Acero para Moldes H13 Acero Redondo Laminado H13 Acero Redondo Liso H13

Código digital unificado T20502; grado 4Cr5MoSiV1. Tiene buenas propiedades integrales a temperatura media (~600°), alta templabilidad (se puede templar al aire), baja tasa de deformación por tratamiento térmico, su rendimiento y vida útil son mayores que los de 3Cr2W8V. Se puede utilizar para matrices de forjado en caliente, matrices de forjado a martillo, matrices de fundición a presión de aleaciones de aluminio, matrices de extrusión en caliente, matrices de forjado de precisión de alta velocidad y matrices de prensas de forjado, etc.

Dureza: Recocido, 245～205HB, Temple, ≥50HRC

Dureza Brinell HBW10/3000 (≤235)

El acero H13 es un acero para matrices de trabajo en caliente ampliamente utilizado y representativo. Sus características principales son:

(1) Alta templabilidad y alta tenacidad;

(2) Excelente resistencia al agrietamiento térmico y puede refrigerarse con agua en el lugar de trabajo;

(3) Tiene resistencia al desgaste moderada, y se pueden utilizar procesos de cementación o nitruración para aumentar su dureza superficial, pero la resistencia al agrietamiento térmico se reducirá ligeramente;

(4) Debido a su bajo contenido de carbono, su capacidad de endurecimiento secundario durante el revenido es pobre;

(5) Tiene la capacidad de resistir el ablandamiento a temperaturas más altas, pero la dureza disminuye rápidamente cuando la temperatura de operación es superior a 540℃ (1000℉) (es decir, la temperatura de trabajo es 540℃);

(6) Pequeña deformación después del tratamiento térmico;

(7) Maquinabilidad media y alta;

(8) Resistencia moderada a la descarburización.

Lo que es más notable es que también se puede utilizar para fabricar componentes importantes en la industria de la aviación.

Sus aplicaciones son básicamente las mismas que las del acero para moldes 9CRWMN, pero debido a su contenido de vanadio ligeramente superior, su rendimiento a temperaturas medias (600 grados) es mejor que el del acero 4Cr5MoSiV. Es un grado de acero representativo con aplicaciones muy amplias entre los aceros para herramientas de trabajo en caliente.

El acero para matrices H13 se utiliza para fabricar matrices de forja con grandes cargas de impacto, matrices de extrusión en caliente, matrices de forja de precisión; y matrices de fundición a presión para aluminio, cobre y sus aleaciones.

Temple: precalentamiento a 790 grados +- 15 grados, calentamiento a 1000 grados (baño de sal) o 1010 grados (horno de atmósfera controlada) +- 6 grados, mantenimiento a temperatura durante 5-15 minutos, enfriamiento al aire, revenido a 550 grados +- 6 grados; recocido, trabajo en caliente;

El acero H13 es un tipo de acero C-Cr-Mo-Si-V, extremadamente común en aplicaciones en todo el mundo. Muchos académicos de varios países han realizado investigaciones exhaustivas sobre él y están explorando mejoras en su composición química. La amplia aplicación y las excelentes propiedades del acero están determinadas principalmente por su composición química. Por supuesto, reducir los elementos de impureza en el acero también es importante. Los datos muestran que cuando Rm es 1550 MPa, reducir el contenido de azufre de 0.005% a 0.003% puede aumentar la tenacidad al impacto en aproximadamente 13J. La norma NADCA 207-2003 estipula que el acero H13 de calidad premium tiene un contenido de azufre inferior al 0.005%, mientras que el grado superior debe tener menos del 0.003% de S y 0.015% de P. La composición del acero H13 se analizará a continuación.Carbono: El contenido de carbono del acero estadounidense AISI H13, UNS T20813, ASTM (versión nueva) H13 y FED-T-570 H13 se especifica como (0.32~0.45)%, que es el rango más amplio de contenido de carbono entre todos los aceros H13. El contenido de carbono del alemán X40CrMoV5-1 y 1.2344 es (0.37~0.43)%, que es un rango más estrecho. El DIN17350 alemán también tiene X38CrMoV5-1 con un contenido de carbono de (0.36~0.42)%. El contenido de carbono del japonés SKD 61 es (0.32~0.42)%. El contenido de carbono de 4Cr5MoSiV1 y SM 4Cr5MoSiV1 en la norma GB/T 1299 y YB/T 094 de mi país es (0.32~0.42)% y (0.32~0.45)%, respectivamente, que es el mismo que SKD61 y AISI H13. Cabe señalar especialmente que el contenido de carbono del acero H13 en las normas de la North American Die Casting Association NADCA 207-90, 207-97 y 207-2003 se especifica como (0.37~0.42)%.

El contenido de carbono en el acero determina la dureza de la matriz del acero templado. Según la curva de relación entre el contenido de carbono en el acero y la dureza del acero templado, la dureza de temple del acero H13 es de aproximadamente 55HRC. Para el acero para herramientas, parte del carbono en el acero entra en la matriz del acero para causar fortalecimiento por solución sólida. Otra parte del carbono se combinará con los elementos formadores de carburos en los elementos de aleación para formar carburos de aleación. Para el acero para matrices de trabajo en caliente, además de una pequeña cantidad de carburos de aleación residuales, también se requiere que se disperse y precipite sobre la matriz de martensita templada durante el proceso de revenido para producir un fenómeno de doble endurecimiento. Por lo tanto, el rendimiento del acero para matrices de trabajo en caliente está determinado por los compuestos de carbono de aleación residuales distribuidos uniformemente y la organización de la martensita revenida. Se puede ver que el contenido de C en el acero no puede ser demasiado bajo.

El acero H13 que contiene 5% de Cr debe tener alta tenacidad, por lo que su contenido de C debe mantenerse en un nivel que forme una pequeña cantidad de carburos de aleación. Woodyatt y Krauss señalaron que en el diagrama de fases ternario Fe-Cr-C a 870℃, la posición del acero H13 está preferentemente en el límite de las regiones trifásicas de austenita A y (A+M3C+M7C3). El contenido de C correspondiente es aproximadamente 0.4%. La figura también marca las posiciones de los aceros A2 y D2, que tienen mayor resistencia al desgaste debido a cantidades aumentadas de C o Cr, a modo de comparación. Adicionalmente, es importante que mantener un contenido de C relativamente bajo mantenga el punto Ms del acero en un nivel de temperatura relativamente alto (el Ms del acero H13 generalmente se introduce como alrededor de 340℃), para que el acero obtenga una estructura de martensita principalmente con una pequeña cantidad de austenita retenida y carburos de aleación distribuidos uniformemente al templarlo a temperatura ambiente, y una estructura uniforme de martensita revenida después del revenido. Esto evita la transformación de un exceso de austenita retenida a temperaturas de trabajo, lo que afectaría el rendimiento de trabajo o la deformación de la pieza de trabajo. Estas pequeñas cantidades de austenita retenida deben transformarse completamente durante los dos o tres procesos de revenido después del temple. También se observa aquí que la estructura de martensita obtenida después de templar el acero H13 es martensita en láminas + una pequeña cantidad de martensita en placas + una pequeña cantidad de austenita retenida. Los carburos de aleación muy finos precipitados sobre la martensita en láminas después del revenido también han sido estudiados por académicos nacionales hasta cierto punto.

Como todos sabemos, aumentar el contenido de carbono en el acero mejorará la resistencia del acero. Para el acero para matrices de trabajo en caliente, aumentará la resistencia a alta temperatura, la dureza en caliente y la resistencia al desgaste, pero conducirá a una disminución de su tenacidad. Los estudiosos en la literatura del manual de productos de acero para herramientas han demostrado claramente este punto comparando las propiedades de varios aceros tipo H. Generalmente se cree que el límite de contenido de carbono que conduce a una disminución de la plasticidad y la tenacidad del acero es del 0.4%. Por lo tanto, se requiere que las personas sigan el siguiente principio en el diseño de aleaciones de acero: el contenido de carbono del acero debe reducirse tanto como sea posible manteniendo la resistencia. Algunos datos han propuesto que cuando la resistencia a la tracción del acero alcanza por encima de 1550MPa, el contenido de C debe estar en el rango de 0.3%-0.4%. La resistencia Rm del acero H13 se introduce en alguna literatura como 1503.1MPa (a 46HRC) y 1937.5MPa (a 51HRC).

Según la información de FORD y GM, el contenido de C en los aceros TQ-1, Dievar y ADC3 recomendados es 0.39% y 0.38%, etc. Los indicadores de tenacidad correspondientes se enumeran en la Tabla 1, y las razones se pueden ver a partir de esto.

Para acero para matrices de trabajo en caliente que requiere mayor resistencia, el método utilizado es aumentar el contenido de Mo o aumentar el contenido de carbono basado en la composición del acero H13, lo cual se discutirá más adelante. Por supuesto, se espera una ligera disminución en la tenacidad y la plasticidad.

2.2 Cromo: El cromo es un elemento de aleación común y económico en los aceros para herramientas aleados. En los Estados Unidos, los aceros para matrices de trabajo en caliente tipo H contienen Cr en el rango de 2%~12%. En los aceros para herramientas aleados de China (GB/T1299), los 37 grados de acero, excepto 8CrSi y 9Mn2V, contienen Cr. El cromo tiene efectos beneficiosos sobre la resistencia al desgaste, la resistencia a alta temperatura, la dureza en caliente, la tenacidad y la templabilidad del acero. Al mismo tiempo, se disuelve en la matriz y mejora significativamente la resistencia a la corrosión del acero. En el acero H13, la presencia de Cr y Si hace que la película de óxido sea densa, mejorando así la resistencia a la oxidación del acero. Además, analizando el efecto del Cr en el rendimiento al revenido del acero 0.3C-1Mn, añadir <6% de Cr es beneficioso para mejorar la resistencia al revenido del acero pero no constituye endurecimiento secundario; cuando el acero contiene >6% de Cr, se producirá un efecto de endurecimiento secundario al revenir a 550℃ después del temple. Generalmente, se elige una adición de cromo del 5% para los aceros para matrices de trabajo en caliente.

Parte del cromo en el acero para herramientas se disuelve en el acero para desempeñar un papel en el fortalecimiento por solución sólida, y la otra parte se combina con el carbono para existir en forma de (FeCr)3C, (FeCr)7C3 y M23C6 según el contenido de cromo, afectando así el rendimiento del acero. Además, también se debe considerar la interacción de los elementos de aleación. Por ejemplo, cuando el acero contiene cromo, molibdeno y vanadio, Cr>3%Cuando, Cr puede prevenir la formación de V4C3 y posponer la precipitación coherente de Mo2C, V4C3 y Mo2C son fases de fortalecimiento que mejoran la resistencia a alta temperatura y la resistencia al revenido del acero.^[14], esta interacción mejora el rendimiento de resistencia al calor del acero.

El cromo se disuelve en la austenita del acero y aumenta la templabilidad del acero. Cr, Mn, Mo, Si, Ni son todos elementos de aleación que aumentan la templabilidad del acero como el Cr. La gente está acostumbrada a caracterizar esto con factores de templabilidad. Generalmente, los datos nacionales existentes [15] todavía solo utilizan los datos de Grossmann et al. Posteriormente, el trabajo adicional de Moser y Legat [16,22] propuso determinar el diámetro básico de templabilidad Dic basado en el contenido de carbono y el tamaño de grano austenítico, y los factores de templabilidad determinados por el contenido de elementos de aleación (mostrados en la Figura 3) para calcular el diámetro crítico ideal Di del acero aleado. También se puede calcular aproximadamente a partir de la siguiente fórmula:

Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)

(1) En la fórmula, cada elemento de aleación se expresa en porcentaje másico. A partir de esta fórmula, las personas tienen una comprensión semicuantitativa bastante clara de la influencia de los elementos Cr, Mn, Mo, Si y Ni en la templabilidad del acero.

El efecto del Cr en el punto eutectoide del acero es aproximadamente similar al del Mn. Con un contenido de cromo de alrededor del 5%, el contenido de carbono en el punto eutectoide disminuye a alrededor del 0.5%. Además, la adición de Si, W, Mo, V y Ti reduce aún más significativamente el contenido de carbono en el punto eutectoide. De esto, se puede saber que el acero para matrices de trabajo en caliente y el acero de alta velocidad, como otros tipos de acero, pertenecen al acero hipereutectoide. La reducción en el contenido de carbono eutectoide aumentará el contenido de carburos de aleación en la estructura después de la austenización y en la estructura subsiguiente.

El comportamiento de los carburos de aleación en el acero está relacionado con su propia estabilidad. De hecho, la estructura, la estabilidad y el grado de deficiencia electrónica de la capa d y la capa s de electrones de los elementos formadores de carburos correspondientes están relacionados [17]. A medida que disminuye el grado de deficiencia electrónica, el radio atómico del átomo metálico disminuye, la relación del radio atómico del carbono al elemento metálico rc/rm aumenta, y el carburo de aleación cambia de una fase intersticial a un compuesto intersticial. La estabilidad del carburo se debilita, su temperatura de fusión y temperatura de disolución correspondientes en A disminuyen, el valor de su energía libre de formación disminuye y el valor de dureza correspondiente disminuye. El carburo VC, que tiene una red cúbica centrada en las caras, tiene alta estabilidad y comienza a disolverse a una temperatura de aproximadamente 900~950℃, y se disuelve en grandes cantidades por encima de 1100℃ (la temperatura de finalización de la disolución es 1413℃) [17]; precipita durante el revenido a 500~700℃, no es propenso a la agregación y el crecimiento, y puede servir como fase de fortalecimiento en el acero. Los carburos M2C y MC formados por elementos formadores de carburos moderados W y Mo tienen redes hexagonales simples y de empaquetamiento compacto, y su estabilidad es algo menor. También tienen alta dureza, punto de fusión y temperatura de disolución, y aún pueden servir como fases de fortalecimiento para aceros utilizados en el rango de 500~650℃. M23C6 (como Cr23C6, etc.) tiene una red cúbica compleja y una estabilidad aún menor. Su fuerza de enlace es débil, y su punto de fusión y temperatura de disolución son bajos (se disuelve en A a 1090℃). Solo en algunos aceros resistentes al calor después de una aleación completa tiene mayor estabilidad (como (CrFeMoW)23C6, que puede servir como fase de fortalecimiento). M7C3 (como Cr7C3, Fe4Cr3C3 o Fe2Cr5C3), que tiene una estructura hexagonal compleja, tiene una estabilidad aún menor. Al igual que los carburos tipo Fe3C, es muy fácil de disolver y precipitar y tiene una gran tasa de agregación y crecimiento, generalmente no adecuado como fase de fortalecimiento a alta temperatura [17].

Todavía podemos entender fácilmente las fases de carburo de aleación en el acero H13 a partir del diagrama de fases ternario Fe-Cr-C. Según las secciones isotérmicas del sistema Fe-Cr-C a 700℃[18~20] y 870℃[9], para el acero que contiene 0.4%C, aparecerán carburos de aleación tipo (FeCr)3C (M3C) y (CrFe)7C3 (M7C3) a medida que aumenta el contenido de Cr. Tenga en cuenta que en el diagrama de 870℃, M23C6 solo aparece cuando el contenido de Cr es superior al 11%). Además, según la sección vertical del sistema ternario Fe-Cr-C al 5% de Cr, para el acero que contiene 0.40%C en estado recocido, existen fase α (aproximadamente 1% de Cr en solución sólida) y carburo de aleación (CrFe)7C3. Cuando se calienta por encima de 791℃, se forma austenita A y entra en la región trifásica (α+A+M7C3), alrededor de 795℃ entra en la región bifásica (A+M7C3), y alrededor de 970℃, (CrFe)7C3 desaparece, entrando en la región monofásica A. Cuando el contenido de carbono en la matriz es <0.33%, la región trifásica (M7C3+M23C6+A) solo existe alrededor de 793℃, y a 796℃ entra en la región (A+M7C3) (al 0.30%C), que persiste hasta la fase líquida. El M7C3 residual en el acero tiene el efecto de inhibir el crecimiento de los granos A. Nilson propuso que para la aleación con una composición de 1.5%C-13%Cr, el (CrFe)23C6 metastable no se forma [20]. Por supuesto, habrá algunas desviaciones si solo se analiza el sistema ternario Fe-Cr-C, y se debe considerar la influencia de los elementos de aleación añadidos.