Tratamiento térmico y propiedades del acero para herramientas 5CrMnMo
El 5CrMnMo es el sustituto económico con manganeso de 5CrNiMo, y se solicita para matrices de forja de martillo y prensa según el tonelaje del martillo que debe soportar más que por un número de dureza único. Esta página recopila la composición, los puntos críticos, el rango de forja, los ciclos de recocido, temple y revenido y los datos de propiedades mecánicas de 5CrMnMo, para que un taller de matrices pueda establecer una hoja de proceso a partir de una sola hoja de papel.
Dónde se ubica el 5CrMnMo en la familia de trabajo en caliente
El 5CrMnMo es un acero para matrices de trabajo en caliente de baja aleación en el que el manganeso aporta parte de la templabilidad que el níquel aporta en el 5CrNiMo. Ambas calidades se basan en un nivel de carbono del 0,5 por ciento con cromo y molibdeno para resistencia al revenido, y ambas se suministran en condición recocida para una matriz de forja que será mecanizada, templada y revenida en el taller de matrices. La sustitución por manganeso reduce el costo de aleación y aumenta la resistencia, y también reduce la templabilidad y la tenacidad, por lo que la calidad se especifica para las matrices pequeñas y medianas en una planta de forja y el 5CrNiMo para los bloques grandes.
Composición
La composición química a continuación es la especificación GB/T 1299-2000 impresa para la calidad. Un certificado de proveedor que quede fuera de estos rangos no es la misma calidad, sin importar cómo la llame la acería.
| Grado | C | Si | Mn | Cr | Mo | P | S |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5CrMnMo | 0.50-0.60 | 0.25-0.60 | 1.20-1.60 | 0.60-0.90 | 0.15-0.30 | 0,030 máximo | 0,030 máximo |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册, Tabla 5-24, composición química del acero 5CrMnMo (GB/T 1299-2000), fracción másica en %. Página impresa 225. La fuente imprime los límites de fósforo y azufre como 0,030 máx. Este es un resumen de referencia de la práctica publicada y no una especificación de Aobo Steel.
Puntos críticos
Los puntos críticos establecen la ventana para cada ciclo en esta página. Ac1 y Ac3 delimitan el rango de calentamiento para la austenitización, Ar1 marca la temperatura a la que la ferrita y la perlita comienzan a formarse de nuevo al enfriarse, y la temperatura de inicio de la martensita a 220 °C es la razón por la que el temple se interrumpe a 150-180 °C en lugar de llevarse a temperatura ambiente.
| Punto crítico | Ac1 | Ac3 | Ar1 | Ms |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura, aproximada, °C | 710 | 760 | 650 | 220 |
Fuente, Tabla 5-25, temperaturas de los puntos críticos del acero 5CrMnMo, página impresa 225.
Forjado
La forja es el primer lugar donde se pierde una matriz de 5CrMnMo, porque la calidad se endurece al aire y es propensa a manchas blancas y agrietamiento si se deja enfriar al aire quieto después del último golpe. La práctica a continuación mantiene el acabado por encima de la temperatura Ar1 y pone toda la sección en un enfriamiento lento tan pronto como se detiene el martillado.
| Artículo | Temperatura de calentamiento, °C | Temperatura inicial de forja, °C | Temperatura final de forja, °C | Enfriamiento |
|---|---|---|---|---|
| Lingote de acero | 1140-1180 | 1100-1150 | 800-880 | Enfriamiento lento, foso o arena |
| Palancón de acero | 1100-1150 | 1050-1100 | 800-850 | Enfriamiento lento, foso o arena |
Fuente, Tabla 5-26, práctica de forja del acero 5CrMnMo, página impresa 225. La nota de la fuente añade que la pieza forjada debe enfriarse lentamente después de la forja, y que una matriz grande se mantiene en un horno a aproximadamente 600 °C, luego se enfría a 150-200 °C antes de sacarla para enfriamiento al aire.
Tratamiento térmico
La sección de tratamiento térmico de la ficha de la calidad es breve porque los ciclos se superponen. Una matriz de forja se recuece para hacerla mecanizable, se templa en aceite y se reviene a la dureza que necesita la cara de la matriz, con un revenido más alto por separado para el mango de modo que la cola de milano permanezca tenaz.
Recocido, antes del mecanizado
| Plan | Parámetros del proceso |
|---|---|
| Recocido general | Calentar a 760-780 °C, mantener 2-4 h, enfriar en el horno por debajo de 500 °C y sacar para enfriamiento al aire. Dureza después del recocido 197-241 HBW. |
| Recocido isotérmico después del forjado | Calentar a 850-870 °C, mantener 2-4 h, enfriar en el horno a 680 °C, mantener 4-6 h, enfriar en el horno por debajo de 500 °C y sacar para enfriamiento al aire. Dureza después del recocido 197-241 HBW. |
Fuente, Tabla 5-27, tratamiento térmico preliminar del acero 5CrMnMo, página impresa 226.
Endurecimiento
| Temperatura de temple, °C | Medio de temple | Temperatura del medio, °C | Operación | Dureza HRC |
|---|---|---|---|---|
| 820-850 | Aceite | 150-180 | Enfriar a 150-180 °C, las matrices pequeñas se enfrían al aire, las matrices medianas y grandes se revienen inmediatamente | 52-58 |
Fuente, Tabla 5-28, práctica de temple recomendada para el acero 5CrMnMo, página impresa 226. La fuente señala que las matrices medianas y grandes toman el extremo superior del rango de calentamiento y las matrices pequeñas el extremo inferior, y que la matriz se preenfría al aire a 740-760 °C antes del temple en aceite.
Temple isotérmico, cuando el riesgo de agrietamiento es alto
| Plan | Parámetros del proceso |
|---|---|
| I | Calentar a 840-860 °C y mantener en sal de nitrato a 160-180 °C en una parada escalonada, de modo que parte de la austenita se transforme en martensita, luego transferir a sal de nitrato a 280-300 °C y mantener 2-3 h. |
| II | Calentar a 840-860 °C y templar en aceite, y cuando la superficie de la matriz se haya enfriado a 150-200 °C transferirla aún caliente al baño isotérmico y mantener a 280-300 °C durante 2-3 h. |
Fuente, Tabla 5-29, práctica de temple isotérmico del acero 5CrMnMo, página impresa 226. La fuente señala que la estructura después de cualquiera de las dos rutas es martensita más bainita inferior más austenita retenida, que el revenido la convierte en bainita inferior revenida, y que la ruta reduce el riesgo de agrietamiento y aumenta la vida de la matriz.
Revenido, según la parte de la matriz
| Parte de la matriz | Tamaño de la matriz | Temperatura de revenido, °C | Medio de calentamiento | Dureza HRC |
|---|---|---|---|---|
| Parte de trabajo | Matriz de forja pequeña | 490-510 | Horno de gas o horno eléctrico | 41-47 |
| Parte de trabajo | Matriz de forja mediana | 520-540 | Horno de gas o horno eléctrico | 38-41 |
| Mango, cola de milano | Matriz de forja pequeña | 600-620 | Horno de gas o horno eléctrico | 35-39 |
| Mango, cola de milano | Matriz de forja mediana | 620-640 | Horno de gas o horno eléctrico | 34-37 |
Fuente, Tabla 5-30, práctica de revenido recomendada para el acero 5CrMnMo, página impresa 226. La nota de la fuente añade que el troquel normalmente se reviene dos veces, y que cada revenido va seguido de un enfriamiento en aceite para suprimir la fragilidad de revenido.
Temperatura de revenido frente a propiedades mecánicas a temperatura ambiente
| Temperatura de revenido, °C | 200 | 300 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dureza HRC | 57 | 52 | 47 | 44 | 41 | 37 | 34 | 30 |
| Resistencia a la tracción Rm, MPa | – | – | – | 1630 | 1600 | 1430 | 1260 | 1120 |
| Energía de impacto aK, J/cm² | – | – | – | 19 | 20 | 27 | 42 | 30 |
| Alargamiento A, % | – | – | – | 5.5 | 7.5 | 9.5 | 10 | 11.5 |
Fuente, Tabla 5-31, temperatura de revenido del acero 5CrMnMo frente a propiedades mecánicas a temperatura ambiente, página impresa 227. La nota de la fuente indica que las probetas se templaron en aceite desde 840 °C. La fuente imprime un guion donde no se da valor.
Temple y revenido a alta temperatura
| Proceso | Parámetros del proceso |
|---|---|
| Temple y revenido a alta temperatura | Templar a 890-900 °C, enfriar en aceite, dureza 61.5 HRC. Revenir a 420-550 °C, dos veces. |
Fuente, Tabla 5-32, práctica de temple y revenido a alta temperatura del acero 5CrMnMo, página impresa 227. La nota de la fuente indica que el temple a alta temperatura produce una martensita de listones fina con mejor resistencia y tenacidad, y que por encima de 900 °C la tenacidad al impacto comienza a disminuir.
Propiedades mecánicas y límites de servicio
El 5CrMnMo es un acero tradicional para troqueles de forja en caliente cuya resistencia, resistencia al desgaste y resistencia al descascarillado son buenas, y es la variante de menor aleación con manganeso del 5CrNiMo. De la sustitución se derivan dos límites. Su templabilidad es menor, por lo que un bloque grande no templará en todo su espesor y el grado se especifica para troqueles de hasta unos 400 mm de lado. Su resistencia a la fatiga también es algo menor, por lo que un troquel sometido a un ciclo térmico prolongado es mejor fabricarlo en un grado más aleado. Cuando un troquel de este tamaño necesita más tenacidad que la que ofrece el acero fundido al aire, la vía habitual es la versión refundida por electroslag del mismo grado.
Aplicaciones típicas
El grado se utiliza para troqueles de forja por martillo, bloques de troquel de forja por prensa y troqueles de impresión poco profunda en tamaños pequeños y medianos, y para otros troqueles pequeños de trabajo en caliente que operan por debajo de 500 °C. Es una elección común para troqueles de martillo de menos de tres toneladas. No es el grado para un bloque de troquel grande, una herramienta de extrusión en caliente de funcionamiento prolongado, o un troquel que deba mantener la dureza por encima de 500 °C, y esas aplicaciones pasan a los grados de trabajo en caliente con cromo. La referencia cruzada más cercana es 5CrNiMo, que comparte la familia de composición y añade el níquel que aporta templabilidad a través de una sección grande, y la familia de temple al aire que incluye acero para herramientas L6 se sitúa junto a ambos.
Datos de referencia relacionados
La dureza que este grado mantiene a medida que el troquel trabaja en caliente se expone en la tabla de dureza en caliente del acero para herramientas, que es el número que decide si un troquel de forja se reblandece en servicio, y la dureza que alcanza el grado tras cada temperatura de revenido se compara entre grados en la Tabla de revenido del acero para herramientas.
Recopilado de 实用模具材料与热处理速查手册, Tablas 5-24 a 5-32, páginas impresas 225 a 227. Cada cifra se leyó de la capa de texto con búsqueda del archivo y se verificó tabla por tabla contra los valores impresos. Las tablas son un resumen de referencia de la práctica publicada y no una especificación de Aobo Steel, por lo que confirme el grado y el ciclo de tratamiento térmico antes de que los datos se escriban en una hoja de proceso.