Descripción técnica del acero 52100

Descripción técnica del acero 52100: El 52100 es un grado de acero de baja aleación, reconocido principalmente como el estándar clásico para aplicaciones de rodamientos. Gracias a su alto contenido de carbono y a la adición de cromo, sus características de rendimiento, en particular la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga, sirven como referencia para evaluar otros aceros para rodamientos. Esto demuestra su probada fiabilidad en componentes industriales exigentes.

1. Composición química del acero 52100

• Carbono (C):98 – 1.10%
• Cromo (Cr):30 – 1.60%
• Manganeso (Mn):25 – 0,50%
• Silicio (Si):15 – 0,35%

Las trazas de fósforo (P) y azufre (S) se mantienen en niveles mínimos, según las prácticas estándar de fabricación de acero. Tenga en cuenta que los porcentajes exactos pueden variar ligeramente según las normas específicas (p. ej., ASTM A295, AMS 6490/6491).

2.52100 Tratamiento térmico del acero y propiedades resultantes

Para lograr las propiedades óptimas del acero 52100 es necesario aplicar procedimientos de tratamiento térmico correctos.

2.1 Tratamiento térmico

1. Austenitización (tratamiento en solución): calentar a aproximadamente 850 °C (1560 °F).
2. Temple:normalmente se realiza en aceite.
3. Revenido:Se ejecuta dentro de un rango de 180-250°C (355-480°F), dependiendo de la dureza objetivo y el equilibrio de tenacidad.

2.2 Microestructura

Un tratamiento térmico adecuado produce una microestructura compuesta predominantemente por martensita ligeramente templada. Sus características clave incluyen carburos primarios (no disueltos) finamente dispersos, que contribuyen significativamente a la resistencia al desgaste, y potencialmente un pequeño porcentaje (hasta ~5%) de austenita retenida.

2.3 Importancia del procesamiento correcto

El control preciso del tratamiento térmico, en particular la temperatura de revenido, es fundamental. Las temperaturas de revenido más altas generalmente reducen la dureza y la resistencia, pero pueden aumentar la tenacidad. Procedimientos incorrectos, como temperaturas de recocido inadecuadas (p. ej., 350 °C/660 °F), pueden producir microestructuras indeseables que contienen perlita y un exceso de cementita libre, lo que provoca una falla prematura del componente. La relación entre la temperatura de revenido y la tenacidad a la fractura es un factor clave en el diseño.

2.4 Propiedades mecánicas

• Dureza: Se puede lograr una alta dureza tras el tratamiento térmico. Por ejemplo, se suele optar por una dureza de 59-61 HRC para una vida útil óptima de la matriz.
• Resistencia al desgaste: Excelente, debido al alto contenido de carbono y la presencia de carburos de cromo duros en la microestructura.
• Resistencia a la fatiga: Una alta resistencia a la fatiga es característica y esencial para la resistencia a la fatiga por contacto rodante en los rodamientos.
• Módulo de Young: Aproximadamente 210 GPa, lo que indica una alta rigidez del material.

2.5 Soldabilidad:

Debido a su alto contenido de carbono, el acero 52100 generalmente se considera no soldable con métodos convencionales. Los intentos de soldadura suelen provocar grietas en la zona afectada por el calor (ZAC).

3. Aplicaciones del acero 52100

La combinación de alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga hace que el acero 52100 sea adecuado para diversas aplicaciones exigentes:

• Rodamientos de elementos rodantes: Se utilizan principalmente para rodamientos de anillos interiores y exteriores, bolas y rodillos. Los grados de calidad superior (p. ej., AMS6490D, AMS6491E) suelen especificar material fundido al vacío (VIM) o refundido por electroescoria (ESR) para una mayor limpieza y una mayor resistencia a la fatiga en aplicaciones críticas como la aeroespacial.
• Herramienta y matriz: Adecuada para ciertas matrices pequeñas (hasta aprox. 50 mm / 2 pulg.), especialmente cuando se requieren superficies muy pulidas. También se puede utilizar para matrices de bajo relieve producidas mediante grabado fotoquímico.
• Otros componentes de precisión: Las aplicaciones incluyen bloques patrón, herramientas de medición de precisión, ejes híbridos y otros componentes que requieren alta estabilidad dimensional y resistencia al desgaste.
• Cuchillos: Se utilizan en algunos tipos de hojas de cuchillos de alto rendimiento que requieren una buena retención del filo.

4. Opciones de mejora de la superficie

Se pueden aplicar tratamientos superficiales al acero 52100 para mejorar aún más sus propiedades, como la resistencia al desgaste y a la corrosión. Algunos ejemplos son el cromado o los procesos dúplex (como la combinación de deposición/difusión termorreactiva [TRD] y nitruración por plasma [PN]). Las investigaciones indican que ciertos tratamientos dúplex pueden ofrecer un rendimiento superior al desgaste en comparación con el cromado estándar solo.

5. Normas y alternativas equivalentes

5.1 Designaciones comunes:

• AISI/SAE: 52100
• China (GB): GCr15
• Número de serie: G52986
• DIN (W-Nr): 3505 (también conocido como 100Cr6)
• JIS: SUJ2
• AMS: AMS 6490, AMS 6491 (Acero para cojinetes de primera calidad para aeronaves)
• ASTM: A295 (Especificación estándar para acero antifricción con alto contenido de carbono)

(Nota: Verifique siempre la revisión estándar específica requerida para su aplicación)

5.2 Alternativas:

La investigación y el desarrollo en el campo de los aceros para rodamientos continúan. Se han explorado grados alternativos, como el acero 5280, que ofrecen propiedades comparables y, al mismo tiempo, simplifican procesos de fabricación como la colada continua en comparación con el acero 52100.

6. Resumen

El 52100 es un acero de baja aleación, con alto contenido de carbono y cromo, reconocido por su excelente dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga tras un tratamiento térmico adecuado. Su rendimiento depende de lograr la microestructura martensítica templada deseada con carburos finos. Sigue siendo el estándar de la industria para numerosas aplicaciones de rodamientos y se utiliza eficazmente en herramientas específicas y componentes de precisión.

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7. Acero 52100 vs. acero D2

• Contenido de carbono y cromo: El D2 tiene un contenido de carbono y cromo significativamente mayor que el 52100.

• Aplicaciones: 52100 es principalmente un acero para cojinetes, mientras que D2 es un acero para herramientas, particularmente para aplicaciones de trabajo en frío.

• Dureza: El D2 puede alcanzar una dureza máxima similar o ligeramente inferior a la del revestimiento 52100 tratado térmicamente, pero su resistencia al desgaste es una característica principal.

• Tenacidad: En general, se considera que el 52100 es más resistente que los aceros para matrices con mayor contenido de carbono, como el D2, aunque el D2 ofrece un buen equilibrio para su clase.

• Templabilidad: Ambos pueden templarse completamente, pero el D2 se endurece al aire, lo que produce una menor distorsión en secciones más grandes.

• Resistencia al desgaste: D2 está específicamente formulado para una excelente resistencia a la abrasión, un diferenciador clave del 52100.

• Resistencia a la corrosión: El 52100 tiene una resistencia a la corrosión relativamente menor que otros aceros para cojinetes, mientras que el alto contenido de cromo del D2 contribuye a una buena resistencia al desgaste, no principalmente a la resistencia a la corrosión.

Preguntas frecuentes

1. ¿Para qué sirve el acero 52100?

• Rodamientos. Se considera un material clásico y estándar para aplicaciones con alto contenido de carbono, en particular rodamientos de bolas y de rodillos.

• Secciones de matriz. Se puede utilizar para matrices de hasta 50 mm de diámetro que requieren superficies con un pulido preciso.

• Material de revestimiento en soldadura por arco de transferencia de polvo (PTA).

• Aplicaciones que requieren buena resistencia al desgaste sin carburación.

2. ¿Cuál es la resistencia del acero 52100?

La resistencia del acero 52100 depende en gran medida del tratamiento térmico específico aplicado.

• Resistencia a la tracción:

◦Puede variar entre 585 y 620 MPa (85 y 90 ksi).

◦Después del enfriamiento en aceite a 850 °C (1560 °F), la resistencia a la tracción varía con la temperatura de revenido.

◦Para aplicaciones de matriz, la resistencia a la tracción se indica como 80 000 psi (552 MPa) en el estado recocido y 120 000 psi (827 MPa) cuando se enfría en aceite y se templa a 400 °F (204 °C).

• Fuerza de fluencia:

◦Puede ser de 450 MPa (65 ksi).

◦Después del enfriamiento en aceite a 850 °C (1560 °F), el límite elástico varía con la temperatura de revenido.

◦Para aplicaciones de matriz, el límite elástico se indica como 35 000 psi (241 MPa) en estado recocido y 93 000 psi (641 MPa) cuando se templa con aceite y se revene a 400 °F (204 °C).

• Resistencia a la compresión:

◦Puede alcanzar 2760 MPa (400 ksi) o 2930 MPa (425 ksi).

3. ¿Cuál es la diferencia entre el acero 52100 y el 1095?

Diferencias principales resumidas:

• Contenido de cromo:52100 contiene cromo, mientras que 1095 es un acero con alto contenido de carbono sin cromo significativo.

• Aplicaciones principales:52100 es principalmente un acero para cojinetes, mientras que 1095 es un acero con alto contenido de carbono de uso más general que se utiliza a menudo para resortes y cuchillas.

• TemplabilidadAmbos son templables, pero el contenido de cromo del 52100 influye en su respuesta al tratamiento térmico.

• Resistencia a la corrosión:52100 ofrece una resistencia a la corrosión ligeramente mejor que el carbono 1095 debido a su contenido de cromo, aunque ninguno de los dos se considera un acero resistente a la corrosión.