35CrMo frente a 30CrMo: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones
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Introducción
Los ingenieros y profesionales de compras suelen elegir entre aceros aleados similares al equilibrar resistencia, tenacidad, soldabilidad y costo. El 30CrMo y el 35CrMo son dos aceros de baja aleación y medio carbono comúnmente especificados para componentes mecánicos donde la resistencia y la resistencia a la fatiga son cruciales. Las decisiones típicas se toman al elegir entre una resistencia ligeramente superior tras el temple y una mejor soldabilidad y ductilidad, o al especificar los rangos de tratamiento térmico para piezas como ejes, engranajes y elementos de fijación sometidos a alta tensión.
La principal diferencia práctica entre estas dos calidades radica en su contenido relativo de carbono/aleación: la aleación 35CrMo se especifica con un contenido de carbono ligeramente superior (y a menudo con adiciones de aleación marginalmente mayores) que la 30CrMo. Esta diferencia inclina la balanza hacia una mayor resistencia y dureza alcanzables en la aleación 35CrMo tras el temple y el revenido, mientras que la 30CrMo generalmente ofrece una fabricación más sencilla, una mejor soldabilidad y una mayor ductilidad para tratamientos térmicos equivalentes.
1. Normas y designaciones
- Normas comunes donde aparecen estos nombres:
- GB (China): 30CrMo, 35CrMo (sistema de designación chino típico)
- EN / ISO: existen materiales comparables (por ejemplo, aceros Cr-Mo como 34CrMo4, 42CrMo4), pero la equivalencia directa requiere verificar los límites de composición y las tablas de propiedades mecánicas en la norma aplicable.
- ASTM / ASME: Las series AISI/SAE (por ejemplo, la familia 4130) se suelen citar como análogos funcionales para la selección en ingeniería; la intercambiabilidad exacta requiere verificación.
- JIS: existen grados similares de Cr-Mo; confirmar que coinciden los requisitos químicos/microestructurales.
- Clasificación: Tanto el 30CrMo como el 35CrMo son aceros de medio carbono y baja aleación, utilizados como aceros estructurales aleados (no son inoxidables, ni aceros para herramientas, ni aceros de alta resistencia y baja aleación en el sentido moderno). Están diseñados para ofrecer resistencia y templabilidad mediante tratamiento térmico (normalizado, temple y revenido).
2. Composición química y estrategia de aleación
Tabla: rangos de composición típicos (en % de peso, indicativos). Los valores reales dependen del proveedor y de la norma aplicable; considérelos rangos representativos para comparaciones de ingeniería, no como especificaciones de compra.
| Elemento | 30CrMo (rangos típicos, % en peso) | 35CrMo (rangos típicos, % en peso) |
|---|---|---|
| do | 0,26 – 0,34 | 0,30 – 0,40 |
| Minnesota | 0,40 – 0,80 | 0,45 – 0,85 |
| Si | 0,15 – 0,40 | 0,15 – 0,40 |
| PAG | ≤ 0,025 | ≤ 0,025 |
| S | ≤ 0,035 | ≤ 0,035 |
| Cr | 0,80 – 1,20 | 0,80 – 1,30 |
| Ni | ≤ 0,30 (generalmente muy bajo) | ≤ 0,30 (generalmente muy bajo) |
| Mes | 0,12 – 0,30 | 0,12 – 0,30 |
| V | traza / opcional | traza / opcional |
| Nótese bien | traza / opcional | traza / opcional |
| Ti | traza / opcional | traza / opcional |
| B | rastro (raro) | rastro (raro) |
| norte | residual | residual |
Cómo afecta la aleación al rendimiento - Carbono: factor determinante de la resistencia y la templabilidad. Un contenido ligeramente superior de carbono en el 35CrMo aumenta la dureza y la resistencia a la tracción alcanzables tras el temple y revenido, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad si aumenta el equivalente de carbono. - Cromo y molibdeno: mejoran la templabilidad y la resistencia al revenido; ambos grados dependen del Cr y el Mo para lograr propiedades mecánicas a través del espesor en secciones más grandes. - Manganeso y silicio: fortalecen como desoxidantes y contribuyen a la templabilidad. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) pueden aparecer en variantes de microaleación para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad, pero no son obligatorios en las designaciones básicas 30/35CrMo.
3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico
microestructuras típicas En estado normalizado, ambas calidades presentan una mezcla de ferrita y perlita con tamaños de grano determinados por el trabajo en caliente y el enfriamiento. La normalización mejora la maquinabilidad y la tenacidad. Tras el temple y el revenido, ambos procesos desarrollan martensita revenida (o bainita revenida/bainítica, según la velocidad de enfriamiento y el tamaño de la sección). Un mayor contenido de carbono en el 35CrMo favorece una mayor proporción de martensita dura para un temple dado, lo que aumenta la resistencia y la dureza. - El procesamiento termomecánico (laminación controlada) seguido de un enfriamiento acelerado puede producir estructuras bainíticas/martensíticas revenidas más finas que ofrecen excelentes combinaciones de resistencia y tenacidad.
respuestas al tratamiento térmico - Normalización: refina la estructura laminada, mejora la maquinabilidad y prepara para el temple. Temple y revenido (T&R): método principal para lograr la resistencia de diseño. Ambos grados responden de forma predecible: el 35CrMo suele alcanzar una mayor resistencia tras el revenido, a costa de una elongación ligeramente menor y una posible reducción de la tenacidad al impacto si se revende en exceso de forma incorrecta. - Revenido: necesario para reducir la fragilidad de la martensita templada. El acero 35CrMo suele requerir programas de revenido ligeramente diferentes para preservar la tenacidad y alcanzar la resistencia deseada.
4. Propiedades mecánicas
Tabla: propiedades mecánicas indicativas después de un proceso representativo de temple y revenido (el ingeniero deberá verificar las especificaciones reales y el tratamiento térmico).
| Propiedad | 30CrMo (indicativo) | 35CrMo (indicativo) |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (MPa) | ~700 – 1000 | ~800 – 1100 |
| Límite elástico (MPa) | ~520 – 850 | ~600 – 950 |
| Alargamiento (%) | ~12 – 20 | ~8 – 16 |
| Impacto Charpy con muesca en V (J) | ~30 – 80 (varía según el temple y el grosor) | ~20 – 70 (sensible al tratamiento térmico) |
| Dureza (HB) | ~200 – 360 | ~240 – 380 |
Interpretación - Resistencia: El 35CrMo generalmente es capaz de alcanzar mayores resistencias a la tracción y a la fluencia bajo ciclos de temple y revenido comparables debido a su mayor contenido de carbono y templabilidad similar del Cr/Mo. - Tenacidad y ductilidad: El 30CrMo generalmente demuestra mayor elongación y puede ser más tenaz en condiciones transitorias, particularmente si se aplica un revenido cuidadoso y un control preciso del grano. - El equilibrio real entre resistencia y tenacidad depende en gran medida del tamaño de la sección, la velocidad de enfriamiento y el revenido; la especificación debe definir estos parámetros.
5. Soldabilidad
La soldabilidad de los aceros aleados depende del carbono y la aleación; esto se resume cualitativamente utilizando expresiones aceptadas de equivalente de carbono.
Fórmulas de evaluación útiles: - Equivalente de carbono (forma IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretación cualitativa El 35CrMo, con su mayor contenido de carbono, produce un CE<sub>IIW</sub>/P<sub>cm</sub> superior al del 30CrMo con niveles similares de Cr/Mo, lo que dificulta su soldadura. Un CE elevado implica un mayor riesgo de zonas afectadas térmicamente (ZAT) duras y quebradizas, así como de fisuración en frío, a menos que se tomen medidas para mitigarlo. - Controles prácticos de soldadura: el precalentamiento, el control de la temperatura entre pasadas, el uso de metales de aporte compatibles o de mayor aleación y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) son más frecuentes en el caso del acero 35CrMo, especialmente en secciones gruesas. El acero 30CrMo suele permitir un precalentamiento menos estricto y se puede soldar con mayor facilidad con varillas de aporte estándar de Cr-Mo, aunque se recomienda el PWHT para componentes estructurales. - Para ambos grados, siga las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) correspondientes y confirme mediante PWHT y controles de dureza en la ZAT.
6. Corrosión y protección de superficies
- Ni el 30CrMo ni el 35CrMo son aleaciones inoxidables; su resistencia a la corrosión es similar a la del acero al carbono y depende del acabado superficial y del entorno.
- Métodos de protección típicos:
- Galvanizado en caliente para protección atmosférica general (comprobar cómo afecta el galvanizado a las tolerancias dimensionales y a las superficies críticas a la fatiga).
- Recubrimientos orgánicos: imprimaciones, pinturas y recubrimientos en polvo para entornos industriales.
- Recubrimientos especializados (por ejemplo, cadmio, zinc-níquel) para requisitos funcionales particulares o componentes delgados.
- Los índices de acero inoxidable, como el PREN, no son aplicables a estos aceros de baja aleación Cr-Mo, ya que no son grados de acero inoxidable resistentes a la corrosión. A modo de contexto, el PREN se define como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ pero esto solo tiene sentido para los aceros inoxidables que contienen cantidades significativas de Cr y N. Para los aceros de aleación Cr-Mo, la mitigación de la corrosión depende de los recubrimientos y la protección catódica, no de la pasividad intrínseca.
7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad
- Maquinabilidad:
- El acero 30CrMo suele ser más fácil de mecanizar que el 35CrMo en condiciones comparables debido a su menor contenido de carbono y menor dureza en estado normalizado.
- Cuando las piezas se especifican en estado templado y revenido, ambos grados son más difíciles de mecanizar; la práctica recomendada es realizar el mecanizado pesado en estado normalizado o recocido y el mecanizado de acabado después del tratamiento térmico final cuando sea posible.
- Formabilidad:
- El conformado y doblado en frío son más fáciles con 30CrMo. Un mayor contenido de carbono en 35CrMo reduce la ductilidad y aumenta el riesgo de agrietamiento durante el conformado severo.
- Cuando sea necesario realizar el conformado, lleve a cabo las operaciones antes del tratamiento térmico final o utilice estrategias de conformado a temperaturas más altas.
- Acabado superficial:
- Ambos responden bien al rectificado estándar y al granallado para mejorar la vida útil a la fatiga; la mayor dureza del 35CrMo puede requerir herramientas y abrasivos más robustos.
8. Aplicaciones típicas
Tabla: usos típicos y justificación de la selección.
| 30CrMo — Aplicaciones típicas | 35CrMo — Aplicaciones típicas |
|---|---|
| Ejes, espárragos y pernos donde se requiere ductilidad y resistencia combinadas. | Ejes, cigüeñales, engranajes de alta resistencia y componentes sometidos a grandes esfuerzos que requieren una mayor resistencia al temple. |
| Componentes para tractores y maquinaria agrícola, engranajes de servicio mediano | Componentes de transmisión de alta carga, pasadores para maquinaria pesada y piezas críticas para el corte. |
| Componentes estructurales donde se necesita flexibilidad en la soldadura y la fabricación | Piezas en las que se acepta una menor tenacidad de la sección transversal a cambio de una mayor resistencia y resistencia al desgaste. |
| Componentes donde el coste y la facilidad de reparación/soldadura importan | Componentes de larga duración y críticos a la fatiga donde se prioriza una mayor resistencia al temple. |
Justificación de la selección Elija 30CrMo cuando el diseño requiera una soldadura más sencilla, mayor conformabilidad o cuando las piezas se vayan a reparar en campo. También es recomendable cuando el control de costes es importante y los requisitos de resistencia máxima son moderados. - Elija 35CrMo cuando la mayor resistencia al revenido, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga bajo tensiones estáticas elevadas sean los factores principales, y cuando sea factible la soldadura controlada/PWHT.
9. Costo y disponibilidad
- Coste relativo: El acero 35CrMo suele ser algo más caro que el 30CrMo debido a su contenido ligeramente mayor de aleación (y carbono) y a los requisitos de tratamiento térmico más estrictos para aplicaciones de alto rendimiento. El coste adicional suele ser modesto, pero puede ser significativo para grandes volúmenes.
- Disponibilidad por formato: ambas calidades se encuentran disponibles habitualmente en forma de barras, forjados y perfiles prensados o laminados a través de proveedores de acero industrial. El nivel de existencias depende de las redes de proveedores regionales; el acero 30CrMo suele estar más disponible en tamaños estándar de ingeniería debido a su uso más extendido en estructuras reparables y soldadas.
- Consejo para la adquisición: especifique los criterios de aceptación química y mecánica, los requisitos de tratamiento térmico y cualquier necesidad de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para evitar sorpresas y obtener presupuestos competitivos.
10. Resumen y recomendación
Tabla: breve resumen comparativo.
| Atributo | 30CrMo | 35CrMo |
|---|---|---|
| soldabilidad | Mejor (menor CE típico) | Menor (mayor CE; requiere controles más estrictos) |
| equilibrio entre resistencia y tenacidad | Buena ductilidad y tenacidad con resistencia moderada | Mayor resistencia y dureza; la tenacidad puede ser menor si no se templa adecuadamente. |
| Costo | Más bajo | Más alto |
Conclusiones - Elija 35CrMo si necesita mayor resistencia o dureza tras temple y revenido para componentes críticos a la fatiga, de alta carga o propensos al desgaste, y puede asumir controles de soldadura más estrictos (precalentamiento, PWHT) y un coste de material ligeramente superior. - Elija 30CrMo si sus prioridades son una mejor soldabilidad, una conformación/mecanizado más sencillo, una mayor ductilidad, reparaciones de campo más simples y un menor costo, sin dejar de lograr una buena resistencia después de un tratamiento térmico adecuado.
Nota práctica final: Confirme siempre la selección del grado de soldadura conforme a los requisitos químicos y mecánicos exactos de la norma o el plano correspondiente. Para el diseño de la soldadura, calcule el equivalente de carbono de la composición propuesta y consulte con su ingeniero de soldadura para definir el precalentamiento, la temperatura entre pasadas, el metal de aporte y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para garantizar la integridad del componente.