30CrMo frente a 35CrMo: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros 30CrMo y 35CrMo son aleaciones de cromo-molibdeno que se suelen especificar para componentes forjados o mecanizados que requieren mayor resistencia y tenacidad que los aceros al carbono comunes. Los ingenieros y los responsables de compras suelen elegir entre ellos al equilibrar la resistencia a la fatiga y al desgaste con la facilidad de fabricación y el coste; algunos ejemplos son ejes, engranajes, bielas y elementos de fijación de alta resistencia.

El principal dilema a la hora de elegir es el rendimiento mecánico: el 35CrMo se especifica para una mayor resistencia al temple y al desgaste, mientras que el 30CrMo ofrece un equilibrio ligeramente más favorable entre ductilidad, tenacidad y soldabilidad para muchas aplicaciones. Estas dos calidades se comparan con frecuencia porque comparten el mismo sistema de aleación (Cr-Mo) y los mismos procesos de fabricación, pero difieren principalmente en el contenido de carbono y, por lo tanto, en la resistencia y templabilidad que pueden alcanzar.

1. Normas y designaciones

• Normas y designaciones típicas donde aparecen estas calificaciones:
• GB/T (China): 30CrMo, 35CrMo (grados de acero aleado nacionales de uso común).
• EN: función similar a la serie EN 34CrMo4/42CrMo4 (equivalentes comparativos, no exactos 1:1).
• JIS: existen aceros al cromo-molibdeno en la familia JIS, pero los nombres equivalentes difieren.
• ASTM/ASME: no existen equivalentes directos de un solo número en ASTM; se pueden encontrar grados comparables en la familia AISI/SAE 4130/4140 como referencia de ingeniería.
• Clasificación: Tanto el 30CrMo como el 35CrMo son aceros de baja aleación, templados y revenidos (no son inoxidables, ni aceros para herramientas, ni aceros de alta resistencia propiamente dichos). Están diseñados para ofrecer alta resistencia y buena templabilidad.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: rangos de composición típicos (en peso %). Los valores mostrados son rangos representativos comúnmente utilizados en las especificaciones para estos grados estilo GB.

Elemento	30CrMo (rango típico)	35CrMo (rango típico)
do	0,27 – 0,34	0,32 – 0,40
Minnesota	0,50 – 0,80	0,50 – 0,90
Si	0,17 – 0,37	0,17 – 0,37
PAG	≤ 0,035	≤ 0,035
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	0,80 – 1,10	0,80 – 1,10
Ni	≤ 0,30	≤ 0,30
Mes	0,15 – 0,25	0,15 – 0,25
V	— (normalmente ≤ 0,05 si está presente)	— (normalmente ≤ 0,05 si está presente)
Nb, Ti, B, N	traza o no especificado	traza o no especificado

Notas: - La mayor parte de la diferencia mecánica proviene del contenido de carbono (C): el 35CrMo contiene más carbono que el 30CrMo, lo que aumenta la resistencia y el potencial de dureza tras el temple. - El cromo (Cr) y el molibdeno (Mo) aumentan la templabilidad, la resistencia a altas temperaturas y la resistencia al revenido; también mejoran la resistencia al ablandamiento por revenido en comparación con los aceros al carbono simples. - El silicio (Si) y el manganeso (Mn) contribuyen a la resistencia y la desoxidación; el exceso de Mn aumenta la templabilidad e influye en la soldabilidad. - Elementos como V, Nb o Ti pueden aparecer en niveles bajos en variantes específicas para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad o la resistencia a la fluencia.

Cómo afecta la aleación al rendimiento: - El carbono aumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad si se incrementa en exceso. - El Cr y el Mo mejoran la templabilidad (permitiendo un endurecimiento total en secciones más grandes) y la resistencia al revenido; el Mo es particularmente importante para mantener la resistencia después del revenido. - El control de los elementos residuales (P, S) y el equilibrio Mn/Si es crucial para la tenacidad al impacto y la calidad de la forja.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - En estado recocido o normalizado, ambos grados muestran una mezcla de ferrita y perlita con un tamaño de grano influenciado por los parámetros de forjado y normalización. - Después del enfriamiento desde la temperatura de austenización, ambos forman martensita (o bainita dependiendo del tamaño de la sección y la velocidad de enfriamiento), y el 35CrMo produce una mayor fracción de volumen de martensita sin templar para un enfriamiento dado debido a su mayor contenido de carbono. - Un revenido adecuado transforma la martensita en martensita revenida (dispersión de cementita dentro de una matriz ferrítica), lo que establece el equilibrio final entre resistencia y tenacidad.

Rutas y efectos del tratamiento térmico: - Normalización: refina el tamaño del grano, mejora la uniformidad mecánica; se utiliza como pretratamiento para la forja y para asegurar una microestructura consistente antes del temple. - Temple y revenido (T&R): vía principal para que ambas aleaciones alcancen una alta resistencia. Las temperaturas de revenido más elevadas disminuyen la dureza y aumentan la ductilidad y la tenacidad. - Procesamiento termomecánico: los ciclos controlados de forjado y enfriamiento pueden mejorar el refinamiento del grano y la tenacidad resultante; ambos aceros se benefician de un laminado controlado seguido de un tratamiento térmico apropiado para maximizar las propiedades de fatiga e impacto. Implicación práctica: debido a su mayor contenido de carbono, el acero 35CrMo requiere un control preciso de la austenización, la severidad del temple y el revenido para evitar una fragilidad excesiva. El acero 30CrMo tolera mejor el tratamiento térmico si la tenacidad es un factor crítico.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: propiedades mecánicas comparativas (rangos cualitativos y dirección). Los valores absolutos dependen en gran medida de la forma del producto y del tratamiento térmico; la tabla indica el comportamiento relativo típico tras procesos de temple y revenido comparables.

Propiedad	30CrMo	35CrMo
Resistencia a la tracción	Alto (adecuado para piezas de alta resistencia)	Mayor (mayor potencial de resistencia máxima)
Fuerza de fluencia	Medio-alto	Mayor (para la misma dureza de revenido)
Alargamiento (ductilidad)	Mejor ductilidad	Menor ductilidad en comparación con el 30CrMo
resistencia al impacto	Normalmente más alta (con una fuerza equivalente).	Reducir a menos que el templado esté optimizado para la tenacidad
Dureza (post-Q&T)	Alto nivel alcanzable	Mayor capacidad de logro; mayor endurecimiento

Explicación: El mayor contenido de carbono del 35CrMo aumenta su templabilidad y las resistencias a la tracción y al límite elástico que puede alcanzar tras el temple y el revenido. Esto lo hace preferible para aplicaciones en las que se prevén cargas estáticas o de fatiga elevadas. - El acero 30CrMo normalmente mostrará mejor ductilidad y tenacidad al impacto al mismo nivel de resistencia nominal debido a su menor contenido de carbono y a una fragilidad martensítica ligeramente menor después del temple. Los diseñadores deben elegir los parámetros del tratamiento térmico para lograr la combinación requerida de resistencia y tenacidad; por ejemplo, el revenido a temperaturas más altas recupera la ductilidad pero reduce la resistencia máxima.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está fuertemente influenciada por el equivalente de carbono y la templabilidad. Para los aceros aleados, las fórmulas empíricas estándar ayudan a evaluar las necesidades de precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura:

• Un equivalente de carbono común utilizado para conjuntos soldados: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Un parámetro más completo para mezclas de aleaciones complejas: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación (cualitativa): - Debido a que el 35CrMo contiene más carbono, su equivalente de carbono y $P_{cm}$ generalmente serán mayores que los del 30CrMo, lo que indica una mayor susceptibilidad al agrietamiento en frío y zonas afectadas por el calor (ZAC) más duras. - En ambos grados, el Cr y el Mo contribuyen a la templabilidad y, por lo tanto, aumentan el riesgo de endurecimiento de la ZAT; el Mo tiene un efecto notable en la dureza retenida después de la soldadura. - Orientación práctica sobre soldadura: el precalentamiento, las temperaturas controladas entre pasadas y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) son frecuentemente necesarios para ambos grados al unir componentes de más de unos pocos milímetros de espesor; los requisitos son más estrictos para el 35CrMo. - Cuando la soldabilidad es un requisito primordial, a menudo se prefieren el 30CrMo o alternativas con menor contenido de carbono (o metales de aporte con la misma tenacidad) para minimizar el trabajo de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el 30CrMo ni el 35CrMo son aceros inoxidables; su composición por sí sola no proporciona una resistencia significativa a la corrosión.
• Medidas de protección habituales: pintura, recubrimiento en polvo, imprimaciones con base de disolvente y galvanizado en caliente (para entornos moderados). Para entornos agresivos, se deben utilizar barreras adicionales (revestimientos, ánodos de sacrificio) o márgenes de corrosión.
• Si se consideran análogos de acero inoxidable, se utilizan índices de corrosión como el PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• El sistema PREN no es aplicable a los aceros 30CrMo/35CrMo porque no son inoxidables; sus niveles de Cr y Mo son demasiado bajos y no contienen nitrógeno intencional para mejorar la resistencia a la corrosión por picaduras.
• Nota práctica: el endurecimiento superficial (por inducción, nitruración) puede aplicarse con cuidado, pero la nitruración y el endurecimiento superficial requieren la selección del material base y del proceso para no introducir distorsiones excesivas ni comprometer las propiedades del núcleo.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: El acero 35CrMo tiende a ser ligeramente más difícil de mecanizar tras el tratamiento térmico debido a su mayor dureza; en estado recocido, ambas calidades se mecanizan razonablemente bien, aunque el control de la viruta y la vida útil de la herramienta dependen de los niveles de carbono y manganeso. Se recomiendan herramientas de carburo y velocidades de corte adecuadas para el acero endurecido.
• Conformabilidad/doblabilidad: en estado recocido o normalizado, el acero 30CrMo es más fácil de doblar/conformar debido a su menor resistencia y mayor ductilidad. El conformado en frío de estos aceros aleados es limitado; el conformado en caliente y el tratamiento térmico posterior al conformado son comunes para formas complejas.
• Acabado: el rectificado, el granallado y los tratamientos superficiales son similares para ambos grados; es necesario prestar atención a la tensión residual y la distorsión durante el acabado, especialmente para el 35CrMo después del endurecimiento.

8. Aplicaciones típicas

30CrMo — Usos típicos	35CrMo — Usos típicos
Cigüeñales, bielas, ejes de servicio medio, bridas, cilindros hidráulicos	Ejes sometidos a cargas elevadas, engranajes de alta resistencia, fijaciones de alta resistencia, componentes de transmisión de potencia
Componentes que requieren un equilibrio entre resistencia y robustez (automoción, maquinaria)	Componentes donde se requiere mayor resistencia estática/a la fatiga o resistencia al desgaste (minería, maquinaria pesada).
Conjuntos soldados donde se requiere tenacidad post-soldadura (con precalentamiento/PWHT adecuado)	Piezas en las que el endurecimiento integral y la mayor resistencia son los principales factores de diseño

Justificación de la selección: - Elija 30CrMo cuando el diseño requiera un buen equilibrio entre tenacidad, ductilidad y maquinabilidad con una resistencia elevada. - Elija 35CrMo cuando se necesite mayor resistencia a la tracción y al desgaste, y cuando la producción pueda soportar procedimientos de tratamiento térmico y soldadura más rigurosos.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero 35CrMo suele tener un precio ligeramente superior al del 30CrMo debido a su mayor contenido de carbono y, en ocasiones, a controles de procesamiento más estrictos para lograr la tenacidad especificada. Sin embargo, las diferencias en el coste de las materias primas son modestas; el tratamiento térmico y los controles de soldadura adicionales influyen más en el coste total de la pieza fabricada con 35CrMo.
• Disponibilidad: Ambos grados suelen estar disponibles en forjados, barras y tochos en regiones donde se almacenan aleaciones tipo GB. La disponibilidad por formato (barras, forjados, tubos sin soldadura) varía según el proveedor y la región; la adquisición de variantes especiales con microaleación o trazabilidad certificada puede aumentar el plazo de entrega.

10. Resumen y recomendación

Tabla que resume cualitativamente las principales ventajas e inconvenientes:

Métrico	30CrMo	35CrMo
soldabilidad	Mejor (menor CE)	Menor (mayor CE; se necesita más PWHT)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buen equilibrio; mayor resistencia con un procesamiento comparable	Mayor resistencia máxima; la tenacidad puede ser menor a menos que se temple adecuadamente.
Costo (influencia del procesamiento)	Menor riesgo/costo total de procesamiento	Potencialmente más alto debido a controles más estrictos de tratamiento térmico/soldadura

Conclusiones: Elija acero 30CrMo si la durabilidad, un equilibrio favorable entre tenacidad y ductilidad, una soldadura más sencilla y un control menos exigente del tratamiento térmico son prioritarios. Sus aplicaciones típicas incluyen ejes de servicio medio, componentes que requieren soldadura y piezas donde la resistencia al impacto es importante. Elija 35CrMo si se requiere mayor resistencia a la tracción y al límite elástico, así como una mayor templabilidad, y si el plan de fabricación permite procedimientos de temple/revenido y soldadura más rigurosos. Sus usos típicos incluyen engranajes sometidos a cargas elevadas, elementos de fijación de alta resistencia y componentes sometidos a mayores exigencias de fatiga o desgaste.

Consejo práctico final: Para cualquier componente crítico, especifique en el documento de compra las condiciones de tratamiento térmico requeridas, los límites de dureza, los requisitos de impacto Charpy (si corresponde) y la calificación del procedimiento de soldadura. Las diferencias de rendimiento entre el 30CrMo y el 35CrMo se gestionan de forma más fiable mediante un tratamiento térmico controlado, procedimientos de soldadura validados e inspección (mapeo de dureza, metalografía o ensayos mecánicos), en lugar de basarse únicamente en las denominaciones nominales.