410 vs 420 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros y profesionales de compras suelen elegir entre AISI 410 y AISI 420 al especificar aceros inoxidables martensíticos para componentes que deben equilibrar costo, conformabilidad, resistencia y una resistencia moderada a la corrosión. Entre los contextos típicos de decisión se incluye la selección de un grado para componentes de válvulas, ejes, sujetadores o cubertería, donde son importantes las compensaciones entre resistencia al desgaste, templabilidad, soldabilidad y costo de acabado.

La principal diferencia técnica radica en que el acero 420 presenta un mayor contenido de carbono que el 410, lo que le confiere una dureza y resistencia al desgaste considerablemente superiores tras el endurecimiento, mientras que el 410 conserva una ductilidad y tenacidad relativamente mejores en diversas condiciones de servicio. Dado que ambos son aceros inoxidables martensíticos con niveles de cromo similares, suelen compararse para aplicaciones que requieren una respuesta martensítica (endurecimiento + revenido) en lugar de la superior resistencia a la corrosión de los aceros austeníticos.

1. Normas y designaciones

• Normas y designaciones comunes:
• AISI/SAE/UNS: 410 (UNS S41000), 420 (UNS S42000)
• ASTM/ASME: materiales de referencia comunes derivados de las designaciones AISI para barras, placas y forjados.
• ES: X12Cr13 (similar a 410); las variantes de 420 aparecen como miembros de la familia X20Cr13 u otros códigos martensíticos según el carbono.
• JIS/GB: existen equivalentes comparables de acero inoxidable martensítico en las normas japonesas y chinas (por ejemplo, la familia SUS410), pero las normas locales utilizan una numeración distinta.
• Clasificación: Tanto el 410 como el 420 son aceros inoxidables martensíticos (inoxidables, endurecibles al aire, tratables térmicamente). No son aceros para herramientas ni aceros HSLA; son aleaciones inoxidables tratables térmicamente, diseñadas para ofrecer una resistencia a la corrosión moderada y una alta dureza.

2. Composición química y estrategia de aleación

La estrategia de aleación para ambos grados se centra en el cromo para la resistencia a la corrosión y el carbono para la templabilidad y la resistencia mecánica. El grado 420 aumenta el contenido de carbono con respecto al 410 para lograr una mayor respuesta al endurecimiento y resistencia al desgaste, a costa de la ductilidad y la soldabilidad.

Elemento	Rango típico / notas — 410	Rango típico / notas — 420
C (carbono)	Bajo a moderado (menor contenido de carbono que el 420; diseñado para un equilibrio entre ductilidad y templabilidad)	Mayor contenido de carbono (elevado intencionalmente para aumentar la templabilidad y la dureza del endurecimiento).
Mn (manganeso)	Pequeñas adiciones (desoxidación, fortalecimiento limitado de la solución sólida)	pequeñas adiciones similares
Si (silicio)	Pequeño, para desoxidación; refuerzo menor	Similar
P (fósforo)	Niveles bajos controlados (control de impurezas)	niveles bajos controlados
S (azufre)	Baja controlada (mejora la maquinabilidad en algunos grados cuando está presente)	Baja controlada (puede estar presente en variantes mecanizables)
Cr (cromo)	~12% (proporciona resistencia básica a la oxidación/inoxidación y características de acero inoxidable martensítico)	~12–14% (nivel de cromo similar al del 410)
Ni (níquel)	Normalmente bajo o nulo (mantiene la estructura martensítica)	Normalmente bajo o nulo
Mo, V, Nb, Ti, B, N	Generalmente ausente o en cantidades ínfimas; algunas variantes comerciales pueden incluir pequeñas adiciones de aleación.	Generalmente ausente o en cantidades mínimas; las variantes especiales 420 (por ejemplo, 420HC) pueden tener un C/S/P adaptado a la maquinabilidad/dureza.

Nota: Los porcentajes exactos varían según la norma y la forma del producto (barra, fleje, chapa, forjado). Los principales elementos de aleación son el cromo (para la resistencia a la corrosión) y el carbono (para la templabilidad y la máxima dureza tras el temple y revenido).

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo crea una película de óxido pasiva que proporciona un comportamiento inoxidable a concentraciones moderadas (~11–14% en estos grados martensíticos). - El carbono aumenta la dureza y la resistencia de la martensita después del temple; un mayor contenido de carbono reduce la tenacidad y la soldabilidad, y promueve la formación de carburos durante la exposición al calor o la soldadura. - El bajo contenido de níquel y de aleación mantiene a estos aceros magnéticos y martensíticos, lo que permite tratamientos térmicos que los aceros austeníticos no pueden seguir.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura: En estado recocido, ambos grados son generalmente ferríticos/perlíticos o parcialmente austeníticos, dependiendo de su composición química exacta y su historial térmico. Tras la austenización y el temple, ambos presentan microestructuras martensíticas; la austenita retenida y la distribución de carburos dependen del contenido de carbono y de la velocidad de enfriamiento. - 410: Con menor contenido de carbono, la martensita está menos sobresaturada de carbono y es típicamente más fina; los carburos están presentes pero son menos abundantes que en 420. - 420: Un mayor contenido de carbono produce una matriz de martensita más dura y una mayor fracción de volumen de carburos de cromo (carburos tipo M23C6) después de ciertos ciclos térmicos.

Respuesta al tratamiento térmico: - Normalización (enfriamiento por aire desde la austenización): refina el tamaño del grano y puede homogeneizar la microestructura; se utiliza más para mejorar la estabilidad dimensional y la tenacidad en el acero 410. Temple y revenido: método principal para obtener una estructura martensítica endurecida y revenida en ambos grados. El acero 420 alcanza una mayor dureza a temperaturas de revenido equivalentes debido a su mayor contenido de carbono; sin embargo, también requiere un revenido cuidadoso para equilibrar la tenacidad y reducir la fragilidad. - Procesamiento termomecánico: el forjado y el laminado controlado pueden refinar el tamaño del grano austenítico antes del temple y aumentar la tenacidad en ambos grados; los efectos son más pronunciados en el 410 debido a su menor templabilidad.

Nota práctica: El acero 420 es más sensible al sobrecalentamiento y a la precipitación de carburos durante los ciclos térmicos de enfriamiento lento o de soldadura; esto puede reducir la resistencia a la corrosión local y la tenacidad.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen del tratamiento térmico. A continuación se presenta un resumen comparativo, listo para su aplicación, para condiciones comunes (recocido frente a templado y revenido o endurecido y revenido).

Propiedad	410 (comportamiento típico)	420 (comportamiento típico)
Resistencia a la tracción	Moderado en estado recocido; aumenta con el temple/revenido, pero su máximo es inferior al de 420 con un endurecimiento equivalente.	Menor resistencia a la tracción en estado recocido, pero puede alcanzar una mayor resistencia máxima a la tracción cuando se endurece debido a su mayor contenido de carbono.
Resistencia a la fluencia	Moderado; buen equilibrio entre límite elástico y ductilidad	Mayor límite elástico alcanzable tras el endurecimiento; menor ductilidad a resistencia equivalente.
Alargamiento (ductilidad)	Mejor ductilidad y elongación en condiciones recocidas y templadas.	Menor elongación tras el endurecimiento; menor ductilidad que el acero 410 con resistencia comparable.
Dureza al impacto	En general, mayor tenacidad (menor fragilidad a niveles de dureza moderados).	Menor resistencia al impacto en estado de alta dureza; mayor tendencia a la fragilidad al alcanzar una alta dureza.
Dureza (máxima alcanzable)	Dureza máxima moderada tras el endurecimiento (adecuada para cierto desgaste).	Mayor dureza máxima (mayor resistencia al desgaste y retención de filo), pero sacrifica la tenacidad.

Interpretación: El 420 es la opción más fuerte y dura después del tratamiento térmico; el 410 es más tolerante: es más fácil obtener una tenacidad y ductilidad razonables, al tiempo que proporciona una resistencia al endurecimiento modesta.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen del contenido de carbono y la templabilidad. Ambos grados son aceros inoxidables martensíticos y presentan mayores dificultades de soldadura en comparación con los aceros de bajo carbono o los aceros inoxidables austeníticos.

Índices útiles (interpretación cualitativa): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (importante para la susceptibilidad al agrietamiento de las soldaduras de acero): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: El acero 420 presenta un mayor contenido de carbono en ambos índices, lo que incrementa su templabilidad y el riesgo de fisuración en frío y formación de martensita en la zona afectada por el calor (ZAC). El precalentamiento y el control de la temperatura entre pasadas, junto con el revenido posterior a la soldadura (PWHT), reducen el riesgo de fragilización por hidrógeno. - El acero 410, con menor contenido de carbono, es más fácil de soldar, pero aún así requiere atención al control del hidrógeno y al precalentamiento cuando las soldaduras penetran secciones muy trabajadas en frío o secciones gruesas. - El uso de metales de aporte compatibles, procesos con bajo contenido de hidrógeno, precalentamiento y revenido posterior a la soldadura beneficia a ambos grados; el 420 generalmente requiere controles más estrictos y un tratamiento térmico posterior a la soldadura más intenso para restaurar la tenacidad.

6. Corrosión y protección de superficies

• Tanto el 410 como el 420 son aceros inoxidables martensíticos: proporcionan una resistencia a la corrosión superior a la del acero al carbono simple en atmósferas secas y ambientes suaves, pero inferior a la de los grados austeníticos (304/316) en exposiciones a cloruros o ácidos.
• El contenido de cromo es el principal factor que contribuye a la resistencia a la corrosión en ambos grados; dado que ambos tienen un contenido similar de cromo, la resistencia a la corrosión base es comparable en muchas condiciones.
• Un mayor contenido de carbono en el acero 420 puede favorecer la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano durante el enfriamiento lento o la soldadura. Esta disminución localizada de cromo puede reducir la resistencia a la corrosión intergranular.
• Fórmula PREN (no se usa comúnmente para grados martensíticos) (solo como guía en algunas familias de aceros inoxidables): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice es aplicable principalmente a aceros inoxidables dúplex y austeníticos; su utilidad es limitada para los grados martensíticos porque el Mo y el N suelen ser bajos o estar ausentes.

Opciones de protección superficial para ambos grados cuando se necesita aumentar la resistencia a la corrosión: - Galvanizado (para 410 en algunas formas) — pero galvanizar aceros inoxidables es poco común y puede ser innecesario para el servicio típico. - Pintura, recubrimientos poliméricos o recubrimientos chapados (níquel/cromo): ampliamente utilizados para componentes donde la corrosión o la apariencia son importantes. - Tratamientos de pasivación y control cuidadoso de los ciclos de tratamiento térmico/soldadura para evitar la sensibilización.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Mecanizado: Ambos aceros deben mecanizarse en estado blando/recocido para una mayor vida útil de la herramienta. El mayor contenido de carbono del acero 420 y su potencial mayor dureza en ciertas condiciones de producto requieren especial atención; las variantes mecanizables (p. ej., 420 con azufre controlado) mejoran la formación de viruta.
• Conformado y doblado: El acero 410, con menor contenido de carbono y mayor ductilidad en estado recocido, es más fácil de conformar y doblar en frío. El acero 420 requiere parámetros de conformado más agresivos o debe conformarse en estado recocido, y su recuperación elástica puede ser mayor tras el revenido.
• Rectificado, pulido y acabado: el acero 420 es el preferido para aplicaciones que requieren retención de filo y un filo de corte pulido (cuchillos, cuchillas) porque responde bien al endurecimiento y al pulido; el acero 410 se pule y se acaba adecuadamente, pero con una dureza menor alcanzable.

8. Aplicaciones típicas

410 — Usos típicos	420 — Usos típicos
Elementos de fijación, pernos, ejes, componentes de válvulas y piezas de bombas que requieren una resistencia a la corrosión y una dureza moderadas.	Cubiertos, instrumental quirúrgico, navajas de afeitar, rodamientos, piezas de desgaste, asientos de válvulas donde se requiere mayor dureza y retención de filo
Componentes estructurales en entornos no severos de generación de energía y petroquímica	Herramientas y componentes que requieren mayor dureza superficial o resistencia al desgaste después del endurecimiento
Acero inoxidable martensítico de uso general donde la facilidad de soldadura/fabricación es importante.	Componentes que priorizan la resistencia al desgaste y la alta dureza; seleccionados para acabado/pulido.

Justificación de la selección: - Elija 410 si la aplicación valora la ductilidad, la facilidad de soldadura/fabricación y una resistencia moderada a la corrosión a un menor costo. - Elija 420 si la aplicación requiere mayor dureza y resistencia al desgaste (bordes, sellos, superficies de desgaste) y el diseño puede tolerar una tenacidad reducida y controles de soldadura/tratamiento térmico más estrictos.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: El acero 410 suele ser menos costoso que el 420 en muchas formas de productos debido a su menor contenido de carbono y a su uso más amplio como materia prima; las variantes del 420 (especialmente los grados con alto contenido de carbono o “HC”) pueden costar más debido al procesamiento para mejorar la dureza y el acabado específico.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en formatos comunes (barras, placas, flejes, forjados), aunque las variantes especiales del 420 (p. ej., 420HC, 420J2) se comercializan frecuentemente para cuchillería y usos quirúrgicos. Los plazos de entrega suelen ser cortos para los productos estándar de fábrica; especifique la variante exacta (recocida, templable, sulfurada para facilitar su mecanizado) al inicio del proceso de compra para evitar sustituciones.

10. Resumen y recomendación

Atributo	410	420
Soldabilidad	Mejor (menor huella de carbono)	Más desafiante (mayor contenido de carbono)
Compromiso entre resistencia y tenacidad	Resistencia equilibrada con fuerza moderada	Mayor resistencia/dureza alcanzable pero menor tenacidad
Costo	Generalmente más bajo	Generalmente más altas para las variantes con alto contenido de carbono/alta dureza.

Conclusiones: - Elija 410 si necesita un acero inoxidable martensítico con una ductilidad y tenacidad relativamente mejores, una fabricación y soldadura más sencillas y una resistencia a la corrosión moderada; por ejemplo, para ejes, válvulas, sujetadores y componentes donde la soldabilidad y la tenacidad son prioritarias. - Elija 420 si necesita mayor dureza y resistencia al desgaste (bordes de corte, sellos, superficies de desgaste, cuchillas de precisión), y el diseño permite controles de soldadura más estrictos y un tratamiento térmico posterior a la soldadura para mitigar los riesgos de fragilidad y corrosión.

Consejo práctico final: especifique la condición exacta del producto y el plan de tratamiento térmico posterior a la fabricación en los documentos de adquisición (por ejemplo, “420, templado y revenido a X HRC con revenido final a Y°C” o “410, normalizado para mejorar la tenacidad”) y exija la certificación química y mecánica para garantizar que el grado seleccionado cumpla con el equilibrio previsto de dureza, tenacidad y resistencia a la corrosión.