Industrial scale extrusion performance of cryogenically processed DIN 100 Cr6 and DIN 21NiCrMo2 steels

• Autores: Bahadır Karaca, Levent Cenk Kumruoglu
• Localización: Revista de metalurgia, ISSN 0034-8570, Vol. 58, Nº. 1, 2022
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Resistencia al desgaste y rendimiento durante procesos de extrusión a escala industrial de los aceros 100Cr6 y 21NiCrMo2 sometidos a tratamientos criogénicos
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• Resumen
  • español

      Se ha investigado los efectos de diferentes parámetros de tratamiento térmico y criogénico como la temperatura y el tiempo de mantenimiento sobre la microestructura (cantidad de austenita retenida) y la dureza de moldes de extrusión producidos a partir de los aceros 21NiCrMo2 y 100Cr6. La matriz de extrusión del acero 21NiCrMo2 se cementó durante 22,5 h en una atmósfera de gas (25% CO, 35% N2, 40% H2) a 920 °C. Al final del proceso de cementación, la temperatura se mantuvo a 850 °C, que es la temperatura de austenización, durante 2 h, seguido de enfriamiento en aceite a 80 °C, permaneciendo en aceite durante 45 minutos. No se realizó este proceso de cementación para los moldes de extrusión fabricados con el acero 100Cr6. En este acero solo se llevó a cabo el tratamiento de austenización a la temperatura de 850 °C (manteniendo durante 2 h). Los moldes de acero que se fabricaron con aceros los 21NiCrMo2 y 100Cr6 se trataron posteriormente de manera criogénica a -120 °C durante 2 h y, posteriormente, se templaron a 150 °C durante 1,5 h. Como resultado del tratamiento criogénico, la dureza del acero 21NiCrMo2 aumentó hasta los 840 Hv y mejoró la resistencia al desgaste de la superficie de la matriz de extrusión. La cantidad de austenita residual disminuyó del 20% al 6% después del tratamiento criogénico. Por efecto del proceso criogénico, la dureza superficial de la muestra de acero 100Cr6 aumentó a ~870 Hv, lo que supone un incremento del 4,5%, debido a la transformación de la austenita residual a martensita. La pérdida de masa durante el ensayo de desgaste de las matrices de extrusión endurecidas se redujo de 0,1420 mg a 0,0221 mg. El valor de resistencia al impacto medido en esta condición fue de 20 J. El acero 100Cr6 después del tratamiento criogénico se usó para extruir 12 toneladas de aleación de Al en una prensa industrial. Esta cantidad de material es un 30% inferior a la del acero para herramientas para trabajo en caliente. Por otro lado, el acero 100Cr6 es más económico y el tratamiento térmico es más práctico. El rendimiento durante el proceso de extrusión del acero 21NiCrMo2 fue un 50% inferior al del acero para herramientas de trabajo en caliente.

  • English

    The effects of diferent heat and cryogenic (sub-zero) treatment parameters such as temperature and holding time on the microstructure (amount of retained austenite) and hardness of extrusion molds produced from the 21NiCrMo2 and 100Cr6 steels were investigated. The 21NiCrMo2 grade extrusion die was carburized for 22.5 h in an endogas (25% CO, 35% N2, 40% H2) atmosphere at 920 °C. At the end of the carburization process, the temperature was kept at 850 °C, which is the austenitization temperature, for 2 h, followed by cooling in oil at 80 °C and remaining in oil for 45 minutes. The carburizing process was not performed for the extrusion molds made of 100Cr6 steel grade. Only the austenitizing heat treatment at 850 °C (holding for 2 h) was carried out in this steel. The steel molds which were produced with 21NiCrMo2 and 100Cr6 steels were cryogenically treated at -120 °C for 2 h and subsequently tempered at 150 °C for 1.5 h. As a result of the cryogenic treatment, the hardness of 21NiCrMo2 steel increased to 840 Hv and the wear resistance of the extrusion die surface was improved. The amount of residual austenite decreased from 20% to 6% after the cryogenic treatment. Due to the effect of the cryogenic process, the surface hardness of the 100Cr6 steel sample increased to ~870 Hv, which implies an increase of 4.5%, due to the transformation of residual austenite to martensite. The mass loss, during the wear tests, of the hardened extrusion dies was reduced from 0.1420 mg to 0.0221 mg. The notch impact strength value measured in this condition was 20 J. The 100Cr6 steel after the cryogenic treatment was used to extrude 12 tons of Al alloy in an industrial press. This amount of material is 30% lower than for hot work tool steel. On the other hand, the 100Cr6 steel is more economical and heat treatment is more practical. The extrusion performance of 21NiCrMo2 steel was 50% lower than the hot work tool steel.