4Cr5MoSiV1 é um aço para ferramentas de trabalho a quente de acordo com a norma chinesa GB/T 1299. É um aço para ferramentas de trabalho a quente de cromo-molibdênio-vanádio (Cr-Mo-V) amplamente utilizado, comumente conhecido internacionalmente por designações como H13 (AISI/ASTM), SKD61 (JIS), 1.2344 (DIN) e X40CrMoV5-1 (ISO/EN/DIN). Este tipo de aço apresenta excelente resistência e tenacidade, boa trabalhabilidade a quente e resistência à fadiga térmica.

1. Composição Química (GB/ T 1299—2000)

C	Si	Mn	Cr	Mo	V	P	S
0.32-0.45	0.80-1.20	0.20-0.50	4.75-5.50	1.10-1.75	0.80-1.20	≤0.030	≤0.030

2. Propriedades físicas de 4Cr5MoSiV1

2.1 Temperaturas do Ponto Crítico

Ponto crítico	Ac1	Ac3	Ar1	Ar3	Senhora	Mf
Temperatura /°C	860	915	775	875	340	215

2.2 Coeficiente de Expansão Linear

Temperatura/°C	20 ~ 100	20 ~ 200	20 ~ 300	20 ~ 400	20 ~ 500	20 ~ 600	20 ~ 700
Coeficiente de expansão linear α/×10⁻⁶℃⁻¹	9.1	10.3	11.5	12.2	12.8	13.2	13.5

2.3 Condutividade Térmica

Temperatura/°C	250	650
Condutividade térmica λ/[W/(m-K)]	32.2	28.8

2.4 Densidade e Módulo de Elástico

Densidade/(g/cm³)	Módulo de elasticidade E/MPa
7.8	210 000

3. Forjamento a quente Especificação do Processo de 4Cr5MoSiV1

Item	Temperatura de aquecimento/°C	Temperatura inicial de forjamento/°C	Temperatura final de forjamento/°C	Método de resfriamento
Lingote de aço	1140 ~ 1180	1100 ~ 1150	850 ~ 900	Resfriamento lento (resfriamento em areia ou poço)
Tarugo de aço	1120 ~ 1150	1050 ~ 1100	850 ~ 900	Resfriamento lento (resfriamento em areia ou poço)

4. Tratamento térmico de 4Cr5MoSiV1

4.1 Pré-aquecimento

Especificação do processo de tratamento de pré-aquecimento para aço 4Cr5MoSiV1

Plano de tratamento de pré-aquecimento	Parâmetros do processo
Processo de Recozimento Pós-Forjamento	Temperatura de aquecimento: 860 ~ 890 °C, manter por 3 ~ 4 h, resfriar abaixo de 500 °C e, em seguida, resfriar ao ar. Dureza após recozimento ≤ 229 HBW, microestrutura de perlita globular + pequena quantidade de carbonetos.
Recozimento para alívio de estresse	Temperatura de aquecimento: 730 ~ 760°C, manter por 3 ~ 4h, forno frio.

Dureza e microestrutura do aço 4Cr5MoSiV1 antes e depois do recozimento

	Antes do recozimento	Após o recozimento	Microestrutura (Antes do Recozimento)	Microestrutura (Após Recozimento)
Diâmetro de indentação/mm	≈2.75	≥3.9	Sorbita ou Martensita	Perlita globular + pequena quantidade de carbonetos
HBW	≈500	≤241

4.2 Têmpera

Especificação do processo de têmpera para aço 4Cr5MoSiV1

Temperatura de têmpera/°C	Resfriamento	Dureza HRC
1020 ~ 1080	Líquido de arrefecimento de têmpera	Temperatura do líquido de arrefecimento/°C
	Óleo ou ar	20 ~ 60

Relação entre temperatura de têmpera, dureza e tamanho de grão para aço 4Cr5MoSiV1

Temperatura de têmpera/°C	930	950	980	1000	1020	1040	1060	1080	1100
Dureza HRC	50.3	52	53.5	54.8	56.3	57.8	58.2	59.1	59.1
Tamanho/grau do grão	-	11.2	11.1	11.1	11.1	11	10	8	7

3. Têmpera

Especificação do processo de têmpera para aço 4Cr5MoSiV1

Finalidade	Temperatura de têmpera/°C	Equipamento	Resfriamento	Dureza de têmpera HRC
Alivia o estresse, reduz a dureza	560 ~ 580¹	Banho de sal fundido ou forno de ar	Ar fresco	47 ~ 49

Observação: Geralmente temperado duas vezes. A segunda temperatura de têmpera é 20 °C mais baixa que a primeira.

Relação entre temperatura de revenimento e dureza para aço 4Cr5MoSiV1

Temperatura de têmpera /°C	Dureza HRC	Temperatura de têmpera /°C	Dureza HRC
100	59.0	500	57.5
200	57.0	550	53.5
300	54.5	600	49.5
400	54.5	650	40.0
450	57.5	700	30.0

4. Especificações do processo de tratamento de reforço de superfície para aço 4Cr5MoSiV1

Processo	Temperatura/°C	Tempo/h	Médio	Camada de difusão
				Profundidade/mm	Microdureza HV
Nitretação	560	2	50% KNO₃ + 50% NaNO₃ (fração de massa)	0.04 – 0.07	640 – 690
Nitretação	580	8	Gás Natural + Amônia	0.25	835 – 860
Nitretação	530 – 550	12 – 20	A taxa de decomposição da amônia α é 30% – 60%	0.12 – 0.20	550 – 760

5. Propriedades Mecânicas

O aço 4Cr5MoSiV1 (H13) é um aço para ferramentas de trabalho a quente, endurecido ao ar. Possui boa tenacidade e alta resistência. Por ser temperado ao ar, a deformação por têmpera e a tensão residual são pequenas, e a tendência à oxidação superficial também é pequena. Pode produzir um fenômeno de têmpera secundária, possui boa estabilidade térmica e resiste à erosão da liga de alumínio fundido. Em temperaturas de trabalho abaixo de 650 °C, apresenta alta ductilidade, tenacidade ao impacto, resistência à oxidação, resistência à fadiga térmica, além de alta resistência à fluência e à tração.

5.1 Propriedades mecânicas longitudinais à temperatura ambiente

Temperatura de têmpera/°C	Após a têmpera	200	400	500	520	550	580	600	650	700
Dureza HRC	56	54	54	55.5	54	52.5	49	45.5	33	28
Resistência à Tração Rm/MPa	-	-	2040	2100	2080	1980	1780	1650	1180	-
Redução da Área Z (%)	-	-	40	34	40	48	53	54	55	-
Alongamento A (%)	-	-	11	11	11.5	12	12.5	14	18	-
Resistência ao Impacto ak/(J/cm²)	-	-	40	32	35	50	60	70	100	-

Observação: Têmpera em óleo a 1020°C, revenido 2 vezes.

5.2 Desempenho de fadiga do aço 4Cr5MoSiV1

Temperatura de teste/°C	Temperatura ambiente	540
σ₋₁/MPa	730	510
σ₋₁ₖ/MPa	670	370

5.3 Tenacidade ao Impacto Longitudinal da Barra de Aço 4Cr5MoSiV1¹

Temperatura de têmpera/°C	Dureza2 HRC	Energia de absorção de impacto Charpy V-notch/J nas seguintes temperaturas de teste
		-73°C	21°C	260°C	540°C	595°C
524	54	7	14	27	31	-
565	52	7	14	30	34	343
607	47	8	24	41	45	43
615	43	9.5	24	52	60	57

1. Resfriado a ar de 1010°C e temperado secundariamente, temperado duas vezes em cada temperatura especificada.
2. Temperatura ambiente.
3. 565°C.

5.4 Propriedades de tração longitudinal da barra de aço 4Cr5MoSiV1¹

Dureza HRC à temperatura ambiente	Temperatura de teste/°C	Resistência à Tração Rm/MPa	Limite de escoamento inferior Rm/MPa	Alongamento após fratura A (%)	Redução da Área Z (%)
522	425	1620	1240	13.7	50.6
	540	1305	1000	13.9	54
	595	1020	825	17.5	65.4
	650	450	340	28.9	88.9
483	425	1400	1150	15	59.9
	540	1160	960	17.1	62.4
	595	940	750	18	68.5
	650	455	350	33.6	89
444	425	1200	1005	17	64.1
	540	995	820	20.6	70
	595	827	690	22.6	74
	650	450	350	28.4	87

1. Temperado a 1010°C (1850°F) em óleo e depois revenido até a dureza especificada.
2. Temperado a 527°C por 2 × 2 horas.
3. Temperado a 575°C por 2 × 2 horas.
4. Temperado a 605°C por 2 × 2 horas.

6. Aplicações

O aço 4Cr5MoSiV1 é amplamente utilizado na fabricação de matrizes e mandris de extrusão a quente, matrizes de forjamento a martelo, matrizes de prensagem de forjamento, matrizes de forjamento de precisão e moldes de fundição sob pressão para alumínio, cobre, magnésio e suas ligas. A consistência e a pureza do 4Cr5MoSiV1 impactam diretamente a vida útil e o desempenho da ferramenta. Fatores como controle químico preciso, baixos níveis de fósforo e enxofre e inclusões mínimas são cruciais. Refusão por Eletroescória (ESR) pode ser utilizado para produzir aço mais limpo e homogêneo para aplicações exigentes que exigem polibilidade superior ou resistência à fadiga.