25# vs 35# – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones
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Introducción
Los ingenieros y los equipos de compras suelen elegir entre aceros al carbono de 25# y 35# al especificar aceros para ejes, pasadores, bujes y componentes estructurales en general, donde se debe equilibrar el costo, la maquinabilidad y el rendimiento mecánico. Las decisiones típicas incluyen priorizar la facilidad de conformado y soldadura para grandes estructuras, o una mayor resistencia tras el forjado y el tratamiento térmico en componentes que soportarán cargas estáticas o dinámicas elevadas.
La principal diferencia entre ambos grados radica en su contenido de carbono y el equilibrio resultante entre resistencia y ductilidad: el grado con mayor contenido de carbono presenta mayor resistencia y dureza, a costa de la ductilidad y cierta soldabilidad. Dado que ambos son aceros al carbono comunes, ampliamente utilizados en productos similares, los diseñadores los comparan directamente para determinar si la mayor resistencia (y posiblemente el tratamiento térmico) justifica las concesiones en cuanto a conformabilidad, tenacidad y complejidad de fabricación.
1. Normas y designaciones
- Los sistemas de normas nacionales e internacionales comunes pueden hacer referencia a aceros al carbono simples equivalentes, pero las designaciones literales “25#” y “35#” son las más comunes en la nomenclatura de materiales china.
- Familias estándar relevantes típicas:
- GB (China): 25#, 35# (aceros al carbono simples)
- ASTM/ASME: grados de acero al carbono simples comparables (selección por composición/propiedad en lugar de la designación literal “#”)
- ES: aceros de las familias EN 10025/10083 o equivalentes EN seleccionados según sus requisitos de carbono y resistencia a la tracción.
- JIS: Equivalentes japoneses de acero al carbono simple listados según su contenido de carbono y propiedades mecánicas.
Clasificación: Tanto el acero 25# como el 35# son aceros al carbono (sin aleación). En sus formas estándar, no son aceros inoxidables, HSLA ni para herramientas. Se les puede aplicar un tratamiento térmico para modificar sus propiedades, pero esto no altera su clasificación base.
2. Composición química y estrategia de aleación
| Elemento | Típico 25# (cualitativo) | Típico 35# (cualitativo) |
|---|---|---|
| C (Carbono) | Menor contenido de carbono (nominal ~0,2–0,3%) — el rango típico varía según la norma | Mayor contenido de carbono (nominal ~0,3–0,4%) — el rango típico varía según la norma |
| Mn (manganeso) | De baja a moderada (desoxidación, fuerza) | De baja a moderada, a menudo similar o ligeramente superior para controlar la endurecebilidad |
| Si (silicio) | pequeña adición de desoxidante | pequeña adición de desoxidante |
| P (Fósforo) | Impureza controlada (mantenida baja) | Impureza controlada (mantenida baja) |
| S (Azufre) | Impureza controlada (puede ser mayor en las variantes de mecanizado libre) | impureza controlada |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | Normalmente no se añade intencionadamente en los productos estándar de 25#/35#; pueden estar presentes trazas. | Igual que el 25# — estos no son aceros aleados a menos que se fabriquen específicamente como variantes aleadas. |
Notas: La diferencia composicional más significativa reside en el carbono. Pequeñas variaciones en el manganeso y el silicio influyen en las propiedades de tracción y la desoxidación. Otros elementos de aleación suelen estar ausentes en los aceros estándar 25#/35#; su presencia indica una calidad específica diferente. La estrategia de aleación para estos grados es mínima: mantener la química simple, controlar las impurezas y utilizar el tratamiento térmico o la microaleación solo cuando se requieran mejoras específicas en las propiedades.
3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico
Microestructura: Ambos grados, tanto en estado laminado como normalizado, presentan típicamente una microestructura de ferrita-perlita. La fracción volumétrica de perlita aumenta con el contenido de carbono. - 25#: mayor fracción de ferrita, perlita más gruesa/fina dependiendo del enfriamiento, generalmente más dúctil y más resistente en la condición laminada. - 35#: mayor fracción de perlita y perlita potencialmente más fina si se procesa para acelerar el enfriamiento, lo que produce mayor resistencia y dureza en la condición normalizada.
Respuesta al tratamiento térmico: Normalizado: Refina la estructura del grano y produce una distribución más uniforme de ferrita y perlita. Ambos grados responden bien al normalizado; el grado 35# alcanzará una mayor resistencia normalizada que el grado 25# debido a su mayor contenido de carbono. - Recocido: Ablanda y mejora la maquinabilidad o la conformabilidad de ambos grados; el grado 25# se volverá más dúctil en relación con el grado 35# después del recocido completo. Temple y revenido: Ambos procesos permiten endurecer el acero, pero su templabilidad es limitada en comparación con los aceros aleados. El acero 35#, con mayor contenido de carbono, alcanza una mayor dureza tras el temple, pero también un mayor riesgo de fisuración inducida por el temple y una menor tenacidad, a menos que se someta a un revenido cuidadoso. - Procesamiento termomecánico: El laminado controlado y el enfriamiento acelerado mejoran la resistencia y la tenacidad, pero los cambios drásticos en la templabilidad requieren adiciones de aleación que no están presentes en el estándar 25#/35#.
4. Propiedades mecánicas
| Propiedad | 25# | 35# | Comentario comparativo |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | Moderado | Más alto | El acero 35# es más resistente debido a su mayor contenido de carbono y perlita. |
| Fuerza de fluencia | Moderado | Más alto | Un mayor contenido de carbono aumenta el rendimiento para 35# |
| Alargamiento (ductilidad) | Mayor (más dúctil) | Menor (menos dúctil) | El número 25 tiene mejor elongación y conformabilidad. |
| resistencia al impacto | Generalmente funciona bien a temperaturas ambiente. | Normalmente, su peso es inferior a 25 libras si no se somete a un tratamiento térmico para aumentar su resistencia. | Un valor C más elevado reduce la tenacidad, especialmente en condiciones de temple o enfriamiento en frío. |
| Dureza | Más bajo | Más alto | El grado 35 alcanza una mayor dureza en condiciones similares. |
Interpretación: - La opción 35# es más resistente/dura en estados termomecánicos equivalentes; la opción 25# ofrece mejor ductilidad y, por lo general, mejor resistencia al impacto para componentes que se espera que estén sometidos a cargas de conformado o dinámicas. - Para componentes que requieren alta tenacidad y gran deformación plástica, generalmente se prefiere el acero 25# a menos que se planee un postprocesamiento (por ejemplo, templado) para acero 35#.
5. Soldabilidad
La soldabilidad depende principalmente del contenido de carbono, la aleación combinada y el espesor de la sección. Para aceros al carbono simples como el 25# y el 35#, se utilizan ampliamente índices de equivalencia de carbono para estimar las necesidades de precalentamiento y postcalentamiento.
Fórmulas comunes de equivalencia de carbono: - Ejemplo de visualización para orientación internacional: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Una fórmula más detallada utilizada para predecir la susceptibilidad al agrietamiento por frío: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretación cualitativa: El acero 35# tiene un coeficiente de fricción (C) mayor, por lo que los valores calculados de CE<sub>IIW</sub> y P<sub>cm</sub> serán superiores a los del acero 25#, lo que indica una mayor tendencia al endurecimiento en la zona afectada por el calor (ZAC) y un mayor riesgo de fisuración en frío asistida por hidrógeno. Por lo tanto, el acero 35# generalmente requiere procedimientos de soldadura más conservadores: precalentamiento, temperatura controlada entre pasadas, electrodos de bajo hidrógeno y tratamiento térmico posterior a la soldadura cuando el espesor y la restricción son significativos. - El acero 25#, con un $C$ más bajo, es más tolerante a la soldadura, más fácil de unir sin precalentamiento para espesores moderados y, en general, requiere un control de hidrógeno menos riguroso.
6. Corrosión y protección de superficies
- Tanto el acero 25# como el 35# son aceros al carbono no inoxidables y dependen de recubrimientos y barreras para su protección contra la corrosión. Estrategias comunes:
- Galvanizado en caliente para componentes estructurales exteriores.
- Sistemas de pintura (imprimaciones epoxi, capas de acabado de poliuretano) para protección atmosférica.
- Protección catódica o recubrimientos en aplicaciones enterradas o sumergidas.
- Los índices de acero inoxidable como PREN no son aplicables a los aceros al carbono. Por ejemplo, PREN es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ pero esto es relevante solo para aleaciones de acero inoxidable; ni 25# ni 35# deben ser evaluadas por PREN.
- Nota de selección: Si la resistencia a la corrosión es un factor de diseño primordial, elija un acero inoxidable o una aleación resistente a la corrosión en lugar de confiar en 25# o 35# más tratamiento superficial.
7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad
- Conformabilidad y doblado: el acero 25# es más fácil de doblar y conformar en frío debido a su mayor ductilidad; el acero 35# es más propenso a recuperar su forma original y puede agrietarse si se dobla más allá de los radios recomendados.
- Maquinabilidad: En su estado original, el acero de 25# facilita el mecanizado cuando es más blando; sin embargo, un contenido de carbono ligeramente superior puede mejorar la formación de viruta en algunas operaciones. En general, el acero de 35#, con mayor contenido de carbono, requiere mayores fuerzas de corte y puede reducir la vida útil de la herramienta si está endurecido.
- Corte, rectificado y acabado: Ambos procesos responden a las prácticas de mecanizado estándar, pero las operaciones en acero 35# templado o revenido deben planificarse como para aceros de mayor resistencia (velocidades más lentas, herramientas más duras, refrigerante).
- Los tratamientos superficiales (chapado, recubrimiento) se comportan de manera similar para ambos grados, aunque la preparación de la superficie para soldadura o recubrimientos puede ser más crítica en superficies templadas de mayor resistencia.
8. Aplicaciones típicas
| 25# — Usos típicos | 35# — Usos típicos |
|---|---|
| Ejes, pasadores, pernos y accesorios generales de baja a media resistencia donde la conformabilidad y la soldabilidad son importantes | Ejes, engranajes, muñones y componentes que requieren una mayor resistencia tras el tratamiento térmico. |
| Piezas prensadas y componentes doblados, soportes estructurales, aperos agrícolas | Piezas que se someterán a temple/revenido o que requieren mayor resistencia al desgaste en servicio. |
| Fabricación general donde el menor coste y la facilidad de soldadura son prioritarios. | Componentes o forjados más pequeños sometidos a altas cargas, donde una mayor resistencia justifica un procesamiento más complejo. |
Justificación de la selección: - Elija 25# cuando la soldabilidad, la ductilidad y la facilidad de conformado sean clave y no se requiera una resistencia extrema. - Elija 35# cuando se necesite una mayor resistencia o templabilidad de base y el diseño pueda tolerar una ductilidad reducida o controles adicionales de tratamiento térmico/soldadura.
9. Costo y disponibilidad
- Costo: Ambos son aceros al carbono comunes; el de 25# suele ser ligeramente más económico que el de 35# debido a su menor contenido de carbono y a que requiere menos procesamiento. La diferencia de precio suele ser pequeña en comparación con los aceros aleados o especiales.
- Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en formatos comunes: barras, placas, tochos y forjados, especialmente en regiones donde la designación «#» es habitual. Los plazos de entrega suelen ser cortos para los productos laminados en caliente o normalizados estándar; los productos templados y revenidos tardan más.
- Nota de compras: Especifique el tratamiento térmico y las propiedades mecánicas requeridas en los documentos de compra; una simple designación puede generar variabilidad en las propiedades entregadas.
10. Resumen y recomendación
| Métrico | 25# | 35# |
|---|---|---|
| soldabilidad | Mejor (menor tendencia CE) | Menor (mayor CE; necesita más controles de soldadura) |
| equilibrio entre resistencia y tenacidad | Menor resistencia, mayor tenacidad/ductilidad | Mayor resistencia, menor ductilidad/tenacidad a menos que esté templada. |
| Costo | Ligeramente más bajo | Un poco más alto |
Recomendaciones: - Elija 25# si necesita buena conformabilidad, soldadura más fácil, mejor resistencia al impacto en estado laminado y el componente no requiere alta resistencia ni un procesamiento posterior intensivo. - Elija 35# si es importante una mayor resistencia a la tracción/límite elástico de base, o si la pieza se someterá a un tratamiento térmico para lograr objetivos específicos de desgaste o resistencia y puede aplicar controles de soldadura y fabricación adecuados.
Orientación práctica final: - Para fabricaciones soldadas con placas de gran espesor o donde se deba minimizar el riesgo de agrietamiento por hidrógeno, utilice como opción acero de bajo carbono 25# o especifique procedimientos de precalentamiento/postcalentamiento si se requiere acero 35#. - Para componentes mecanizados que se endurecerán o se someterán a cargas cíclicas, considere el acero 35# con un programa definido de temple y revenido, o mejor aún, evalúe un acero de baja aleación con templabilidad y tenacidad superiores si se requiere un alto rendimiento. - Siempre especifique en la documentación de adquisición el estándar de material exacto, las propiedades mecánicas requeridas y cualquier requisito de tratamiento térmico o inspección para evitar ambigüedades entre las entregas de “25#” y “35#”.