60SiCr7 frente a 65SiCr7: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros 60SiCr7 y 65SiCr7 son aleaciones de silicio-cromo estrechamente relacionadas, utilizadas principalmente en componentes que requieren alta resistencia, resistencia a la fatiga y buena resistencia al desgaste tras el tratamiento térmico (por ejemplo: resortes, pasadores, ejes y piezas de utillaje). Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción suelen sopesar las ventajas e inconvenientes de la resistencia, la tenacidad, la maquinabilidad, la soldabilidad y el coste al elegir entre estas dos calidades.

La principal diferencia entre 60SiCr7 y 65SiCr7 radica en una diferencia deliberada en el contenido nominal de carbono: la serie 65 presenta una especificación de carbono superior a la de la serie 60. Este incremento en el contenido nominal de carbono modifica la templabilidad, la dureza alcanzable y el comportamiento a la fatiga, razón por la cual estas calidades se comparan frecuentemente en el diseño de componentes y la selección de procesos.

1. Normas y designaciones

• Normas y designaciones comunes donde aparecen aceros comparables:
• EN (Europeo): aceros para muelles/engranajes/aleaciones especiales, a menudo designados con SiCr y clases numéricas de carbono.
• JIS (Normas Industriales Japonesas): aceros para muelles y aceros de aleación de alto carbono con designaciones Si/Cr similares.
• GB (Estándar Nacional Chino): Las series de SiCr (por ejemplo, 60SiCr, 65SiCr) se suelen listar.
• ASTM/ASME: las clases equivalentes son menos directas; estos aceros generalmente se mapean a especificaciones de acero al carbono/aleado de uso general (equivalentes AISI/SAE por composición química y aplicación).
• Clasificación: tanto el 60SiCr7 como el 65SiCr7 son aceros de aleación de silicio-cromo de medio a alto contenido en carbono, que se utilizan frecuentemente como aceros para muelles o aceros de ingeniería tratables térmicamente, en lugar de aceros inoxidables, HSLA o para herramientas en el sentido más estricto. Son aceros al carbono aleados donde el silicio y el cromo contribuyen a su resistencia, templabilidad y resistencia al revenido.

2. Composición química y estrategia de aleación

Nota: La composición exacta varía según la norma y el fabricante. La tabla siguiente presenta los elementos de aleación típicos que afectan a las propiedades; los valores son rangos indicativos y deben verificarse en los certificados de fábrica para la adquisición o los cálculos de diseño.

Elemento	Rol típico	Contenido típico (rangos indicativos)
C (carbono)	Templabilidad y resistencia primarias (controla la dureza alcanzable)	60SiCr7: ~0,57–0,63% (nominal ≈0,60%) 65SiCr7: ~0,62–0,68% (nominal ≈0,65%)
Mn (manganeso)	Resistencia, templabilidad, desoxidación	~0,5–0,9%
Si (silicio)	Resistencia, resistencia al templado, desoxidación	~0,6–1,0%
P (fósforo)	Impureza; se prefieren niveles bajos.	≤0,035%
S (azufre)	Impureza; se prefieren niveles bajos; afecta la maquinabilidad	≤0,035%
Cr (cromo)	Templabilidad, resistencia al desgaste, resistencia al revenido	~0,6–1,2%
Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Generalmente, los elementos de microaleación son mínimos o inexistentes en las calidades estándar de SiCr; algunos fabricantes añaden elementos de microaleación para adaptar sus propiedades.	Trazas hasta un 0,1% si están presentes

Cómo afecta la aleación al comportamiento: - Carbono: aumenta el potencial de dureza y la resistencia a la tracción después del temple; un mayor contenido de carbono reduce la ductilidad y la soldabilidad, e incrementa el riesgo de agrietamiento por enfriamiento inadecuado. - Cromo: aumenta la templabilidad y la resistencia al revenido; pequeñas cantidades mejoran la vida útil frente al desgaste y la fatiga. - Silicio y manganeso: fortalecen la matriz y mejoran la templabilidad; el silicio también ayuda con la estabilidad del revenido. - Se mantienen bajos niveles de impurezas (P, S) para evitar la fragilización; el azufre controlado y los elementos de corte libre añadidos mejoran el mecanizado pero pueden reducir el rendimiento a la fatiga.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras están determinadas por el contenido de carbono/aleación y los ciclos térmicos:

• Microestructuras típicas tras un tratamiento térmico adecuado:
• Laminado en caliente o normalizado: predominantemente perlita y ferrita templadas, con distribución de carburos influenciada por el contenido de carbono.
• Después del temple y revenido (T&R): martensita templada a un nivel de dureza controlado con carburos dispersos; un mayor contenido de carbono en 65SiCr7 produce una mayor fracción de volumen de martensita para el mismo temple, lo que da como resultado una mayor dureza.
• Procesamiento termomecánico: se pueden obtener estructuras perlíticas o bainíticas finas dependiendo del enfriamiento controlado; la aleación mejora el control de la transformación.

Efectos de procesos comunes: - Normalización: refina el tamaño del grano y produce una estructura uniforme de ferrita/perlita; ambos grados responden de manera similar, pero el 65SiCr7 mostrará estructuras de perlita ligeramente más duras debido al mayor contenido de carbono. Temple y revenido: ambas calidades se templan comúnmente (en aceite o sal) y se revenen para lograr una combinación óptima de resistencia y tenacidad. La aleación 65SiCr7 alcanza una mayor dureza en estado de temple y una mayor resistencia tras el revenido a la misma temperatura, pero este último debe optimizarse para evitar una fragilidad excesiva. - Tratamientos martensíticos/intercríticos: pueden utilizarse para equilibrar la tenacidad y la dureza; un mayor contenido de carbono aumenta la sensibilidad a la velocidad de enfriamiento y el potencial de fragilidad martensítica.

4. Propiedades mecánicas

Los valores dependen del tratamiento térmico. La tabla muestra rangos comparativos típicos para piezas procesadas según niveles de servicio de ingeniería (indicativos después del tratamiento térmico; confirmar con los datos del proveedor):

Propiedad	60SiCr7 (típico después del tratamiento térmico)	65SiCr7 (típico después del tratamiento térmico)	Nota comparativa
Resistencia a la tracción (Rm)	~900–1200 MPa	~1000–1350 MPa	El 65SiCr7 generalmente alcanza una Rm más alta debido a su mayor C
Límite elástico (Rp0.2)	~600–900 MPa	~700–1000 MPa	Mayor contenido de 65SiCr7 para el mismo tratamiento térmico
Alargamiento (A%)	~8–15%	~6–12%	El 60SiCr7 suele ser más dúctil.
Resistencia al impacto (Charpy, templado)	Moderado; depende del temperamento.	Normalmente inferior a 60SiCr7 con la misma dureza.	Un mayor contenido de carbono reduce la resistencia al impacto para una dureza dada.
Dureza (HRC)	Rango típico de temple posterior al enfriamiento: ~30–60 HRC según el tratamiento.	Puede alcanzar una dureza Rockwell C superior con el mismo temple/revenido.	El 65SiCr7 puede alcanzar límites de dureza superiores.

Interpretación: El 65SiCr7 ofrece mayor resistencia y dureza, a costa de cierta ductilidad y tenacidad al impacto. El 60SiCr7 ofrece un equilibrio ligeramente mejor entre tenacidad y ductilidad para el mismo rango de proceso.

5. Soldabilidad

La soldabilidad está determinada principalmente por el equivalente de carbono y la presencia de cromo y otros elementos de aleación. Dos índices de uso común son:

• Instituto Internacional de Equivalente de Carbono en Soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Fórmula Pcm (práctica para predecir la sensibilidad al agrietamiento en frío): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El mayor contenido nominal de carbono en 65SiCr7 aumenta $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en relación con 60SiCr7, lo que indica una soldabilidad reducida y un mayor riesgo de zona afectada por el calor endurecida y agrietamiento en frío sin tratamiento térmico previo o posterior a la soldadura (PWHT). El cromo y el manganeso aumentan aún más el equivalente de carbono y la templabilidad. Para ambos grados, el precalentamiento moderado, las temperaturas controladas entre pasadas y el revenido posterior a la soldadura son prácticas comunes al soldar piezas estructurales. Para componentes soldados críticos, considere diseños alternativos (unión mecánica), consumibles con bajo contenido de hidrógeno y la verificación mediante la calificación del procedimiento de soldadura. Cuando la soldabilidad sea prioritaria, es preferible la opción con menor contenido de carbono (60SiCr7) o un sustituto de aleación inferior.

6. Corrosión y protección de superficies

• Estos aceros no son inoxidables: su resistencia a la corrosión es limitada y depende del estado de la superficie y del entorno.
• Estrategias de protección estándar:
• Galvanizado en caliente para piezas ferrosas de exterior que requieren una protección moderada contra la corrosión.
• Galvanoplastia (zinc, alternativas de cadmio), recubrimientos de pasivación, recubrimientos de conversión o sistemas de pintura de alta calidad para taller y campo.
• Los recubrimientos de barrera y los recubrimientos de sacrificio son comunes para lograr una larga vida útil en atmósferas agresivas.
• PREN no es aplicable a estos aceros al carbono aleados no inoxidables; la fórmula de PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ es relevante únicamente para aleaciones inoxidables con un contenido significativo de Cr/Mo/N.
• Para condiciones de desgaste o abrasión, se puede aplicar un endurecimiento superficial (endurecimiento por inducción, nitruración, carburización). Nota: la respuesta a la nitruración depende de la composición química de la aleación y del tratamiento térmico previo.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: un mayor contenido de carbono y una mayor dureza (tras el temple) reducen la maquinabilidad. El acero 60SiCr7 suele ser más fácil de mecanizar en estado recocido/normalizado; una vez endurecido, ambos grados requieren rectificado o herramientas de material duro. Existen variantes de fácil mecanizado (con azufre añadido), pero es posible que no estén disponibles para estos aceros para muelles específicos.
• Conformabilidad y doblado en frío: un mayor contenido de carbono reduce la ductilidad y la conformabilidad. El conformado debe realizarse en estado blando (recocido). Para muelles o componentes doblados, es habitual un tratamiento térmico controlado posterior al conformado.
• Rectificado/acabado: El 65SiCr7 a menudo requiere un rectificado/pulido más agresivo para lograr el mismo acabado dimensional/cosmético debido a su mayor potencial de dureza.
• Los tratamientos superficiales y los recubrimientos pueden requerir alivio de tensiones/templado después del recubrimiento si los ciclos térmicos afectan las propiedades.

8. Aplicaciones típicas

60SiCr7 – Usos típicos	65SiCr7 – Usos típicos
Muelles helicoidales y de láminas de resistencia media para equipos automotrices e industriales	Muelles de alta resistencia, pasadores de alta resistencia y ejes que requieren mayor resistencia estática
Ejes, rodillos y pasadores donde se requiere una tenacidad moderada	Componentes resistentes al desgaste y herramientas pequeñas donde se requiere mayor dureza
Componentes de uso general tratados térmicamente donde se desea un mejor equilibrio entre ductilidad y tenacidad.	Componentes sometidos a mayores tensiones cíclicas o donde una mayor dureza posterior al temple mejora la vida útil
Piezas templadas y revenidas con una vida útil crítica a la fatiga, pero con espacio limitado para un endurecimiento agresivo.	Piezas que toleran un control de tratamiento térmico más estricto y un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) si se requiere soldadura.

Justificación de la selección: - Utilice 60SiCr7 cuando el diseño penalice los modos de falla frágiles, cuando se necesite cierta ductilidad y tenacidad al impacto, o cuando las restricciones de soldadura y conformabilidad exijan un menor contenido de carbono. - Utilice 65SiCr7 cuando se requiera una mayor resistencia a la tracción estática, una mayor dureza alcanzable para la resistencia al desgaste o una mayor resistencia a la fatiga a expensas de cierta ductilidad.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El 65SiCr7 suele ser ligeramente más caro en cuanto a material o procesamiento debido a su mayor porcentaje de carbono y al control más estricto del tratamiento térmico que a menudo requiere. Sin embargo, las diferencias de coste suelen ser pequeñas en comparación con los costes de procesamiento, acabado o riesgo de fallos.
• Disponibilidad: Ambos grados se producen habitualmente en forma de barras, alambres y flejes para la fabricación de resortes y ejes; la disponibilidad varía según la región y el proveedor. Los plazos de entrega de la fábrica y la consistencia entre lotes (fundamentales para componentes sometidos a fatiga) deben influir en las decisiones de compra.
• Efectos de la forma del producto: las barras y los alambres para resortes están ampliamente disponibles; las placas o las piezas forjadas grandes con estas composiciones exactas pueden ser menos comunes y podrían fabricarse bajo pedido.

10. Resumen y recomendación

| Atributo | 60SiCr7 | 65SiCr7 | |---|---:|---:|---| | Soldabilidad | Mejor (menor contenido de carbono, menor CE) | Más limitada (mayor contenido de carbono, mayor CE) | | Equilibrio entre resistencia y tenacidad | Mayor tenacidad y ductilidad con un tratamiento equivalente | Mayor potencial de resistencia y dureza máximas; menor ductilidad | | Coste relativo | Riesgo/coste de procesamiento ligeramente inferior | Ligeramente superior debido a un tratamiento térmico y manipulación más rigurosos |

Recomendación: - Elija 60SiCr7 si: necesita una combinación equilibrada de resistencia y tenacidad, mayor ductilidad, soldadura/conformación más sencilla, o cuando el diseño priorice la tenacidad a la fractura o la facilidad de fabricación. - Elija 65SiCr7 si: la aplicación requiere mayor resistencia al temple o mayor dureza final para resistencia al desgaste y a la fatiga y el plan de fabricación puede acomodar un tratamiento térmico más estricto, posible precalentamiento/PWHT para soldadura y un control de proceso más preciso.

Nota final: ambos grados ofrecen el mejor rendimiento cuando el tratamiento térmico y la protección superficial se especifican y controlan según los requisitos de fatiga, desgaste y medioambientales de la aplicación. Confirme siempre la composición exacta y las propiedades mecánicas garantizadas en los certificados de fábrica y realice pruebas de validación (dureza, Charpy, fatiga) para los componentes críticos.