3Cr2W8V é uma classe sob o padrão chinês GB/T, e sua classe equivalente é ASTM/AISI H21 Nos Estados Unidos, o 3Cr2W8V é um aço para ferramentas de trabalho a quente de alta resistência térmica, comumente utilizado em matrizes que operam sob altas temperaturas e tensões. É um aço ledeburítico, o que significa que possui uma microestrutura com grandes carbonetos primários, o que contribui para sua alta resistência ao desgaste em temperaturas elevadas.

1. Composição Química

C	Si	Mn	Cr	W	V	P	S
0.30 – 0.40%	≤0,40%	≤0,40%	2.20 – 2.70%	7.50 – 9.00%	0.20 – 0.50%	≤0,030%	≤0,030%

2. Propriedades físicas de aço 3Cr2W8V

2.1 Pontos Críticos do Aço 3Cr2W8V

Ponto crítico	Ac₁	Ac₃	Ar₁	Ar₃	Senhora	Mf
Temperatura/°C	850	930	773	835	350	160

2.2 Coeficiente de Expansão Linear

Temperatura/°C	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
Coeficiente de expansão linear α/ × 10⁻⁶ °C⁻¹	12.0	12.3	12.7	13.1	13.5	13.9	14.5	14.5	12.8	13.3

2.3 Capacidade térmica específica

Temperatura/°C	100	200	300	500	800	900
Capacidade térmica específica cₚ/ [J/(kg·K)]	468.2	473	478	685.5	1262.4	660.4

2.4 Condutividade Térmica

Temperatura/°C	100	200	700	900
Condutividade térmica λ/[W/(m-K)]	20.1	22.2	24.3	23.0

2.5 Resistividade Elétrica

Temperatura/°C	20	200	500	700	900
Resistividade elétrica ρ/ × 10⁻⁶ Ω·m	0.50	0.60	0.80	1.0	1.19

2.6 Outras Propriedades Físicas

Densidade/(g/cm³)	Módulo de Elasticidade E/MPa	Módulo de cisalhamento G/MPa
7.74	214 000	73 000

3. Especificação do processo de forjamento a quente para aço 3Cr2W8V

Item	Temperatura de aquecimento/°C	Temperatura inicial de forjamento/°C	Temperatura final de forjamento/°C	Método de resfriamento ①
Lingote de aço	1150 ~ 1200	1100 ~ 1150	850 ~ 900	Primeiro o resfriamento a ar, depois o resfriamento por poço ou areia
Tarugo de aço	1130 ~ 1160	1080 ~ 1120	850 ~ 900	Primeiro o resfriamento a ar, depois o resfriamento por poço ou areia

① Após o forjamento, o material deve ser resfriado relativamente rápido ao ar, abaixo de Ac₁ (cerca de 700 °C), seguido de resfriamento lento (resfriamento em poço, resfriamento em areia ou resfriamento em forno), ou pode ser realizado recozimento em alta temperatura. Se as condições permitirem, pode ser realizado recozimento direto em brasa.

4. Tratamento térmico do aço 3Cr2W8V

4.1 Pré-aquecimento

① Especificação preliminar do processo de tratamento térmico

Plano Preliminar de Tratamento Térmico	Parâmetros do processo
Recozimento após forjamento	Temperatura de aquecimento: 800 ~ 820 °C, mantendo por 2 ~ 4 h, resfriamento do forno a < 30 ~ 40 °C/h até abaixo de 600 °C, seguido de resfriamento ao ar. Dureza após recozimento: 207 ~ 255 HBW, microestrutura: perlita + carboneto.
Recozimento isotérmico	Temperatura de aquecimento: 800 ~ 820 °C, com tempo de espera de 2 ~ 4 h, resfriamento do forno a < 30 ~ 40 °C/h até abaixo de 600 °C, seguido de resfriamento ao ar. Dureza após recozimento: 207 ~ 255 HBW, microestrutura: perlita + carboneto.

② Dureza e microestrutura após recozimento

Dureza HBW	Microestrutura
	Não recozido	Após o recozimento
207 ~ 255	Troostita + Martensita	Perlita + Carboneto

4.2 Têmpera

① Processo de têmpera recomendado

Temperatura de têmpera/°C	Meio de resfriamento de têmpera	Temperatura do meio de resfriamento de têmpera/°C	Temperatura de retenção isotérmica/°C	Resfriamento final a 20°C	Dureza HRC
1050 ~ 1100	Óleo	20 ~ 40	150 ~ 180	Resfriamento de ar	49 ~ 52

Observações:

1. Para matrizes grandes, use o limite superior da temperatura de aquecimento. Para matrizes pequenas, use o limite inferior.
2. Matrizes grandes devem ser pré-aquecidas a 600-650°C por 1-2 horas antes de continuar o aquecimento.
3. Para aquecimento em forno de chama, mantenha por 40 a 50 minutos para cada 25 mm de espessura da matriz. Para aquecimento em forno elétrico, aumente o tempo de aquecimento em 40% em relação ao tempo necessário para aquecimento em forno de chama.

② Processos comuns de têmpera para aço 3Cr2W8V

Plano de Têmpera	Parâmetros do processo
Têmpera Isotérmica ¹	A temperatura de aquecimento é de 1150 °C, seguida de resfriamento em óleo após a manutenção a 350-450 °C. A microestrutura é de bainita inferior + martensita, com dureza acima de 47 HRC. Após a têmpera isotérmica, recomenda-se o revenimento em baixa temperatura a uma temperatura de 340-380 °C.
Têmpera em alta temperatura ²	A temperatura de aquecimento é de 1150 °C, seguida de resfriamento em óleo após a manutenção a 350-450 °C. A microestrutura é composta por bainita inferior e martensita, com dureza acima de 47 HRC. Após a têmpera isotérmica, recomenda-se o revenimento a baixa temperatura, a uma temperatura de 340-380 °C.

¹ A estrutura bainítica obtida após têmpera isotérmica apresenta alta resistência e tenacidade. Sua resistência ao revenimento também é muito superior à do tratamento térmico convencional. Possui alta resistência ao choque térmico e baixa deformação da matriz, o que pode prolongar sua vida útil.

² Aumentar a temperatura de aquecimento de têmpera do aço 3Cr2W8V aumenta o grau de liga da martensita, resultando em excelente resistência a quente, mas com tenacidade ligeiramente menor. É geralmente utilizado na fabricação de matrizes que não são submetidas a forças de impacto significativas, mas que exigem alta resistência a quente, como matrizes de extrusão, matrizes de fundição sob pressão e matrizes de conformação por prensagem para ligas de cobre e alumínio.

3 Relação entre temperatura de têmpera e dureza do aço 3Cr2W8V

Temperatura de têmpera /°C	950	1050	1100	1150	1200	1250
Dureza HRC	44	49	52	55	56	57

4.3 Refino de Solução e Processamento Ultrafino

Os blanks forjados são tratados em solução a 1200–1250 °C para dissolver carbonetos em austenita, sendo então temperados em óleo quente ou água fervente, seguidos imediatamente por revenimento em alta temperatura ou tratamento de esferoidização isotérmica de curta duração. O revenimento em alta temperatura é realizado a 720–850 °C (o limite superior para o processamento de blanks e o limite inferior para matrizes acabadas). O tratamento térmico final pode empregar processos convencionais, como têmpera em óleo a 1100 °C.

4.4 Têmpera

① Especificações do processo de têmpera recomendado

Finalidade de têmpera	Temperatura de aquecimento/°C	Equipamentos de aquecimento	Resfriamento	Dureza HRC
Alívio de tensões, estabilização de estruturas e dimensões	600 ~ 620	Forno elétrico	Resfriamento a ar	40.2 ~ 47.4

Observações:

1. Moldes grandes devem ser revenidos imediatamente após a têmpera. Geralmente, a têmpera é necessária duas vezes (a 620 °C e 600 °C, por 2 a 3 horas cada vez). Para moldes grandes com formas complexas, três ciclos de têmpera podem ser usados.
2. Ao temperar o molde, primeiro coloque-o no forno a 350 ~ 400°C por 1 a 3 horas e depois aumente a temperatura até a temperatura final de têmpera.
3. O tempo de retenção de têmpera deve ser calculado em 40-45 minutos para cada 25 mm de espessura.

② Relação entre temperatura de revenimento e dureza

Condição de têmpera	Dureza HRC em diferentes temperaturas de revenimento (°C)	Não temperado	500°C	550°C	600°C	650°C	670°C	700°C
Têmpera em óleo a 1050°C	Dureza HRC	49	46	47	43	35	32	27
Têmpera em óleo a 1075°C	Dureza HRC	50	47	48	44	36	33	30
Têmpera em óleo a 1100°C	Dureza HRC	52	48	49	45	40	36	32
Têmpera em óleo a 1150°C	Dureza HRC	55	49	53	50	45	40	34

4.5 Tratamento de Superfície

Especificação do Processo de Nitretação

Processo	Temperatura/°C	Tempo/h	Médio	Camada nitretada
				Profundidade/mm	Dureza HV
Nitretação a gás	530	3 ~ 6	Taxa de decomposição de NH₃ 30% ~ 60%	0.07 ~ 0.12	1000 ~ 1160

5. Propriedades Mecânicas

O aço 3Cr2W8V é um aço típico para ferramentas de trabalho a quente de alta resistência térmica. Seu alto teor de elementos W e Cr promove a formação de carbonetos, resultando em resistência e dureza térmica superiores em altas temperaturas, além de excelentes propriedades mecânicas em altas temperaturas. No entanto, sua tenacidade e plasticidade são relativamente baixas. Este aço apresenta alta temperatura de transformação de fase e demonstra boa resistência à fadiga térmica por ciclos alternados de calor e frio. Apresenta boa temperabilidade, sendo totalmente temperável em seções de até 80 mm de diâmetro, e possui resistência ao revenimento relativamente alta.

5.1 Propriedades mecânicas do aço 3Cr2W8V em diferentes temperaturas de revenimento

Temperatura de têmpera/°C	Rm/MPa	Rp0,2/MPa	Z (%)	Um (%)
400	1800	1400	36	18
450	4800	1420	35.5	14
500	1800	1450	35	13
550	1760	1500	35.5	12
600	1620	1410	38	8
650	1270	–	36	12

Observação: Têmpera em óleo a 1100°C.

5.2 Aço 3Cr2W8V Dureza em alta temperatura

Temperaturas (°C)	300	450	600	650	700	750
Dureza da amostra original (HRC)	Dureza em alta temperatura (HV) em várias temperaturas (°C)
48.8 ~ 49.1	479.5	448.5	414.5	398.5	354.5	208.5
42.0 ~ 43.0	390	386.5	332	304	268	203.5

5.3 Comparação de desempenho de fadiga entre aço 3Cr2W8V e 4Cr5MoSiV1

Grau de aço	Número de fissuras por fadiga	Comprimento da fissura / mm
		Comprimento total	Comprimento médio
3Cr2W8V (H21)	125	2.81	0.023
4Cr5MoSiV1 (H13)	11	0.46	0.041

6. Aplicações

O aço 3Cr2W8V é um aço para ferramentas de trabalho a quente de alta resistência térmica, adequado para a fabricação de matrizes para trabalho a quente e matrizes que suportam altas tensões em temperaturas elevadas com cargas de impacto mínimas. Exemplos incluem matrizes, pinos de núcleo e pinos ejetores para matrizes de extrusão a quente; punções, matrizes e insertos para máquinas de forjamento plano; matrizes de extrusão de ligas de cobre, moldes de fundição sob pressão ou matrizes de contraextrusão submetidas a tensões significativas de compressão, flexão e tração simultaneamente. Também é utilizado em ferramentas de corte de alta temperatura em aplicações de metal quente.