DIN 1652-3 Grado 16MnCrS5: Estirado en Frío, Tratamiento Ferrítico-Perlítico para Resistencia y Maquinabilidad

El acero 16MnCrS5 según DIN 1652-3 (1.7139) se entrega en condición estirada en frío con estructura ferrítico-perlítica controlada. Este tratamiento térmico específico (recocido de esferoidización ligero tras el estirado) produce una microestructura de perlita esferoidizada en matriz ferrítica, optimizando el equilibrio entre resistencia mecánica y maquinabilidad para piezas de sección hasta 50 mm que serán cementadas posteriormente.

Aplicaciones principales

• Engranajes de cajas de cambio y diferenciales
• Ejes de transmisión, piñones de dirección
• Componentes de inyección (cuerpos, vástagos)
• Piezas de maquinaria agrícola y construcción sometidas a carga alterna

Temperatura mínima de servicio: -25 °C. Sección nominal óptima para cementación uniforme: ≤ 50 mm.

Composición química (% masa)

Elemento	Rango
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 de suministro: +C + tratamiento FP)

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 – 187 HBW
Coeficiente de Poisson	20 °C	0,28
	25 °C	0,26 – 0,29

El rango de dureza 140–187 HBW confirma la estructura perlítica esferoidizada: blanda para mecanizado, pero con suficiente resistencia para manipulación y montaje previo al tratamiento final.

Propiedades físicas, térmicas y eléctricas

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 (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 límite

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

Resistividad eléctrica (10⁻⁷ Ω·m)

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

Tratamientos térmicos recomendados

1. Recocido de esferoidización completo (si se requiere máxima maquinabilidad)

780–820 °C / 4–6 h / enfriamiento horno 10–20 °C/h hasta 600 °C / aire. Resultado: 150–190 HBW, estructura G + Fe₃C esferoidizado.

2. Ciclo de cementación estándar

1. Cementación: 900–930 °C, atmósfera controlada (C-potencial 0,9–1,1 %), tiempo según profundidad (ej. 1 mm ≈ 4–6 h a 920 °C).
2. Enfriamiento lento a 150–200 °C (evita tensiones de transformación).
3. Temple de refino de capa: 780–820 °C / aceite (o polímero PAG 10–15 % para Ø > 30 mm).
4. Revenido: 150–180 °C / ≥ 2 h.

Propiedades finales típicas: Capa 58–62 HRC (0,85–0,95 % C), Núcleo 350–450 HV, Tenacidad Charpy-V ≥ 10 J a -20 °C.

3. Normalizado (previo a mecanizado bruto, opcional)

880–920 °C / aire. Elimina tensiones de estirado y homogeneiza grano.

Maquinabilidad mejorada

La estructura ferrítico-perlítica con cementita esferoidizada + azufre (0,02–0,035 %) reduce:

• Fuerza de corte en 15–20 % vs. perlítica laminar
• Desgaste de flanco en plaquetas de carburo (mayor vida herramienta)
• Formación de viruta larga (rompeviruta natural por MnS)

Parámetros recomendados (torneado CNC, plaqueta CVD TiCN+Al₂O₃):

• Acabado: v_c = 250–300 m/min, f = 0,1–0,15 mm/rev, a_p = 0,3–0,8 mm
• Semiacabado: v_c = 200–240 m/min, f = 0,2–0,3 mm/rev, a_p = 1,0–2,0 mm

Ventajas del suministro en condición +C + FP

• Tolerancia dimensional h9/h10 lista para mecanizado de precisión
• Superficie Ra ≤ 1,6 µm (ahorra pasada de acabado)
• Dureza homogénea en toda la sección (sin gradiente de descarburación)
• Estructura ideal para cementación directa sin recocido intermedio

Soldabilidad

CET ≈ 0,35 %. Precalentamiento 150–200 °C obligatorio. Consumibles básicos bajo H. No soldar tras cementación final.

Equivalencias internacionales

Norma	Designación	N.º Mat.
DIN EN 10084	16MnCrS5	1.7139
ISO 683-3	16MnCrS5	–
AISI/SAE	5115 mod. (S added)	–