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

Introducción

Los aceros 30CrMo y 35CrMo son dos aceros de medio carbono y baja aleación ampliamente utilizados, especificados en normas regionales y nacionales para componentes que requieren un equilibrio entre resistencia, tenacidad y retención de tenacidad tras el tratamiento térmico. Los ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción a menudo se enfrentan al dilema de elegir entre grados con un contenido de carbono ligeramente inferior y mayor ductilidad, y grados con un contenido de carbono ligeramente superior y mayor resistencia; buscando el equilibrio entre maquinabilidad y soldabilidad frente a la resistencia y la vida a fatiga alcanzables.

La principal diferencia técnica entre estas dos calidades radica en una ligera variación en el contenido de carbono y aleación, que modifica la templabilidad y la resistencia final: la familia 35CrMo se especifica generalmente con un mayor nivel de carbono y un contenido similar de cromo y molibdeno, lo que le confiere mayor resistencia y templabilidad tras el temple, pero generalmente menor ductilidad y requisitos de soldadura algo más exigentes. Debido a la similitud de su composición química, suelen compararse al seleccionar materiales para ejes, engranajes, árboles de levas y piezas forjadas, donde el tratamiento térmico y el comportamiento a la fatiga son cruciales.

1. Normas y designaciones

• Normas y sistemas de designación comunes o pertinentes donde aparecen equivalentes o grados similares:
• GB/T (normas nacionales chinas): 30CrMo, 35CrMo.
• EN / DIN: 35CrMo4 (a menudo escrito 1.7225) y grados relacionados; existen equivalentes de 30CrMo en especificaciones regionales.
• AISI/SAE: No existen nombres AISI exactos uno a uno, pero las propiedades mecánicas equivalentes a menudo se comparan con la familia 41xx (por ejemplo, 4140) para muchas aplicaciones de ingeniería.
• JIS: Aceros de aleación de alta resistencia similares aparecen bajo las designaciones SNCM/SNCM4xx.
• Clasificación: tanto el 30CrMo como el 35CrMo son aceros de medio carbono y baja aleación (no inoxidables ni aceros para herramientas) destinados al temple y revenido o al normalizado y revenido. Pertenecen a la categoría general de aceros estructurales/aleados tratables térmicamente, utilizados para piezas críticas de maquinaria.

2. Composición química y estrategia de aleación

Los rangos de composición típicos se dan como porcentaje en peso; los límites exactos dependen de la norma específica o del certificado del proveedor.

Elemento	Típico 30CrMo (en peso %)	Típico 35CrMo (en peso %)
do	0,27 – 0,34	0,32 – 0,39
Minnesota	0,50 – 0,80	0,50 – 0,90
Si	0,15 – 0,35	0,15 – 0,35
PAG	≤ 0,025 – 0,035	≤ 0,025 – 0,035
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	0,80 – 1,20	0,90 – 1,20
Ni	a menudo ≤ 0,30 (traza)	a menudo ≤ 0,30 (traza)
Mes	0,15 – 0,30	0,15 – 0,30
V, Nb, Ti, B	trazas hasta ≤ 0,05 (si está microaleado)	trazas hasta ≤ 0,05 (si está microaleado)
norte	rastro	rastro

Estrategia de aleación: El carbono es el principal factor determinante de la resistencia y dureza alcanzables tras el temple y revenido. Un mayor contenido de carbono (como en el 35CrMo) aumenta la resistencia y la resistencia al desgaste, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. El cromo y el molibdeno aumentan la templabilidad, la resistencia al revenido y la resistencia a altas temperaturas. También contribuyen a la resistencia a la fatiga cuando se someten a un tratamiento térmico adecuado. - El manganeso y el silicio son desoxidantes y fortalecen la matriz de ferrita/perlita; afectan modestamente la templabilidad. - La microaleación (V, Nb, Ti) se utiliza a veces para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad, pero estos no son elementos de aleación primarios en los grados estándar 30CrMo/35CrMo.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras y respuestas típicas: - Laminado en caliente/normalizado: ambos grados producen una microestructura de ferrita-perlita o de martensita/ferrita revenida fina, dependiendo del enfriamiento y la normalización. La normalización refina el tamaño de grano y produce una estructura uniforme para el mecanizado o revenido posterior. Temple y revenido (T&R): ambos aceros se endurecen comúnmente mediante austenización (las temperaturas típicas de austenización dependen del tamaño de la sección y la norma), temple en aceite o agua, y posterior revenido para lograr el equilibrio deseado entre resistencia y tenacidad. Dado que el 35CrMo suele tener un contenido de carbono ligeramente superior, su microestructura templada forma una mayor proporción de martensita a velocidades de temple similares, lo que resulta en una mayor dureza y resistencia tras el revenido. - Procesamiento termomecánico: el laminado controlado y el enfriamiento acelerado pueden refinar aún más el tamaño del grano y mejorar la tenacidad; ambos grados se benefician, pero el 30CrMo se puede optimizar para una mejor ductilidad, mientras que el 35CrMo se optimiza para una mayor resistencia y vida a la fatiga. El control del tamaño del grano y las prácticas de revenido son fundamentales para la tenacidad. Un revenido excesivo reduce la resistencia; un revenido insuficiente conlleva el riesgo de fragilidad.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del tratamiento térmico, el tamaño de la sección y las prácticas del proveedor. La tabla muestra los rangos típicos de propiedades tras un tratamiento térmico estándar de temple y revenido utilizado para componentes de alta resistencia.

Propiedad (rangos típicos de Q&T)	30CrMo	35CrMo
Resistencia a la tracción (MPa)	800 – 1.050	850 – 1.200
Límite elástico (MPa)	600 – 900	650 – 1.000
Alargamiento (%), A5	10 – 16	8 – 14
Impacto Charpy V-Notch (J, temperatura ambiente)	30 – 70 (dependiendo del temperamento)	25 – 60
Dureza (HRC)	22 – 36	25 – 40

Interpretación: - El 35CrMo generalmente alcanza mayor resistencia a la tracción y al límite elástico, así como mayor dureza para una severidad de tratamiento térmico determinada, debido a su mayor fracción de carbono y niveles similares de Cr/Mo, lo que aumenta la templabilidad. - El 30CrMo tiende a ser ligeramente más resistente y más dúctil a niveles de resistencia equivalentes, lo que lo hace preferible donde la absorción de energía y la conformación son importantes. - La resistencia al impacto se puede modificar mediante el revenido; las temperaturas de revenido más bajas aumentan la resistencia pero reducen la resistencia al impacto.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está determinada principalmente por el equivalente de carbono y la presencia de elementos que aumentan la templabilidad. Índices comunes:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$

y

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Debido a que el 35CrMo suele tener un mayor contenido de carbono, su $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ serán mayores que los del 30CrMo, lo que indica una mayor susceptibilidad al agrietamiento en frío y una mayor necesidad de precalentamiento, temperatura entre pasadas controlada y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). - El acero 30CrMo presenta mejor soldabilidad que el 35CrMo, pero aún así suele requerir precalentamiento y procedimientos controlados para secciones gruesas o alta restricción. - El uso de metales de aporte coincidentes o sobrecombinantes, el revenido para aliviar tensiones y los procedimientos de control de hidrógeno son comunes para ambos grados cuando se sueldan en aplicaciones críticas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el 30CrMo ni el 35CrMo son inoxidables; su resistencia a la corrosión es similar a la de los aceros al carbono/de baja aleación y está determinada por el acabado superficial y el entorno de servicio.
• Las estrategias de protección habituales incluyen pintura, recubrimiento en polvo, barnices con base disolvente, galvanizado en caliente o chapado localizado, según la exposición. Para exposiciones prolongadas en atmósferas húmedas o corrosivas, se recomienda el galvanizado o la aplicación de recubrimientos de barrera.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estos grados no inoxidables. Para los grados inoxidables se utilizaría:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

pero esto no tiene significado para 30CrMo/35CrMo.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: El 30CrMo, con un contenido de carbono ligeramente inferior, suele ser más fácil de mecanizar en estado normalizado o recocido que el 35CrMo. Ambos se vuelven más difíciles de mecanizar tras el temple y el revenido.
• Conformabilidad/doblado: más fácil en estado normalizado o recocido; evitar el conformado en estado totalmente endurecido. El 30CrMo se dobla y conforma en frío ligeramente mejor debido a su menor resistencia tras el tratamiento térmico.
• Rectificado y acabado: ambos responden bien a las prácticas estándar de mecanizado y rectificado para aceros aleados; pueden ser necesarios tratamientos superficiales o control de tensiones residuales para cumplir con el rendimiento a la fatiga.
• El tratamiento térmico previo al conformado (por ejemplo, normalizado o recocido) es una práctica común para mejorar la conformabilidad.

8. Aplicaciones típicas

30CrMo — Usos típicos	35CrMo — Usos típicos
Ejes, husillos, engranajes de servicio medio, bielas, elementos de fijación donde la resistencia y la maquinabilidad son prioritarias.	Ejes, engranajes, cigüeñales y componentes de maquinaria sometidos a alta resistencia y fatiga que requieren mayor resistencia y templabilidad para trabajos pesados.
Componentes forjados donde una buena ductilidad es útil para el conformado	Componentes para maquinaria pesada y equipos todoterreno donde se requiere una mayor templabilidad en secciones transversales más grandes
Piezas que requieren soldadura con controles de precalentamiento moderados	Piezas templadas y revenidas de alta resistencia donde la resistencia y la vida a la fatiga son los principales factores de diseño.

Justificación de la selección: - Elija 30CrMo cuando se necesite un equilibrio entre resistencia y tenacidad, además de una mayor facilidad de mecanizado/soldadura, y cuando el tamaño de las secciones de los componentes sea moderado. - Elija 35CrMo cuando se requiera mayor resistencia, un endurecimiento más profundo para secciones transversales más grandes y una mejor resistencia a la fatiga, y donde se puedan cumplir los controles de soldadura y fabricación.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El acero 35CrMo suele ser ligeramente más caro que el 30CrMo debido a su contenido marginalmente mayor de carbono y aleación, y a que las especificaciones de compra para las variantes de mayor resistencia suelen tener controles más estrictos. La diferencia de precio suele ser modesta en relación con el coste total del componente.
• Disponibilidad: Ambas calidades están ampliamente disponibles en barras, varillas y forjados de las principales acerías y distribuidores. El 35CrMo (35CrMo4 / 1.7225) es una calidad europea muy común; el 30CrMo es común en los mercados que utilizan las designaciones GB/T. Los plazos de entrega suelen ser cortos para los formatos estándar; las composiciones químicas especiales o las barras/forjados de mayor tamaño pueden requerir plazos de entrega más largos.

10. Resumen y recomendación

Criterios	30CrMo	35CrMo
Soldabilidad	Mejor (menor CE)	Más exigente (mayor CE, requiere precalentamiento/PWHT)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Equilibrado: buena resistencia con una fuerza moderada.	Mayor resistencia y templabilidad, ductilidad/tenacidad ligeramente menor para el mismo temple.
Costo	Menor / rentable	Un poco más alto

Elija 30CrMo si: - Se necesita una combinación equilibrada de resistencia y tenacidad con una mejor maquinabilidad y procedimientos de soldadura más sencillos. - Los tamaños de los componentes son moderados y se prefiere un comportamiento de templado y conformado más tolerante. - El coste y la sencillez de fabricación son importantes.

Elija 35CrMo si: - Las exigencias de diseño priorizan una mayor resistencia a la tracción/límite elástico, un endurecimiento más profundo para secciones de mayor tamaño o una mayor vida útil a la fatiga. - Se pueden implementar controles de soldadura más estrictos (precalentamiento, límites entre pasadas, PWHT) y un control de proceso más riguroso durante el tratamiento térmico. - Entre sus aplicaciones se incluyen ejes, árboles o engranajes de alta resistencia, donde una mayor resistencia tras el temple es decisiva.

Nota final: el rendimiento exacto depende en gran medida de la norma elegida, los límites químicos específicos del proveedor y el programa de tratamiento térmico. Para componentes críticos, especifique las propiedades mecánicas requeridas, los criterios de inspección (dureza, impacto, microestructura) y la cualificación del procedimiento de soldadura en la orden de compra, y colabore con especialistas en tratamiento térmico y soldadura desde las primeras etapas del diseño para seleccionar el grado y el proceso adecuados.