. Entre sus equivalentes comunes se incluyen:

• EE. UU. (AISI/ASTM): O1 (UNS T31501)
• Alemania (DIN): 1.2510 (también conocido como 100MnCrW4)
• Japón (JIS): SKS3
• Rusia (GOST): 9ХВГ (o 9XC)
• ISO: 95MnWCr1
• Reino Unido (BS): BO1
• Suecia (SS/ASSAB/Uddeholm): 2140 / DF-3 / Arne
• Francia (NF): 90MnWCrV5

Esta amplia gama de equivalentes resalta su uso establecido en industrias de todo el mundo.

4. Propiedades del acero 9CrWMn

4.1 Templabilidad

El 9CrWMn presenta una buena templabilidad, lo que le permite endurecerse eficazmente en toda su sección transversal mediante temple en aceite, especialmente en secciones de hasta 40-50 mm de espesor. Esto se logra mediante la acción combinada del manganeso, el cromo y el tungsteno.

4.2 Resistencia al desgaste

Se espera una alta resistencia al desgaste tras el temple y un revenido adecuado a baja temperatura. El alto contenido de carbono, junto con la formación de carburos de cromo y tungsteno duros en la matriz martensítica, proporciona una excelente durabilidad contra el desgaste abrasivo.

4.3 Dureza

Con un tratamiento térmico adecuado (normalmente templado a unos 800 °C y seguido de un revenido a baja temperatura), el 9CrWMn presenta un equilibrio fiable de tenacidad para aplicaciones de trabajo en frío. Sin embargo, tenga cuidado al revener a temperaturas cercanas a los 300 °C, ya que este rango de temperatura puede reducir la tenacidad al impacto.

4.4 Maquinabilidad

La maquinabilidad se considera adecuada para un acero para herramientas de este nivel de dureza. Realizar un recocido de esferoidización adecuado antes del mecanizado es esencial para obtener los mejores resultados y facilitar el procesamiento.

4.5 Estabilidad dimensional (tratamiento térmico)

Aunque se conoce por sus características de baja deformación (microdeformación), es posible que se produzcan cambios dimensionales durante el temple. Factores como la geometría de la pieza, la uniformidad del calentamiento y la técnica de temple influyen en el resultado final. El uso de procedimientos adecuados, como un precalentamiento correcto, el temple con aceite caliente (aproximadamente 100 °C) para secciones más pequeñas o el empleo de métodos de temple isotérmico/martemperado, puede minimizar eficazmente la distorsión.

4.6 Estructura del carburo

Al igual que muchos aceros para herramientas, el 9CrWMn puede formar redes de carburo, especialmente si no se procesa correctamente, lo que puede afectar negativamente la tenacidad. Se recomiendan prácticas de forjado rigurosas y ciclos de tratamiento térmico adecuados, incluyendo la normalización antes del recocido, para refinar la estructura del carburo y evitar redes perjudiciales.

4.7 Resistencia a la temperatura

La resistencia al reblandecimiento a temperaturas elevadas (resistencia al revenido) es moderada. La dureza disminuirá significativamente si se revende a temperaturas más altas (p. ej., superiores a 400-500 °C). Por lo tanto, el revenido a baja temperatura (normalmente 160-200 °C) es una práctica habitual para mantener la máxima dureza y resistencia al desgaste.

4.8 Temperaturas clave (aproximadas)

Comprender las temperaturas críticas de transformación es vital para un tratamiento térmico exitoso:

• Ac1 (Inicio de la austenitización): ~750 °C
• Accm (Austenitización completa): ~900°C
• Ar1 (Inicio de la formación de ferrita/perlita al enfriarse): ~700°C
• Sra. (Martensite Start): ~205 °C

5. Acero 9CrWMn Tratamiento térmico

5.1 Recocido (para maquinabilidad)

Para lograr una maquinabilidad óptima:

1. Calentar uniformemente a 770-790°C.
2. Mantener a temperatura durante suficiente tiempo de remojo.
3. Enfriar lentamente dentro del horno (velocidad ≤ 30°C/hora) hasta 550°C.
4. Refrigeración por aire a partir de 550°C. Dureza esperada: ≤ 217 peso al día. Nota: Normalización a 960-980°C antes Se recomienda encarecidamente el recocido para refinar los carburos.

5.2 Endurecimiento (temple)

1. Precalentar completamente.
2. Calentar a la temperatura de austenización: 800-830 °C (utilizar el extremo inferior del rango para secciones más grandes o más complejas).
3. Mantener durante el tiempo adecuado para asegurar una temperatura uniforme.
4. Temple rápido en aceite. Para secciones ≤ 30-50 mm, el temple en aceite calentado a ~100 °C puede ayudar a minimizar el riesgo de distorsión y agrietamiento. Dureza esperada (recién templado): ≥ 62 HRC, llegando a menudo a 64-66 HRC.

5.3 Revenido

Revenir inmediatamente después del temple para aliviar las tensiones internas y lograr las propiedades finales deseadas:

1. Calentar uniformemente a la temperatura de templado seleccionada (normalmente 160-300 °C).
2. Mantener durante 1 a 2 horas por cada pulgada (25 mm) de espesor (mínimo 2 horas).
3. Aire fresco. Rangos de revenido típicos y dureza resultante:
   
   • 160-180 °C: ~61-64 HRC (para máxima dureza y resistencia al desgaste)
   • 200-230 °C: ~60-62 HRC
   • 250-275 °C: ~56-60 HRC Precaución: Evite el revenido en el rango de 275-325 °C, donde la tenacidad puede reducirse (fragilización por revenido).

5.4 Tratamientos térmicos avanzados

Para requisitos específicos, como minimizar aún más la distorsión o maximizar la tenacidad, se pueden considerar procesos como el temple isotérmico (martempering) o tratamientos especializados de ultrarrefinamiento de carburo. Estos implican ciclos de calentamiento y enfriamiento más complejos.

6. Aplicaciones del acero 9CrWMn

Las propiedades equilibradas del 9CrWMn lo convierten en un acero muy versátil para una amplia gama de herramientas y componentes para trabajo en frío:

• Muere: Matrices de corte, matrices de punzonado (especialmente para chapa metálica ≤6 mm), matrices de estampación, herramientas de conformado, matrices de doblado, matrices de embutición profunda, punzones de perforación, herramientas de corte fino, matrices de estampado en frío, matrices de laminado de roscas y varios insertos de molde que requieren buena resistencia al desgaste y estabilidad dimensional.
• Herramientas: Calibres de precisión, herramientas de medición, bloques patrón, escariadores, machos de roscar, matrices de roscar, herramientas de corte más pequeñas que requieren alta retención de filo, bujes de perforación y hojas de corte para materiales más delgados.
• Componentes: Pilares y casquillos guía endurecidos (objetivo 58-62 HRC), pasadores expulsores, plantillas, componentes para moldes de plástico pequeños y matrices para estampación de joyería.