Acero para herramientas 5CrNiMo

El acero 5CrNiMo es un acero tradicional de baja aleación para herramientas de trabajo en caliente que se ha utilizado ampliamente en diversas aplicaciones, particularmente para matrices de forja. Posee una excelente templabilidad, buena tenacidad y resistencia moderada a temperaturas elevadas, aunque tiene algunas limitaciones en aplicaciones de muy alta temperatura o alto desgaste. El 5CrNiMo es un grado bajo la norma china GB/T, con grados equivalentes que incluyen aceros estadounidenses. AISI L6, la norma japonesa JIS SKT4 y las normas alemanas DIN W-Nr. 1.2713 y 1.2714.

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

2. Propiedades físicas del 5CrNiMo

2.1 Temperatura crítica del 5CrNiMo

2.2 Coeficiente de expansión lineal del 5CrNiMo

2.3 Módulo de elasticidad del 5CrNiMo

2.4 Módulo de cizallamiento del 5CrNiMo

2.5 Conductividad térmica

2.6 Capacidad calorífica específica

2.7 Densidad es 7,804 g/cm³.

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

Nota: El acero 5CrNiMo se puede endurecer enfriándolo al aire, pero es propenso a la formación de puntos blancos, 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 sea uniforme, luego enfriarse lentamente a 150-200 °C y, finalmente, enfriarse al aire. Para piezas forjadas de mayor tamaño, el revenido debe realizarse inmediatamente después de enfriarlas a 150-200 °C.

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4. Tratamiento térmico del 5CrNiMo

4.1 Precalentamiento

① Opciones de recocido posterior al forjado

② Microestructura y dureza antes y después del recocido

4.2 Enfriamiento

① Especificación del proceso de temple recomendado

Nota:

• Para moldes grandes, utilice el límite superior de la temperatura de calentamiento para el temple; para moldes pequeños (longitud lateral inferior a 200-300 mm), utilice el límite inferior.
• Para minimizar la tensión y la deformación durante el temple, después de calentar a 830–860 °C, primero preenfriar al aire a 750–780 °C, luego templar en aceite a 150–180 °C. Retirar y templar inmediatamente.
• Para moldes grandes, caliente lentamente a 600–650 °C y mantenga la temperatura 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 espesor durante el proceso.
• El enfriamiento de los módulos a bajas temperaturas de inmersión en aceite aumenta el riesgo de agrietamiento. Para prevenirlo, en la práctica habitual se suele sumergir el módulo en aceite a unos 200 °C. Si bien esto genera una capa superficial martensítica, el núcleo permanece en estado austenítico. Para prolongar su vida útil, se puede emplear el enfriamiento isotérmico.

② Proceso de enfriamiento isotérmico

Notas:

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

4.3 Templado

① Especificaciones recomendadas para el proceso de templado

Nota: Tras el revenido, se debe realizar un enfriamiento en aceite para evitar la fragilización por revenido. Para aliviar las tensiones generadas durante el enfriamiento en aceite, se puede realizar un segundo revenido a 160–180 °C. Los troqueles de forja grandes no deben enfriarse a temperatura ambiente en aceite durante el enfriamiento ni el revenido, ya que esto puede provocar grietas.

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

Nota: Cuando el módulo de acero 5CrNiMo se templa a 380-450 °C, la austenita subenfriada del 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 sobre la dureza de 5CrNiMo

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 resistencia al desgaste adecuadas. Es insensible a los efectos de tamaño, y sus propiedades mecánicas a temperatura ambiente son prácticamente idénticas a las que presenta a temperaturas comprendidas entre 500 y 600 °C. Al calentarse a 500 °C, mantiene una dureza aproximada de 300 HBW. Debido a su bajo contenido de elementos formadores de carburos, el efecto de endurecimiento secundario es débil, lo que resulta en una escasa estabilidad térmica y una baja resistencia a altas temperaturas.

5.1 Dureza a alta temperatura del 5CrNiMo

5.2 Resistencia al impacto a alta temperatura del 5CrNiMo

5.3 Rendimiento ante la fatiga térmica

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

5.4 Rendimiento térmico

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

5.5 Propiedades mecánicas de la superficie y propiedades mecánicas del núcleo

Nota: Durante el temple de piezas de gran sección, las diferentes velocidades de enfriamiento entre la capa superficial y el núcleo dan como resultado 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 prácticamente uniforme en toda su sección transversal cuando grandes bloques (300 mm × 400 mm × 300 mm) se someten a temple en aceite a 820 °C seguido de revenido a 560 °C. Se utiliza principalmente para la fabricación de diversos troqueles de forja pequeños y medianos con longitudes laterales ≤300 mm y temperaturas de funcionamiento inferiores a 500 °C. Es más adecuado para la producción en serie de módulos grandes y medianos, y también puede utilizarse para fabricar componentes de moldes de fundición de formas complejas.