50CrVA frente a 55CrVA: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción a menudo deben elegir entre aceros aleados muy similares, donde pequeñas variaciones en su composición química modifican el rendimiento, el coste y los procesos posteriores. La elección entre 50CrVA y 55CrVA es un ejemplo típico: ambos son aceros aleados de cromo-vanadio utilizados en componentes que requieren un equilibrio entre resistencia al desgaste, resistencia mecánica y tenacidad, pero presentan ligeras diferencias en el espectro de resistencia-tenacidad y templabilidad.

La principal diferencia entre estos dos grados radica en su contenido de carbono y la cantidad de vanadio de microaleación. Estas diferencias influyen en la templabilidad, la dureza alcanzable tras el tratamiento térmico, la respuesta al revenido y la necesidad de precalentamiento o tratamiento térmico posterior a la soldadura. Dado que muchas decisiones de compra y diseño dependen de un equilibrio preciso entre resistencia y maquinabilidad, soldabilidad y vida útil, y coste y rendimiento durante el ciclo de vida, es fundamental comprender las consecuencias metalúrgicas y prácticas.

1. Normas y designaciones

• Los sistemas nacionales e internacionales comunes pueden incluir GB (China), JIS (Japón), EN (Europa) y otras designaciones específicas de cada proveedor. Ni 50CrVA ni 55CrVA son denominaciones estándar de grado ASTM; suelen encontrarse en las cadenas de suministro chinas/asiáticas o en la nomenclatura propia de los fabricantes.
• Clasificación:
• 50CrVA: acero aleado de cromo-vanadio de carbono medio a alto — pertenece a la familia de aceros aleados/para herramientas (utilizado para componentes templados y revenidos).
• 55CrVA: variante con mayor contenido de carbono de los aceros de aleación de cromo-vanadio; también un acero de aleación/herramienta, orientado hacia una mayor resistencia y resistencia al desgaste.

Nota: Debido a que las convenciones de nomenclatura varían según el país y la fábrica, siempre verifique las especificaciones del fabricante o la norma nacional pertinente para conocer los requisitos químicos y mecánicos exactos antes de la adquisición.

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla muestra una composición comparativa e indicativa, centrándose en los elementos más relevantes para el rendimiento. Estas cifras son rangos representativos utilizados en debates del sector; los límites exactos de la composición deben confirmarse con los certificados de fábrica o las normas aplicables.

Elemento	50CrVA (típico, indicativo)	55CrVA (típico, indicativo)	Función/Efecto
C (carbono)	Medio (~0,48–0,52 % en peso)	Mayor (~0,52–0,58 % en peso)	El carbono aumenta la dureza y la resistencia después del endurecimiento, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad.
Mn (manganeso)	~0,50–1,00	similar	El manganeso mejora la templabilidad y la resistencia a la tracción; también actúa como desoxidante.
Si (silicio)	~0,15–0,40	similar	El silicio contribuye a la resistencia y la desoxidación; un exceso puede provocar fragilidad.
P (fósforo)	≤ 0,03 (traza)	≤ 0,03	Impurezas: los altos niveles reducen la resistencia.
S (azufre)	≤ 0,035 (traza)	≤ 0,035	Impurezas: los niveles elevados reducen la tenacidad; mejoran la maquinabilidad si se trata de una variante de fácil mecanizado.
Cr (cromo)	~0,8–1,3	similar	El cromo mejora la templabilidad, la resistencia al desgaste y la resistencia al revenido.
Ni (níquel)	rastro	rastro	Si está presente, mejora la resistencia.
Mo (molibdeno)	trazas a bajo	trazas a bajo	El molibdeno aumenta la templabilidad y la resistencia a altas temperaturas.
V (vanadio)	Bajo (por ejemplo, ~0,03–0,08)	Mayor (por ejemplo, ~0,05–0,12)	El vanadio forma carburos/nitruros que refinan el grano, mejoran la resistencia y ayudan a aumentar la resistencia al temple.
Nb / Ti / B / N	rastro, si está presente	rastro, si está presente	Elementos de microaleación para el refinamiento del grano o el fortalecimiento por precipitación.

Cómo funciona la estrategia de aleación: - El carbono es el principal factor determinante de la templabilidad: pequeños aumentos en el contenido de carbono incrementan la dureza alcanzable para la misma severidad de temple. El cromo y el molibdeno prolongan la curva de templabilidad y reducen la propensión a formar martensita gruesa; también mejoran la resistencia al desgaste y la estabilidad del revenido. - El vanadio actúa principalmente como una microaleación: forma precipitados finos de VC o V(C,N) que refinan el tamaño del grano de austenita previo, aumentan la resistencia a través del endurecimiento por precipitación y ayudan a mantener la dureza a temperaturas de revenido elevadas. - El efecto neto: El objetivo del 55CrVA es lograr una mayor resistencia al endurecimiento total y al desgaste con programas de tratamiento térmico comparables a los del 50CrVA, a costa de una soldabilidad y conformabilidad ligeramente reducidas.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - En estado normalizado o recocido, ambos grados presentan una matriz de ferrita-perlita; la fracción de perlita aumenta con el contenido de carbono. - Después del temple y revenido, la microestructura objetivo es martensita revenida con carburos de aleación dispersos (carburos/complejos ricos en Cr y ricos en V).

Efectos del procesamiento térmico: - Normalización: refina el tamaño del grano y produce una microestructura de ferrita-perlita relativamente uniforme, adecuada para el mecanizado y aplicaciones de resistencia moderada. Temple y revenido (T&R): tratamiento de solubilización (austenización), temple para formar martensita y revenido para ajustar la tenacidad y la dureza. Un mayor contenido de carbono (55CrVA) dará como resultado una mayor dureza tras el temple; el revenido debe elegirse para equilibrar la tenacidad y la dureza residual. El procesamiento termomecánico (laminación controlada) permite obtener granos de austenita previa más finos, mejorando la tenacidad con una resistencia equivalente. Los precipitados de vanadio pueden fijar los límites de grano durante el recalentamiento y la laminación, favoreciendo el refinamiento del grano. - Implicación práctica: El 55CrVA alcanza una mayor dureza y resistencia al desgaste después del temple y revenido; el 50CrVA ofrece una ductilidad/tenacidad algo mejor para el mismo objetivo de dureza o puede someterse a un tratamiento térmico a temperaturas de revenido ligeramente inferiores para igualar la resistencia del 55CrVA manteniendo una mejor tenacidad.

4. Propiedades mecánicas

La tabla que se muestra a continuación proporciona rangos indicativos típicos para las condiciones de temple y revenido utilizadas en componentes industriales. Los valores reales dependen de la composición química precisa, el tamaño de la sección, la temperatura de austenización, el medio de temple y el régimen de revenido.

Propiedad (Q&T, indicativa)	50CrVA	55CrVA	Comentario
Resistencia a la tracción (MPa)	~800–1100	~900–1200	La aleación 55CrVA tiende a alcanzar valores de resistencia a la tracción más altos debido a su mayor contenido de carbono y vanadio.
Límite elástico (MPa)	~600–900	~700–1000	El rendimiento aumenta con el contenido de carbono y los efectos de la precipitación.
Alargamiento (%)	~10–16	~8–14	En general, el acero 50CrVA ofrece una ductilidad ligeramente mejor.
Impacto Charpy (J)	variable según el tratamiento térmico; típicamente moderado	típicamente más bajo con la misma dureza	La tenacidad es sensible al tamaño de la sección y al templado; el acero 50CrVA suele ser más tolerante.
Dureza (HRC, rango típico después del tratamiento térmico)	~28–50 HRC	~30–55 HRC	El acero 55CrVA puede alcanzar un HRC más alto para aplicaciones críticas de desgaste.

¿Cuál es más fuerte/resistente/dúctil? - Más fuerte: 55CrVA (mayor potencial de resistencia y dureza). - Más resistente/más dúctil: 50CrVA (mejor tenacidad a un nivel de dureza dado debido a un menor contenido de carbono y un menor endurecimiento por carburo). - Es necesario equilibrar esta relación coste-beneficio con la geometría del componente y la vida útil requerida a fatiga.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende principalmente del equivalente de carbono y del contenido de microaleación. Dos índices ampliamente utilizados:

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

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

Interpretación cualitativa: - El mayor contenido de carbono y el contenido ligeramente mayor de vanadio del 55CrVA elevan los índices de equivalencia de carbono, lo que indica un mayor riesgo de agrietamiento en frío en la zona afectada por el calor (ZAC) y una mayor propensión a la formación de martensita dura después de la soldadura. - El vanadio puede aumentar ligeramente la templabilidad y la dureza de la ZAT; sin embargo, los precipitados de microaleación también pueden reducir el crecimiento del grano durante los ciclos de soldadura, lo que puede mitigar algunas pérdidas de tenacidad. - Orientación práctica: - Es más probable que se requieran temperaturas de precalentamiento y control entre pasadas para 55CrVA, especialmente para secciones más gruesas. - El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), como el revenido o el alivio de tensiones, puede especificarse con mayor frecuencia para el 55CrVA para reducir las tensiones residuales y revenir la martensita frágil. - El uso de consumibles con bajo contenido de hidrógeno, un diseño de juntas adecuado y la cualificación del procedimiento de soldadura son esenciales para ambos grados cuando se sueldan en condiciones de mayor resistencia.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos grados son aceros aleados no inoxidables; su resistencia a la corrosión es limitada en comparación con los aceros inoxidables.
• Opciones de protección típicas:
• Recubrimientos superficiales (sistemas de pintura), fosfatado y pintura, y galvanizado en caliente para protección contra la corrosión atmosférica.
• Para servicios combinados de desgaste y corrosión, se pueden aplicar recubrimientos duros locales o superposiciones chapadas.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) no es aplicable a estas calidades que no son de acero inoxidable. A modo de referencia, el PREN se utiliza para aleaciones de acero inoxidable.

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

• Utilice márgenes de corrosión, características de diseño o recubrimientos de sacrificio donde se prevea una exposición a largo plazo.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Un mayor contenido de carbono y microestructuras más duras reducen la maquinabilidad. En estado recocido o normalizado, ambos grados son mecanizables; el 55CrVA con mayor contenido de carbono o tras un endurecimiento parcial se mecaniza más lentamente y desgasta las herramientas con mayor rapidez.
• Conformabilidad: El acero con menor contenido de carbono (50CrVA) es más fácil de doblar/conformar. El conformado en frío del 55CrVA es más limitado; puede requerirse un pretratamiento térmico para un conformado significativo.
• Rectificado y acabado: La mayor dureza del 55CrVA aumenta el consumo de abrasivo y el tiempo de ciclo.
• Dependiendo de los requisitos de desgaste, se pueden aplicar tratamientos superficiales (nitruración, endurecimiento por inducción); ambos grados pueden endurecerse superficialmente, pero deben tenerse en cuenta las propiedades del núcleo y la templabilidad para evitar el agrietamiento por temple.

8. Aplicaciones típicas

50CrVA – Usos típicos	55CrVA – Usos típicos
Ejes, engranajes y componentes templados y revenidos de uso general donde se requiere un equilibrio entre tenacidad y resistencia.	Ejes sometidos a cargas elevadas, engranajes propensos al desgaste y componentes donde se prioriza una mayor dureza/resistencia al desgaste.
Componentes de automoción donde se requiere cierta ductilidad y resistencia a la fatiga	Componentes en herramientas, matrices o servicios de alto desgaste donde la dureza superficial y la resistencia del núcleo son cruciales
Piezas de maquinaria en general, pasadores de pivote, engranajes de deslizamiento de servicio mediano	Aplicaciones que requieren mayor dureza en servicio y mayor vida útil, a veces en secciones transversales más pequeñas donde se puede lograr un endurecimiento total.

Justificación de la selección: - Elija 50CrVA cuando el servicio requiera un mejor equilibrio entre tenacidad, facilidad de fabricación y soldabilidad ligeramente mejorada. - Elija 55CrVA cuando el requisito principal sea mayor resistencia, resistencia al desgaste y capacidad de mantener una mayor dureza después del revenido, aceptando mayores controles en la soldadura y el conformado.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El 55CrVA es generalmente un poco más caro debido a su mayor contenido de aleación y carbono y a los controles de proceso potencialmente más estrictos para producir propiedades consistentes.
• Suministro/disponibilidad: Ambos grados suelen estar disponibles en fábricas especializadas y distribuidores en forma de barras, placas y material forjado, pero la disponibilidad regional depende de la demanda local y de las líneas de productos de las fábricas.
• Formatos del producto: Barras (redondas, cuadradas), forjados y, en ocasiones, placas; los plazos de entrega y las cantidades mínimas de pedido pueden variar. Al realizar el pedido, especifique los certificados de fabricación y las condiciones exactas del tratamiento térmico.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	50CrVA	55CrVA
Soldabilidad	Mejor (menor CE)	Menor (mayor CE; necesita precalentamiento/PWHT)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Tenacidad favorable a una resistencia moderada	Mayor potencial de resistencia y dureza, menor tenacidad con la misma dureza.
Costo	De bajo a moderado	Un poco más alto

Conclusiones y recomendaciones específicas: - Elija 50CrVA si: El componente requiere un mejor equilibrio entre tenacidad y ductilidad. - Las etapas de fabricación incluyen procesos extensos de soldadura, conformado o mecanizado, donde la facilidad de procesamiento es importante. - El diseño es sensible al comportamiento ante la fatiga y a las propiedades de la ZAT (zona afectada por el calor).

• Elija 55CrVA si:
• El requisito principal es una mayor dureza, resistencia al desgaste o mayor resistencia a la tracción/límite elástico.
• Las dimensiones de las secciones y la capacidad de tratamiento térmico permiten el endurecimiento total sin riesgo inaceptable de fisuración.
• El plan de adquisición y fabricación incluye controles de soldadura adecuados (precalentamiento, consumibles de bajo hidrógeno, tratamiento térmico posterior a la soldadura si fuera necesario).

Nota final: Siempre valide el grado seleccionado con respecto a los datos químicos y mecánicos certificados por el fabricante, y califique los procedimientos de tratamiento térmico y soldadura en materiales y espesores de sección representativos antes de la producción.