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5160 es un acero de baja aleación conocido por su excelente tenacidad. Ha sido utilizado por muchos fabricantes de cuchillas de forja debido a sus buenas propiedades y también a su amplia disponibilidad, especialmente en forma de muelles de hojas. Sin embargo, la información sobre cómo maximizar las propiedades del acero con el tratamiento térmico es escasa. Así que junto con mi padre, Devin Thomas, hicimos un pequeño estudio sobre la dureza del 5160.

Procesamiento previo

El acero tuvo que forjarse hasta el tamaño adecuado para pruebas de tenacidad, de modo que se agregue en varios pasos y tenga un efecto significativo en la respuesta del acero al tratamiento térmico dado. Si bien los tratamientos térmicos que realizamos pueden aplicarse a un rango más amplio de 5160 dado un forjado y recocido previo diferente, es más probable que el tratamiento térmico dé el mismo resultado cuando se forja, normaliza y recocida de la misma manera.

Temperatura de forja = 1800 ° F

Normalización = 1600°F durante 20 minutos seguido de un enfriamiento de la placa

Recocido = 1250°F durante 2 horas

Austenización = retención de 15 minutos a la temperatura indicada. Se probaron temperaturas de 1475, 1500, 1525, 1550 y 1575°F.

Enfriamiento = Parquea 50 aceites, seguido de 15 minutos en nitrógeno líquido

Revenido = 1 hora dos veces (enfriado a temperatura ambiente entre temperamentos). Se utilizaron temperaturas de 350, 375, 400 y 450°F.

Pruebas de tenacidad

Utilizamos el mismo procedimiento de prueba que se ha utilizado en todas nuestras otras pruebas de tenacidad, con especificaciones completas para las muestras de prueba en esta página. Son probetas de 2,5 x 10 x 55 mm sin muescas (sin manchas) y probadas con un comprobador de impacto charpy. La dureza se mide por la energía requerida para fracturar la muestra. Puedes apoyarte en cómo funciona charpy en este artículo sobre la resistencia. El uso de estas muestras estándar nos permite comparar la resistencia de 5160 con todos los demás aceros para cuchillas que hemos probado.

Dureza

La dureza más baja se midió con la temperatura de austenización más baja (1475°F), como se esperaba. Sin embargo, la dureza era relativamente plana de 1500-1575°F, lo que indica que se disolvió más carburo al aumentar de 1475 a 1500°F de temperatura de austenización, pero que no hubo un cambio significativo por encima de esa temperatura.

Para aumentar la temperatura de templado, la dureza se redujo, como se esperaba. Se alcanzó poco más de 60 Rc con una temperatura de templado relativamente baja de 350 ° F, y solo 57.3 Rc con 450°F.

Tenacidad

Se alcanzó un pico de tenacidad con una temperatura de austenización de 1525 ° F, aunque la tenacidad es relativamente plana entre 1475-1525 ° F. La tenacidad cae por encima de 1525°F, ya sea por exceso de carbono en solución o por crecimiento de grano. Debido a que la dureza era plana por encima de los 1500°F, el crecimiento del grano es más probable. 1525 ° F es la temperatura recomendada del tratamiento térmico en la Guía del tratador térmico ASM.

Con el revenido hubo un pico de dureza con una temperatura de 400°F, con un poco menos con un revenido de 375°F. Hay una caída sorprendentemente grande en la dureza al reducir la temperatura de templado de 375 a 350°F. Esta caída grande es sorprendente porque en las pruebas de CruForgeV y AEB-L no vimos caídas similares grandes en la dureza incluso cuando se templó tan bajo como 300°F. También hubo una caída en la dureza al aumentar la temperatura de templado de 400 a 450°F, a pesar de la reducción en la dureza. La disminución de la dureza al templar a 450 ° F se debe a la «fragilidad de martensita templada» que se describe en este artículo.

Equilibrio dureza-tenacidad

En términos de templado, el equilibrio dureza-tenacidad es más alto con 375 o 400°F. El uso de 350°F llevó a un aumento de dureza de solo 0,7 Rc, pero la tenacidad se redujo drásticamente, por lo que el equilibrio dureza-tenacidad es mucho más pobre. El aumento de la temperatura de templado de 400 a 450°F condujo a una disminución tanto de la dureza como de la tenacidad. Por lo tanto, no se recomienda templar por encima de 400 o por debajo de 375°F.

El aumento de la temperatura de austenización entre 1475 y 1525°F condujo a aumentos en dureza y tenacidad, para un pico en el equilibrio dureza-tenacidad a 1525°F. La austenización superior a 1525 condujo a una pequeña disminución en la dureza y una reducción significativa en la tenacidad, por lo que no se recomiendan esas temperaturas de austenización.

Debido a las caídas en la dureza con temperaturas de templado bajas o altas, y la dureza relativamente plana con diferentes temperaturas de austenización, 5160 no parece ser muy flexible en términos de sus posibles combinaciones de propiedades. La austenización en el rango de 1500-1525°F y el revenido en el rango de 375-400°F proporcionan la mejor combinación de propiedades, y el ajuste a partir de ahí proporciona una caída en la dureza, dureza o ambas. Tal vez la eliminación del paso criogénico conduciría a una mejora en la dureza junto con una caída correspondiente en la dureza. De lo contrario, no sea demasiado creativo en el tratamiento térmico 5160.

5160 vs Otros Cuchillo Aceros

Para nuestro óptimo de tratamiento de calor, 5160 resistencia es muy alta en comparación con otros aceros. Esto está en línea con lo que esperaríamos en base a la fracción de carburo muy baja en el 5160 tratado térmicamente. 5160 era mejor que cualquier otro acero aparte del 8670. Sin embargo, el acero 8670 fue tratado térmicamente sin un tratamiento criogénico, por lo que no estoy seguro de si el 8670 tiene una mejor tenacidad intrínsecamente, tal vez debido a su adición de níquel, o si la austenita retenida es mayor debido a la falta de tenacidad criogénica mejorada.

Resumen y conclusiones

5160 tiene muy buena resistencia con un tratamiento térmico usando una temperatura de austenización de 1500-1525°F y templada a 375-400°F. Eso resulta en 58.5-59.5 Rc y muy alta dureza cuando se trata térmicamente con un paso criogénico. Saltarse la criogenia puede mejorar ligeramente la resistencia con una caída en la dureza, pero esto no se probó. Se recomienda el procesamiento previo utilizado en este estudio (temperatura de forja, normalización y recocido) para garantizar los mismos resultados, pero el tratamiento térmico aún puede funcionar con el material de barra recocido utilizado para la eliminación de material.