Propriedades do aço para ferramentas 5CrNiMo

O aço para ferramentas 5CrNiMo é um aço para ferramentas confiável e de baixa liga, amplamente utilizado em aplicações de trabalho a quente, particularmente em matrizes de forjamento. Na Aobo Steel, com nossa vasta experiência em forjamento de aço para ferramentas, compreendemos as propriedades e os requisitos de processamento necessários para atingir o desempenho ideal desta classe.

1. Composição química do aço ferramenta 5CrNiMo

A faixa típica de composição química do aço 5CrNiMo é:

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

Esta combinação de elementos de liga proporciona um bom equilíbrio de propriedades essenciais para aplicações de ferramentas exigentes.

2. Propriedades do aço ferramenta 5CrNiMo

2.1 Propriedades Mecânicas

• Equilíbrio: 5CrNiMo oferece uma combinação sólida de resistência, tenacidade e resistência ao desgaste, tornando-o versátil para aplicações de trabalho a quente e a frio.
• Plasticidade e Tenacidade: O aço apresenta boa ductilidade e resistência ao impacto.
• Desempenho de temperatura: Mantém propriedades mecânicas relativamente estáveis à temperatura ambiente e até 500-600°C.
• Dureza: A dureza alcançável depende diretamente dos parâmetros de têmpera e revenimento utilizados. A têmpera de 850 °C a 1000 °C, seguida de revenimento adequado, normalmente produz valores de dureza que variam de 30 s HRC a 50 s HRC. Temperaturas de têmpera mais altas geralmente aumentam a dureza após a têmpera, enquanto temperaturas de revenimento mais altas reduzem a dureza, mas melhoram a tenacidade.
• Resistência ao impacto: O tratamento térmico tem uma influência significativa na tenacidade ao impacto. Embora temperaturas de têmpera mais altas possam inicialmente reduzi-la, o revenimento correto aprimora essa propriedade. A microestrutura desejada da placa de martensita, obtida após a têmpera, contribui para uma melhor tenacidade.

2.2 Propriedades Físicas

• Expansão térmica: O coeficiente de expansão linear aumenta com a temperatura, de cerca de 12.55×10-6°C-1 (100-250°C) para 15.0×10-6°C-1 (600-700°C). Isso é importante para aplicações que envolvem mudanças de temperatura.
• Módulo de elasticidade: Diminui conforme a temperatura aumenta, de aproximadamente 209.720 MPa (temperatura ambiente) para 186.200 MPa (500 °C).
• Módulo de cisalhamento: Também diminui com a temperatura, de 83.300 MPa (temperatura ambiente) para 73.500 MPa (500°C).
• Condutividade térmica: Reduz ligeiramente em temperaturas mais altas, de ~0,44 W/(m·K) (temperatura ambiente/100°C) para ~0,35 W/(m·K) (500°C).

2.3 Desempenho em alta temperatura

• Força: Mantendo uma dureza utilizável de ~300 HBW a 500 °C, sua resistência diminui significativamente em comparação à temperatura ambiente, podendo cair pela metade em 500 °C. Devido à sua composição, apresenta menor estabilidade a quente e uma resposta de têmpera secundária mais fraca em comparação com aços de alta liga para trabalho a quente.
• Dureza: A dureza em altas temperaturas cai consideravelmente acima de 600°C.

3. Aplicações do aço para ferramentas 5CrNiMo

Dado seu perfil de propriedade, o 5CrNiMo é frequentemente usado para:

• Matrizes de forjamento: Adequado para matrizes de forjamento por martelo e prensa de grande e médio porte, especialmente aquelas com formatos complexos ou sujeitas a cargas de impacto.
• Ferramentas para trabalho a quente: Usado para corte a quente e matrizes de aparagem.
• Moldes de plástico: Suas boas características de polimento o tornam adequado para alguns componentes de moldes plásticos. Graus modificados (como 5CrNiMnMoVSCa) são usados para moldes de injeção de precisão.
• Matrizes de extrusão: Pode ser empregado em processos de extrusão a quente.
• Componentes da matriz: Frequentemente usado como corpo principal para matrizes compostas que incorporam inserções mais resistentes ao desgaste.
• Peças de equipamentos de forjamento: Componentes como cabeças de martelo e hastes de guia.
• Matrizes para trabalho a frio: Aplicável em certos cenários de trabalho a frio.

4. Tratamento térmico de aço ferramenta 5CrNiMo

O tratamento térmico correto é essencial para o desempenho do 5CrNiMo. A experiência da Aobo Steel garante o manuseio adequado nas seguintes etapas:

4.1 Recozimento

• Geralmente realizado após o forjamento para amolecer o aço para usinagem.
• Métodos comuns: recozimento convencional (760-780°C) ou recozimento isotérmico (850-870°C, manter ~680°C).
• Resfriamento: Resfriamento do forno a <500 °C e, em seguida, resfriamento ao ar. Dureza alvo: 197-241 HBW.

4.2 Têmpera

• Faixa padrão: 830-860 °C. Recomenda-se pré-aquecimento em etapas (por exemplo, 600-650 °C).
• Método: A têmpera em óleo é comum. A têmpera retardada (resfriamento a 750-780 °C ao ar antes da aplicação de óleo) pode reduzir a distorção. Garanta um resfriamento rápido em faixas de transformação críticas para uma estrutura martensítica, especialmente em seções maiores.
• A têmpera em alta temperatura (~900-950°C) pode produzir martensita ripada para melhor tenacidade, mas é essencial evitar o crescimento excessivo de grãos.

4.3 Têmpera

• Execute imediatamente após a têmpera.
• Matrizes de forjamento: temperadas entre 490-580°C para atingir uma dureza de 34-47 HRC, dependendo do tamanho e do uso.
• Hastes da matriz: têmpera mais alta (620-660 °C) para maior tenacidade (30-37 HRC).
• Observação: Evite revenir entre 300 °C e 450 °C devido ao risco de fragilização por revenimento. O revenimento duplo costuma ser benéfico.

4.4 Tratamentos de Superfície

• Tratamentos de nitretação, boratação ou compostos podem ser aplicados para melhorar a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a vida útil da fadiga.

5. Comparação com outros aços para ferramentas

• vs. 5CrMnMo: O 5CrNiMo geralmente oferece melhor temperabilidade e propriedades de alta temperatura, tornando-o adequado para matrizes maiores. O 5CrMnMo pode ser escolhido para matrizes menores que exigem maior resistência e resistência ao desgaste em vez de tenacidade.
• vs. Graus mais recentes (por exemplo, 4CrMnSiMoV, 5Cr2NiMoVSi): Essas classes foram desenvolvidas para abordar as limitações do 5CrNiMo, oferecendo melhor resistência a altas temperaturas e resistência à fadiga.
• vs. Graus de alta liga (por exemplo, H13/4Cr5MoSiV1, 3Cr2W8V): O 5CrNiMo apresenta menor resistência ao calor e ao desgaste. H13 e graus similares são preferidos para temperaturas muito altas ou condições abrasivas.

6. Considerações sobre qualidade e forjamento

O desempenho final depende muito da qualidade metalúrgica do aço, incluindo controle de inclusão e homogeneidade, bem como práticas adequadas de forjamento.

• Controle de qualidade: Processos como o refino a vácuo melhoram a limpeza do aço.
• Forjamento: A redução controlada e o resfriamento lento após o forjamento são cruciais para evitar defeitos internos, aos quais o 5CrNiMo é suscetível. Os mais de 20 anos de experiência em forjamento da Aobo Steel garantem que esses fatores sejam gerenciados corretamente.

7. Resumo

O 5CrNiMo é um aço para ferramentas de baixa liga, versátil e econômico, que proporciona um bom equilíbrio entre tenacidade, resistência mecânica e resistência ao desgaste para diversas aplicações em matrizes de forjamento a quente e algumas aplicações em trabalho a frio. A obtenção de resultados ideais depende fundamentalmente de um tratamento térmico preciso e de um material de partida de qualidade. Embora existam ligas mais recentes, o 5CrNiMo continua sendo a escolha padrão para diversos requisitos de ferramentas.