Acero CPM M4: Equivalencia, composición, dureza

CPM M4 es una pulvimetalurgia premium acero rápido para herramientas que ofrece una combinación poco común de muy alta resistencia al desgaste y excelente tenacidad para un acero para herramientas no inoxidable de alto contenido en carbono. Con un tratamiento térmico adecuado, el CPM M4 alcanza durezas de trabajo por debajo de los 60 HRC y ofrece una extraordinaria retención del filo para herramientas de corte, punzones y cuchillos exigentes, al tiempo que tolera mejor los golpes que los aceros clásicos de tipo M2. Para los compradores e ingenieros que necesitan la máxima resistencia a la abrasión con una buena resistencia a la rotura, CPM M4 es una opción líder en la industria, siempre que los usuarios acepten la necesidad de controlar la corrosión y de un tratamiento térmico cuidadoso.

Qué es CPM M4

CPM M4 es la versión pulvimetalúrgica de Crucible Industries del clásico acero rápido AISI M4. Se diseñó para conservar las características deseables de alto contenido en carbono y alta aleación del M4, mejorando al mismo tiempo la tenacidad, la limpieza y la distribución de los carburos mediante el procesamiento pulvimetalúrgico. La vía del polvo produce una dispersión de carburos más fina, una segregación reducida y una tenacidad transversal mejorada en comparación con los equivalentes procesados en lingote. Estas características hacen que CPM M4 sea especialmente adecuado para el corte repetido con cargas elevadas o golpes.

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Composición química y microestructura

Química clave (rangos típicos)

Las hojas de datos típicas y las especificaciones de producto de los crisoles informan de estos rangos y señalan pequeñas variaciones de fabricación entre las variantes CPM REX M4 HC o HS y los equivalentes de otros proveedores. El alto contenido en vanadio y wolframio genera una matriz poblada de múltiples tipos de carburos (carburos de vanadio de tipo MC y carburos de aleación compleja) fina y uniformemente distribuidos gracias al proceso CPM.

Equivalente de acero CPM M4 (acero rápido para herramientas)

Entre los equivalentes del acero CPM M4 se incluyen estándares europeos como el S690 (DIN 1.3343) y el SKH51 japonés.3343) y el japonés SKH51, que comparten propiedades similares de acero rápido para herramientas, mientras que en el mundo del cuchillo, aceros como el CPM-M4 (la versión patentada de M4 de Crucible Industries) ofrecen un rendimiento comparable al M4 no inoxidable, con opciones inoxidables como M390/20CV/CTS-204P que proporcionan una retención de filo similar pero que cambian algo de dureza por resistencia a la corrosión, y aceros más nuevos como MagnaCut que buscan un equilibrio entre dureza, desgaste y resistencia a la corrosión, aunque el M4 generalmente los supera en desgaste puro.

S690 / DIN 1.3343: Norma europea para M4.

JIS SKH51: Equivalente japonés.

ASTM A600 / FED QQ-T-590: Normas estadounidenses más antiguas para aceros rápidos al molibdeno.

Aceros de rendimiento similar

CPM Rex M4 HC:

Una variante de M4 con mayor dureza y limpieza mediante pulvimetalurgia, que destaca por su excelente resistencia al desgaste.

M390 / CPM-20CV / CTS-204P:

Aceros inoxidables que ofrecen una retención del filo comparable a la del M4, pero el M4 es más duro y menos resistente a la corrosión.

CPM-3V:

Conocido por su excepcional tenacidad al impacto, acercándose a los aceros de choque, con un excelente desgaste, pero no tan resistente al desgaste como el M4.

MagnaCut:

Un acero inoxidable moderno que equilibra una gran resistencia al desgaste, tenacidad y corrosión, superando al M4 en corrosión pero generalmente inferior en desgaste extremo.

Propiedades mecánicas y características de rendimiento

Resumen de los rasgos de rendimiento

• Resistencia al desgaste: Muy alto para aceros al carbono no inoxidables debido a la abundancia de carburos duros de vanadio y tungsteno.

• Dureza: Significativamente mejor que el M2 de fundición/ingote con dureza equivalente debido a la microestructura pulvimetalúrgica.

• Retención de bordes: Excelente; mantiene el filo de corte en condiciones abrasivas.

• Gama de dureza: La dureza de trabajo típica tras el tratamiento térmico recomendado se sitúa en torno a los 60 HRC.

• Resistencia a la corrosión: Bajo en comparación con los aceros inoxidables para herramientas. Requiere mantenimiento o protección de la superficie.

Tabla mecánica representativa (valores típicos)

(Los números exactos deben confirmarse con la ficha técnica del producto y los informes de ensayo del lote suministrado).

Tratamiento térmico: recetas prácticas y expectativas

El tratamiento térmico controla de forma decisiva el rendimiento del CPM M4. Debido a su equilibrio de aleación y a su población de carburos, el acero requiere temperaturas de revenido más altas que muchos aceros al carbono y se beneficia de ciclos de revenido rápidos para evitar la retención de austenita o la formación de grietas.

Resumen del tratamiento térmico recomendado (consenso industrial)

Notas:

• El doble revenido es una práctica habitual; se recomienda el triple revenido si se ha utilizado un alto grado de austenitización.

• Para obtener la máxima tenacidad, algunos talleres utilizan objetivos de HRC ligeramente inferiores (58-61) utilizando el revenido en el extremo superior de la gama indicada.

• Ajustes del baño de sales neutras o del horno de vacío: cuando se utilicen baños de sales neutras, reduzca ligeramente la temperatura siguiendo las instrucciones del proveedor.

Consejos de mecanización, rectificado y fabricación

Dado que el CPM M4 es un acero de alta velocidad, alto contenido en carbono y alto contenido en vanadio con una densa población de carburo, es más abrasivo para las herramientas que los aceros más blandos. Siga estas buenas prácticas:

• Tratamiento térmico previo: El conformado a granel, el arranque de viruta pesada y el fresado en bruto son más fáciles en estado recocido. El acabado final debe reducirse al mínimo antes del tratamiento térmico para evitar el endurecimiento por deformación.

• Herramientas de corte: Utilice herramientas de metal duro y realice cortes ligeros y firmes. Utilice refrigerante o nebulizador para reducir la acumulación de calor.

• Rectificado: Se recomiendan muelas de diamante o CBN para CPM M4 templado debido a su contenido en carburo. Ajuste los intervalos de reavivado: el carburo se desprende con las muelas desafiladas.

• Soldadura: No se recomienda para la reparación final sin procedimientos especiales; a menudo se utiliza la soldadura fuerte o la unión mecánica. Si es necesaria la soldadura de reparación, consulte a soldadores experimentados de acero para herramientas y precaliente/poscaliente según sea necesario.

• Pulido: Empezar con pasos gruesos antes de pasar a granos más finos; el M4 endurecido requerirá un pulido largo si se necesita un pulido alto. Utilice lubricante y refrigeración para evitar el sobrecalentamiento.

Tratamientos superficiales, revestimientos y control de la corrosión

Gestión de la corrosión

CPM M4 no es inoxidable. Para el servicio de campo donde la humedad o el corte húmedo está presente, proporcionar protección contra la corrosión utilizando:

• Una ligera película de aceite o productos anticorrosión en los objetos almacenados.

• La pasivación no es eficaz porque el acero es del tipo al carbono; la protección mecánica y los revestimientos son más útiles.

• El mantenimiento periódico de las herramientas de corte en entornos húmedos es obligatorio.

Tratamientos superficiales

• Nitruración: CPM M4 tolera bien la nitruración. La nitruración crea una capa superficial dura que complementa la tenacidad interior. Dado que las temperaturas de revenido del M4 son elevadas, la nitruración se utiliza a menudo para aumentar la vida útil de la superficie.

• Revestimientos PVD/CVD: Los revestimientos de PVD (TiN, TiAlN, etc.) se utilizan habitualmente tras un templado adecuado. Los procesos CVD pueden superar las temperaturas de endurecimiento y provocar cambios dimensionales, por lo que se recomienda seguir las instrucciones del proveedor.

• Nitruración por plasma o nitruración iónica: A menudo seleccionado para matrices y punzones para endurecer la superficie sin arriesgar las propiedades del núcleo.

Aplicaciones típicas y de gran valor

CPM M4 se elige cuando el desgaste abrasivo y el choque son dos preocupaciones. Los usos más comunes son:

• Herramientas de corte para materiales abrasivos (piezas brutas de cuchillas para competición y cortadoras industriales).

• Punzones y matrices para trabajo en frío en los que se requiere una gran resistencia al desgaste y al astillado.

• Cuchillas de cizalla, cuchillas cortadoras y cuchillas circulares para papel, textiles y plásticos.

• Utillaje especializado para el conformado de metales cuando debe equilibrarse la tenacidad y la resistencia al desgaste.

• Cuchillas personalizadas de gama alta en las que la retención del filo y la resistencia a la rotura son prioritarias sobre las propiedades del acero inoxidable; estas cuchillas requieren un control activo de la corrosión.

CPM M4 frente a aceros similares - tabla comparativa rápida

Conclusión: El CPM M4 se sitúa cerca de los primeros puestos en resistencia al desgaste entre los aceros al carbono/no inoxidables para herramientas, al tiempo que ofrece una tenacidad superior en comparación con el lingote M2. Los aceros inoxidables PM cambian la resistencia a la corrosión por una resistencia a la abrasión comparable o ligeramente inferior en función de la composición química.

Adquisición, comprobación de las especificaciones y consideraciones de calidad para los compradores

Al comprar CPM M4 o PM M4 equivalente de cualquier proveedor, incluyendo MWAlloys, requiera lo siguiente para asegurar un rendimiento repetible:

• Certificado de fábrica/prueba (MTC): Certificado del lote de material en el que figure el análisis químico, la trazabilidad hasta la fusión/colada y el número de colada.

• Controles de dureza: Confirmar los rangos de dureza tal como se suministran y después del tratamiento térmico.

• Informe de microestructura: Para herramientas críticas, solicite micrografías que muestren la distribución de carburos o una nota de microestructura del proveedor. Los aceros PM deben mostrar carburos finos y uniformemente distribuidos.

• Formulario de suministro: Especificar la barra, plano, placa, o espacios en blanco y las dimensiones / tolerancias requeridas. Incluir tolerancias de aceptación de rectitud, escuadría y acabado superficial.

• Opciones con tratamiento térmico o preendurecido: Decida si desea piezas preendurecidas a un HRC determinado o recocidas para tratamiento térmico interno. Las piezas preendurecidas deben enviarse con un embalaje que evite la corrosión.

• Opciones de revestimiento o nitruración: Si necesita tratamiento superficial, especifique el proceso, el grosor y las dimensiones posteriores al tratamiento.

• Cláusulas de calidad: Para herramientas críticas de alto desgaste, incluir pruebas de aceptación: Dureza Rockwell, verificación metalográfica y, posiblemente, pruebas de desgaste de cupones.

MWAlloys, al presentar precios directos de fábrica, debe estar preparada para proporcionar MTC completos, hojas de datos y trazabilidad para apoyar a los equipos de compras y las auditorías de calidad.

Tablas de especificaciones técnicas completas

Formas típicas de suministro y tamaños estándar (ejemplos)

Tolerancias dimensionales típicas (orientación industrial)

(Notas: Las tolerancias reales deben acordarse en el pedido. Facilite planos y criterios de aceptación).

Preguntas frecuentes

Notas finales para ingenieros y equipos de compras

CPM M4 cubre un nicho en el que deben coexistir la resistencia a la abrasión y la tenacidad. No es un acero multiuso; su nivel de carbono y aleación le confieren un comportamiento no inoxidable que debe tenerse en cuenta en la planificación del ciclo de vida del producto. Para aplicaciones que requieren tanto una alta vida útil como resistencia a la rotura, el CPM M4 ofrece un rendimiento que justifica su posición de primera calidad. Cuando haga un pedido a MWAlloys o a otros proveedores directos de fábrica, exija hojas de datos completas, orientación sobre el tratamiento térmico y trazabilidad. Si lo desea, MWAlloys puede preparar piezas en bruto precortadas, realizar el tratamiento térmico a un HRC especificado y aplicar tratamientos superficiales como nitruración o PVD antes del envío.