Acero 9SiCr Descripción técnica

Descripción técnica del acero 9SiCr: Es un acero para herramientas de baja aleación, y sus características clave residen en que el silicio (Si) y el cromo (Cr) son los principales elementos de aleación. La composición química típica, en porcentaje de peso (wt%), generalmente se encuentra dentro de estos rangos, aunque se observarán ligeras variaciones entre las diferentes normas.

1. Composición química del acero para herramientas 9SiCr

• Carbono (C):85% a 0.95%.
• Silicio (Si): Generalmente de 1,20% a 1,60%, aunque algunas normas como la alemana DIN 90CrSi5 especifican de 1,05% a 1,25%.
• Manganeso (Mn): Normalmente, de 0,30% a 0,60%. De nuevo, el estándar alemán podría mostrar un rango ligeramente superior (de 0,60% a 0,80%).
• Cromo (Cr): Generalmente de 0,95% a 1,25%, siendo el estándar alemán de 1,05% a 1,30%.
• Fósforo (P) y azufre (S): Se trata de impurezas que normalmente se mantienen bajas y cuyos límites máximos suelen establecerse en ≤0,030% para ambas.

Es útil conocer las equivalencias en diferentes normas internacionales: el 9SiCr coincide con AISI L3 (EE. UU.), DIN 90CrSi5/1.2067 (Alemania), BS BL3 (Reino Unido), ГОСТ 9ХС (Rusia) y UNE 100Cr6 (España). En el sistema chino (ISC), es T30100.

2. Propiedades físicas del acero 9SiCr

Acerca de propiedades físicas:

2.1 Densidad: Alrededor de 7,80 g/cm³.

2.2 Temperaturas críticas: Estos son vitales para planificar el tratamiento térmico:

• Ac1 (inicio de la formación de austenita al calentar): ~770 °C
• Accm (cementita se disuelve completamente): ~870 °C
• Ar1 (inicio de formación de perlita al enfriarse): ~730 °C
• Ms (inicio de martensita): ~160 °C
• Mf (acabado martensita): ~ -30 °C

2.3 Propiedades magnéticas: La fuerza coercitiva es de aproximadamente 795,8 A/m y la inducción magnética de saturación es de 1,78 a 1,82 T.

2.4 Coeficiente de expansión lineal: Si bien no había valores específicos en el material fuente proporcionado, este es un factor crítico para las piezas de precisión, especialmente si se consideran los cambios de temperatura durante el tratamiento térmico y el uso.

3. Tratamiento térmico

Tratamiento térmico Es crucial para obtener las propiedades mecánicas adecuadas del 9SiCr. El proceso estándar implica endurecimiento (temple) y revenido.

3.1 Opciones de tratamiento de precalentamiento

• Recocido después de la forja: Calentar a 790-810 °C, mantener de 1 a 2 horas, dejar enfriar el horno por debajo de 550 °C y, a continuación, enfriar al aire. Esto da como resultado una dureza de 197-241 HBW. El recocido isotérmico (calentamiento similar, manteniendo a 700-720 °C) alcanza el mismo rango de dureza y, por lo general, produce una estructura de perlita esferoidal.
• Revenido a alta temperatura: Calentar a 600-700 °C durante 2-4 horas y luego enfriar en horno o aire. Se utiliza para aliviar la tensión del trabajo en frío.
• Normalizando: Calentar a 900-920 °C y luego enfriar al aire. Refina los granos en acero sobrecalentado y elimina los carburos reticulados, lo que resulta en una dureza de 321-415 HBW.
• Temple y revenido (pretratamiento alternativo): Calentar a 880-900 °C, templar en aceite y luego revener a 680-700 °C (2-4 horas) para obtener una dureza de 197-241 HBW. En ocasiones, las piezas forjadas pueden templarse directamente con el calor de forja, seguido de un revenido a alta temperatura.

3.2 Endurecimiento (temple)

La temperatura recomendada es de 860-880°C.

• Enfriamiento con aceite: Enfriar en aceite (varias temperaturas posibles) y luego al aire. Dureza: 62-65 HRC.
• Baño de sal/alcalino para enfriar: Utilice un baño de fusión (150-200 °C) durante tiempos específicos y luego enfríe al aire. Dureza: 59-63 HRC. Estos métodos ayudan a minimizar la deformación en piezas complejas. La estructura después del temple se compone principalmente de martensita en láminas, carburos finos y algo de austenita retenida.

3.3 Tratamiento del frío

Para herramientas de alta precisión y dimensionalmente estables, un tratamiento en frío (-70 °C) poco después del temple puede aumentar ligeramente la dureza (0-1 HRC). Se recomienda realizarlo dentro de una hora después del temple.

3.4 Revenido

Este paso alivia la tensión y mejora la dureza y la tenacidad. Resultados típicos:

• 140-160 °C Temple: 62-65 HRC
• 160-180 °C Temple: 61-63 HRC
• 180-200 °C Temple: 60-62 HRC
• Temple 200-220 °C: 58-62 HRC

Las temperaturas de revenido más altas reducen aún más la dureza. El revenido doble (p. ej., 180 °C y luego una temperatura más alta, como 240 °C) puede mejorar significativamente la tenacidad y la vida útil de la herramienta.

4. Propiedades mecánicas del acero 9SiCr

El propiedades mecánicas El rendimiento del 9SiCr depende en gran medida del tratamiento térmico. Tras el temple y el revenido a baja temperatura, ofrece una alta dureza (puede mantenerse en torno a 60 HRC incluso tras un revenido a 300-400 °C), buena templabilidad y buena resistencia al desgaste. La resistencia a la flexión tras un temple a 850 °C es de aproximadamente 2250 MPa. Sin embargo, para algunos trabajos muy exigentes, su resistencia a la compresión y al desgaste podrían no ser suficientes.

5. Aplicaciones del acero para herramientas 9SiCr

En cuanto a sus aplicaciones, el 9SiCr es una opción versátil para matrices y herramientas de trabajo en frío que requieren alta resistencia al desgaste con mínima deformación durante el tratamiento térmico. Sus usos más comunes incluyen:

• Herramientas de corte de baja velocidad (donde la resistencia al desgaste es clave).
• Matrices complejas para trabajo en frío: escariadores manuales, cuchillas de corte, matrices de roscar, rodillos de laminación/enderezamiento en frío, matrices de laminación de roscas, matrices de embutición profunda, matrices de estampación, matrices de estampación en frío.
• Herramientas y calibres de medición de precisión.
• Matrices de estampación, punzonado en frío y troquelado de tamaño pequeño y mediano.
• Piezas de moldes de plástico (cuando los aceros al carbono no son suficientes).
• Matrices de extrusión y prensado en frío.
• Matrices de leva, punzones, matrices de recorte.
• Matrices de embutición, matrices de conformación, matrices de extrusión, rodillos.
• Pasadores eyectores.
• Moldes de plástico grandes, complejos y de alta precisión.
• Cuchillas de corte (por ejemplo, cuchillas grandes que alcanzan entre 57 y 60 HRC con deformación controlada mediante temple/revenido isotérmico).

6. Comparaciones y consideraciones sobre el acero 9SiCr

En comparación con los aceros básicos al carbono para herramientas, el 9SiCr ofrece mayor templabilidad, tenacidad y resistencia al desgaste. Sus desventajas incluyen la sensibilidad a la descarburación durante el calentamiento y una dureza de recocido relativamente alta.

• Se podría considerar un grado como Cr8MoWV3Si (con más formadores de carbono y carburo) si necesita una resistencia al desgaste y una tenacidad aún mayores.
• Para matrices grandes donde se prefiere un tratamiento térmico más simple, un acero endurecido al aire como 7CrSiMnMoV podría ser una alternativa.
• Los tratamientos de superficie (como la nitruración combinada con temple) pueden prolongar la vida útil de las matrices de 9SiCr en aplicaciones como el encabezado en frío.
• El tratamiento termomecánico puede mejorar la resistencia y la plasticidad cuando la resistencia a la flexión es fundamental.

En definitiva, determinar si el 9SiCr es la opción correcta depende completamente de los requisitos específicos de la aplicación: el tipo de operación, el material trabajado, la vida útil prevista de la herramienta y la complejidad de la pieza son factores importantes. Podemos analizar sus necesidades específicas con más detalle para garantizar que utilice el mejor grado de acero y tratamiento térmico para su situación.