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, comúnmente utilizados en componentes estructurales y mecánicos donde se requiere un equilibrio entre resistencia, tenacidad y templabilidad. Los ingenieros y los equipos de compras frecuentemente deben elegir entre ellos al especificar ejes, engranajes, elementos de fijación o componentes de presión intermedia; una decisión que implica un equilibrio entre resistencia y resistencia al desgaste y ductilidad, comportamiento ante impactos y facilidad de fabricación.

La principal diferencia entre estas calidades radica en su contenido nominal de carbono y el efecto resultante en la resistencia mecánica y al revenido a altas temperaturas de operación. Dado que ambas calidades contienen cromo y molibdeno para mejorar la templabilidad y la resistencia al revenido, su comportamiento durante el temple y el revenido, así como su idoneidad para aplicaciones a temperaturas moderadamente elevadas, son razones comunes por las que estas dos aleaciones se comparan en el diseño y la fabricación.

1. Normas y designaciones

• Normas comunes y equivalentes:
• GB/T (China): 35CrMo, 42CrMo
• EN: a menudo se compara con los aceros de la serie EN 41xx (por ejemplo, 35CrMo ≈ 1,7035/34CrMo; 42CrMo ≈ 1,7225/42CrMo4, aunque las equivalencias precisas dependen de las especificaciones).
• AISI/SAE: los equivalentes aproximados son 35CrMo ≈ 4135, 42CrMo ≈ 4140 (nota: la equivalencia directa depende de la forma y las especificaciones del producto).
• JIS: existen grados similares en las familias JIS G4105/G4106
• Clasificación:
• Ambos son aceros estructurales de baja aleación (aceros al carbono aleados), no inoxidables, no HSLA en el sentido moderno; utilizados como aceros aleados tratables térmicamente para forjados, barras y piezas de maquinaria.

2. Composición química y estrategia de aleación

Tabla: rangos de composición típicos (en % peso). Estos son rangos representativos que se encuentran en las especificaciones comerciales comunes; consulte siempre el certificado o la norma específica del fabricante para la adquisición.

Elemento	35CrMo (rango típico)	42CrMo (rango típico)
do	0,30 – 0,38	0,38 – 0,45
Minnesota	0,50 – 0,80	0,60 – 1,00
Si	0,15 – 0,35	0,15 – 0,40
PAG	≤ 0,035	≤ 0,035
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	0,80 – 1,10	0,90 – 1,20
Ni	≤ 0,30 (traza)	≤ 0,30 (traza)
Mes	0,15 – 0,30	0,15 – 0,30
V	≤ 0,05 (traza)	≤ 0,05 (traza)
Nb, Ti, B	— (posibilidad de microaleación en trazas)	— (posibilidad de microaleación en trazas)
norte	≤ 0,012	≤ 0,012

Notas: - La principal diferencia en la composición radica en el mayor contenido de carbono del 42CrMo, que aumenta la templabilidad, la resistencia y la resistencia al desgaste, pero tiende a reducir la ductilidad y la soldabilidad si no se precalienta adecuadamente y se somete a un tratamiento térmico posterior a la soldadura. - El Cr y el Mo son los principales elementos de aleación en este caso: el cromo aumenta ligeramente la templabilidad, la resistencia y la resistencia a la corrosión; el molibdeno mejora la templabilidad y la resistencia al revenido (es decir, mantiene la resistencia a temperaturas de revenido elevadas). - En algunas variantes comerciales pueden estar presentes elementos de microaleación traza (V, Nb, Ti) para refinar el tamaño del grano y mejorar la resistencia sin grandes aumentos de carbono.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: - En estado recocido o normalizado, ambos aceros suelen estar compuestos de ferrita + perlita, aumentando la fracción de perlita con el contenido de carbono. - Tras el enfriamiento brusco desde la temperatura de austenización, se desarrolla una estructura martensítica (o bainítica + martensítica), con un contenido de austenita retenida que depende de la velocidad de enfriamiento y la composición.

Efectos del tratamiento térmico: Normalización: refina el tamaño de grano y produce una microestructura fina de ferrita-perlita. El 35CrMo suele generar microestructuras ligeramente más finas y dúctiles a la misma velocidad de enfriamiento debido a su menor contenido de carbono. Temple y revenido: ambos procesos responden bien. El acero 42CrMo, con mayor contenido de carbono, alcanza mayor dureza y resistencia a la tracción tras el temple; además, requiere un revenido cuidadoso para evitar una fragilidad excesiva. El contenido de molibdeno ayuda a ambos grados a resistir el ablandamiento a temperaturas de revenido más altas (mayor resistencia al revenido). - Procesamiento termomecánico: el laminado controlado y el enfriamiento acelerado producen microestructuras bainíticas o martensíticas finas con mayor tenacidad; la microaleación y la temperatura de acabado son importantes para controlar el crecimiento del grano. - Implicación práctica: para un régimen de temple y revenido determinado, el 42CrMo alcanza una mayor resistencia posible, pero requerirá diferentes programas de revenido para equilibrar la tenacidad, especialmente cuando se presentan temperaturas elevadas de revenido o de funcionamiento.

4. Propiedades mecánicas

Tabla: rangos típicos de propiedades mecánicas. Estos rangos dependen en gran medida de la forma del producto y del tratamiento térmico; los valores mostrados son representativos de las condiciones normalizadas y templadas y revenidas (T&R) utilizadas en la práctica de la ingeniería.

Propiedad	35CrMo (normalizado)	35CrMo (Q&T)	42CrMo (normalizado)	42CrMo (Q&T)
Resistencia a la tracción (MPa)	550 – 750	760 – 1000	600 – 800	900 – 1100
Límite elástico (0,2% Rp0,2, MPa)	350 – 550	600 – 900	400 – 600	700 – 950
Alargamiento (%)	16 – 22	10 – 16	14 – 20	8 – 14
Resistencia al impacto (Charpy V-notch, J)	30 – 80 (norma)	20 – 60 (Q&T, depende del temperamento)	25 – 70 (norma)	15 – 50 (Q&T, depende del temperamento)
Dureza (HRC / HB)	20 – 26 HRC (rangos Q&T)	26 – 40 HRC	22 – 28 HRC	28 – 45 HRC

Interpretación: - El acero 42CrMo generalmente alcanza mayores resistencias a la tracción y al límite elástico después del temple y revenido debido a su mayor contenido de carbono; también alcanza una mayor dureza para una mayor resistencia al desgaste. - El acero 35CrMo tiende a ofrecer mayor ductilidad y un rendimiento al impacto ligeramente mejor cuando se templa a niveles de resistencia comparables, lo que lo hace preferible cuando la tenacidad y la resistencia a la fatiga son prioritarias. Las propiedades mecánicas reales son función de los parámetros del tratamiento térmico (temperatura de austenización, medio de enfriamiento y temperatura/tiempo de revenido) y de la geometría del producto.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está influenciada principalmente por el equivalente de carbono y el contenido de aleación. Dos predictores comúnmente utilizados son el equivalente de carbono IIW y el más conservador $P_{cm}$:

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

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

Interpretación cualitativa: - El 42CrMo, con su mayor contenido de carbono, tiene un equivalente de carbono mayor que el 35CrMo para niveles idénticos de Cr-Mo; esto se traduce en un mayor riesgo de zonas afectadas por el calor (ZAC) duras y quebradizas y de agrietamiento en frío si se suelda sin precalentamiento y temperaturas entre pasadas controladas. - Ambos grados contienen Cr y Mo, que aumentan la templabilidad; los procedimientos de soldadura normalmente requieren precalentamiento, consumibles con bajo contenido de hidrógeno y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) cuando se trata de aplicaciones críticas o que requieren alta resistencia. - La soldadura del 35CrMo es más fácil y a menudo requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) menos agresivo que el del 42CrMo para un rendimiento equivalente del componente, pero las prácticas de soldadura adecuadas siguen siendo fundamentales para ambos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el 35CrMo ni el 42CrMo son aceros inoxidables; su contenido de cromo no es suficiente para formar una película pasiva continua que proporcione resistencia general a la corrosión.
• Estrategias de protección típicas:
• Recubrimientos de barrera (sistemas de pintura, recubrimientos en polvo)
• Galvanizado (en caliente) donde sea apropiado; tenga en cuenta que el galvanizado puede afectar el tratamiento térmico y las propiedades objetivo en secciones pequeñas y requiere tratamientos posteriores al galvanizado si la dureza/precisión es crítica.
• Revestimiento o uso de recubrimientos resistentes a la corrosión donde la corrosión localizada sea un problema.
• La fórmula PREN para la clasificación de aleaciones inoxidables no es aplicable a estos aceros al carbono-aleados, ya que sus niveles de cromo y molibdeno son demasiado bajos como para confiar en la pasividad:

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

• Utilice grados resistentes a la corrosión o medidas de protección cuando los entornos de servicio sean corrosivos; ni el 35CrMo ni el 42CrMo deben seleccionarse únicamente por su resistencia a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: El acero 35CrMo, con menor contenido de carbono, suele ser más fácil de mecanizar que el 42CrMo en condiciones normalizadas comparables debido a su menor dureza y menores fuerzas de corte. Tras el temple y revenido, ambos grados se vuelven más difíciles de mecanizar; el 42CrMo, a mayores niveles de dureza, presenta un mayor desgaste de la herramienta.
• Conformabilidad: El 35CrMo presenta mejor conformabilidad en frío y mejor comportamiento al doblado que el 42CrMo en estado recocido o normalizado. El embutido profundo está limitado por el contenido de carbono en ambos; por lo general, el conformado debe realizarse en estado recocido blando.
• El rectificado, el acabado superficial y el torneado duro son comunes para ambos cuando están endurecidos; el 42CrMo requiere herramientas más robustas para el mecanizado duro.
• Distorsiones por tratamiento térmico y tensiones residuales: ambas requieren atención al espesor de la sección, al medio de enfriamiento y al diseño de la fijación para controlar la distorsión.

8. Aplicaciones típicas

Tabla: usos representativos

35CrMo	42CrMo
Ejes (donde la tenacidad y la resistencia a la fatiga son importantes)	Ejes y árboles de alta resistencia que requieren mayor resistencia
Engranajes en aplicaciones de carga moderada	Engranajes para aplicaciones de alta exigencia y piezas de transmisión de potencia
Pernos y elementos de fijación que requieren buena resistencia	Sujetadores y pernos de alta resistencia
Bielas y cigüeñales para servicio mediano	Componentes de maquinaria de alta resistencia, cilindros hidráulicos, mandriles
Piezas forjadas que requieren buena ductilidad	Piezas propensas al desgaste que requieren mayor dureza después del tratamiento térmico.

Justificación de la selección: - Elija 42CrMo cuando se requiera mayor resistencia estática, dureza y resistencia al desgaste, y cuando se disponga de procedimientos controlados de tratamiento térmico y soldadura. - Elija 35CrMo cuando se necesite una mejor ductilidad, resistencia al impacto o rendimiento a la fatiga con niveles de revenido comparables, o cuando se priorice la facilidad de fabricación.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: Los precios varían según las condiciones del mercado, la forma del producto (barra, forjado, placa) y el acabado. Generalmente, la diferencia en el costo de la materia prima entre el 35CrMo y el 42CrMo es modesta, ya que los elementos de aleación principales (Cr, Mo) son similares; el 42CrMo puede ser ligeramente más caro debido a un procesamiento con mayor contenido de carbono y a los controles más estrictos necesarios para aplicaciones críticas de soldadura.
• Disponibilidad: Ambos grados se producen ampliamente y están disponibles en barras, forjados y acero redondo. El 42CrMo (equivalente al 4140) tiene una disponibilidad particularmente amplia en las cadenas de suministro globales, ya que es una aleación de ingeniería muy común.

10. Resumen y recomendación

Tabla: comparación rápida

Atributo	35CrMo	42CrMo
Soldabilidad	Mejor (menor CE)	Más exigente (mayor CE)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Mayor resistencia con una fuerza comparable	Mayor resistencia y dureza alcanzables
Costo (relativo)	Ligeramente inferior o similar	Ligeramente superior en el control de procesamiento/soldadura

Recomendación: Elija 35CrMo si necesita una combinación equilibrada de tenacidad, ductilidad y resistencia razonable, con una fabricación más sencilla y requisitos de soldadura/tratamiento térmico posterior a la soldadura menos exigentes. Es ideal para componentes donde se prioriza la resistencia al impacto, la vida a fatiga o el comportamiento dúctil. Elija 42CrMo si su diseño requiere mayor resistencia estática, mayor templabilidad y una resistencia al desgaste superior tras el temple y revenido. Es apropiado para ejes, engranajes y componentes sometidos a cargas elevadas y a mayores esfuerzos mecánicos, o donde se requiere una mayor resistencia al revenido a temperaturas moderadamente elevadas, siempre que se implementen controles de soldadura y tratamiento térmico.

Nota final: Ni el 35CrMo ni el 42CrMo están diseñados para un servicio prolongado a alta temperatura (fluencia) sin una selección precisa de materiales. Para aplicaciones críticas a altas temperaturas o con alta resistencia a la fluencia, considere aleaciones de Cr-Mo-V o acero inoxidable diseñadas específicamente para este fin, y consulte los datos de fluencia y revenido correspondientes a la temperatura y el tiempo de servicio previstos. Verifique siempre los certificados de fabricación y realice pruebas de calificación de tratamiento térmico (tracción, impacto, dureza) para los componentes críticos.