35# vs 45# – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones
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Introducción
Los aceros 35# y 45# son dos grados de acero al carbono medio de uso común en componentes mecánicos, ejes, sujetadores y piezas forjadas. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las ventajas y desventajas de coste, maquinabilidad, soldabilidad y capacidad de carga. Las decisiones típicas se plantean si se debe priorizar una mayor resistencia y durabilidad en estado de entrega frente a una mayor facilidad de conformado, una menor sensibilidad al tratamiento térmico y procedimientos de unión más sencillos.
La principal diferencia entre ambos grados radica en su contenido de carbono y, como consecuencia, en el mayor potencial de resistencia y dureza del material 45# en comparación con el 35#. Este cambio fundamental en la composición afecta a la microestructura, la respuesta al tratamiento térmico, la templabilidad y las operaciones posteriores; por ello, estos grados se comparan frecuentemente para componentes que requieren un equilibrio entre resistencia, tenacidad y facilidad de fabricación.
1. Normas y designaciones
- GB (China): 35# y 45# (nomenclatura comúnmente utilizada en las normas chinas).
- EN / Europeo: C35, C45 (Familia EN 10083 para aceros tratables térmicamente).
- SAE/AISI: aproximadamente equivalente a 1035 (≈0,35%C) y 1045 (≈0,45%C).
- JIS (Japón): S35C, S45C.
- ASTM/ASME: no es una designación única directa uno a uno, pero es comparable a los aceros de carbono medio cubiertos por especificaciones más amplias (barras, forjados).
Clasificación: tanto el acero 35# como el 45# son aceros al carbono (no inoxidables ni HSLA por defecto). Pueden suministrarse como aceros al carbono básicos para tratamiento térmico; los elementos de aleación, además de C, Mn y Si, suelen ser mínimos, a menos que el producto se especifique expresamente como aleado o microaleado.
2. Composición química y estrategia de aleación
Tabla: rangos de composición típicos (en % peso). Estos son rangos representativos utilizados en la práctica para aceros al carbono de grado 35 y 45. El material suministrado debe verificarse con los certificados de fábrica.
| Elemento | 35# (típico, % peso) | 45# (típico, % peso) |
|---|---|---|
| do | 0,32 – 0,38 | 0,42 – 0,50 |
| Minnesota | 0,25 – 0,65 | 0,50 – 0,80 |
| Si | 0,15 – 0,35 | 0,15 – 0,35 |
| PAG | ≤ 0,035 (máx.) | ≤ 0,035 (máx.) |
| S | ≤ 0,035 (máx.) | ≤ 0,035 (máx.) |
| Cr | típicamente ≤ 0,25 (trazas) | típicamente ≤ 0,25 (trazas) |
| Ni | típicamente ≤ 0,30 (traza) | típicamente ≤ 0,30 (traza) |
| Mes | típicamente ≤ 0,08 (trazas) | típicamente ≤ 0,08 (trazas) |
| V, Nb, Ti | Normalmente no se especifica (seguimiento en algunas rutas) | normalmente no se especifica (traza) |
| B, N | niveles traza si se controlan | niveles traza si se controlan |
Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: factor determinante de la resistencia y la templabilidad. Un mayor contenido de carbono (45#) aumenta la dureza y la resistencia a la tracción alcanzables tras el endurecimiento y el revenido, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. - Manganeso: aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción y contrarresta la fragilidad causada por el azufre; común en ambos grados en niveles moderados. - Silicio: desoxidante y contribuye modestamente a la resistencia. - Elementos de aleación traza (Cr, Mo, V): si están presentes intencionalmente, mejoran la templabilidad, la resistencia al desgaste y la estabilidad del revenido; pero los aceros típicos 35#/45# no se alean deliberadamente en altos niveles a menos que se especifique.
3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico
Microestructuras típicas: - En estado laminado o normalizado: mezcla de ferrita y perlita. El acero de grado 35# (menor contenido de carbono) presenta una mayor proporción de ferrita y perlita más gruesa; el acero de grado 45# tiene una mayor proporción de perlita/cementita (perlita más laminar) y puede presentar algo de cementita proeutectoide según el enfriamiento. Tras el temple: la formación de martensita es más pronunciada en el acero 45# para la misma severidad de temple debido a su mayor contenido de carbono. El acero 35# también formará martensita, pero en menor medida (y puede requerir un temple más profundo o una aleación para alcanzar una dureza equivalente). - Después del revenido: martensita revenida, con respuestas al revenido que difieren según el carbono — los aceros con mayor contenido de carbono conservan una mayor dureza a temperaturas de revenido equivalentes.
Efecto de las rutas de procesamiento: - La normalización (austenitización y enfriamiento al aire) refina el tamaño del grano y produce una matriz de ferrita + perlita relativamente uniforme; el acero 35# tiende a ser más dúctil después. - El temple y el revenido pueden aumentar la resistencia y la tenacidad: el acero 45# puede alcanzar mayores rangos de resistencia/dureza, pero requiere un revenido cuidadoso para evitar la fragilidad. - El procesamiento termomecánico y las adiciones de microaleaciones (V, Nb, Ti) pueden refinar el tamaño del grano de ferrita y producir matrices de ferrita/perlita o bainíticas más fuertes, aumentando la resistencia sin depender únicamente del carbono; dichos tratamientos generalmente se especifican en lugar de ser inherentes al acero estándar 35#/45#.
4. Propiedades mecánicas
Tabla: rangos típicos de propiedades mecánicas para condiciones comunes (los rangos normalizados o templados y revenidos se superponen). Estos son valores representativos; verifique con los certificados de fábrica y los registros de tratamiento térmico para el diseño.
| Propiedad | 35# (típico) | 45# (típico) |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (Rm) | ~500 – 700 MPa | ~600 – 800 MPa |
| Límite elástico (Rp0.2 / Re) | ~300 – 500 MPa | ~350 – 600 MPa |
| Alargamiento (A) | ~16 – 25% | ~10 – 18% |
| Tenacidad al impacto (entalla Charpy V, normalizada) | moderado; superior a 45# bajo el mismo tratamiento térmico | menos de 35 libras para el mismo tratamiento; mejora con el templado. |
| Dureza (HB) | ~150 – 220 HB | ~180 – 260 HB |
Interpretación: - El acero 45# es más resistente y capaz de una mayor dureza y resistencia al desgaste debido a su mayor contenido de carbono; normalmente muestra una ductilidad reducida y una menor tenacidad a la muesca en condiciones equivalentes. - El acero 35# es más dúctil y tolera mejor los ciclos térmicos de conformado y soldadura; suele ser preferible cuando la tenacidad, el doblado o el conformado en frío son importantes. Las propiedades finales dependen en gran medida del tratamiento térmico: un acero 35# templado y revenido puede alcanzar o superar la resistencia de un acero 45# normalizado, pero la dureza y la capacidad de resistencia al desgaste siguen estando limitadas por el contenido de carbono.
5. Soldabilidad
La soldabilidad depende principalmente del contenido de carbono, el equivalente de carbono (EC) y la aleación. Dos índices empíricos comunes son útiles para interpretar la soldabilidad relativa:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
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: El acero 45#, con mayor contenido de carbono, presentará valores de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ superiores a los del acero 35# (en igualdad de condiciones), lo que indica una mayor propensión a la formación de zonas afectadas térmicamente martensíticas duras y un mayor riesgo de fisuración en frío. Esto exige un precalentamiento, temperaturas controladas entre pasadas y un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) más frecuentes para el acero 45#. - El acero 35# es más soldable en la práctica típica de taller: menores requisitos de precalentamiento, menor riesgo de distorsión y menos problemas de agrietamiento. - Cuando están presentes elementos de aleación (Cr, Mo), la templabilidad aumenta y la soldabilidad disminuye aún más para ambos grados; ese efecto se magnifica en el grado 45# debido a su mayor templabilidad base proveniente del carbono.
6. Corrosión y protección de superficies
- Ni el acero 35# ni el 45# son aceros inoxidables; ambos son susceptibles a la corrosión atmosférica general y al ataque localizado en ambientes agresivos.
- Estrategias de protección comunes: galvanizado en caliente, electrodeposición, recubrimientos de conversión, sistemas de pintura/imprimación o recubrimientos poliméricos. La selección depende del entorno de servicio, la geometría y el coste.
- El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) no es aplicable a los aceros al carbono simples porque se utiliza para aleaciones inoxidables:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Utilice aleaciones resistentes a la corrosión (aceros inoxidables) o recubrimientos cuando la resistencia a la corrosión sea un requisito de diseño; para los aceros al carbono simples, concéntrese en los métodos de protección de barrera y catódica.
7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad
- Maquinabilidad: El acero 35# suele ser más fácil de mecanizar que el 45# debido a su menor dureza y menor desgaste de la herramienta; sin embargo, la maquinabilidad depende del tratamiento térmico y la microestructura. Las modificaciones para facilitar el corte (adiciones de azufre) constituyen una categoría aparte.
- Conformabilidad y doblado: El acero 35# presenta mayor ductilidad y mejor conformabilidad en frío. El acero 45# puede conformarse en frío, pero su deformación admisible antes de la fisuración es menor; para dobleces pronunciados, puede ser necesario el conformado en caliente o el recocido.
- Rectificado, acabado y endurecimiento superficial: el acero 45# responde mejor a los procesos de endurecimiento superficial (endurecimiento por inducción, carburización seguida de temple y revenido cuando se combina con perfiles de carbono apropiados) para mejorar la resistencia al desgaste.
- Estabilidad dimensional: ambos grados requieren atención a las tensiones residuales introducidas por el mecanizado y el tratamiento térmico; el grado 45# puede necesitar un recocido de alivio de tensiones dependiendo de la aplicación final.
8. Aplicaciones típicas
| 35# — Usos típicos | 45# — Usos típicos |
|---|---|
| Ejes y semiejes para cargas moderadas, pasadores, espárragos y pernos donde la ductilidad y la tenacidad son importantes. | Ejes, engranajes, cigüeñales, árboles de levas, pernos pesados y piezas de desgaste que requieren mayor dureza, sometidos a cargas elevadas. |
| Piezas forjadas y componentes que serán templadas para obtener una resistencia moderada y una buena tenacidad. | Componentes que requieren mayor resistencia al temple y revenido y mayor resistencia al desgaste superficial |
| Piezas que se sueldan con frecuencia o requieren un conformado más agresivo | Piezas que requieren mayor resistencia a la fatiga y al desgaste; componentes sometidos a fatiga por flexión. |
Justificación de la selección: - Elija 35# cuando la facilidad de conformado, soldadura y resistencia sean prioridades o cuando el costo sea una limitación. - Elija 45# cuando una mayor resistencia tal como se entrega, dureza superficial y resistencia al desgaste sean los principales factores de diseño y cuando el proceso de fabricación pueda adaptarse a la mayor templabilidad del acero.
9. Costo y disponibilidad
- Costo: El acero 35# suele ser ligeramente más económico que el 45# por kilogramo debido a su menor contenido de carbono y a procesos de producción similares; la diferencia es mínima. Los costos de tratamiento térmico y acabado pueden compensar las diferencias de precio del material.
- Disponibilidad: ambos grados son comunes en barras, placas y materiales forjados. El grado 45# suele encontrarse con mayor frecuencia en componentes de alta resistencia y aplicaciones que requieren entregas templadas y revenidas, mientras que el grado 35# es habitual para piezas de uso general.
- Formatos del producto: ambos están ampliamente disponibles como barras laminadas en caliente, barras estiradas en frío, forjados y placas. Se fabrican variantes con microaleaciones especiales o de composición química controlada bajo pedido.
10. Resumen y recomendación
Tabla resumen (cualitativa):
| Aspecto | 35# | 45# |
|---|---|---|
| soldabilidad | Mejor (menor CE) | Más sensible (mayor CE) |
| equilibrio entre resistencia y tenacidad | Mayor ductilidad y mejor tenacidad con el mismo tratamiento térmico. | Mayor resistencia/dureza alcanzable; menor ductilidad si se endurece en exceso. |
| Costo | Ligeramente inferior (coste del material) | Ligeramente superior (material + procesamiento potencial) |
Recomendaciones: - Elija 35# si: - Se necesita una mayor ductilidad en el estado de fabricación, procesos de soldadura más sencillos y un menor riesgo de fisuras. La pieza se someterá a un proceso de conformado significativo o requerirá una mayor tenacidad a la entalla bajo las cargas de diseño. Se prioriza el coste y la facilidad de fabricación sobre la máxima dureza o resistencia al desgaste.
- Elija 45# si:
- Se requiere mayor resistencia, mayor potencial de dureza o mejor resistencia al desgaste (por ejemplo, ejes y engranajes sometidos a cargas elevadas).
- El proceso de fabricación puede incluir un precalentamiento/tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) adecuado y un temple/revenido controlado para controlar la tenacidad.
- La vida a fatiga, la dureza superficial mediante endurecimiento por inducción o las propiedades de temple y revenido son factores determinantes del diseño.
Nota final: tanto el acero 35# como el 45# son aceros al carbono de uso general. La mejor opción depende de las condiciones de carga del componente final, el proceso de fabricación y las limitaciones de presupuesto. Para aplicaciones críticas, especifique en los documentos de compra el tratamiento térmico requerido, las propiedades mecánicas objetivo y las pruebas de aceptación (UT/MT, mapeo de dureza, ensayo de impacto) para garantizar que el proceso de laminación y el tratamiento térmico ofrezcan el rendimiento previsto.