DIN 1652-3 Grado 16MnCrS5: Estructura Ferrítico-Perlítica y Estirado en Frío para Resistencia Superior

El acero 16MnCrS5 (según DIN 1652-3) es un acero al cromo-manganeso de baja aleación, diseñado para la fabricación de piezas de mayor tamaño que requieren alta resistencia en el núcleo y excelente maquinabilidad. Se suministra en condición de estirado en frío con una microestructura ferrítico-perlítica, lo que le confiere una combinación óptima de tenacidad y resistencia al desgaste.

Aplicaciones típicas

Ampliamente utilizado en la industria automotriz y de maquinaria general para la fabricación de:

• Engranajes y piñones
• Ejes y árboles de transmisión
• Componentes de dirección (bielas, sectores, piñones de cremallera)
• Casquillos, bujes y elementos de sujeción sometidos a carga cíclica

Rango de temperatura de servicio: desde -25 °C hasta temperaturas ambientales elevadas. La dimensión nominal óptima para el tratamiento de cementación posterior es de hasta 50 mm.

Composición química (en % en masa)

Elemento	Rango
Carbono (C)	0,14 – 0,19
Cromo (Cr)	0,80 – 1,10
Manganeso (Mn)	1,00 – 1,30
Silicio (Si)	≤ 0,40
Fósforo (P)	≤ 0,040
Azufre (S)	0,020 – 0,035

El contenido de azufre ligeramente superior mejora la maquinabilidad en operaciones de torneado y fresado de alta velocidad.

Propiedades mecánicas (estado de suministro: estirado en frío / +C)

Propiedad	Temperatura	Valor
Módulo de elasticidad (E)	-100 °C	217 GPa
	20 °C	212 GPa
	100 °C	207 GPa
	200 °C	199 GPa
	300 °C	192 GPa
	400 °C	184 GPa
	500 °C	175 GPa
	600 °C	164 GPa
Dureza Brinell (HBW)	20 °C	140 – 287 HBW
Coeficiente de Poisson (ν)	20 °C	0,28
	25 °C	0,26 – 0,29

Nota: La dispersión en dureza refleja las diferentes secciones transversales y grados de deformación en frío. Para aplicaciones de cementación, se especifica normalmente un rango de dureza más estrecho (170–210 HBW) tras recocido de esferoidización.

Propiedades físicas y térmicas

Densidad

7,85 g/cm³ a 20 °C

Conductividad térmica y difusividad

Temperatura (°C)	Conductividad térmica (W/m·K)	Difusividad térmica (mm²/s)
20	45,9	12,7
100	46,4	12,0
200	45,6	11,0
300	43,5	9,9
400	40,9	8,7
500	38,2	7,3
600	35,5	6,0

Calor específico

Temperatura (°C)	Calor específico (J/kg·K)
-100	423
20	461
100	479
200	499
300	517
400	536
500	558
600	587

Coeficiente de expansión térmica media (10⁻⁶/K)

Rango de temperatura (°C)	α (10⁻⁶/K)
-100 a 20	10,5
20 a 100	11,5
20 a 200	12,1
20 a 300	12,7
20 a 400	13,2
20 a 500	13,6
20 a 600	14,0

Temperaturas límite

• Temperatura máxima de servicio prolongado: -25 °C a 0 °C (limitado por tenacidad a baja temperatura)
• Punto de fusión: 1382 – 1529 °C (típico para aceros al cromo)

Propiedades eléctricas

Temperatura (°C)	Resistividad eléctrica (Ω·m × 10⁻⁷)
20	2,27
100	2,76
200	3,46
300	4,31
400	5,32
500	6,48
600	7,81

Tratamientos térmicos recomendados

Recocido de esferoidización (+A)

780 – 820 °C / enfriamiento lento en horno (≤ 20 °C/h) hasta 600 °C / aire. Dureza resultante: 170 – 210 HBW. Mejora la maquinabilidad y prepara para cementación.

Cementación + Temple + Revenido

• Cementación: 880 – 950 °C (según profundidad de capa deseada), atmósfera endotérmica + enriquecimiento (0,8–1,0 % C en superficie)
• Temple directo desde cementación: 780 – 820 °C / aceite
• Temple doble (recomendado para optimizar grano): 900–930 °C / aceite (refino grano núcleo) → 780–820 °C / aceite (refino grano capa)
• Revenido: 150 – 200 °C / ≥ 2 h

Resultado típico: Capa cementada 55–62 HRC, Núcleo 350–450 HV (≈ 35–45 HRC), tenacidad del núcleo ≥ 10 J (ISO-V a -20 °C).

Normalizado (opcional, previo a mecanizado bruto)

880 – 920 °C / aire. Homogeneiza la estructura y reduce tensiones residuales de laminación/estirado.

Maquinabilidad

Gracias al azufre controlado (0,02–0,035 %) y la estructura perlítica/ferrítica fina, el 16MnCrS5 ofrece una maquinabilidad un 20–30 % superior respecto al 16MnCr5 sin azufre (DIN 1.7131). Adecuado para torneado a alta velocidad (v_c = 180–250 m/min con plaquita recubierta) y roscado/ranurado sin lubricante clorado.

Soldabilidad

Soldabilidad limitada (CET ≈ 0,35 %). Requiere precalentamiento a 150–200 °C y aporte bajo en hidrógeno (E7018 / G 46 4 M21 3Ni1). Post-calentamiento a 250 °C / 2 h para alivio de tensiones. No recomendado para piezas cementadas que vayan a soldarse tras el tratamiento térmico final.

Normativas equivalentes

Norma	Designación	Número de material
DIN EN 10084	16MnCrS5	1.7139
ISO 683-3	16MnCrS5	–
AISI/SAE	≈ 5115 (con S añadido)	–
JIS	SCr415H (similar)	–