Propiedades del acero para herramientas 5CrNiMo

El acero para herramientas 5CrNiMo es un acero para herramientas de baja aleación y fiable, ampliamente utilizado en aplicaciones de trabajo en caliente, especialmente en matrices de forja. En Aobo Steel, gracias a nuestra amplia experiencia en la forja de acero para herramientas, comprendemos las propiedades y los requisitos de procesamiento necesarios para lograr un rendimiento óptimo con este grado.

Composición química del acero para herramientas 1.5CrNiMo

El rango de composición química típico del acero 5CrNiMo es:

• Carbono (C): 0.50% – 0.60%
• Silicio (Si): ≤ 0,40%
• Manganeso (Mn): 0.50% – 0.80%
• Cromo (Cr): 0.50% – 0.80%
• Níquel (Ni): 1.40% – 1.80%
• Molibdeno (Mo): 0.15% – 0.30%

Esta combinación de elementos de aleación proporciona un buen equilibrio de propiedades esenciales para aplicaciones de herramientas exigentes.

Propiedades del acero para herramientas 2.5CrNiMo

2.1 Propiedades mecánicas

• Balance: 5CrNiMo ofrece una combinación sólida de resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo hace versátil para aplicaciones de trabajo en caliente y en frío.
• Plasticidad y tenacidad: El acero presenta buena ductilidad y resistencia al impacto.
• Rendimiento de temperatura: Mantiene propiedades mecánicas relativamente estables a temperatura ambiente y hasta 500-600°C.
• Dureza: La dureza alcanzable depende directamente de los parámetros de temple y revenido utilizados. El temple de 850 °C a 1000 °C, seguido de un revenido adecuado, suele producir valores de dureza que oscilan entre 30 sHRC y 50 sHRC. Las temperaturas de temple más altas generalmente aumentan la dureza en estado de temple, mientras que las temperaturas de revenido más altas reducen la dureza pero mejoran la tenacidad.
• Dureza al impacto: El tratamiento térmico influye significativamente en la tenacidad al impacto. Si bien temperaturas de temple más altas pueden reducirla inicialmente, un revenido correcto mejora esta propiedad. La microestructura de martensita de placa deseada, obtenida tras el temple, contribuye a una mayor tenacidad.

2.2 Propiedades físicas

• Expansión térmica: El coeficiente de expansión lineal aumenta con la temperatura, desde alrededor de 12.55×10−6°C−1 (100-250°C) a 15.0×10−6°C−1 (600-700 °C). Esto es importante para aplicaciones que implican cambios de temperatura.
• Módulo elástico: Disminuye a medida que aumenta la temperatura, desde aproximadamente 209.720 MPa (temperatura ambiente) hasta 186.200 MPa (500 °C).
• Módulo de corte: También disminuye con la temperatura, de 83.300 MPa (temperatura ambiente) a 73.500 MPa (500 °C).
• Conductividad térmica: Se reduce ligeramente a temperaturas más altas, de ~0,44 W/(m·K) (temperatura ambiente/100 °C) a ~0,35 W/(m·K) (500 °C).

2.3 Rendimiento a altas temperaturas

• Fortaleza: Si bien mantiene una dureza útil de ~300 HBW a 500 °C, su resistencia disminuye significativamente en comparación con la temperatura ambiente, llegando a reducirse a la mitad a 500 °C. Debido a su composición, presenta menor estabilidad en caliente y una respuesta de endurecimiento secundario más débil en comparación con los aceros de mayor aleación para trabajo en caliente.
• Dureza: La dureza a alta temperatura cae notablemente por encima de los 600°C.

3. Aplicaciones del acero para herramientas 5CrNiMo

Dado su perfil de propiedades, el 5CrNiMo se utiliza frecuentemente para:

• Matrices de forja: Adecuado para matrices de forja de martillos y prensas de tamaño grande y mediano, especialmente aquellas con formas complejas o sujetas a cargas de impacto.
• Herramientas para trabajo en caliente: Se utiliza para troqueles de corte y recorte en caliente.
• Moldes de plástico: Sus buenas características de pulido lo hacen adecuado para algunos componentes de moldes de plástico. Los grados modificados (como 5CrNiMnMoVSCa) se utilizan para moldes de inyección de precisión.
• Matrices de extrusión: Se puede utilizar para procesos de extrusión en caliente.
• Componentes de la matriz: A menudo se utiliza como cuerpo principal para matrices compuestas que incorporan insertos más resistentes al desgaste.
• Piezas de equipo de forja: Componentes como cabezas de martillo y barras guía.
• Matrices para trabajo en frío: Aplicable en determinados escenarios de trabajo en frío.

Acero para herramientas 4.5CrNiMo Tratamiento térmico

Un tratamiento térmico correcto es esencial para el rendimiento del 5CrNiMo. La experiencia de Aobo Steel garantiza un manejo adecuado en estas etapas:

4.1 Recocido

• Generalmente se realiza después del forjado para ablandar el acero para el mecanizado.
• Métodos comunes: recocido convencional (760-780 °C) o recocido isotérmico (850-870 °C, mantener ~680 °C).
• Enfriamiento: Enfriar en horno a <500 °C y luego al aire. Dureza objetivo: 197-241 HBW.

4.2 Enfriamiento

• Rango estándar: 830-860 °C. Se recomienda precalentamiento escalonado (p. ej., 600-650 °C).
• Método: El temple en aceite es común. El temple retardado (enfriamiento a 750-780 °C en aire antes del aceitado) puede reducir la distorsión. Asegúrese de que el enfriamiento sea rápido en los rangos de transformación críticos para una estructura martensítica, especialmente en secciones de mayor tamaño.
• El temple a alta temperatura (~900-950 °C) puede producir martensita en láminas para una mayor tenacidad, pero es esencial evitar el crecimiento excesivo del grano.

4.3 Templado

• Realizar inmediatamente después del enfriamiento.
• Matrices de forja: Templar entre 490-580°C para conseguir una dureza de 34-47 HRC, dependiendo del tamaño y uso.
• Vástagos de matriz: Temple más alto (620-660 °C) para una mayor tenacidad (30-37 HRC).
• Nota: Evite el revenido entre 300 °C y 450 °C debido al riesgo de fragilización. El revenido doble suele ser beneficioso.

4.4 Tratamientos de superficies

• Se pueden aplicar tratamientos de nitruración, boronado o compuestos para mejorar la dureza de la superficie, la resistencia al desgaste y la vida útil por fatiga.

5. Comparación con otros aceros para herramientas

• frente a 5CrMnMo: El 5CrNiMo generalmente ofrece mejor templabilidad y propiedades de alta temperatura, lo que lo hace adecuado para matrices más grandes. El 5CrMnMo podría elegirse para matrices más pequeñas que requieren mayor resistencia y resistencia al desgaste que tenacidad.
• vs. Grados más nuevos (por ejemplo, 4CrMnSiMoV, 5Cr2NiMoVSi): Estos grados se desarrollaron para abordar las limitaciones del 5CrNiMo, ofreciendo una mejor resistencia a altas temperaturas y a la fatiga.
• frente a grados de alta aleación (p. ej., H13/4Cr5MoSiV1, 3Cr2W8V): El 5CrNiMo presenta menor resistencia al calor y al desgaste. Los grados H13 y similares son los preferidos para temperaturas muy altas o condiciones abrasivas.

6. Consideraciones sobre la calidad y la forja

El rendimiento final depende en gran medida de la calidad metalúrgica del acero, incluido el control de inclusiones y la homogeneidad, así como de las prácticas de forjado adecuadas.

• Control de calidad: Procesos como el refinado al vacío mejoran la limpieza del acero.
• Forja: La reducción controlada y el enfriamiento lento tras el forjado son cruciales para prevenir defectos internos, a los que el 5CrNiMo es susceptible. Los más de 20 años de experiencia en forja de Aobo Steel garantizan una gestión adecuada de estos factores.

7. Resumen

El 5CrNiMo es un acero para herramientas de baja aleación, versátil y económico, que ofrece un buen equilibrio entre tenacidad, resistencia y resistencia al desgaste para numerosas aplicaciones de matrices de forja en caliente y algunos usos de trabajo en frío. Obtener resultados óptimos depende fundamentalmente de un tratamiento térmico preciso y de una materia prima de calidad. Si bien existen aleaciones más recientes, el 5CrNiMo sigue siendo la opción estándar para numerosas necesidades de herramientas.