35CrMo frente a 42CrMo: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El 35CrMo y el 42CrMo son dos aceros de baja aleación al cromo-molibdeno comunes, empleados en componentes estructurales, de transmisión de potencia y de ingeniería. Los ingenieros y los equipos de compras a menudo se enfrentan al dilema de elegir entre ambos al equilibrar resistencia, tenacidad, soldabilidad, coste y facilidad de fabricación. Entre los contextos de decisión típicos se incluyen la selección de un grado para ejes o engranajes sometidos a cargas elevadas (donde la resistencia y la templabilidad son cruciales) y la especificación del material para subconjuntos soldados o componentes que requieren mayor resistencia al impacto.

A simple vista, la principal diferencia técnica radica en su composición de aleación y contenido de carbono: la aleación de mayor número suele tener un mayor contenido nominal de carbono y aleación, lo que le confiere mayor templabilidad y resistencia tras el temple y revenido, mientras que la variante de menor carbono sacrifica algo de resistencia máxima a cambio de una mayor tenacidad y una fabricación más sencilla. Dado que ambas aleaciones se utilizan ampliamente en productos similares, los diseñadores las comparan para optimizar el tratamiento térmico, los requisitos de soldadura y el coste del ciclo de vida.

1. Normas y designaciones

• GB/T (China): ambos grados se especifican comúnmente bajo las normas de acero templado y revenido GB/T (por ejemplo, referencias de la familia GB/T 3077/GB/T 1220).
• EN (Europa): 42CrMo se asocia comúnmente con EN 42CrMo4 (EN 1.7225); existen equivalentes de 35CrMo, pero están menos estandarizados universalmente en EN y a menudo se comparan con designaciones nacionales; verifique la norma específica a la que se hace referencia en las órdenes de compra.
• AISI/SAE: En muchos contextos industriales, el acero 42CrMo se considera generalmente equivalente a la familia 41xx (en particular, el AISI 4140); el acero 35CrMo es aproximadamente análogo a las variantes 41xx con menor contenido de carbono, pero consulte las hojas de especificaciones antes de la sustitución.
• JIS: Las clasificaciones JIS japonesas para aceros Cr-Mo tienen familias similares (por ejemplo, la serie SCM); se requiere referencia cruzada.
• Clasificación: ambos son aceros de baja aleación templados y revenidos (no son inoxidables, ni aceros para herramientas, ni aceros de alta resistencia y baja aleación en el sentido moderno). Se utilizan donde la aleación y el tratamiento térmico proporcionan mayor resistencia y tenacidad que los aceros al carbono comunes.

2. Composición química y estrategia de aleación

Los rangos de composición típicos varían según la norma y el proveedor; la tabla siguiente muestra los rangos aproximados de referencia más comunes. Para la adquisición de materiales, utilice siempre el certificado de materiales del comprador o la norma de referencia.

Elemento	Rango típico — 35CrMo (aprox.)	Rango típico — 42CrMo (aprox.)
do	0,32–0,40 % en peso	0,38–0,45 % en peso
Minnesota	0,50–0,80 % en peso	0,50–0,80 % en peso
Si	0,17–0,37 % en peso	0,17–0,37 % en peso
PAG	≤0,035 % en peso (máx.)	≤0,035 % en peso (máx.)
S	≤0,035 % en peso (máx.)	≤0,035 % en peso (máx.)
Cr	~0,6–1,0 % en peso	~0,9–1,2 % en peso
Mes	~0,15–0,25 % en peso	~0,15–0,25 % en peso
Ni	usualmente ≤0,30 % en peso (a menudo no se añade)	usualmente ≤0,30 % en peso (a menudo no se añade)
V, Nb, Ti, B, N	trazas o ausencia; depende de la versión de microaleación	trazas o ausencia; depende de la versión de microaleación

Notas: - Los valores son rangos aproximados utilizados en la práctica común de la industria; los límites exactos provienen de la norma aplicable o del certificado de fábrica. La aleación 42CrMo suele tener un mayor contenido nominal de carbono y un contenido ligeramente superior de cromo, lo que aumenta su templabilidad y el potencial para obtener mayores resistencias tras el revenido. El contenido de molibdeno en ambas aleaciones tiene como objetivo incrementar la templabilidad y la resistencia al revenido; pequeñas diferencias en el porcentaje de Mo pueden influir en el endurecimiento por secciones y en la resistencia al revenido.

Efectos de aleación: - El carbono controla principalmente la templabilidad y la resistencia máxima, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad cuando aumenta. - El cromo y el molibdeno aumentan la templabilidad y la resistencia a la temperatura, mejoran la resistencia al desgaste y ayudan a la resistencia al revenido. - El manganeso y el silicio actúan como desoxidantes y contribuyen modestamente a la templabilidad y la resistencia. - Los elementos de microaleación (V, Nb, Ti) pueden estar presentes en bajas concentraciones (ppm) para refinar el tamaño del grano y mejorar la tenacidad; estos no son los principales responsables de las diferencias de grado que se discuten aquí.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas:
• En condiciones recocidas o normalizadas, ambas calidades presentan una estructura de ferrita-perlita o perlita fina. Tras el temple, ambas forman martensita (o martensita + bainita, dependiendo de la velocidad de enfriamiento y el tamaño de la sección). El revenido produce martensita revenida con carburos.
• Comportamiento ante el tratamiento térmico:
• El 42CrMo, con mayor contenido de carbono y un contenido ligeramente superior de Cr y, a menudo, un contenido similar de Mo, presenta una mayor templabilidad: forma martensita más fácilmente a través de secciones más gruesas en comparación con el 35CrMo bajo la misma severidad de temple.
• El 35CrMo, con un contenido de carbono base más bajo, produce microestructuras templadas ligeramente más finas y resistentes a temperaturas de revenido comparables; su menor templabilidad reduce el riesgo de formación de martensita sin templar en grandes zonas afectadas por el calor de la soldadura, pero puede limitar la resistencia alcanzable en secciones muy gruesas.
• Rutas de procesamiento:
• La normalización mejora la uniformidad de las piezas forjadas y produce una microestructura inicial uniforme para el posterior proceso de temple.
• El temple y el revenido son la vía común para obtener alta resistencia y buena tenacidad; la temperatura de revenido controla el equilibrio entre resistencia y tenacidad.
• El procesamiento termomecánico puede refinar aún más el tamaño del grano y mejorar la tenacidad en ambos grados; el efecto suele ser más pronunciado en el grado de menor contenido de carbono.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del tratamiento térmico, el tamaño de la sección y los objetivos de revenido. La tabla siguiente resume el rendimiento relativo y el comportamiento típico, en lugar de los valores certificados absolutos; para fines de adquisición, consulte el informe de pruebas de fábrica y las condiciones de tratamiento térmico especificadas.

Propiedad	35CrMo (comportamiento típico)	42CrMo (comportamiento típico)
Resistencia a la tracción	De moderado a alto tras el tratamiento térmico; generalmente inferior al 42CrMo con un revenido equivalente.	Mayor resistencia a la tracción alcanzable debido a una mayor capacidad de endurecimiento por cizallamiento.
Fuerza de fluencia	Moderado; buena relación límite elástico/resistencia a la tracción cuando está correctamente templado.	Mayor límite elástico en estados de tratamiento térmico similares
Alargamiento (ductilidad)	Ductilidad y elongación ligeramente mejores a niveles de resistencia comparables	Ligera reducción del alargamiento al mismo nivel de tracción
resistencia al impacto	En general, presentan una mayor tenacidad para una resistencia determinada debido a un menor contenido de carbono y una microestructura templada más fina.	Conserva una buena tenacidad con el revenido adecuado, pero tiende a ser inferior a la del 35CrMo al mismo nivel de resistencia a la tracción.
Dureza (HRC o HV)	La dureza alcanzable es menor para el mismo programa de temple/revenido; es más fácil lograr una dureza dúctil tras el revenido.	Mayor dureza alcanzable; más sensible a la severidad del temple y al tamaño de la sección

Interpretación: - Para lograr la misma dureza o resistencia a la tracción objetivo, el 42CrMo normalmente requerirá un precalentamiento y un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) más cuidadosos para la soldadura y puede tener una mayor tensión residual y riesgo de microestructuras frágiles sin el tratamiento adecuado. - El 35CrMo ofrece un compromiso más tolerante entre resistencia y tenacidad en conjuntos soldados o de varias piezas, especialmente cuando no se requiere un endurecimiento profundo.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende en gran medida del contenido de carbono, de las aleaciones que aumentan la templabilidad y de los niveles de impurezas. Los índices comunes ayudan a predecir los controles de precalentamiento y entre pasadas:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretación cualitativa: - Un valor más alto de $CE_{IIW}$ o $P_{cm}$ indica una mayor propensión a formar martensita dura y quebradiza en la zona afectada por el calor de la soldadura, lo que requiere precalentamiento, temperaturas entre pasadas controladas o tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). - Debido a que el 42CrMo suele tener un mayor contenido de carbono y un contenido de cromo ligeramente superior, su equivalente de carbono calculado es normalmente mayor que el del 35CrMo, lo que significa que se requieren controles de soldadura más estrictos. - El 35CrMo tiende a ser más fácil de soldar, con menores exigencias de precalentamiento/PWHT para tamaños de sección similares, pero la calificación del procedimiento de soldadura sigue siendo necesaria para aplicaciones críticas.

6. Corrosión y protección de superficies

• Se trata de aceros aleados no inoxidables; su resistencia a la corrosión es limitada en comparación con los aceros inoxidables.
• Protecciones comunes:
• Galvanizado en caliente para resistencia a la corrosión atmosférica donde sea aceptable.
• Recubrimientos de conversión (por ejemplo, fosfatado) y pinturas o recubrimientos en polvo para la protección del medio ambiente.
• Aceite o cera para la protección temporal de superficies mecanizadas.
• El PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) es un índice para aceros inoxidables y no se aplica a los aceros al carbono Cr-Mo. A modo de referencia, la fórmula del PREN es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ pero no es relevante aquí porque ni el 35CrMo ni el 42CrMo son aceros inoxidables.
• En entornos de servicio donde se requiere protección activa contra la corrosión (marino, químico), considere en su lugar recubrimientos protectores o una aleación resistente a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• Ambos grados se mecanizan bien en estado recocido o normalizado; un mayor contenido de carbono y un endurecimiento previo reducen la maquinabilidad.
• El acero 42CrMo en estado templado/revenido será más difícil de mecanizar que el acero 35CrMo recocido.
• Formabilidad y doblado:
• El conformado se realiza mejor en estado recocido. El acero 35CrMo con menor contenido de carbono es ligeramente más fácil de conformar en frío sin agrietarse.
• Distorsión por tratamiento térmico:
• La aleación 42CrMo es más propensa a la distorsión por temple y al riesgo de agrietamiento en geometrías complejas debido a su mayor templabilidad y a las tensiones internas posteriores al temple.
• Acabado superficial:
• Ambos materiales toleran bien las operaciones de acabado típicas (rectificado, bruñido, granallado) cuando se tratan térmicamente correctamente; la atención al control de las tensiones residuales es importante para los componentes sometidos a fatiga.

8. Aplicaciones típicas

35CrMo — Usos típicos	42CrMo — Usos típicos
Ejes, piñones, piezas estructurales forjadas y conjuntos soldados de servicio medio que requieren buena tenacidad y resistencia razonable.	Ejes de alta carga, cigüeñales, engranajes sometidos a cargas elevadas, cilindros hidráulicos, ejes de alta tensión y piezas mecánicas que requieren alta templabilidad
Pernos, espárragos y elementos de fijación que requieren cierta soldabilidad	Componentes sometidos a altas tensiones de torsión o flexión y donde se requiere un endurecimiento de sección más profunda
Componentes de maquinaria con operaciones frecuentes de soldadura o reparación	Componentes templados de gran tamaño que requieren propiedades de sección transversal elevadas tras el tratamiento térmico.

Justificación de la selección: - Elija la opción de menor carbono (35CrMo) cuando la soldabilidad, la tenacidad y la resistencia a la fatiga en estructuras soldadas sean prioridades y no sea necesaria una resistencia máxima extrema. - Elija 42CrMo cuando la máxima resistencia, la resistencia al desgaste y la capacidad de endurecimiento en secciones gruesas sean factores clave del diseño.

9. Costo y disponibilidad

• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en barras, forjados, placas y tubos sin soldadura de las principales acerías. El 42CrMo (familia AISI 4140) es uno de los aceros aleados más comunes a nivel mundial.
• Coste relativo: El 42CrMo puede ser ligeramente más caro que el 35CrMo debido a su mayor contenido de carbono/aleación y a la mayor demanda en aplicaciones de alta resistencia. Las diferencias de precio reales dependen de las condiciones del mercado, la forma y el estado del tratamiento térmico.
• Plazos de entrega: los tratamientos térmicos especiales, las químicas personalizadas o la certificación (por ejemplo, END, PMI, pruebas específicas de fábrica) prolongarán los plazos de entrega para ambos grados.

10. Resumen y recomendación

Criterio	35CrMo	42CrMo
soldabilidad	Mejor (más indulgente)	Más exigente (mayor precalentamiento/PWHT probable)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buena tenacidad a una resistencia moderada	Mayor resistencia y dureza máximas; la tenacidad, en comparación con la misma resistencia, es menor.
Costo	Generalmente inferior o comparable	Ligeramente más alto en muchos mercados

Recomendaciones: - Elija 35CrMo si necesita un material equilibrado con buena tenacidad y fácil fabricación/soldadura, para componentes que se soldarán, repararán o que requieren mejor ductilidad y resistencia a la fatiga a niveles de resistencia moderados. - Elija 42CrMo si su diseño prioriza la máxima resistencia al temple y revenido, la resistencia al desgaste y la templabilidad de secciones profundas para ejes, engranajes o secciones grandes de servicio pesado donde lograr y mantener una alta resistencia al revenido es fundamental.

Nota final: Siempre especifique las condiciones de compra completas (estándar químico, requisitos de tratamiento térmico, objetivos de dureza/tracción y requisitos de soldadura/tratamiento térmico posterior a la soldadura) y solicite los certificados de ensayo de fábrica. Las diferencias entre proveedores y el tratamiento térmico seleccionado suelen tener un mayor impacto práctico en el rendimiento de la pieza que las pequeñas diferencias nominales de composición entre estos dos aceros de aleación Cr-Mo comunes.