Acciaio legato da cementazione DIN 16MnCr5 1.7131 5115

Panoramica del prodotto

DIN 16MnCr5 (1.7131) è un classico acciaio da cementazione bassolegato della serie Mn-Cr, rinomato per la sua eccellente temprabilità, distribuzione uniforme della durezza dopo il trattamento termico e proprietà meccaniche equilibrate. Forma una superficie dura e una struttura centrale resistente dopo la cementazione e il rinvenimento a bassa temperatura, che soddisfa perfettamente i requisiti prestazionali delle parti meccaniche in condizioni di carico dinamico e usura. Ha gradi equivalenti corrispondenti nei principali sistemi standard nazionali in tutto il mondo, come ASTM 5115 nello standard americano e 16CrMnH/20CrMnTi nello standard cinese, ed è ampiamente utilizzato nella produzione automobilistica, nella lavorazione meccanica, negli stampi di precisione e in altri settori.

Gradi di acciaio equivalenti

Paese	U.S.A.	Europa	Cina
Standard	ASTM A29	EN10084	GB/T3077
Grado	5115	16MnCr5/1,7131	16CrMnH/20CrMnTi

Caratteristiche del prodotto

Composizione chimica

Grado	C	Sì	Mn	P	S	Cr
5115	0,13-0,18	0,15-0,35	0,70-0,90	0,035Max	0,040Max	0,70-0,90
16MnCr5/1,7131	0,14-0,19	0,40Max	1.00-1.30	0,025Max	0,035Max	0,80-1,10
20CrMnTi	0,17-0,23	0,17-0,37	0,80-1,10	0,030Max	0,030Max	1.00-1.30

Proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche del 16MnCr5 1.7131 mostrano evidenti differenze al variare delle dimensioni e del processo di trattamento termico. Di seguito sono riportati gli indici di prestazione standard specificati nelle norme EN 10084 e ISO 683-11, che costituiscono il riferimento fondamentale per la selezione e la lavorazione dei materiali.

1. Resistenza alla trazione dopo indurimento e rinvenimento a 200 ℃ (EN 10084, Min)

Intervallo di dimensioni	Resistenza alla trazione
d≤16	1000 MPa minimo
16＜d≤40	800 MPa minimo
40＜d≤100	500 MPa minimo

2. Proprietà meccaniche in condizioni di cementazione simulata (ISO 683-11-1987)

Intervallo di dimensioni	Resistenza alla trazione	Forza di rendimento	Accompagnamento	Valore d'impatto A RT/J
d=16	880-1230 MPa	600 MPa minimo	9% minimo	25J minimo
d=30	770-1120 MPa	520 MPa minimo	10% minimo	25J minimo
d=63	650-1000 MPa	450 MPa minimo	11% minimo	25J minimo

3. Requisiti di campionamento per i pezzi di prova

Tutti i provini di acciaio da cementazione 16MnCr5 devono essere campionati a 1/4 del diametro/spessore al di sotto della superficie trattata termicamente in conformità alla EN 10084; requisiti speciali di campionamento devono essere implementati in conformità con il contratto acquirente-venditore.

Durezza superficiale e temprabilità

Durezza nei diversi stati di trattamento termico

La durezza di 16MnCr5 1.7131 può essere regolata in base alle esigenze di lavorazione e l'intervallo di durezza standard dei diversi stati di trattamento termico è il seguente:

Trattamento termico	Durezza
Trattato per migliorare la tagliabilità (+S)	HB255Max
Ricotto dolce (+A)	HB207Max
Trattato nella gamma di durezza (+ TH)	156-207HBW
Trattato con struttura ferrite-perlite e intervallo di durezza (+ FP)	140-187HBW
Normalizzato(+N)	138-187HBW

Temprabilità finale (HRC)

Quando ordinati con requisiti di temprabilità normale (+H), alta (+HH) o bassa (+HL), i valori di durezza a diverse distanze dall'estremità temprata soddisfano i seguenti standard (l'indice fondamentale per giudicare la temprabilità di pezzi di grande sezione):

Distanza in mm dall'estremità bonificata
Distanza		1.5	3	5	7	9	11	13	15	20	25	30	35	40
Durezza Nell'HRC+H	massimo	47	46	44	41	39	37	35	33	31	30	29	28	27
	min	39	36	31	28	24	21	/	/	/	/	/	/	/
Durezza In HRC+HH	massimo	47	46	44	41	39	37	35	33	31	30	29	28	27
	min	42	39	35	32	29	26	24	22	20	/	/	/	/
Durezza Nell'HRC + HL	massimo	44	43	40	37	34	32	30	28	26	25	24	23	22
	min	39	36	31	28	24	21	/	/	/	/	/	/	/

Bande di dispersione per la durezza Rockwell - C nella prova di temprabilità finale.

Specifiche di fornitura, tolleranze e informazioni sulle scorte

Qilu Steel fornisce una gamma completa di prodotti 16MnCr5 1.7131 tra cui barre laminate a caldo, barre forgiate a caldo, piastre laminate a caldo e blocchi forgiati a caldo, con specifiche complete e stock stabile e possono essere personalizzati in base alle esigenze del cliente.

Specifiche di fornitura

Tipo di prodotto	Intervallo di dimensioni	Lunghezza
Barra laminata a caldo	Φ14-Φ280mm	6.000-9.000 mm
Barra forgiata a caldo	Φ140-Φ1200 mm	3000-5800 mm
Lamiera/lamiera laminata a caldo	T:20-120 mm; L: 410-810 mm	2000-5800 mm
Blocco forgiato a caldo	T: 80-800 mm; L: 100-2500 mm	2000-5800 mm

Finitura superficiale e tolleranza dimensionale

Finitura superficiale	Trasformato	Fresato	Rettifica(migliore)	Lucido (migliore)	Sbucciato (migliore)	Forgiato Nero	Nero laminato
Tolleranza	+0/+3 mm	+0/+3 mm	+0/+0,05 mm	+0/+0,05 mm	+0/+0,1 mm	+0/+5 mm	+0/+1 mm
Linearità	1 mm/1000 mm massimo.					3 mm/1.000 mm massimo.

Specifiche disponibilità (diametro barra laminata a caldo)

Lo stock mensile di barre laminate a caldo e forgiate da 16MnCr5 supera le diecimila tonnellate, con i seguenti diametri di stock regolari:

• 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 35, 38, 40, 42, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280 mm

Nota: le specifiche e le quantità delle scorte vengono aggiornate in tempo reale in base alle vendite e alla produzione. Per le ultime informazioni sulle scorte, contatta direttamente il nostro personale di vendita.

Tecnologia di lavorazione della forgiatura

La forgiatura è il processo chiave per migliorare la compattezza e le proprietà meccaniche del 16MnCr5 1.7131. I parametri standard del processo di forgiatura vengono seguiti rigorosamente per evitare difetti come crepe interne e struttura allentata:

• Preriscaldamento: inserire il lingotto 16MnCr5 nel forno e preriscaldarlo a 600-700 ℃ (eliminare lo stress interno, evitare shock termico).

• Riscaldamento alla temperatura iniziale di forgiatura: continuare a riscaldare il lingotto a 1150-1200 ℃ e mantenerlo caldo in modo uniforme.

• Operazione di forgiatura: la temperatura finale di forgiatura non deve essere inferiore a 850-900℃ (garantire la plasticità dell'acciaio, evitare crepe dovute alla forgiatura a freddo).

• Raffreddamento post-forgiatura: Raffreddare all'aria o in forno (raffreddamento lento per eliminare lo stress di forgiatura, prevenire fessurazioni superficiali).

Trattamento termico

Il processo di trattamento termico di 16MnCr5 1.7131 è progettato per le caratteristiche della sua lega e i parametri possono essere opportunamente regolati in base alle dimensioni della parte e ai requisiti prestazionali. Il processo principale e la temperatura chiave sono i seguenti:

Processo	Temperatura	Metodo di raffreddamento	Scopo principale
Ricottura morbida	790-810 ℃	Raffreddamento del forno	Ridurre la durezza, migliorare la lavorabilità
Normalizzazione	880-900 ℃	Raffreddamento ad aria	Affina i grani, elimina i difetti strutturali, prepara la cementazione

Processo chiave per la cementazione e l'indurimento

Processo	Intervallo di temperatura	Processo di corrispondenza
Fine del test di raffreddamento dell'austenitizzazione	870 ℃	Prova standard di temprabilità
Carburazione	880-980℃	Determinare il tempo di tenuta in base alla profondità dello strato di cementazione
Indurimento del nucleo	860-900 ℃	Si abbina al processo di cementazione, garantisce la robustezza del nucleo
Cementazione	780-820 ℃	Garantire durezza superficiale e resistenza all'usura

Tempra e rinvenimento

• Riscaldamento: riscaldare l'acciaio a 820-850 ℃ e mantenerlo caldo in modo uniforme (la temperatura inferiore è per la tempra in acqua, la temperatura superiore è per la tempra in olio).

• Tempra: tempra in acqua o olio (a seconda delle dimensioni del pezzo e dei requisiti di deformazione).

• Rinvenimento: Temperare a 150-200℃ nel forno e tenere al caldo.

• Raffreddamento post-tempra: estrarre dal forno e raffreddare all'aria (eliminare lo stress da tempra, stabilizzare la durezza superficiale e la tenacità del nucleo).

Nota: i parametri di cui sopra sono solo indicativi e il processo specifico dovrà essere ottimizzato in base alle effettive apparecchiature di produzione e ai requisiti delle parti.

Saldabilità

16MnCr5 ha una saldabilità moderata e la sua saldabilità è influenzata principalmente dal contenuto di carbonio e dagli elementi di lega (Mn, Cr):

• Il contenuto di carbonio è dello 0,14-0,19% (<0,25%), il che evita un grave deterioramento della saldabilità causato da un elevato contenuto di carbonio.

• Gli elementi Mn e Cr migliorano la resistenza e la durezza dell'acciaio, ma aumentano il rischio di cricche di saldatura se non vengono adottate misure protettive.

Precauzioni di saldatura consigliate

• Saldare prima del trattamento termico di cementazione (il cordone di saldatura è facile da rompere dopo la cementazione).

• Preriscaldare il metallo di base a 150-200 ℃ prima della saldatura (ridurre la differenza di temperatura tra il cordone di saldatura e il metallo di base, evitare crepe fredde).

• Adottare un raffreddamento lento dopo la saldatura (eliminare lo stress di saldatura).

• Si sconsigliano strutture di saldatura complesse; viene data priorità al collegamento meccanico per le parti soggette a carichi elevati.

Confronto con acciaio 16MnCr5 vs 5115 vs 20CrMnTi vs 15CrMn

Il 16MnCr5 viene spesso confrontato con i tradizionali acciai da cementazione come 20CrMnTi, ASTM 5115, 20CrNiMo (1.6582) e 15CrMn nella selezione dei materiali. Quello che segue è un confronto completo dagli aspetti di composizione, prestazioni, costi e applicazione, per fornire un chiaro riferimento per la selezione dei materiali per le diverse esigenze di produzione:

Indice di confronto	16MnCr5/1,7131	ASTM 5115	20CrMnTi	20CrNiMo (1.6582)	15CrMn
Sistema di leghe centrali	Mn-Cr	Mn-Cr	Mn-Cr-Ti	Cr-Ni-Mo	Mn-Cr
Contenuto di carbonio (%)	0,14-0,19	0,13-0,18	0,17-0,23	0,17-0,23	0,12-0,18
Temprabilità	Eccellente (diametro di tempra in olio ≥ 30 mm)	Buono (diametro di tempra in olio ≥25 mm)	Eccellente (cereali raffinati con Ti)	Superbo (sinergismo Ni-Mo, ≥40mm)	Generale (diametro di tempra in olio ≥20 mm)
Durezza superficiale (HRC) dopo la cementazione	58-62	56-60	58-64	60-64	55-59
Robustezza del nucleo (valore di impatto a RT)	≥25J	≥22J	≥28J	≥40J (altissimo)	≥20J
Deformazione da trattamento termico	Piccolo (≤0,05 mm)	Piccolo	Estremamente piccolo (elemento Ti)	Piccolo	Generale
Lavorabilità	Eccellente (HB≤207 dopo ricottura)	Bene	Buono (leggero coltello che si attacca)	Generale (alto contenuto di lega)	Eccellente (a basso contenuto di carbonio)
Costo della materia prima	Medio	Medio-Basso	Medio	Alto (lega Ni/Mo)	Basso
Vantaggi principali	Prestazioni bilanciate, controllo rigoroso delle impurità, buona tenacità alle basse temperature	Ampia tolleranza dei componenti, facile approvvigionamento	Deformazione ultrabassa, adatta per pezzi di precisione	Elevata tenacità del nucleo, resistenza ai carichi pesanti	Basso costo, adatto per parti con carico leggero
Applicazione tipica	Ingranaggi, ingranaggi a vite senza fine, boccole, stampi in plastica, parti a bassa temperatura	Ingranaggi meccanici generali, alberi ordinari, boccole non di precisione	Ingranaggi automobilistici di alta precisione, anelli sincronizzatori, alberi di trasmissione di precisione	Ingranaggi per carichi pesanti, parti di energia eolica, macchinari di ingegneria ad alto carico	Ingranaggi leggeri, piccoli alberi, accessori di bassa precisione
Suggerimento per la sostituzione	Può sostituire ASTM5115/15CrMn per carichi medio/alti	Sostituibile per carico leggero/medio 16MnCr5	Alternativa per 16MnCr5 (parti di precisione)	Insostituibile per 16MnCr5 (solo per carichi pesanti)	Sostituibile solo per carichi leggeri 16MnCr5

Scenari applicativi tipici

16MnCr5 è ampiamente utilizzato in vari settori grazie alle sue eccellenti prestazioni di cementazione, buona temprabilità e proprietà meccaniche bilanciate di 'superficie dura e nucleo tenace', ed è il materiale di base per la produzione di parti soggette a carichi dinamici, usura e impatto:

• Produzione di ingranaggi: ingranaggi di automobili, macchine edili e attrezzature industriali, ingranaggi a vite senza fine, ingranaggi differenziali, anelli di ingranaggi sincronizzatori e altre parti principali della trasmissione.

• Industria automobilistica: alberi di trasmissione, boccole per benzina, paraolio per turbine, anelli dei cuscinetti del mozzo e altre parti principali del settore automobilistico che richiedono elevata robustezza e resistenza all'usura.

• Produzione meccanica: parti meccaniche ad alto carico come cuscinetti, alberi a perni, giunti, alberi a camme e dischi frizione.

• Industria di stampi e utensili: stampi in plastica (in particolare stampi per iniezione in plastica rinforzata con fibra di vetro), boccole di tenuta, rulli per catene e altri accessori di precisione che richiedono elevata durezza superficiale e resistenza all'usura.

• Industria delle attrezzature pesanti: parti chiave di macchinari minerari, macchinari agricoli e macchinari di ingegneria pesante che richiedono elevata robustezza e resistenza all'usura.

• Attrezzature a bassa temperatura: parti di trasmissione e componenti di tenuta di apparecchiature industriali a bassa temperatura (-40℃~200℃) grazie alla buona tenacità alle basse temperature.

Domande frequenti

D1: Qual è la differenza fondamentale tra 16MnCr5 e ASTM 5115?

A1: I due sono gradi equivalenti dell'acciaio da cementazione Mn-Cr, con lo stesso scenario applicativo. La leggera differenza sta nella composizione chimica: 16MnCr5 ha un contenuto più elevato di Mn (1,00-1,30%) e Cr (0,80-1,10%) e un controllo P/S più rigoroso, con migliore temprabilità e tenacità a bassa temperatura; ASTM 5115 ha una tolleranza dei componenti più ampia, costi di approvvigionamento inferiori ed è più adatto per parti meccaniche generali. I due possono essere completamente sostituiti per parti ordinarie e il grado di progettazione originale è consigliato per parti di alta precisione.

D2: Il 16MnCr5 può essere sostituito direttamente con il 20CrMnTi?

R2: Sì, 20CrMnTi è il grado alternativo standard cinese più comune per 16MnCr5. 20CrMnTi contiene elemento Ti, che può affinare i grani e ridurre al minimo la deformazione del trattamento termico, più adatto per ingranaggi automobilistici ad alta precisione e parti di trasmissione ultraprecise; 16MnCr5 ha una migliore tenacità alle basse temperature e un contenuto di Mn più elevato, più adatto per parti in condizioni di lavoro a bassa temperatura e parti a carico medio di grande sezione. La sostituzione può essere determinata in base alla precisione del pezzo, alle condizioni di lavoro e al costo di produzione.

Q3: Come determinare la profondità dello strato di cementazione di 16MnCr5?

A3: La profondità dello strato di cementazione è determinata in base al carico di lavoro delle parti: le parti a carico leggero (boccole di tenuta, piccoli ingranaggi) sono 0,5-0,8 mm; le parti a carico medio (ingranaggi di trasmissione, ingranaggi a vite senza fine) sono 0,8-1,2 mm; le parti per carichi pesanti (ingranaggi di macchinari di ingegneria, alberi di trasmissione) sono 1,2-2,0 mm. Il tempo di mantenimento del processo di cementazione viene regolato in base alla profondità richiesta (generalmente 1 ora per una profondità di 0,2 mm).

Q4: Qual è il miglior stato di lavorazione del 16MnCr5 per il taglio?

A4: Lo stato di ricottura morbida (+A, HB≤207) offre le migliori prestazioni di taglio, senza evidenti attaccamenti del coltello e collasso del bordo durante la lavorazione. Si consiglia di utilizzare utensili da taglio in carburo cementato, controllare la velocità di taglio a 80-120 m/min e aggiungere fluido da taglio emulsionato per evitare il surriscaldamento del pezzo e migliorare la finitura superficiale delle parti (fino a Ra1,6μm dopo la lavorazione fine).

Q5: Come scegliere il mezzo di tempra (acqua/olio) per 16MnCr5?

A5: La scelta del mezzo di tempra si basa sulle dimensioni della parte e sui requisiti di deformazione: parti piccole (d≤30mm) con requisiti di bassa deformazione possono utilizzare la tempra in acqua (temperatura di riscaldamento 820-830℃) per garantire la temprabilità; le parti di medie e grandi dimensioni (d>30 mm) o le parti ad alta precisione con severi requisiti di deformazione utilizzano la tempra in olio (temperatura di riscaldamento 830-850 ℃), che può ridurre la deformazione da tempra a ≤ 0,05 mm garantendo al tempo stesso la temprabilità delle parti di grande sezione.

D6: Quando scegliere 16MnCr5/1.7131 invece di 20CrNiMo (1.6582)?

A6: 20CrNiMo ha tenacità e temprabilità del nucleo estremamente elevate, ma il costo della materia prima è molto più elevato (circa il 30% superiore a 16MnCr5). Scegliere 16MnCr5 per carichi medi, temperatura normale/bassa temperatura, parti generali di precisione (come ingranaggi ordinari, boccole, stampi in plastica), che offre prestazioni ad alto costo; scegliere 20CrNiMo solo per parti con carichi pesanti, ad alto impatto e di sezione molto grande (come ingranaggi di energia eolica, parti di trasmissione di macchinari pesanti) dove 16MnCr5 non può soddisfare i requisiti di tenacità.

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