440A frente a 440C: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones
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Introducción
Los aceros 440A y 440C son dos aceros inoxidables martensíticos estrechamente relacionados, ampliamente utilizados donde se requiere una combinación de dureza, resistencia al desgaste y resistencia moderada a la corrosión. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los equipos de compras suelen sopesar las ventajas y desventajas del costo, la retención de filo o la vida útil, y la complejidad de fabricación; por ejemplo, optar por un material más económico y fácil de procesar o por un grado con mayor contenido de carbono que ofrece mayor dureza y resistencia al desgaste.
La principal diferencia de rendimiento entre estas calidades radica en su distinto contenido de carbono y en la forma en que este interactúa con el cromo y otros elementos de aleación para controlar la templabilidad martensítica, la formación de carburos y las propiedades mecánicas finales. En consecuencia, el acero 440C suele alcanzar mayor dureza y resistencia al desgaste, a costa de una menor tenacidad y una soldadura/mecanizado más complejos en comparación con el acero 440A.
1. Normas y designaciones
Estas calidades se especifican y se referencian en diversas normas nacionales e industriales. Algunos sistemas de designación comunes en los que encontrará estas calidades son:
- AISI / ASTM / ASME: A menudo se hace referencia a ellos mediante la nomenclatura AISI/UNS (aceros inoxidables martensíticos).
- Equivalentes EN (Normas Europeas) / ISO: Se encuentran en las listas EN bajo designaciones de acero inoxidable martensítico con cromo.
- JIS (Normas Industriales Japonesas): Identificado como SUS440A y SUS440C.
- GB (normas chinas) y otras normas nacionales: composiciones similares aparecen bajo nombres de grados locales.
Clasificación del material: tanto el 440A como el 440C son aceros inoxidables martensíticos (comúnmente utilizados en la fabricación de rodamientos, herramientas y cuchillos). No son aceros HSLA; son aceros inoxidables/para herramientas tratables térmicamente, diseñados para ofrecer dureza y resistencia al desgaste, más que una tenacidad o conformabilidad excepcionales.
2. Composición química y estrategia de aleación
La siguiente tabla muestra los rangos de composición típicos para los dos grados en porcentaje en peso. Estos rangos son representativos de las especificaciones comunes (familia JIS/EN/AISI) y tienen fines comparativos.
| Elemento | 440A (rango típico, % en peso) | 440 °C (rango típico, % en peso) |
|---|---|---|
| do | 0,60 – 0,75 | 0,95 – 1,20 |
| Minnesota | ≤ 1.00 | ≤ 1.00 |
| Si | ≤ 1.00 | ≤ 1.00 |
| PAG | ≤ 0,04 | ≤ 0,04 |
| S | ≤ 0,03 | ≤ 0,03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 16.0 – 18.0 |
| Ni | ≤ 0,75 | ≤ 0,75 |
| Mes | ≤ 0,75 (a menudo bajo) | ≤ 0,75 (a menudo bajo) |
| V, Nb, Ti | Normalmente nulo | Normalmente nulo |
| B, N | Traza / no especificado | Traza / no especificado |
Estrategia de aleación y consecuencias metalúrgicas: - El cromo en un porcentaje de entre el 16 y el 18 % proporciona características de acero inoxidable a través de una película de óxido pasiva, al tiempo que promueve la formación de carburos (carburos de Cr) que influyen en el comportamiento ante el desgaste. - El carbono es el factor diferenciador clave: un mayor contenido de carbono en el acero 440C forma más carburos y más duros, e incrementa la dureza martensítica después del temple, mejorando la resistencia al desgaste y la retención del filo. - El manganeso y el silicio son desoxidantes y elementos de aleación menores; el molibdeno, si está presente, mejora ligeramente la templabilidad y la resistencia a la corrosión. - Los niveles bajos de Ni, V y otros elementos de microaleación generalmente están ausentes o son mínimos; el diseño se basa en la interacción Cr–C para las propiedades.
3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico
Comparación de microestructuras: Ambos grados desarrollan una matriz martensítica tras el endurecimiento, con carburos de cromo distribuidos por toda la matriz. El tamaño, la fracción volumétrica y la distribución de los carburos dependen en gran medida del contenido de carbono. - 440A (menor contenido de carbono): produce menos carburos con una fracción de volumen de carburo menor; la martensita tiende a estar menos saturada de carbono, lo que produce una menor dureza y una tenacidad relativamente mejor. - 440C (mayor contenido de carbono): proporciona una mayor fracción de volumen de carburos de cromo y un mayor contenido de carbono en la martensita; el resultado es una mayor dureza y una mejor resistencia al desgaste abrasivo, pero una menor tenacidad y ductilidad.
Respuesta típica al tratamiento térmico: - Recocido: ambas calidades se recocen para aliviar tensiones y ablandarlas antes del mecanizado. La microestructura recocida suele ser de ferrita/perlita con carburos no disueltos; la dureza es lo suficientemente baja para el mecanizado. - Temple: temple en aceite o aire/aceite según el tamaño de la sección y las propiedades deseadas. Las temperaturas de austenización se seleccionan para disolver los carburos adecuados sin un crecimiento excesivo del grano. - Revenido: El revenido reduce la fragilidad y ajusta la dureza. Debido a su mayor contenido de carbono, el acero 440C alcanza una mayor dureza a una temperatura de revenido determinada, pero puede ser más susceptible a la fragilidad por revenido y requiere una selección cuidadosa del tratamiento térmico. - Procesamiento termomecánico: el forjado controlado y el tratamiento de solución pueden refinar la distribución de carburos, mejorando la tenacidad y la resistencia al desgaste; ambos grados responden a tales métodos, pero el 440C requiere un control de proceso más estricto para evitar carburos gruesos.
4. Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del tratamiento térmico. La siguiente tabla resume el comportamiento comparativo en lugar de presentar valores absolutos individuales; su objetivo es facilitar la toma de decisiones en la fabricación y el abastecimiento.
| Propiedad | 440A (comportamiento típico) | 440 °C (comportamiento típico) |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | De moderado a alto (dependiendo del endurecimiento) | Mayor (cuando está completamente endurecido) |
| Fuerza de fluencia | Moderado | Más alto |
| Alargamiento (ductilidad) | Mayor (más dúctil) | Menor (ductilidad reducida) |
| resistencia al impacto | Mejor (mayor resistencia a la fractura frágil) | Menor (más quebradizo al endurecerse) |
| Dureza (HRC, rango típico de endurecimiento) | ~48 – 56 HRC | ~56 – 62 HRC |
Explicación: El acero 440C alcanza una mayor dureza máxima y resistencia a la tracción debido a que su mayor contenido de carbono permite la formación de una martensita más dura y una mayor cantidad de carburos de cromo. Esto también reduce su ductilidad y tenacidad al impacto en comparación con el acero 440A. Si la tenacidad y la resistencia a la fractura catastrófica son prioritarias, el acero 440A generalmente tendrá un mejor desempeño tras tratamientos térmicos comparables. Si la resistencia al desgaste y la retención del filo son cruciales, suele preferirse el acero 440C.
5. Soldabilidad
La soldadura de aceros inoxidables martensíticos requiere precaución debido a su propensión a formar martensita dura y quebradiza y a agrietarse en la zona afectada por el calor (ZAC). Entre los factores clave se incluyen el contenido de carbono, la templabilidad (cromo y otros elementos de aleación) y la microaleación.
Índices composicionales útiles (interpretación cualitativa): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Un valor más alto de $CE_{IIW}$ indica un mayor riesgo de endurecimiento y agrietamiento de la ZAT; el 440C generalmente dará un valor más alto que el 440A debido a su mayor contenido de carbono.
- Pcm (parámetro de soldabilidad): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Un valor más alto de $P_{cm}$ se correlaciona con una soldabilidad más deficiente y mayores exigencias de tratamiento térmico previo/posterior a la soldadura.
Interpretación cualitativa: - El acero 440A (con menor contenido de carbono) es más fácil de soldar que el 440C, pero aún así requiere precalentamiento, temperaturas controladas entre pasadas y revenido o alivio de tensiones posterior a la soldadura para evitar el agrietamiento de la ZAT. El acero 440C (alto carbono) es más difícil de soldar. En muchos casos, se evita la soldadura; se prefiere la fijación mecánica o la soldadura fuerte. Si es necesaria la soldadura, es obligatorio seguir estrictos protocolos de precalentamiento, parámetros de soldadura y tratamiento térmico posterior a la soldadura.
6. Corrosión y protección de superficies
- Tanto el 440A como el 440C son inoxidables debido a su contenido de cromo, pero su resistencia a la corrosión es solo moderada en comparación con los aceros inoxidables austeníticos (serie 300). Los carburos de cromo pueden formarse y consumir cromo localmente (sensibilización) si se mantienen en el rango de temperatura crítico, lo que reduce la resistencia a la corrosión localizada.
- Para entornos agresivos, se debe considerar la protección de la superficie (pasivación, recubrimientos) o aleaciones alternativas.
Fórmula PREN (Número Equivalente de Resistencia a la Picadura) para aceros inoxidables cuando el Mo y el N son relevantes: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Aplicación: El PREN es más significativo para grados dúplex y austeníticos con Mo y N apreciables. Para 440A/440C, con bajo contenido de Mo y N, el PREN es bajo y no es un discriminador útil. - Nota práctica: Cuando la resistencia a la corrosión es fundamental (por ejemplo, en ambientes marinos o ácidos), elija grados de acero inoxidable con mayor contenido de Mo/N (o aleaciones austeníticas/dúplex) en lugar de confiar en los aceros martensíticos.
Protección de superficies para usos no inoxidables (si el material no es suficiente): el galvanizado, el chapado, los recubrimientos de conversión y las pinturas son opciones para aceros al carbono/aleados, pero para 440A/440C el enfoque habitual es la pasivación (pasivación ácida) y acabados superficiales controlados para minimizar la iniciación de grietas/picaduras.
7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad
- Maquinabilidad: El acero 440A (de menor dureza) generalmente es más mecanizable en estado recocido que el 440C. El mayor contenido de carbono y carburo del 440C aumenta el desgaste de la herramienta y reduce las velocidades de corte a menos que el material se recozca y se utilicen herramientas o recubrimientos especiales.
- Rectificado y acabado: El acero 440C responde bien al rectificado y pulido de precisión, de ahí su popularidad para hojas de cuchillo y componentes de rodamientos. Es más abrasivo y lento que el acero 440A a velocidades de avance equivalentes.
- Conformabilidad y doblado: Ambos grados presentan una conformabilidad en frío limitada en comparación con los aceros inoxidables austeníticos. El 440A es algo más tolerante al conformado debido a su menor templabilidad; el 440C generalmente solo se conforma tras un recocido suave y posterior tratamiento térmico.
- El tratamiento térmico posterior al conformado es una práctica común; el mecanizado final se suele realizar después del tratamiento térmico y el revenido o mediante operaciones de rectificado.
8. Aplicaciones típicas
| 440A — Usos típicos | 440C — Usos típicos |
|---|---|
| Cubiertos de menor costo, hojas de cuchillo económicas, instrumental quirúrgico donde se acepta una menor retención del filo | Hojas de cuchillo de alta gama, cubertería de precisión, hojas de afeitar con mayor retención de filo |
| Cojinetes pequeños, componentes de válvulas donde basta con una resistencia moderada a la carga/desgaste y a la corrosión. | Rodamientos de bolas, arandelas de empuje, asientos de válvulas que requieren mayor resistencia al desgaste |
| Muelles y ejes donde se equilibran una dureza y tenacidad moderadas. | Anillos de desgaste, juntas y componentes hidráulicos sometidos a un alto desgaste por deslizamiento |
| Piezas de uso general donde la economía de mecanizado es importante | Aplicaciones que requieren alta dureza, resistencia a la abrasión y un acabado superficial fino |
Justificación de la selección: - Elija 440A para aplicaciones que prioricen el costo, la facilidad de fabricación y una mayor tenacidad donde la demanda de desgaste sea moderada. - Elija 440C cuando la retención de filo, la resistencia al desgaste abrasivo y la dureza máxima sean decisivas y donde se puedan aplicar controles de fabricación más estrictos (tratamiento térmico, rectificado de acabado).
9. Costo y disponibilidad
- Coste relativo: El acero 440A suele ser más económico que el 440C debido a su menor contenido de carbono y a una procesabilidad algo más sencilla. Sin embargo, los precios de mercado se ven más influenciados por el contenido de cromo y su presentación (barra, tira) que por el carbono en sí; ambos son aceros inoxidables de uso común y están ampliamente disponibles.
- Disponibilidad por formato: Ambos grados están disponibles en barras, flejes, láminas/placas (espesor limitado), alambres y aceros templados para resortes. El 440C es especialmente común en barras templadas y rectificadas para cojinetes, cuchillas y componentes de precisión.
- Plazos de entrega: los formatos comerciales estándar suelen tener plazos de entrega cortos; los formatos especiales (por ejemplo, piezas forjadas de gran tamaño, ciclos de tratamiento térmico personalizados) pueden añadir tiempo.
10. Resumen y recomendación
Tabla resumen — evaluación relativa:
| Atributo | 440A | 440 °C |
|---|---|---|
| Soldabilidad | Mejor (pero aún requiere cuidados) | De menor calidad (alto riesgo de agrietamiento) |
| equilibrio entre fuerza y resistencia | Resistencia moderada, mayor tenacidad | Mayor resistencia/dureza, menor tenacidad |
| Costo | Más bajo / más económico | Mayores (costos de procesamiento y mecanizado) |
Elija 440A si: Necesitas un acero inoxidable martensítico con una resistencia a la corrosión razonable, dureza moderada, mayor tenacidad y menor coste de fabricación. La maquinabilidad, la facilidad de soldadura (con precauciones) o la resistencia a las abolladuras/el impacto son más importantes que la máxima vida útil o la retención del filo. - La aplicación es sensible a los costos y el entorno de desgaste es moderado.
Elige 440C si: - La máxima dureza, la resistencia al desgaste abrasivo y la retención del filo son atributos prioritarios (por ejemplo, cuchillos de precisión, rodamientos, caras de sellado). - Se puede lograr un control más estricto del tratamiento térmico, un revenido posterior a la soldadura/posterior al proceso y, potencialmente, mayores costos de mecanizado o rectificado. - El diseño requiere componentes endurecidos donde la vida útil supera la necesidad de alta tenacidad o facilidad de soldadura.
Nota final: Ambos grados ofrecen un rendimiento excelente si se especifican y procesan correctamente. Los factores clave para la decisión son el entorno de servicio (desgaste frente a impacto), las limitaciones de fabricación (soldadura, mecanizado) y el coste del ciclo de vida. Para componentes críticos, se recomienda realizar ensayos y consultar con metalúrgicos para definir ciclos de tratamiento térmico y acabados superficiales específicos, adaptados al servicio previsto.