Tratamiento térmico y propiedades del acero para herramientas 9Mn2V
El 9Mn2V es la vía más económica hacia un acero para matrices de trabajo en frío templado al aceite: el manganeso y el vanadio aportan la templabilidad que el cromo aporta en Acero para herramientas O2, y el grado se compra para los trabajos donde la distorsión importa más que la resistencia al desgaste. Se especifica para calibres de precisión, muestras y matrices pequeñas de corte y conformado en frío, y también se usa para piezas de moldes de plástico. Esta página reúne la composición según GB/T 1299, los puntos críticos, la práctica de forja y recocido y los rangos de temple y revenido en una sola hoja, con el ciclo de corte fino que los talleres aplican a este grado.
Dónde se ubica el 9Mn2V en la familia de trabajo en frío
El 9Mn2V es el grado chino que corresponde al AISI O2 y al alemán 90MnV8. No contiene cromo ni níquel, por lo que es el extremo de bajo costo de la familia templada al aceite, y contiene alrededor de 0,9 por ciento de carbono con manganeso para la templabilidad y vanadio para mantener el grano fino. La contrapartida es el tamaño y la temperatura. El diámetro crítico de temple al aceite es de solo unos 30 mm, por lo que el grado endurece en secciones pequeñas y no en un bloque grande, y su resistencia al ablandamiento en el revenido es pobre: por encima de 250 °C la dureza cae rápidamente, que es el mismo mensaje que transmite la curva de revenido de esta página. Cuando una matriz necesita mantener la dureza a una temperatura de trabajo, o necesita endurecer en una sección gruesa, los grados con cromo son la familia correcta: D2 para resistencia al desgaste con algo de dureza en caliente, y 5CrNiMo cuando la sección es grande y la herramienta es una matriz de forja en lugar de una matriz de trabajo en frío.
Composición
La composición química a continuación es la especificación GB/T 1299-2000 impresa para el grado, con el equivalente AISI en la segunda fila para comparación. Un certificado que quede fuera de estos rangos no es este grado, sin importar cómo lo llame la acería.
| País | Grado | C | Si | Mn | V | P | S | Otros |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| China (GB) | 9Mn2V | 0.85-0.95 | 0,040 máximo | 1.70-2.00 | 0.10-0.25 | 0,030 máximo | 0,030 máximo | — |
| EE. UU. (AISI) | O2 | 0.85-0.95 | 0.20-0.40 | 1.40-1.80 | (0.20) | — | — | Cr 0,35, Mo 0,30 |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabla 4-83, página impresa 102, según GB/T 1299-2000, fracción de masa en porcentaje. Un valor está impreso de forma inconsistente en la fuente: el límite de silicio del 9Mn2V está impreso como 0,040 máx., mientras que la misma página imprime 0,40 máx. para el 9CrWMn y 0,20-0,40 para el AISI O2. El valor se publica aquí exactamente como está impreso, y un límite de silicio de 0,40 máx. es con el que normalmente se compra el grado. Resumen de referencia de la práctica publicada, no una especificación de Aobo Steel.
Puntos críticos
Estas temperaturas definen cada ciclo de la página. Ac1 y Accm delimitan el rango de austenización, y la baja temperatura de inicio de martensita de 125 °C es el número que decide el temple: es la razón por la que el grado puede interrumpirse en aceite o escalonarse en un baño de sales, y por la que un taller que templa a temperatura ambiente de una sola vez distorsiona los calibres pequeños. La ventana de revenido de 150-200 °C queda apenas por encima de Ms, por lo que la pieza se reviene mientras aún termina su transformación, que es la ruta normal para un calibre que debe mantener su medida.
| Punto crítico | Ac1 | Accm | Ar1 | Ar3 | Ms |
|---|---|---|---|---|---|
| Temperatura, aproximada, °C | 730 | 760 | 655 | 690 | 125 |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabla 4-84, página impresa 102.
Forjado
Los rangos de forja a continuación son para lingote y para palanquilla. El acabado se mantiene por encima de la temperatura Ar1 y la pieza pasa directamente a un enfriamiento lento, porque el 9Mn2V endurece al aire y una herramienta forjada dejada en el suelo se agrietará en el cambio de sección.
| Artículo | Temperatura de calentamiento, °C | Temperatura inicial de forja, °C | Temperatura final de forja, °C | Enfriamiento |
|---|---|---|---|---|
| Lingote de acero | 1140-1180 | 1100-1150 | 800-850 | Enfriamiento en pozo o enfriamiento lento en arena caliente |
| Palancón de acero | 1080-1120 | 1050-1100 | 800-850 | Enfriamiento en pozo o enfriamiento lento en arena caliente |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabla 4-85, página impresa 103.
Tratamiento térmico
El ciclo para el grado es corto. Forjar, recocer a 229 HBW mecanizable, mecanizar en desbaste, templar desde la ventana de 780-820 °C en aceite, luego revenir en la ventana de 150-200 °C para mantener 60-62 HRC. Las piezas que deben mantener la medida a unas pocas micras toman la ruta escalonada en lugar del temple simple.
Recocido, antes del mecanizado
| Plan | Parámetros del proceso |
|---|---|
| Recocido después de la forja | Calentar a 750-770 °C, mantener 2-8 h; enfriar en el horno a no más de 30 °C/h hasta por debajo de 500 °C, sacar y enfriar al aire. Dureza 229 HBW máx. |
| Recocido isotérmico después del forjado | Calentar a 760-780 °C, mantener 3 h; enfriar a no más de 30 °C/h hasta 680-700 °C, mantener 4-5 h; enfriar a no más de 30 °C/h hasta por debajo de 500 °C, sacar y enfriar al aire. Dureza 229 HBW máx. |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabla 4-86, página impresa 103.
Endurecimiento
| Temperatura de temple, °C | Medio de enfriamiento | Dureza HRC |
|---|---|---|
| 780-820 | Aceite | 62 mínimo |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabla 4-87, página impresa 103. La celda de dureza está impresa como ≥62.
Templado
| Temperatura de calentamiento, °C | Tiempo de mantenimiento, h | Enfriamiento | Dureza HRC |
|---|---|---|---|
| 150-200 | 2-3 | Aire | 60-62 |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabla 4-88, página impresa 103.
Temperatura de revenido frente a dureza
| Temperatura de revenido, °C | Recién templado | 100 | 200 | 250 | 250 | 300 | 350 | 400 | 500 | 600 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dureza HRC | 62 | 61.5 | 60 | 58 | 58 | 55 | 52 | 48 | 40 | 32 |
Fuente, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabla 4-89, página impresa 103. La nota de la fuente dice: templado al aceite desde 790 °C, revenido 2 h. La fuente imprime 250 °C dos veces (diez celdas de temperatura para diez valores de dureza); el duplicado se reproduce aquí tal como está impreso en lugar de reemplazarse silenciosamente.
Propiedades mecánicas y límites de servicio
El 9Mn2V tiene mejor templabilidad que un acero para herramientas al carbono simple y endurece con poca distorsión, que es para lo que se compra el grado. El contenido de vanadio refina el grano y reduce la sensibilidad al sobrecalentamiento, y los carburos son finos y están distribuidos uniformemente, por lo que la combinación de resistencia y tenacidad es buena para un acero de baja aleación. Se derivan dos límites. El primero es la resistencia al revenido: el grado no debe usarse donde la herramienta trabaja en caliente, y 200-250 °C es una ventana que debe evitarse en lugar de un rango de revenido a utilizar, porque ahí es donde se sitúa la fragilización por revenido a baja temperatura. El segundo es el tamaño de sección, que el diámetro crítico de temple al aceite de 30 mm deja claro. Cuando una matriz es más grande que eso, o ve un ciclo térmico largo en servicio, los grados de trabajo en frío más aleados son la elección correcta.
Aplicaciones típicas
El grado se usa para calibres y muestras de precisión, para las matrices pequeñas de punzonado y corte, matrices de prensado en frío, matrices de grabado y herramientas de corte que un acero para herramientas al carbono simple no puede mantener, y para piezas de moldes de plástico. Un ejemplo de taller que vale la pena copiar es una matriz de corte fino fabricada en 9Mn2V: precalentar a 600 °C, austenizar a 790 °C, templar en sal de nitrato mantenida a 180-190 °C, luego revenir a 200 °C durante 2 h. La matriz sale a 59-61 HRC con la medida mantenida, y la vida reportada en ese trabajo fue de 950.000 piezas. Ese ciclo es la razón por la que el grado se especifica donde un calibre o una herramienta de corte fino debe mantenerse recto en lugar de donde debe sobrevivir a la abrasión.
Datos de referencia relacionados
La dureza que el grado mantiene a medida que la herramienta se calienta se compara con los otros aceros para herramientas en la tabla de dureza en caliente del acero para herramientas, y la dureza después de cada temperatura de revenido se compara entre grados en la Tabla de revenido del acero para herramientas. Los grados al carbono templados al aceite que se sitúan a cada lado de este se recopilan con O2, que es el equivalente AISI más cercano, y D2, que toma el relevo donde se necesita más resistencia al desgaste.
Compilado de 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tablas 4-83 a 4-89, páginas impresas 102 a 103. Cada cifra se leyó de la capa de texto buscable del libro y se verificó tabla por tabla contra los valores impresos, y dos defectos de impresión en la fuente se divulgan arriba en lugar de corregirse silenciosamente. 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.