Aço para ferramentas 5CrNiMo

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)

2. Propriedades físicas do 5CrNiMo

2.1 Temperatura crítica de 5CrNiMo

2.2 Coeficiente de expansão linear de 5CrNiMo

2.3 Módulo de elasticidade de 5CrNiMo

2.4 Módulo de cisalhamento de 5CrNiMo

2.5 Condutividade Térmica

2.6 Capacidade térmica específica

2.7 Densidade é 7,804 g/cm³.

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

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.

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4. Tratamento térmico de 5CrNiMo

4.1 Pré-aquecimento

① Opções de recozimento pós-forjamento

2 Microestrutura e Dureza Antes e Depois do Recozimento

4.2 Têmpera

① Especificação do processo de têmpera recomendado

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

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

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

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

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

5.2 Resistência ao impacto em alta temperatura do 5CrNiMo

5.3 Desempenho de fadiga térmica

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

5.4 Desempenho de desgaste térmico

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

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.