Constantes térmicas y transformación del acero para trabajo en caliente Cr-Mo-V

Para qué se utilizan estos valores

Una matriz de trabajo en caliente se calienta y se enfría según números. La conductividad y el calor específico determinan cuánto calor retiene un bloque a temperatura y con qué rapidez lo cede durante el temple, y el coeficiente de transferencia de calor de la superficie determina la otra mitad del mismo intercambio del lado del medio. El módulo elástico y el límite de fluencia determinan cuánto se desplaza el bloque bajo carga a temperatura, y las cifras de expansión determinan cuánto se desplaza cuando se calienta y se enfría.

La fuente describe el acero únicamente como un acero Cr-Mo-V de 7800 kg por metro cúbico, y publica cada cifra dos veces, una para austenita y otra para bainita. La austenita es la estructura que el acero mantiene por encima del rango de transformación y la bainita es la estructura que adopta cuando el temple es demasiado lento para formar martensita, por lo que las dos columnas abarcan los dos extremos por los que pasa un bloque en su trayecto del horno al tanque de temple.

Constantes térmicas

Las dos estructuras no se publican en el mismo rango de temperatura. La austenita va de 200 a 1000 °C y la bainita de 20 a 600 °C, que es el rango en el que la fuente midió cada una, por lo que las celdas punteadas son rangos en los que el acero no está en esa estructura y no vacíos en la medición. La austenita conduce a 24 a 28 W por metro por kelvin y la bainita a 41,9 a 44,2 W, por lo que un bloque mantenido por encima del rango de transformación cede su calor a poco más de la mitad de la velocidad del mismo bloque una vez que se ha transformado.

El coeficiente de transferencia de calor cae abruptamente a medida que aumenta la temperatura y luego se aplana, de 5250 W por metro cuadrado por kelvin a 20 °C a 1750 a 100 °C, 1050 a 150 °C y un valor plano de 700 de 200 °C a 1000 °C. Es una propiedad de la superficie y del medio de temple más que de la estructura, por lo que una sola columna sirve para ambos estados.

Constantes térmicas del acero Cr-Mo-V en estado austenítico y bainítico

Fuente, constantes térmicas del acero Cr-Mo-V, página impresa 4-28 del informe (página 89 del PDF).

La austenita y la bainita son los dos estados que publica la fuente. Marca una celda con un punto donde no tiene valor y esas celdas se marcan como n/a aquí, por lo que un valor faltante no se lee como cero. La densidad es 7800 kg por metro cúbico. Solo una tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Propiedades mecánicas

El módulo elástico se publica para el acero en su conjunto y cae de forma constante con la temperatura, de 205 GN por metro cuadrado a 20 °C a 85 a 1000 °C, una caída del 59 por ciento en todo el rango. El límite de fluencia separa bruscamente las dos estructuras. La bainita mantiene 860 MN por metro cuadrado a toda temperatura hasta 600 °C, mientras que la austenita cae de 105 a 200 °C a 20 a 1000 °C. La expansión térmica es de 11 millonésimas por kelvin en bainita a toda temperatura y de entre 21 y 25 millonésimas por kelvin en austenita, que es la división habitual entre una estructura cúbica centrada en el cuerpo y una cúbica centrada en las caras y la razón por la que las dos columnas de expansión no pueden usarse indistintamente a lo largo de un temple.

Propiedades mecánicas del acero Cr-Mo-V en estado austenítico y bainítico

Fuente, propiedades mecánicas del acero Cr-Mo-V, página impresa 4-28 del informe (página 89 del PDF).

La fuente publica la expansión multiplicada por 10 a la potencia menos 5 por kelvin, de 1,1 a 2,5, y los valores se escriben aquí en millonésimas por kelvin, por lo que 2,1 se convierte en 21. El coeficiente de Poisson de 0,3 y un coeficiente de endurecimiento por deformación de 0,05 E pertenecen al mismo acero y se indican en la nota al pie de la fuente. Solo una tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Transformación de fase

Se describe una reacción, con la temperatura a la que comienza, la temperatura a la que termina, el calor que libera y el cambio lineal que la acompaña. La transformación libera 753 kJ por kilogramo de acero y el bloque crece 0,38 por ciento en longitud mientras transcurre. La fuente no nombra ni la transformación ni la estructura que produce, y la fila se publica aquí tal como la da la fuente.

Temperatura de inicio y fin, calor latente y dilatación de la transformación

Fuente, características de la transformación de fase del acero Cr-Mo-V, página impresa 4-28 del informe (página 89 del PDF).

La fuente publica el calor latente como 7,53 multiplicado por 10 a la potencia 5 J por kg, que es 753 kJ por kg, y no da nombre a la transformación ni a la estructura que produce. La dilatación es un cambio lineal en por ciento. Solo una tabla de referencia, no es una especificación de Aobo Steel.

Lectura de las tablas

Dos constantes figuran en las notas al pie en lugar de en las tablas. El coeficiente de Poisson es 0,3 y el coeficiente de endurecimiento por deformación es 0,05 veces el módulo elástico, ambos citados por la fuente para el mismo acero, y la densidad se da como 7800 kg por metro cúbico, que se sitúa entre los 7,76 y los 7,89 g por centímetro cúbico que la tabla de densidad de este sitio lista para los grados de trabajo en caliente con cromo.

Vale la pena revisar las celdas punteadas antes de usar las tablas en un cálculo. Son rangos en los que el acero no está en esa estructura, y una dispersión de los valores a uno y otro lado de una de ellas no es una tendencia. La columna de expansión de la austenita, por ejemplo, es plana en 21 millonésimas por kelvin de 200 a 400 °C y luego sube a 25 hacia 800 °C, mientras que la conductividad de la bainita varía menos de una unidad entre 200 y 600 °C.

Datos de referencia relacionados

El ciclo de tratamiento térmico que produce estas estructuras se presenta en la Guía de tratamiento térmico H13, y el calor específico, la conductividad, la densidad, la resistividad y el módulo de elasticidad de cuatro grados de trabajo en caliente nombrados están en la página de propiedades físicas del acero para trabajo en caliente. La conductividad de otros siete grados está en la tabla de conductividad térmica, la densidad y la expansión media sobre una lista de grados mucho más extensa están en la tabla de densidad y expansión térmica, y los grados de trabajo en caliente al cromo que comparten esta base Cr-Mo-V se presentan en la página del acero para herramientas H13 y la página del acero para herramientas H11.

Datos de referencia recopilados de Improved Life of Die Casting Dies of H13 Steel by Attaining Improved Mechanical Properties and Distortion Control During Heat Treatment (J. F. Wallace y D. Schwam, informe final del Departamento de Energía de EE. UU. DOE/ID/13320-3, octubre de 1998). Las tres tablas se imprimen juntas en la página 4-28 de ese informe, que es la página 89 del PDF. Cada cifra de esta página se leyó de la imagen de la página en lugar de una capa de texto automática.