DIN 1652-3 Grado 16MnCrS5 Estirado en Frío: Alta Resistencia y Precisión Dimensional

El acero 16MnCrS5 (DIN 1652-3, N.º de material 1.7139) es un acero de cementación al cromo-manganeso con adición de azufre para mejorar la maquinabilidad. Se suministra en condición estirada en frío (+C), lo que garantiza tolerancias dimensionales estrechas (h9–h11), superficie lisa (Ra ≤ 1,6 µm) y propiedades mecánicas elevadas en el estado de suministro, listo para mecanizado de precisión y posterior cementación.

Campos de aplicación

Diseñado para piezas de sección transversal media/grande (hasta Ø 50 mm) que requieren:

• Alta resistencia a fatiga en el núcleo tras cementación
• Buena tenacidad a baja temperatura (hasta -25 °C)
• Maquinabilidad optimizada para series medias/grandes

Ejemplos típicos: engranajes de cambio, ejes de transmisión, piñones de dirección, levas, bujes roscados en automoción, maquinaria agrícola, hidráulica y transmisiones industriales.

Composición química (% masa)

Elemento	Mín.	Máx.
C	0,14	0,19
Cr	0,80	1,10
Mn	1,00	1,30
Si	–	0,40
P	–	0,040
S	0,020	0,035

Propiedades mecánicas (estado +C, estirado en frío)

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
Límite elástico (Rp0,2)*	20 °C	≥ 450 MPa
Resistencia a tracción (Rm)	20 °C	720 – 820 MPa
Alargamiento (A5)*	20 °C	≥ 10 %
Contracción de sección (Z)*	20 °C	≥ 35 %
Coeficiente de Poisson	20 °C	0,28
	25 °C	0,26 – 0,29

* Valores orientativos para sección ≤ 16 mm; disminuyen con el aumento de sección.

Propiedades físicas y térmicas

Densidad

7,85 g/cm³ (20 °C)

Conductividad térmica, difusividad y calor específico

T (°C)	λ (W/m·K)	a (mm²/s)	cp (J/kg·K)
-100	–	–	423
20	45,9	12,7	461
100	46,4	12,0	479
200	45,6	11,0	499
300	43,5	9,9	517
400	40,9	8,7	536
500	38,2	7,3	558
600	35,5	6,0	587

Expansión térmica media (10⁻⁶/K)

Rango (°C)	α
-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 críticas

• Servicio prolongado: -25 °C a 0 °C
• Fusión: 1382 – 1529 °C

Resistividad eléctrica

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

Tratamiento térmico estándar para cementación

1. Recocido de esferoidización (opcional, si se requiere máxima maquinabilidad): 780–820 °C / enfriamiento lento → 170–210 HBW.
2. Cementación: 900–930 °C (C-potencial 0,9–1,1 %) → profundidad de capa 0,5–1,5 mm según tiempo.
3. Temple: 780–820 °C / aceite (o polímero para piezas ≥ 30 mm).
4. Revenido: 150–180 °C / 2 h mínimo.

Resultado esperado: Capa 58–63 HRC (0,8–1,0 % C), Núcleo 350–450 HV, Tenacidad ISO-V ≥ 12 J a -20 °C.

Ventajas del suministro estirado en frío (+C)

• Tolerancia de diámetro: ISO h9 / h10 (ej. Ø 30 mm: 0 / -0,052 mm)
• Redondez y cilindricidad mejoradas vs. laminado en caliente
• Superficie descarburada < 0,05 mm (ahorra mecanizado)
• Resistencia a tracción 15–20 % superior al estado laminado (+AR)
• Listo para torneado CNC de alta velocidad sin pre-mecanizado

Maquinabilidad y herramientas recomendadas

Grupo ISO P2–P3. Velocidades de corte recomendadas (plaquetas recubiertas CVD/PVD):

• Torneado bruto: v_c = 180–220 m/min, f = 0,3–0,5 mm/rev, a_p = 2–4 mm
• Torneado acabado: v_c = 220–280 m/min, f = 0,1–0,2 mm/rev, a_p = 0,5–1,0 mm
• Roscado/ranurado: v_c = 80–120 m/min

El azufre forma inclusiones de MnS que rompen la viruta y reducen el desgaste de flanco.

Soldabilidad

Equivalente de carbono CET ≈ 0,35 %. Precalentar a 150–200 °C. Usar consumibles bajo en H (E7018, G 46 4 M21 3Ni1). Post-calentamiento 250 °C / 2 h. Evitar soldar piezas ya cementadas.

Referencias normativas

Norma	Designación	N.º Material
DIN EN 10084	16MnCrS5	1.7139
DIN 1652-3	16MnCrS5	1.7139
ISO 683-3	16MnCrS5	–