100Cr6 frente a 100CrMnSi6-4: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros 100Cr6 y 100CrMnSi6-4 son aceros para rodamientos con alto contenido de carbono y cromo, ampliamente utilizados en aplicaciones donde la resistencia al desgaste, la vida útil a la fatiga por contacto de rodadura y la estabilidad dimensional son críticas. Al especificar rodamientos, ejes, pasadores o piezas de desgaste, los ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse a la decisión de elegir entre ambos: seleccionar el acero clásico para rodamientos de alta dureza, optimizado para la fatiga por contacto y el desgaste, o bien, optar por una aleación con mayor contenido de carbono que sacrifica algo de dureza máxima a cambio de mayor tenacidad y facilidad de mecanizado. La principal diferencia técnica radica en que el 100Cr6 es un acero clásico para rodamientos con alto contenido de cromo, formulado para desarrollar una alta templabilidad y una microestructura martensítica que le confieren resistencia al desgaste, mientras que el 100CrMnSi6-4 incorpora manganeso y silicio adicionales (y un nivel de cromo modificado) para equilibrar la templabilidad, la tenacidad y la maquinabilidad.

1. Normas y designaciones

• 100Cr6
• Designación EN: EN 100Cr6 (nombre anual)
• Equivalentes comunes: AISI/SAE 52100 (acero para rodamientos)
• Clasificación: Acero para rodamientos de alto carbono y cromo (acero al carbono, aleado)
• 100CrMnSi6-4
• Designación comercial típica utilizada en algunos catálogos europeos y de proveedores (el formato denota ~1,00% de C con niveles de Cr, Mn y Si).
• Clasificación: Acero aleado de alto carbono, cromo-manganeso-silicio (acero al carbono/aleado destinado a aplicaciones en cojinetes, pasadores y piezas de desgaste).

Notas: - Estos no son aceros inoxidables y se tratan como aceros al carbono/aleados en lo que respecta a soldadura y corrosión. - La cobertura exacta de las designaciones y sus equivalentes varían según el país y el proveedor; confirme siempre el documento estándar o la hoja de datos del fabricante.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos que se encuentran en las fichas técnicas y normas de materiales comerciales. Siempre verifique la composición con el certificado del proveedor o la norma correspondiente.

Elemento	100Cr6 (rango típico)	100CrMnSi6-4 (rango típico)
do	0,95–1,05 % en peso	~0,95–1,05 % en peso
Minnesota	0,25–0,45 % en peso	~1,0–1,7 % en peso
Si	0,10–0,40 % en peso	~0,20–0,6 % en peso
Cr	1,30–1,65 % en peso	~0,7–1,4 % en peso
PAG	≤0,03–0,04 % en peso	≤0,03–0,04 % en peso
S	≤0,03–0,04 % en peso	≤0,03–0,04 % en peso
Ni	típicamente ≤0,30 % en peso	típicamente ≤0,30 % en peso
Mo, V, Nb, Ti, B, N	rastro o no añadido intencionalmente	rastro o no añadido intencionalmente

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: refuerzo primario, permite la formación de martensita y una alta dureza, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad. - Cromo: aumenta la templabilidad, la resistencia al desgaste y la resistencia al revenido; resistencia a la corrosión moderada en aceros de baja aleación. - Manganeso: aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción, mejora la desoxidación; un mayor contenido de Mn en 100CrMnSi6-4 aumenta la templabilidad y la tenacidad en relación con 100Cr6. - Silicio: desoxidante que también puede mejorar la resistencia y la resistencia al revenido; un mayor contenido de Si favorece la resistencia en 100CrMnSi6-4. - Azufre y fósforo: niveles bajos controlados para evitar la fragilización y preservar la vida útil a la fatiga.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas y respuestas a rutas térmicas comunes:

• 100Cr6
• Estado recocido: carburos esferoidizados (cementita) en una matriz ferrítica para maximizar la maquinabilidad.
• Tras el temple y revenido: predominantemente martensita con partículas de carburo finamente distribuidas y algo de austenita retenida, dependiendo del tamaño de la sección y la severidad del temple. Optimizado para una alta dureza y resistencia a la fatiga por contacto de rodadura.

• Normalización seguida de temple: produce un tamaño de grano de austenita previo más fino, mejorando la tenacidad para una dureza determinada, pero aún optimizada para una alta dureza.

• 100CrMnSi6-4

• Recocido: carburos esferoidizados para mecanizado; un mayor contenido de Mn y Si puede afectar la morfología del carburo.
• Después del temple y revenido: matriz martensítica con quizás un contenido ligeramente mayor de austenita retenida para un tratamiento térmico comparable, pero el mayor contenido de Mn mejora la templabilidad en secciones más grandes y favorece una mayor tenacidad.
• Tratamientos termomecánicos: el aumento de Mn y Si permite una mejor templabilidad en secciones transversales más grandes; los ciclos de revenido seleccionados pueden producir un equilibrio tenacidad/dureza más fuerte que el 100Cr6 para piezas que requieren resistencia al impacto.

Consideraciones prácticas: Ambos grados se suelen esferoidizar antes de un mecanizado extenso. Los tratamientos criogénicos pueden reducir la austenita retenida y mejorar la dureza y la estabilidad dimensional de ambos aceros. - La selección de la temperatura de revenido es fundamental: un revenido más alto reduce la dureza pero aumenta la tenacidad.

4. Propiedades mecánicas

Los valores dependen del proceso y de la sección. La tabla siguiente muestra los rangos de propiedades típicos para condiciones de tratamiento térmico completo (templado y revenido o templado integral) utilizadas en aplicaciones de rodamientos/desgaste.

Propiedad	100Cr6 (típico, tratado térmicamente)	100CrMnSi6-4 (típico, tratado térmicamente)
Resistencia a la tracción (UTS)	~1200–2200 MPa	~1100–2000 MPa
Límite elástico (0,2% de prueba)	~900–1700 MPa	~800–1500 MPa
Alargamiento (A)	~1–6% (baja ductilidad a alta dureza)	~2–8% (ductilidad ligeramente superior con una dureza comparable)
dureza al impacto Charpy	De baja a moderada; muy dependiente de la dureza y la sección; a menudo de 5 a 30 J	Moderada; normalmente superior a 100Cr6 para una dureza similar.
Dureza (HRC)	Cojinetes comunes: HRC 58–66	Rango de dureza típico HRC 56–64

Interpretación: El acero 100Cr6 está optimizado para alcanzar una mayor dureza máxima y una excelente resistencia al desgaste por contacto de rodadura. Esto puede implicar una menor tenacidad y ductilidad. - El 100CrMnSi6-4, con mayor contenido de Mn y Si, ofrece una templabilidad mejorada en secciones más gruesas y, por lo general, una mejor tenacidad a niveles de dureza similares, lo que lo hace preferible donde se requiere resistencia al impacto o secciones transversales más grandes.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está controlada principalmente por el equivalente de carbono y la microaleación. Dos índices empíricos de uso común son útiles para la interpretación cualitativa:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (índice de soldabilidad útil para aceros con muchos elementos de aleación): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Ambos aceros son de alto carbono (≈1,0% C), por lo que su soldabilidad es pobre o marginal sin precalentamiento y procedimientos controlados. - El acero 100CrMnSi6-4 tiene mayores aportes de Mn y Si, lo que aumenta $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en relación con los aceros de bajo contenido de Mn; esto generalmente lo hace más susceptible a la formación de martensita dura y quebradiza y al agrietamiento por hidrógeno en la zona afectada por el calor si se suelda sin precalentamiento y enfriamiento controlado. El contenido moderado de cromo del 100Cr6 también aumenta su templabilidad; ambos grados suelen requerir precalentamiento, consumibles con bajo contenido de hidrógeno y tratamiento térmico posterior a la soldadura. Para la mayoría de las aplicaciones de rodamientos, se evita la soldadura siempre que sea posible; se prefieren la unión mecánica o el mecanizado a partir de un bloque sólido.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el 100Cr6 ni el 100CrMnSi6-4 son inoxidables. Cabe esperar un comportamiento ante la corrosión típico del acero al carbono.
• Protecciones típicas:
• Galvanizado (en caliente o electrolítico) para protección general contra la corrosión atmosférica.
• Recubrimiento de fosfato o capas de pasivación para mejorar la adherencia de la pintura.
• Pinturas, recubrimientos en polvo o aceites/grasas para piezas móviles donde la galvanización resulta poco práctica.
• Para componentes expuestos a entornos agresivos, se deben considerar grados de acero inoxidable o recubrimientos especializados (cromo duro, PVD/DLC, proyección térmica).
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos aceros al carbono de baja aleación: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice es relevante para las aleaciones inoxidables y no debe usarse para 100Cr6/100CrMnSi6‑4 que carecen de Mo o N significativos y no forman películas pasivas inoxidables.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• En estado recocido/esferoidizado, ambos grados se mecanizan de forma aceptable; el 100CrMnSi6-4 (con mayor contenido de Mn y Si) puede mecanizarse con una dureza ligeramente mayor si no se esferoidiza correctamente, pero puede diseñarse para mejorar su maquinabilidad.
• En estado endurecido, ambos procesos son difíciles y a menudo requieren rectificado en lugar de mecanizado convencional.
• Formabilidad:
• El alto contenido de carbono limita el conformado en frío; estos aceros se conforman normalmente en caliente o se forjan en estado recocido, seguido de un tratamiento térmico.
• Acabado superficial:
• El rectificado y el superacabado son procesos estándar para las pistas de rodamientos y los elementos rodantes.
• Para el mecanizado de producción se requieren herramientas de carburo y control del refrigerante.

8. Aplicaciones típicas

100Cr6 (usos comunes)	100CrMnSi6-4 (usos comunes)
Rodamientos rígidos de bolas, rodamientos de rodillos, bolas y pistas de rodadura donde se requiere alta dureza y resistencia a la fatiga por contacto de rodadura.	Ejes, pasadores, bujes, bandas de desgaste y cojinetes donde se requiere mayor tenacidad o templabilidad de secciones más grandes
Componentes de rodamientos de precisión en motores, cajas de engranajes y máquinas herramienta	Herramientas para trabajo en frío, pasadores de alta carga, componentes sujetos a impacto/desgaste con protección anticorrosiva moderada
Bolas de pequeño diámetro, rodillos de agujas y anillos de precisión	Piezas mecanizadas a partir de barras o forjas donde una mayor relación Mn/Si favorece la templabilidad en secciones más gruesas

Justificación de la selección: - Elija 100Cr6 cuando el requisito principal sea la máxima resistencia a la fatiga por contacto de rodadura, dureza al desgaste y estabilidad dimensional bajo cargas de contacto repetidas. - Elija 100CrMnSi6-4 cuando se prioricen secciones más gruesas, mayor tenacidad al impacto o una maquinabilidad ligeramente mejor en la condición recocida.

9. Costo y disponibilidad

• Costo:
• El acero 100Cr6 está ampliamente estandarizado y producido en masa, y a menudo resulta más rentable en formas básicas (barras, anillos, cojinetes terminados).
• El coste por kg del 100CrMnSi6-4 puede ser ligeramente superior dependiendo de los volúmenes del proveedor y los niveles de aleación, pero los precios son competitivos cuando se produce en barras estándar.
• Disponibilidad:
• El acero 100Cr6 (equivalente a EN/AISI-52100) está disponible a nivel mundial en numerosas fábricas en forma de barras, anillos, piezas en bruto y componentes para rodamientos.
• La disponibilidad de 100CrMnSi6-4 depende de los proveedores regionales; puede encontrarse en los proveedores de barras especializadas y en los fabricantes de piezas para rodamientos, pero no es tan común como el 100Cr6 en los catálogos de rodamientos.
• Formatos del producto:
• Ambos se suministran habitualmente en forma de piezas forjadas en bruto, barras torneadas y anillos tratados térmicamente; el 100Cr6 tiene un mayor suministro de materias primas para consumibles de rodamientos.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Área de la propiedad	100Cr6	100CrMnSi6-4
soldabilidad	Pobre (alto C, templabilidad)	Pobre (alto contenido de C, la elevada relación Mn/Si aumenta la CE)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Máxima dureza y resistencia al desgaste; tenacidad relativamente menor.	Mayor tenacidad con dureza comparable; templabilidad mejorada en secciones más grandes.
Costo	Generalmente más bajas y ampliamente disponibles para piezas de rodamientos	Comparable a ligeramente superior; disponibilidad más variable.

Recomendaciones finales: - Elija 100Cr6 si: - Su diseño exige una vida útil máxima a la fatiga por contacto de rodadura y una resistencia máxima al desgaste a alta dureza (por ejemplo, rodamientos de precisión, rodillos pequeños de alta velocidad, sistemas de bolas y pistas). Las piezas son lo suficientemente delgadas como para lograr un endurecimiento integral o se producen mediante procedimientos de temple controlado; y se debe evitar la soldadura. - Elija 100CrMnSi6-4 si: - Necesitas un mejor equilibrio entre tenacidad y dureza, una templabilidad mejorada en secciones más grandes o un procesamiento ligeramente más tolerante para pasadores, ejes o componentes expuestos a cargas de impacto. - Tiene previsto mecanizar a partir de barras o piezas forjadas en bruto y necesita un mejor rendimiento en secciones transversales más gruesas donde el acero 100Cr6 puede no endurecerse completamente.

Nota final: Ambos aceros ofrecen un rendimiento excepcional cuando se utilizan en la aplicación correcta y cuando el tratamiento térmico, el acabado superficial y las medidas de protección se especifican adecuadamente. Para componentes críticos, especifique la composición exacta y el tratamiento térmico en la orden de compra, solicite los certificados de fábrica y, cuando se prevea soldadura o servicio severo, consulte con metalúrgicos y especialistas en tratamiento térmico para definir los criterios de precalentamiento, tratamiento térmico posterior a la soldadura e inspección.