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

Introducción

Los ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción a menudo deben elegir entre aceros al cromo-molibdeno muy similares para componentes forjados, ejes, engranajes y piezas estructurales. El dilema de la selección suele girar en torno al equilibrio entre la resistencia y el comportamiento a la fatiga alcanzables y la ductilidad, la soldabilidad y el coste total de producción. En muchas especificaciones, la elección se reduce a dos grados similares: 42CrMo y 35CrMo.

La diferencia práctica entre estas dos calidades radica principalmente en su contenido de carbono y los consiguientes cambios en la resistencia y la templabilidad. Dado que los niveles de cromo y molibdeno son similares, la calidad con mayor contenido de carbono alcanza mayor resistencia y dureza tras el temple y revenido, mientras que la calidad con menor contenido de carbono conserva una tenacidad y soldabilidad relativamente mejores para un tratamiento térmico determinado. Estas ventajas y desventajas hacen que ambas calidades sean una comparación habitual en las decisiones de diseño y fabricación.

1. Normas y designaciones

• 42CrMo
• Estándares/equivalentes comunes: EN 42CrMo4 (1.7225), AISI/ASTM, comúnmente referenciado como familia 4140 por su composición y uso similares. Designación GB/T en China: 42CrMo.
• Clasificación: Acero templado y revenido de aleación media (acero aleado).
• 35CrMo
• Equivalentes/estándares comunes: Se encuentra en algunas normas nacionales como 35CrMo o 35CrMo4 (la nomenclatura EN varía); se utiliza en las especificaciones GB/T. Su uso es menos frecuente como análogo directo del AISI, pero es comparable a los aceros Cr-Mo de bajo carbono de la serie 4100.
• Clasificación: Acero templado y revenido de aleación media (acero aleado).

Ambos grados son aceros aleados (no inoxidables, no aceros para herramientas). Normalmente se suministran en forma de barras, forjados y placas para su posterior tratamiento térmico.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos utilizados para comparaciones de diseño y especificaciones. La composición certificada real debe tomarse del certificado de análisis de fábrica para cada lote de compra.

Elemento	42CrMo (rangos típicos)	35CrMo (rangos típicos)
C (carbono)	0,38 – 0,45 % en peso	0,32 – 0,40 % en peso
Mn (manganeso)	0,50 – 0,90 % en peso	0,50 – 0,80 % en peso
Si (silicio)	0,17 – 0,37 % en peso	0,17 – 0,37 % en peso
P (fósforo)	≤ 0,025 % en peso (máx.)	≤ 0,025 % en peso (máx.)
S (azufre)	≤ 0,025 % en peso (máx.)	≤ 0,025 % en peso (máx.)
Cr (cromo)	0,90 – 1,20 % en peso	0,80 – 1,10 % en peso
Mo (molibdeno)	0,15 – 0,30 % en peso	0,15 – 0,30 % en peso
Ni (níquel)	≤ 0,30 % en peso (trazas)	≤ 0,30 % en peso (trazas)
V, Nb, Ti, B, N	Normalmente no se especifica / solo seguimiento	Normalmente no se especifica / solo seguimiento

Cómo funciona la estrategia de aleación El carbono es la principal variable que controla la fracción de martensita templada y la respuesta al revenido; un mayor contenido de carbono aumenta la resistencia y la dureza alcanzables, pero reduce la ductilidad y la soldabilidad. El cromo y el molibdeno contribuyen a la templabilidad (aumentan la profundidad de la zona templable), la resistencia al revenido y la resistencia a la temperatura. Dado que ambas aleaciones tienen un contenido similar de Cr y Mo, su templabilidad es comparable cuando el contenido de carbono es el mismo, pero el mayor contenido de carbono en el 42CrMo incrementa la resistencia final. - El manganeso y el silicio favorecen la templabilidad y la desoxidación; los bajos niveles de P y S se controlan para preservar la tenacidad y el rendimiento a la fatiga.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras y respuestas típicas bajo rutas de procesamiento comunes:

• Laminado/normalizado
• Ambas calidades, una vez normalizadas, presentan una matriz de ferrita-perlita con carburos finos. La aleación 42CrMo, con mayor contenido de carbono, tendrá una fracción de perlita ligeramente superior y una dispersión de carburos más fina tras un ciclo térmico adecuado.
• Temple y revenido (T&R)
• Temple: Ambos grados formarán martensita en secciones suficientemente gruesas, dada la templabilidad del Cr-Mo. El 42CrMo producirá una estructura martensítica más dura y de mayor resistencia debido a su mayor contenido de carbono.
• Revenido: El revenido reduce la fragilidad y ajusta la tenacidad. Dado que el 42CrMo presenta una dureza inicial mayor, los programas de revenido deben ajustarse para lograr el mismo equilibrio entre resistencia y tenacidad que el 35CrMo.
• Normalizado + revenido / Procesamiento termomecánico
• Los tratamientos termomecánicos que refinan el tamaño de grano de la austenita previa mejoran la tenacidad y la resistencia a la fatiga en ambas calidades. El comportamiento relativo es similar; el mayor contenido de carbono en el 42CrMo exige un enfriamiento y revenido controlados para evitar la fragilización por revenido o tensiones residuales excesivas.

Conclusiones clave - El 42CrMo alcanza una mayor resistencia y dureza máximas después de ciclos de temple y revenido equivalentes. - El 35CrMo ofrece un margen de revenido ligeramente más permisivo para mayor tenacidad y mejor rendimiento en secciones transversales más gruesas, donde el endurecimiento total es más difícil.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas exactas dependen en gran medida de la forma del producto y del tratamiento térmico. La tabla siguiente ofrece comparaciones cualitativas y tendencias típicas de las propiedades, en lugar de valores certificados absolutos. Para la adquisición, utilice los certificados de fábrica y las condiciones de tratamiento térmico especificadas en el contrato.

Propiedad	42CrMo	35CrMo
Resistencia a la tracción (típica)	Mayor potencial de resistencia máxima a la tracción después del tratamiento térmico (más resistente en las mismas condiciones de tratamiento térmico).	Potencial de resistencia a la tracción máxima ligeramente inferior para un HT determinado.
Resistencia a la fluencia	Mayor rendimiento con objetivos de temple/dureza iguales	Menor límite elástico, mayor margen de ductilidad
Alargamiento / Ductilidad	Menor elongación a altos niveles de resistencia (compensación con la resistencia)	Mejor elongación y ductilidad con un revenido comparable.
Resistencia al impacto	Puede ser excelente si se templa correctamente; es más sensible al tratamiento térmico y al tamaño de la sección.	Generalmente menos sensible; puede proporcionar una mejor relación tenacidad-resistencia con menor dureza.
Dureza	Mayor dureza alcanzable tras el temple (requiere mayor revenido para mayor tenacidad).	Menor dureza máxima alcanzable para el mismo programa de tratamiento térmico.

Explicación Dado que el carbono aumenta el inicio de la transformación martensítica y su contenido, un mayor contenido de carbono en el acero 42CrMo produce mayor resistencia y dureza para un temple determinado. Este aumento de resistencia se consigue a costa de una menor tenacidad y ductilidad, a menos que se utilice un tratamiento térmico de revenido para compensar la dureza con la tenacidad. - Para componentes críticos sometidos a fatiga, los diseñadores a menudo especifican un templado controlado para lograr el equilibrio requerido y seleccionan el grado que minimiza la sensibilidad al tamaño de la sección y al aporte de calor.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del equivalente de carbono y la templabilidad; la evaluación práctica suele utilizar fórmulas de equivalente de carbono. Dos índices comúnmente citados son:

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

• Índice internacional de 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 de 42CrMo frente a 35CrMo - El 42CrMo (mayor contenido de carbono) tendrá un $CE_{IIW}$ y un $P_{cm}$ mayores que el 35CrMo en igualdad de condiciones, lo que significa un mayor riesgo de agrietamiento en frío y una mayor necesidad de precalentamiento, control entre pasadas, consumibles de bajo hidrógeno o tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). - El menor contenido de carbono del 35CrMo lo hace más soldable en las prácticas comunes de taller y reduce la severidad del precalentamiento/tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) requerido para el mismo espesor. Ambos grados son soldables con los procedimientos estándar para aceros al cromo-molibdeno cuando se aplican el precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) adecuados. Para secciones críticas o gruesas, realice la calificación del procedimiento (PQR) e incluya el PWHT para eliminar el hidrógeno y templar la zona afectada por el calor (ZAC).

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el acero 42CrMo ni el 35CrMo son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es similar a la de los aceros al carbono de baja aleación. Los criterios de selección suelen basarse en el recubrimiento y el acabado, más que en la aleación.
• Estrategias de protección comunes: pintura, protección catódica, galvanizado en caliente (cuando la geometría lo permita) o chapado cuando sea apropiado.
• El sistema PREN no es aplicable a estos aceros de baja aleación no inoxidables. A modo de referencia, la fórmula PREN para la evaluación de la resistencia a la corrosión por acero inoxidable es la siguiente: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Pero este índice es irrelevante para los aceros estructurales simples de cromo-molibdeno porque su contenido de cromo es demasiado bajo para conferirles un comportamiento inoxidable.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad
• El acero 35CrMo suele ser más fácil de mecanizar que el 42CrMo con el mismo nivel de dureza debido a su menor contenido de carbono y su menor tendencia al endurecimiento por deformación. La vida útil de la herramienta y las fuerzas de corte serán más favorables para el 35CrMo.
• Cuando las piezas se suministran en condiciones más blandas, normalizadas o recocidas, la maquinabilidad mejora en ambos casos; las condiciones endurecidas requerirán herramientas de carburo.
• conformabilidad y doblado
• El menor contenido de carbono en el acero 35CrMo proporciona una mejor conformabilidad en frío. Generalmente, requiere una menor reducción de la recuperación elástica al doblarlo o conformarlo.
• El acero 42CrMo requiere un control más estricto de los radios de curvatura y puede requerir tratamientos térmicos intermedios para una deformación plástica significativa.
• Acabado y rectificado de superficies
• Ambos aceros pueden rectificarse y acabarse hasta obtener superficies de alta calidad; la mayor dureza del 42CrMo aumenta la abrasividad en las muelas y herramientas de rectificado.

8. Aplicaciones típicas

42CrMo (Cr-Mo con mayor contenido de carbono)	35CrMo (Cr-Mo con bajo contenido de carbono)
Ejes, ejes de alta resistencia, cigüeñales, engranajes sometidos a cargas elevadas, alojamientos de cojinetes donde se requiere mayor resistencia y durabilidad tras el tratamiento térmico.	Ejes, piezas forjadas estructurales, pernos y elementos de fijación de alta resistencia, componentes que requieren mayor ductilidad o una soldadura más sencilla.
Piezas y componentes rotativos sometidos a altas tensiones con secciones críticas a la fatiga que pueden someterse a un tratamiento térmico fiable.	Piezas que requieren una fabricación más sencilla o operaciones de unión más frecuentes; componentes estructurales de resistencia intermedia
Componentes de máquinas herramienta donde la dureza y la resistencia al desgaste son beneficiosas	Componentes en los que se priorizan la resistencia, la ductilidad y la rentabilidad.

Justificación de la selección - Elija 42CrMo cuando se requiera mayor resistencia posterior al tratamiento térmico y resistencia al desgaste, y cuando las soldaduras o el conformado complejo se minimicen o puedan controlarse mediante procedimientos de soldadura robustos. - Elija 35CrMo cuando la conformación, la soldadura o una mejor relación tenacidad-resistencia sean más importantes y cuando se acepte una resistencia máxima ligeramente inferior.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: Ambos grados son competitivos en precio; el 42CrMo puede ser ligeramente más caro debido a un procesamiento de carbono un poco más exigente y a la demanda de aplicaciones de mayor resistencia. Las diferencias de precio suelen ser pequeñas en comparación con los costes de tratamiento térmico y postprocesamiento.
• Disponibilidad por formato: Ambos tipos de acero están ampliamente disponibles en barras, forjados y tubos sin soldadura en los mercados que suministran aceros al cromo-molibdeno. El acero 42CrMo (o su equivalente AISI 4140) suele ser más común a nivel mundial debido a su amplio uso; el 35CrMo puede tener una disponibilidad más regional, dependiendo de la estandarización. Siempre verifique los plazos de entrega de fábrica, la certificación y la trazabilidad de los lotes.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Criterio	42CrMo	35CrMo
soldabilidad	Moderado — requiere un precalentamiento/PWHT más estricto en el espesor	Mejor: menores requisitos de precalentamiento/PWHT
Equilibrio entre fuerza y ​​resistencia	Mayor resistencia máxima; requiere un templado cuidadoso para mantener su tenacidad.	Mayor margen de tenacidad para un procesamiento similar; resistencia máxima ligeramente inferior.
Costo (solo material)	Comparable; ligeramente superior en algunos mercados	Comparable; a menudo ligeramente inferior
Maquinabilidad / Conformabilidad	Menos favorable con igual dureza	Más favorable con igual dureza

Recomendaciones - Elija 42CrMo si los principales factores que impulsan el diseño son una mayor resistencia posterior al tratamiento térmico, resistencia al desgaste, o cuando una sección transversal más pequeña requiere la máxima resistencia permitida para componentes rotativos críticos a la fatiga y cuando puede controlar los procedimientos de soldadura y tratamiento térmico. - Elija 35CrMo si el diseño favorece una mayor ductilidad, una soldadura y fabricación más sencillas, un menor riesgo de agrietamiento asistido por hidrógeno o una producción sensible a los costos donde se acepta una resistencia máxima ligeramente inferior.

Nota final En los documentos de adquisición, especifique siempre las condiciones exactas del tratamiento térmico, los límites de dureza y las pruebas de aceptación. Para conjuntos soldados o secciones gruesas, exija una calificación del procedimiento de soldadura (PQR) y considere el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). Para piezas críticas sometidas a fatiga o cargas de alto ciclo, combine la selección metalúrgica con un tratamiento térmico validado e inspección no destructiva para lograr un rendimiento fiable en campo.