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

Introducción

El 35CrMo y el 42CrMo son dos aceros de aleación de cromo-molibdeno estrechamente relacionados, utilizados en componentes estructurales y sometidos a cargas mecánicas. Al elegir entre ellos, los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción evalúan habitualmente las ventajas y desventajas de la resistencia, la tenacidad, la maquinabilidad, la soldabilidad y el coste. En situaciones típicas, se plantea la cuestión de si conviene priorizar una mayor resistencia y durabilidad (por ejemplo, para ejes o engranajes pesados) frente a una fabricación más sencilla y una mayor tenacidad para piezas dinámicas.

La principal diferencia metalúrgica reside en el contenido de carbono, intencionadamente distinto, y la consiguiente estrategia de templabilidad: el 42CrMo presenta un mayor contenido de carbono para aumentar su resistencia y templabilidad, mientras que el 35CrMo tiene un menor contenido de carbono y adiciones similares de Cr y Mo para equilibrar la tenacidad y la facilidad de fabricación. Dado que ambos utilizan Cr y Mo como elementos de aleación principales, se suelen comparar en diseños que requieren un equilibrio entre resistencia, tenacidad y respuesta al tratamiento térmico.

1. Normas y designaciones

• Designaciones internacionales comunes:
• EN/ISO: 35CrMo4 (aprox. 1.7220), 42CrMo4 (aprox. 1.7225)
• Equivalentes AISI/ASTM: 35CrMo ≈ algunos grados similares a la familia 4130; 42CrMo ≈ AISI 4140 (nota: la equivalencia exacta depende de las especificaciones de las normas locales).
• GB (China): 35CrMo, 42CrMo (rangos químicos estándar)
• JIS: existen aceros Cr-Mo comparables pero la nomenclatura difiere (confirmar con el catálogo JIS).
• Clasificación:
• Ambos son aceros aleados (aceros Cr-Mo). No son inoxidables ni HSLA en sentido estricto; se utilizan como aceros estructurales/de ingeniería templados y revenidos.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos en porcentaje en peso para grados comerciales comúnmente especificados. Los valores son rangos representativos que se encuentran en las especificaciones de grados estándar; la composición final debe confirmarse con la norma exacta o el certificado de fábrica.

Elemento	35CrMo (rango típico, % en peso)	42CrMo (rango típico, % en peso)
do	0,32 – 0,40	0,38 – 0,45
Minnesota	0,50 – 0,80	0,60 – 0,90
Si	0,17 – 0,37	0,17 – 0,37
PAG	≤ 0,035	≤ 0,035
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	0,90 – 1,20	0,90 – 1,20
Ni	≤ traza	≤ traza
Mes	0,15 – 0,30	0,15 – 0,30
V	≤ traza	≤ traza
Nótese bien	≤ traza	≤ traza
Ti	≤ traza	≤ traza
B	≤ traza	≤ traza
norte	≤ traza	≤ traza

Notas: - “Traza” significa que normalmente no se añade intencionadamente; solo pueden aparecer cantidades residuales. Las principales diferencias de aleación deliberadas radican en los niveles de carbono y manganeso; el Cr y el Mo son similares porque proporcionan templabilidad, resistencia y resistencia al revenido. - El menor contenido de carbono en el 35CrMo forma parte de una estrategia de aleación para optimizar el equilibrio entre ductilidad/tenacidad y soldabilidad, mientras que las adiciones de Cr-Mo mantienen la templabilidad y la resistencia a altas temperaturas.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El carbono aumenta la resistencia y la dureza, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. - El cromo aumenta la templabilidad, la resistencia y la resistencia al revenido; también mejora la resistencia al desgaste. - El molibdeno aumenta sustancialmente la templabilidad y la resistencia a la fluencia, y ayuda a mantener la tenacidad después del revenido. - El silicio y el manganeso actúan como desoxidantes y contribuyen al comportamiento de resistencia/endurecimiento.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas y respuesta a procesos térmicos comunes:

• Tal cual / normalizado:
• Ambos grados desarrollan una estructura de ferrita-perlita después de la normalización, presentando el 42CrMo típicamente una perlita más fina y una mayor densidad de dislocaciones debido a un mayor contenido de carbono, lo que resulta en una mayor resistencia.
• Templado y revenido (T&R):
• El enfriamiento rápido desde la temperatura de austenización produce martensita (y posiblemente bainita dependiendo de la velocidad de enfriamiento); el revenido reduce la fragilidad y proporciona una combinación de resistencia y tenacidad a medida.
• El 42CrMo, debido a su mayor contenido de carbono y templabilidad ligeramente superior (con Cr/Mo), puede alcanzar mayores resistencias máximas y de límite elástico con tratamientos Q&T equivalentes, pero requiere un revenido cuidadosamente controlado para evitar una fragilidad excesiva.
• El acero 35CrMo puede alcanzar una alta resistencia con una tenacidad retenida ligeramente superior para un régimen de revenido determinado debido a su menor contenido de carbono.
• Procesamiento termomecánico:
• El laminado controlado seguido de un tratamiento térmico adecuado refina el tamaño de grano de la austenita previa y puede mejorar la tenacidad y la resistencia a la fatiga en ambos grados. Ambos aceros responden bien al tratamiento térmico de laminación (TMCP) para obtener mejores combinaciones de propiedades mecánicas.

Implicación práctica: los parámetros del tratamiento térmico (temperatura de austenización, medio y severidad del enfriamiento, temperatura/tiempo de revenido) deben seleccionarse teniendo en cuenta el grado de acero y el espesor de la sección para evitar microestructuras de ZAT duras y frágiles y para cumplir con los objetivos de propiedades mecánicas.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas varían considerablemente según el tratamiento térmico y el tamaño de la sección. La tabla siguiente muestra los rangos de propiedades típicos para las condiciones de temple y revenido que se utilizan habitualmente en ingeniería. Estos son rangos representativos; para la adquisición, especifique el tratamiento térmico y las condiciones de ensayo exactas.

Propiedad (rango típico de Q&T)	35CrMo	42CrMo
Resistencia a la tracción (MPa)	Moderado–Alto	Alto (superior a 35CrMo)
Límite elástico (MPa)	Moderado	Más alto
Alargamiento (%, Å)	Mejor ductilidad	Menor ductilidad con la misma dureza
Resistencia al impacto (Charpy)	Generalmente más alta con la misma fuerza	Generalmente menor, a menos que se haya templado para reducir su resistencia.
Dureza (HRC / HB)	Amplio rango alcanzable dependiendo del temple (pico inferior al del 42CrMo)	Puede lograr durezas máximas más elevadas para piezas resistentes al desgaste.

Interpretación: El 42CrMo suele ser más resistente y templable que el 42CrMo debido a su mayor contenido de carbono combinado con Cr-Mo. Con ciclos de temple y revenido iguales, el 42CrMo generalmente produce mayor resistencia a la tracción, mayor límite elástico y mayor dureza. - El acero 35CrMo generalmente ofrece mejor tenacidad y ductilidad a niveles de resistencia iguales o ligeramente inferiores debido a su menor contenido de carbono. Los diseñadores deben especificar la tenacidad requerida (por ejemplo, la energía de impacto a temperatura) y la dureza aceptable; de ​​lo contrario, el 42CrMo con mayor contenido de carbono puede producir involuntariamente componentes frágiles o dificultar la soldadura.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente del carbono, el equivalente de carbono (temperamentalidad por aleación) y el espesor.

Índices empíricos útiles: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (índice de soldabilidad): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: El mayor contenido de carbono del 42CrMo incrementa $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en comparación con el 35CrMo, lo que indica una mayor propensión a la formación de microestructuras martensíticas duras en la zona afectada por el calor (ZAC) y un mayor riesgo de fisuración en frío. Para secciones más gruesas, a menudo se requiere precalentamiento, temperaturas controladas entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura (TTPS). - El acero 35CrMo, con menor contenido de carbono, generalmente se suelda más fácilmente y puede requerir menos precalentamiento y un tratamiento térmico posterior a la soldadura más suave, lo que lo hace preferible cuando la fabricación de soldaduras es rutinaria y económica. - Para ambos grados, la selección del metal de aporte y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) deben planificarse en función del espesor y las condiciones de servicio para restaurar la tenacidad y aliviar las tensiones residuales.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el 35CrMo ni el 42CrMo son inoxidables; la resistencia a la corrosión es típica de los aceros de baja aleación y debe lograrse mediante recubrimientos o ingeniería de superficies para entornos corrosivos.
• Estrategias de protección típicas: galvanización, pintura, recubrimiento en polvo, chapado (zinc/níquel), revestimiento o aplicación de barreras resistentes a la corrosión combinadas con protección catódica si fuera necesario.
• Los índices de acero inoxidable como el PREN no son aplicables a estos aceros Cr-Mo, pero a modo de referencia, la fórmula PREN para aleaciones de acero inoxidable es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Utilice PREN únicamente para aleaciones inoxidables; para aceros de baja aleación Cr-Mo, la estrategia de protección contra la corrosión debe basarse en el entorno previsto (atmosférico, niebla salina, químico) y el coste.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: El mayor contenido de carbono y la mayor dureza del acero 42CrMo reducen su maquinabilidad en comparación con el 35CrMo a niveles de dureza similares. Para el mecanizado, ambos aceros se suelen especificar en estado normalizado o recocido; el 35CrMo puede mecanizarse más rápido o proporcionar una mayor vida útil de la herramienta en las mismas condiciones.
• Conformabilidad/doblado: El acero 35CrMo, con menor contenido de carbono, suele tener mejor conformabilidad en frío. El acero 42CrMo puede conformarse tras un recocido suave, pero el riesgo de recuperación elástica y agrietamiento aumenta si su dureza es elevada.
• Rectificado y acabado: Ambos materiales pueden rectificarse y acabarse eficazmente si se suministran en las condiciones adecuadas. Los tratamientos superficiales (nitruración, carburización) son habituales en componentes críticos sometidos a desgaste.
• Soldadura y control de la distorsión: el 35CrMo ofrece una soldadura más fácil y una menor dureza en la ZAT; el 42CrMo requiere un mayor control térmico, selección del material de aporte y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para evitar el agrietamiento y restaurar las propiedades óptimas.

8. Aplicaciones típicas

35CrMo – Usos típicos	42CrMo – Usos típicos
Ejes de servicio medio, piezas estructurales atornilladas, engranajes de carga media, componentes forjados que requieren buena tenacidad.	Ejes y semiejes de alta resistencia, engranajes de alta resistencia, cigüeñales, bielas, pasadores y espárragos de alta carga.
Componentes que requieren soldadura frecuente o fabricación compleja	Componentes donde la mayor resistencia, la resistencia al desgaste o la alta templabilidad son factores determinantes.
Vástagos de cilindros hidráulicos, acoplamientos donde se prioriza la ductilidad/tenacidad	Maquinaria todoterreno, maquinaria pesada, piezas de transmisión de alto par

Justificación de la selección: - Elija 35CrMo cuando se necesite un equilibrio entre resistencia y tenacidad, junto con una fabricación y soldadura más sencillas. - Elija 42CrMo cuando se requiera mayor resistencia a la tracción, resistencia al desgaste y templabilidad, y cuando el proceso de fabricación pueda adaptarse a controles más estrictos de soldadura y tratamiento térmico.

9. Costo y disponibilidad

• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles a nivel mundial en barras, forjados, palanquillas y placas. El 42CrMo (familia AISI 4140) es uno de los aceros aleados más comunes en muchos mercados.
• Coste: La diferencia en el coste del material suele ser pequeña; el 42CrMo puede ser ligeramente más caro debido a su mayor contenido de carbono y, en ocasiones, a requisitos de procesamiento más estrictos. Sin embargo, el coste total de la pieza debe incluir el tratamiento térmico, la soldadura/tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y el mecanizado, áreas en las que el 42CrMo puede incurrir en costes de procesamiento más elevados.
• Consejo de compras: Especifique el grado exacto, el estado de tratamiento térmico requerido, las propiedades mecánicas y los certificados de prueba de fábrica para evitar discrepancias entre el proveedor y la intención del diseño.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	35CrMo	42CrMo
soldabilidad	Bien	Regular-Moderado (requiere mayor control)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Resistencia moderada con mayor tenacidad	Mayor resistencia, menor ductilidad con la misma dureza.
Costo (material + procesamiento)	Bajo–Moderado	Moderado–Alto

Recomendaciones: - Elija 35CrMo si: La pieza requiere mayor tenacidad o ductilidad para una resistencia determinada. Se prevén soldaduras frecuentes o fabricaciones complejas sin un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) extenso. - Una maquinabilidad y conformabilidad ligeramente mejores son importantes. - Su objetivo es reducir los costes generales de procesamiento y facilitar el control de calidad para la resistencia a los riesgos asociados a las zonas afectadas por el calor. - Elija 42CrMo si: - El objetivo principal es lograr una mayor resistencia a la tracción, resistencia al desgaste o templabilidad en secciones gruesas. - La pieza está sometida a altas cargas estáticas o cíclicas donde la resistencia supera la conveniencia de la soldadura. - La fabricación puede soportar el precalentamiento requerido, el control entre pasadas y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).

Nota final: Ambos grados son aceros de ingeniería robustos; la elección correcta depende de la carga específica, la tenacidad requerida, las capacidades de soldadura y tratamiento térmico, y las limitaciones de costo. Siempre especifique las condiciones de tratamiento térmico requeridas, los objetivos de propiedades mecánicas y los requisitos de ensayo/inspección en los documentos de adquisición para garantizar que el material entregado cumpla con las especificaciones de diseño.