O aço 5CrNiMo é um aço tradicional de baixa liga para ferramentas de trabalho a quente, amplamente utilizado em diversas aplicações, especialmente em matrizes de forjamento. Possui excelente temperabilidade, boa tenacidade e resistência moderada a temperaturas elevadas, embora apresente algumas limitações em aplicações de temperaturas muito altas ou alto desgaste. O 5CrNiMo é uma classe que atende ao padrão GB/T da China, com classes equivalentes, incluindo as americanas. AISI L6, japonês JIS SKT4 e alemão DIN W-Nr. 1.2713 e 1.2714.

1. Composição química do aço 5CrNiMo (GB / T 1299—2000)

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	P	S
0.50-0.60	≤0.40	0.50-0.80	0.50-0.80	1.40-1.80	0.15-0.30	≤0.030	≤0.030

2. Propriedades físicas do 5CrNiMo

2.1 Temperatura crítica de 5CrNiMo

Ponto crítico	Ac1	Ac3	Ar1	Ar3	Senhora
Temperatura/ °C	730	780	610	640	230

2.2 Coeficiente de expansão linear de 5CrNiMo

Temperatura / °C	100 ~ 250	250 ~ 300	350 ~ 600	600 ~ 700
Coeficiente de expansão linear α / x10⁻⁶ °C⁻¹	12.55	14.1	14.2	15.0

2.3 Módulo de elasticidade de 5CrNiMo

Temperatura / °C	Temperatura ambiente	100	200	300	400	500
E / MPa	209 720	206 780	203 840	198 940	193 060	186 200

2.4 Módulo de cisalhamento de 5CrNiMo

Temperatura / °C	Temperatura ambiente	100	200	300	400	500
G/MPa	83 300	82 320	80 360	78 400	75 460	73 500

2.5 Condutividade Térmica

Temperatura / °C	Temperatura ambiente	100	200	300	400	500
λ / [W / (m · K)]	0.44	0.44	0.43	0.43	0.39	0.35

2.6 Capacidade térmica específica

Temperatura / °C	Temperatura ambiente ~ 100	Temperatura ambiente ~ 200	Temperatura ambiente ~ 300	Temperatura ambiente ~ 400	Temperatura ambiente ~ 500
cₚ (20°C) / [J / (kg · K)]	0.484	0.497	0.509	0.531	0.552

2.7 Densidade é 7,804 g/cm³.

3. Especificação do processo de forjamento a quente de 5CrNiMo

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	800 ~ 880	Resfriamento lento (resfriamento em poço ou areia)
Tarugo de aço	1100 ~ 1150	1050 ~ 1100	800 ~ 850	Resfriamento lento (resfriamento em poço ou areia)

Observação: O aço 5CrNiMo pode ser endurecido por resfriamento ao ar, mas é propenso à formação de manchas brancas, por isso deve ser resfriado lentamente após o forjamento. Para peças forjadas grandes, elas devem ser mantidas em um forno a 600 °C até que a temperatura se torne uniforme, depois resfriadas lentamente a 150-200 °C e, finalmente, resfriadas ao ar. Para peças forjadas maiores, o revenimento deve ser realizado imediatamente após o resfriamento a 150-200 °C.

4. Tratamento térmico de 5CrNiMo

4.1 Pré-aquecimento

① Opções de recozimento pós-forjamento

Opção de tratamento térmico preliminar	Parâmetros do processo
Recozimento Pós-Forjamento	Aquecer a 760–780 °C, manter por 4–6 horas e, em seguida, resfriar o forno abaixo de 500 °C antes de descarregar para resfriamento a ar. Após o recozimento, a dureza varia de 197 a 241 HBW, com uma microestrutura de perlita + ferrita.
Recozimento Isotérmico Pós-Forjamento	Temperatura de aquecimento: 850–870 °C, mantida por 4–6 horas; Temperatura isotérmica: 680 °C, mantida por 4–6 horas; Resfriado no forno abaixo de 500 °C e então removido para resfriamento a ar; Dureza pós-recozimento: 197–241 HBW; Microestrutura: perlita + ferrita.
Forjamento Renovação Recozimento de Matriz	Aquecer a 710–730 °C, manter por 4–6 horas e, em seguida, resfriar no forno a menos de 500 °C antes de remover para resfriamento ao ar. Dureza pós-recozimento: 197–241 HBW.

2 Microestrutura e Dureza Antes e Depois do Recozimento

Diâmetro de indentação / mm	HBW	Microestrutura (Antes do Recozimento)	Microestrutura (Após Recozimento)
3.9 ~ 4.3	241 ~ 197	Troostita + Martensita	Perlita + Ferrita

4.2 Têmpera

① Especificação do processo de têmpera recomendado

Temperatura de têmpera/°C	Meio de resfriamento de têmpera	Temperatura do meio de resfriamento de têmpera/°C	Continuação	Dureza HRC
830 ~ 860	Óleo	20 ~ 60	Tempere imediatamente após esfriar a 150 ~ 180°C	53 ~ 58

Observação:

• Para moldes grandes, use o limite superior para temperatura de aquecimento de têmpera; para moldes pequenos (comprimento lateral abaixo de 200–300 mm), use o limite inferior.
• Para minimizar o estresse e a deformação durante a têmpera, após o aquecimento a 830–860 °C, primeiro pré-resfrie ao ar a 750–780 °C e, em seguida, tempere em óleo a 150–180 °C. Remova e revena imediatamente.
• Para moldes grandes, aqueça lentamente até 600–650 °C e mantenha por 1–1,5 hora. Aumente a temperatura do forno somente após o aquecimento completo. Para melhorar a qualidade do aquecimento, coloque as peças sobre placas de apoio com 60–100 mm de espessura durante o aquecimento.
• A têmpera do módulo em baixas temperaturas de imersão em óleo aumenta o risco de trincas. Para evitar trincas, a prática atual frequentemente envolve a imersão em óleo a cerca de 200 °C. Embora isso produza uma camada superficial martensítica, o núcleo permanece no estado austenítico. Para prolongar a vida útil, a têmpera isotérmica pode ser empregada.

② Processo de têmpera isotérmica

Tipo de processo	Temperatura de têmpera (°C)	Meio de resfriamento	Temperatura média (°C)	Temperatura e tempo isotérmicos	Dureza de têmpera (HRC)	Microestrutura após têmpera
Têmpera isotérmica	830 – 860	Óleo	20 – 60	Resfrie a superfície do molde a 150-200°C e mantenha em um banho de 280-300°C por 2-3h	–	Pequena quantidade de bainita + bainita inferior + austenita retida. Após o revenimento, a bainita se transforma em bainita inferior.
Têmpera em alta temperatura	890 – 910	Óleo	–	–	61.5	Martensita ripada + austenita retida (aprox. 9,2% por volume), tamanho de grão 7-8.

Observações:

• Têmpera isotérmica: Este processo reduz a tendência do molde rachar e melhora sua vida útil.
• Têmpera em alta temperatura: A temperatura de revenimento é de 420-550°C, revenido duas vezes, resultando em uma dureza de 38-47 HRC.

4.3 Têmpera

① Especificações do processo de têmpera recomendado

Plano	Finalidade de têmpera	Especificação de matriz de forjamento	Temperatura de revenimento (°C)	Equipamentos de aquecimento	Dureza (HRC)
I	Elimine o estresse, estabilize a estrutura e o tamanho	Pequeno	490 ~ 510	Forno a gás ou forno elétrico	44 ~ 47
		Médio	520 ~ 540		38 ~ 42
		Grande	560 ~ 580		34 ~ 37
II		Cauda de andorinha (média)	620 ~ 640		34 ~ 37
		Cauda de andorinha (pequena)	640 ~ 660		30 ~ 35

Observação: Após o revenimento, deve-se realizar a têmpera em óleo para evitar o desenvolvimento de fragilidade no revenimento. Para aliviar as tensões geradas durante o revenimento em óleo, pode-se realizar um segundo revenimento a 160–180 °C. Matrizes de forjamento grandes não devem ser resfriadas à temperatura ambiente em óleo durante o revenimento ou a têmpera, pois isso pode causar trincas.

② Efeito das temperaturas de têmpera e revenimento na tenacidade ao impacto

	Temperatura de têmpera (°C)	300	350	400	450	500
Temperatura de têmpera (°C) 840	Os valores na tabela representam a tenacidade ao impacto, a_k / (J/cm²).	21	25	29	35	45
Temperatura de têmpera (°C) 950		19	20	23	25	35
Temperatura de têmpera (°C) 1000		13	16	20	23	30

Observação: Quando o módulo de aço 5CrNiMo é temperado a 380-450°C, a austenita super-resfriada no núcleo se transforma em uma estrutura de bainita superior, resultando em tenacidade ao impacto extremamente baixa.

3 Efeito das temperaturas de têmpera e revenimento na dureza de 5CrNiMo

	Temperatura de têmpera (°C)	300	350	400	450	500	550	600
Temperatura de têmpera (°C)850	Dureza HRC	52	50	48	45	41	38	32
Temperatura de têmpera (°C)900		52	50	48	45	41	38	32
Temperatura de têmpera (°C) 950		53	51	49	46	42	39	33
Temperatura de têmpera (°C) 1000		54	52	50	47	43	40	34

5. Propriedades Mecânicas

O aço 5CrNiMo é um aço tradicional para forjamento a quente, apresentando boa plasticidade e tenacidade, além de resistência mecânica e resistência ao desgaste adequadas. É insensível a efeitos de tamanho, com propriedades mecânicas à temperatura ambiente quase idênticas às de temperaturas que variam de 500 a 600 °C. Quando aquecido a 500 °C, mantém uma dureza de aproximadamente 300 HBW. Devido ao seu baixo teor de elementos formadores de carboneto, o efeito de têmpera secundária é fraco, resultando em baixa estabilidade térmica e baixa resistência a altas temperaturas.

5.1 Dureza em alta temperatura de 5CrNiMo

Temperatura (°C)	300	450	600	650	710	750
Dureza (HV)	383	351 ~ 354	254 ~ 274	201 ~ 203	147 ~ 154	71.3 ~ 72.7

5.2 Resistência ao impacto em alta temperatura do 5CrNiMo

Temperatura (°C)	300	600	650	700
Energia de absorção de impacto (KU/J)	48.4	36.4	36.3	70.3

5.3 Desempenho de fadiga térmica

Método e estado de teste	20°C ←→ 650°C (1000 ciclos)	20°C ←→ 750°C (1000 ciclos)
Nível¹	13.4	20.0

¹Quanto maior o nível, pior o desempenho de fadiga térmica.

5.4 Desempenho de desgaste térmico

Número de revoluções	300	600	900	1200	1500	2500
Perda de peso / mg	1.00	2.43	3.27	4.2	4.97	5.97

Observação: Utilizando o método SR Tittagala, a uma temperatura de 800 ~ 850°C e uma pressão de 784~850N.

5.5 Propriedades mecânicas da superfície e propriedades mecânicas do núcleo

Papel	Localização	Rm/ MPa (Resistência à Tração)	Ro/ MPa (Resistência ao escoamento)	A (%)(Alongamento)	Z (%)(Redução de Área)	KU/J (Energia de Impacto)
Temperatura ambiente	Superfície	1310	–	–	41	31.3
Temperatura ambiente	Essencial	1020	761	16	42	14.1
300°C	Superfície	1214	–	–	58	48.4
300°C	Essencial	1011	833	26	62	59.2

Observação: Durante a têmpera de peças de grandes seções, diferentes taxas de resfriamento entre a camada superficial e o núcleo resultam em propriedades mecânicas distintas. Esse fenômeno no aço é denominado efeito de massa, também conhecido como efeito de tamanho.

6. Aplicações

O aço 5CrNiMo, devido à sua excelente temperabilidade, apresenta dureza quase uniforme em toda a sua seção transversal quando grandes blocos (300 mm × 400 mm × 300 mm) são submetidos a têmpera em óleo a 820 °C, seguida de revenimento a 560 °C. É utilizado principalmente na fabricação de matrizes de forjamento de pequeno e médio porte, com comprimentos laterais ≤ 300 mm e temperaturas de operação abaixo de 500 °C. É mais adequado para a produção em massa de módulos de grande e médio porte, podendo também ser utilizado na fabricação de componentes de moldes de fundição com formas complexas.