42CrMo frente a 42CrMo4: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros 42CrMo y 42CrMo4 son aleaciones de cromo-molibdeno de carbono medio, ampliamente utilizadas para componentes de alta resistencia y tratables térmicamente, como ejes, engranajes y elementos de fijación. Los ingenieros y profesionales de compras a menudo se enfrentan al dilema de elegir entre estas dos denominaciones, ya que presentan una metalurgia y un comportamiento mecánico muy similares, pero se utilizan en diferentes normas regionales y cadenas de suministro. Las decisiones típicas incluyen equilibrar la certificación requerida (norma regional o del proyecto), especificar la soldabilidad y los tratamientos posteriores a la soldadura, y optimizar el coste y el plazo de entrega para formas de producto específicas.

La principal diferencia práctica no radica en una discrepancia metalúrgica drástica, sino en las normas y especificaciones que rigen la producción, la inspección y la certificación. Esta diferencia determina las condiciones de adquisición, la trazabilidad y, en ocasiones, las tolerancias de composición menores o los niveles de impurezas permitidos.

1. Normas y designaciones

• EN (Europa): 42CrMo4 — comúnmente referenciado en EN 10083–3 y sistemas de numeración de acero EN (a menudo también se indica como 1.7225 en bases de datos de materiales).
• GB (China): 42CrMo — ampliamente utilizado en las normas nacionales chinas (GB/T) y comúnmente listado para aceros estructurales aleados.
• ASTM/ASME / AISI (EE. UU.): AISI 4140 / UNS G41400 es el equivalente estadounidense más cercano y ampliamente aceptado, y a menudo se intercambia con 42CrMo/42CrMo4 en tablas de referencias cruzadas.
• JIS (Japón): SCM440 es un equivalente japonés comúnmente citado.
• Clasificación: tanto el 42CrMo como el 42CrMo4 son aceros de medio carbono, baja aleación y tratables térmicamente (acero aleado apto para temple y revenido; no inoxidable; no HSLA en el sentido moderno).

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	42CrMo típico (GB/T)	42CrMo4 típico (EN)
do	0,38 – 0,45 % en peso	0,38 – 0,45 % en peso
Minnesota	0,60 – 0,90 % en peso	0,60 – 0,90 % en peso
Si	0,10 – 0,40 % en peso	0,10 – 0,40 % en peso
PAG	≤ 0,035 % en peso	≤ 0,035 % en peso
S	≤ 0,035 % en peso	≤ 0,035 % en peso
Cr	0,90 – 1,20 % en peso	0,90 – 1,20 % en peso
Ni	≤ 0,40 % en peso (no especificado)	≤ 0,40 % en peso (no especificado)
Mes	0,15 – 0,30 % en peso	0,15 – 0,30 % en peso
V, Nb, Ti, B, N	traza / no se suele especificar	traza / no se suele especificar

Notas: - Estos son rangos de composición típicos; las tolerancias reales dependen de la norma y la certificación del fabricante. La estrategia de aleación se centra en el cromo y el molibdeno para aumentar la templabilidad y la resistencia al revenido, manteniendo un contenido moderado de carbono para lograr resistencia mediante tratamiento térmico. El manganeso y el silicio están presentes para mejorar la resistencia y la desoxidación. El fósforo y el azufre se controlan a niveles bajos para preservar la tenacidad y la vida a fatiga.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Carbono: principal contribuyente a la resistencia mediante la formación de martensita después del temple; un mayor contenido de C aumenta la templabilidad pero reduce la soldabilidad y la ductilidad. - Cromo y molibdeno: aumentan la templabilidad, la resistencia al desgaste y la resistencia al revenido a altas temperaturas; promueven un endurecimiento más profundo en secciones más gruesas. - Manganeso: aumenta la templabilidad y la resistencia a la tracción. - Silicio: fortalece la ferrita y mejora su comportamiento ante el templado.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - En estado normalizado: una mezcla de ferrita y perlita, con granos finos si se aplica un enfriamiento controlado. - Después del temple y revenido (la ruta más común para estos aceros): martensita revenida con carburos (ricos en Cr/Mo) dispersos en su interior, que proporciona una alta resistencia con una tenacidad mejorada.

Procesamiento de rutas y respuestas: - Normalización (enfriamiento por aire desde la temperatura de austenización): refina el tamaño del grano y produce una microestructura uniforme y predecible para una resistencia moderada y una mejor maquinabilidad. Temple y revenido: austenizar (entre 820 y 880 °C, según el tamaño de la sección), templar (en aceite, agua o polímero controlado) y, a continuación, revener a entre 400 y 650 °C para equilibrar la resistencia y la tenacidad. Resultado: alta resistencia a la tracción y al límite elástico con tenacidad conservada; la temperatura de revenido controla la dureza final. - Procesamiento termomecánico: la forja más el enfriamiento controlado puede producir granos de austenita previa muy finos y una mayor resistencia a la fatiga, pero es sensible al proceso.

Ambos grados responden de manera similar a estos tratamientos térmicos; pequeñas diferencias en la composición química garantizada o en los límites de impurezas pueden afectar ligeramente los márgenes de templabilidad y tenacidad en secciones grandes.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad (típ.)	42CrMo / 42CrMo4 (normalizado)	42CrMo / 42CrMo4 (templado y revenido)
Resistencia a la tracción (Rm)	650 – 850 MPa	850 – 1100+ MPa (dependiendo del proceso)
Límite elástico (Rp0.2)	360 – 600 MPa	600 – 950 MPa
Alargamiento (A%)	12 – 18%	8 – 15%
Resistencia al impacto (Charpy V, temperatura ambiente)	30 – 80 J	20 – 60 J (dependiendo del temple y la sección)
Dureza	180 – 260 HB	220 – 360 HB (o HRC 18–36)

Interpretación: Ambos grados pueden alcanzar propiedades mecánicas muy similares cuando se procesan de forma equivalente. El temple y revenido produce una resistencia a la tracción y un límite elástico significativamente mayores, a expensas de la ductilidad. La tenacidad y la ductilidad dependen en gran medida de los parámetros del tratamiento térmico y de la limpieza (contenido de inclusiones); las diferencias entre ambas características suelen ser insignificantes en relación con los efectos del procesamiento.

5. Soldabilidad

La soldabilidad es moderada y depende principalmente del contenido de carbono y la templabilidad del Cr/Mo. Utilice fórmulas de equivalencia de carbono para estimar las necesidades de precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Índices comunes: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - PCM internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El $CE_{IIW}$ típico para estos aceros es moderado (a menudo alrededor de 0,4–0,6 dependiendo de la química exacta), lo que indica una tendencia a formar martensita dura en la zona afectada por el calor (ZAC) a menos que se utilicen temperaturas de precalentamiento y/o entre pasadas adecuadas. - El precalentamiento y las temperaturas controladas entre pasadas reducen la velocidad de enfriamiento y la dureza de la ZAT; se recomienda el tratamiento térmico posterior a la soldadura (templado) para soldaduras críticas, gruesas o sometidas a altas tensiones. Tanto el 42CrMo como el 42CrMo4 presentan soldabilidad similar; la elección depende de la aceptación del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y del entorno de fabricación. Utilice procedimientos de soldadura cualificados y considere el control del hidrógeno y el precalentamiento para prevenir la fisuración.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos grados no son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es baja en su forma sin tratar.
• Opciones de protección de la superficie: pintura, aceitado, fosfatado, electrodeposición y galvanizado en caliente, según la aplicación y las restricciones posteriores al tratamiento térmico (el galvanizado después del revenido puede ser aceptable; el galvanizado antes del tratamiento térmico crítico no lo es).
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a los aceros que no son inoxidables, pero a modo de referencia la fórmula es: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ y produce valores bajos e insignificantes para estos aceros de aleación con bajo contenido de cromo; por lo tanto, el comportamiento ante la corrosión debe controlarse mediante recubrimientos o revestimientos de acero inoxidable cuando sea necesario.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: En estado normalizado, la maquinabilidad es moderada; en estado templado y revenido, el mecanizado es más difícil y puede requerir herramientas de carburo y avances reducidos. Las variantes de fácil mecanizado (con azufre añadido) no son estándar para estas calidades.
• Conformabilidad: El conformado en caliente y el forjado son sencillos; el conformado en frío está limitado por el contenido de carbono; el doblado en frío severo puede causar grietas a menos que se recozca o se utilice en condición normalizada.
• Rectificado y acabado: ambos responden bien al rectificado de precisión después del tratamiento térmico; se suelen aplicar tratamientos superficiales para mejorar la vida útil a la fatiga (granallado, nitruración).

8. Aplicaciones típicas

42CrMo (usos comunes)	42CrMo4 (usos comunes)
Ejes, árboles y husillos	Ejes, árboles y husillos
Engranajes y piñones	Engranajes y piñones
Sujetadores y pernos de alta resistencia	Sujetadores y pernos de alta resistencia
Bielas, cigüeñales en secciones pequeñas o medianas	Componentes de maquinaria sometidos a alta carga cíclica
Piezas presurizadas (tras el tratamiento térmico adecuado)	Piezas de automoción y maquinaria pesada que requieren trazabilidad EN

Justificación de la selección: - Ambos grados se eligen por su alta resistencia y buena resistencia a la fatiga después del temple y revenido. - Elegir en función de la certificación requerida, la norma especificada, la cadena de suministro (qué fábrica y región) y la aceptación del tratamiento térmico posterior a la soldadura requerido.

9. Costo y disponibilidad

• Ambos materiales están ampliamente disponibles en todo el mundo en forma de barras, forjados, tubos sin soldadura y placas. La disponibilidad varía según la región y las preferencias de los accionistas.
• El acero 42CrMo4 es muy común en los mercados europeos y suele ser más conveniente cuando se requiere la certificación EN.
• El 42CrMo (GB/T) y sus equivalentes (AISI 4140 / SCM440) suelen ser más fáciles de conseguir en Asia y América del Norte.
• Las diferencias relativas de costes suelen ser pequeñas y están determinadas principalmente por la forma del producto, el tamaño de la sección y los requisitos de tratamiento térmico o certificación de la fábrica, más que por la etiqueta de grado nominal.

10. Resumen y recomendación

Criterio	42CrMo	42CrMo4
soldabilidad	Moderado; a menudo requiere precalentamiento/PWHT	Moderado; a menudo requiere precalentamiento/PWHT
Resistencia-Tenacidad (tratada térmicamente)	Alto (dependiente del proceso)	Alto (dependiente del proceso)
Costo / Disponibilidad	Ampliamente disponible en Asia y América; competitivo	Ampliamente disponible en Europa; competitivo

Recomendaciones: - Elija 42CrMo si necesita obtener material dentro de un ecosistema de proveedores GB/AISI, o si la adquisición del proyecto requiere equivalencia de especificaciones GB o estadounidenses y necesita un rendimiento mecánico típico de la clase 4140 con trazabilidad local. - Elija 42CrMo4 si la especificación del proyecto requiere certificación de material EN, alineación de la cadena de suministro europea o si el contrato del cliente/proyecto establece explícitamente las normas EN (42CrMo4 / EN 1.7225).

Nota final: el rendimiento metalúrgico y mecánico de estas dos denominaciones se superponen considerablemente; los factores decisivos suelen ser no metalúrgicos (cumplimiento de normas, certificación de fábrica, trazabilidad y disponibilidad local). Para componentes críticos, especifique siempre el tratamiento térmico requerido, los criterios de aceptación de las propiedades mecánicas y los procedimientos de END/tratamiento térmico posterior a la soldadura, en lugar de basarse únicamente en la denominación del grado.