AR450 vs AR500 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros AR450 y AR500 son grados populares de aceros templados y revenidos resistentes a la abrasión (AR) que se utilizan en minería, procesamiento de áridos, placas balísticas y componentes de desgaste. Al elegir entre ellos, los ingenieros y los profesionales de compras suelen sopesar factores como la vida útil frente a la tenacidad, la soldabilidad frente a la dureza y el coste unitario frente al coste total de vida útil. La principal diferencia de rendimiento radica en la vida útil en condiciones de alta abrasión: el AR500 se fabrica para ofrecer una mayor dureza y, por lo tanto, una vida útil generalmente más larga en escenarios de abrasión severa, mientras que el AR450 suele ofrecer un mejor equilibrio entre tenacidad, ductilidad y facilidad de fabricación.

Estos dos grados se comparan frecuentemente porque ocupan posiciones adyacentes en el espectro de dureza de los aceros AR y porque pequeños cambios en la composición química y el tratamiento térmico producen cambios significativos en el comportamiento de los componentes bajo impacto, abrasión por deslizamiento y carga cíclica.

1. Normas y designaciones

• Las clasificaciones AR son principalmente designaciones de proveedores/productos, más que una clasificación ASTM unificada. Generalmente se fabrican para ser resistentes a la abrasión, con objetivos de dureza Brinell nominales (por ejemplo, 450 HBW, 500 HBW).
• Normas y designaciones comunes que pueden aplicarse a materiales de función similar:
• ASTM/ASME: ASTM A514 (aceros de alta resistencia templados y revenidos), ASTM A517 (recipientes a presión), ASTM A688 (aceros de alta resistencia templados y revenidos) — nota: “AR450/AR500” son nombres de proveedores y a menudo se suministran como aceros templados y revenidos patentados que pueden cumplir secciones de estas u otras normas.
• EN: Serie EN 10025 para aceros estructurales; EN 10250 / EN 10277 puede ser relevante para aceros tratados térmicamente o para herramientas (los grados AR específicos del proveedor normalmente están fuera de los nombres de grado EN directos).
• JIS, GB: Las normas nacionales (Japón, China) pueden tener aceros templados y revenidos análogos; muchos proveedores en esos mercados suministran grados AR según las normas locales más las especificaciones del proveedor.
• Clasificación: Los aceros AR450 y AR500 son aceros aleados de alto carbono, templados y revenidos, pertenecientes a la amplia familia de aceros templados y revenidos (no inoxidables). No son aceros para herramientas en el sentido clásico, ni aceros HSLA enfocados en perfiles estructurales soldables; su composición química y el proceso de templado y revenido priorizan la templabilidad y la resistencia al desgaste.

2. Composición química y estrategia de aleación

A continuación se muestra una tabla representativa de la presencia típica de elementos de aleación. La composición química varía según el proveedor; los datos se presentan como rangos cualitativos o típicos y dependen del fabricante. Para aplicaciones críticas, siempre confirme la composición química exacta consultando los certificados de fabricación del proveedor.

Elemento	Presencia o rango típico (depende del proveedor)
C (Carbono)	De moderado a alto; agente endurecedor primario (el rango típico reportado por los proveedores suele ser de 0,2 a 0,5 % en peso).
Mn (manganeso)	Moderado (mejora la templabilidad y la resistencia; típico 0,5–1,5 % en peso)
Si (silicio)	De bajo a moderado (desoxidante; 0,1–0,5 % en peso)
P (Fósforo)	Mantenido bajo (impureza; normalmente <0,035 % en peso)
S (Azufre)	Mantenido bajo (impureza; normalmente <0,035 % en peso)
Cr (Cromo)	Trazas a moderadas (mejora la templabilidad y la respuesta al revenido; puede ser de 0,2 a 1,0 % en peso)
Ni (níquel)	Puede estar presente en pequeñas cantidades en algunas variantes (mejora la resistencia).
Mo (Molibdeno)	En algunos grados se añaden pequeñas cantidades de aditivos para mejorar la templabilidad y la resistencia al revenido.
V (Vanadio)	Microaleación en algunos productos para refinar el grano y mejorar la resistencia/tenacidad.
Nb, Ti, B	Es posible realizar microaleaciones traza para controlar el grano o mejorar la templabilidad.
N (Nitrógeno)	Normalmente bajo; relevante si se utilizan efectos de microaleación (p. ej., VN).

Cómo afecta la aleación a las propiedades clave - Carbono: factor determinante de la dureza y resistencia alcanzables; un mayor contenido de carbono aumenta la dureza y la resistencia al desgaste, pero reduce la soldabilidad y la ductilidad. - Manganeso, cromo, molibdeno: aumentan la templabilidad (permitiendo un endurecimiento más profundo en placas más gruesas) y mejoran el comportamiento de revenido, lo que permite una mayor dureza sin microestructuras excesivamente frágiles. - Microaleación (V, Nb, Ti): refina el tamaño del grano de austenita previo y mejora la tenacidad para una dureza determinada. - Se mantienen bajos niveles de impurezas (P, S) para evitar la fragilización y conservar la tenacidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Las microestructuras típicas de las aleaciones AR450 y AR500 (tras los ciclos de temple y revenido adecuados) consisten en martensita revenida con carburos y posible fracción de bainita en las zonas que se enfrían más lentamente. Las diferencias se deben principalmente al objetivo de dureza y a la intensidad del tratamiento térmico.

• AR450:
• El tratamiento térmico busca una menor severidad de temple o un revenido ligeramente inferior para alcanzar una dureza de ~450 HBW. La microestructura es generalmente martensita revenida con una dispersión de carburos relativamente más fina y una mayor tenacidad y ductilidad retenidas que la del AR500.

• El procesamiento termomecánico y el laminado controlado pueden producir un grano de austenita previa refinado y mejorar la tenacidad a una dureza determinada.

• AR500:

• Un temple más severo y temperaturas de revenido más bajas (o una composición de aleación diferente) producen una mayor proporción de martensita revenida dura y, posiblemente, zonas de martensita sin revenir si el revenido no es completo. Esto aumenta la dureza y la resistencia al desgaste, pero puede reducir la tenacidad al impacto y la elongación.
• Para secciones gruesas, a menudo se aumenta la aleación con Cr, Mo, Mn para garantizar la templabilidad y una dureza uniforme en todo el espesor.

Efecto de los tratamientos comunes: - Normalización (menos común para aceros AR): refina el grano pero no alcanza la dureza del proceso de temple y revenido. Temple y revenido: método principal: temple para formar martensita, y luego revenido para ajustar el equilibrio entre tenacidad y dureza. Temperaturas de revenido más elevadas aumentan la tenacidad y la ductilidad, pero reducen la dureza. - Procesamiento termomecánico: el laminado controlado y el enfriamiento acelerado pueden aumentar la resistencia y la tenacidad a una dureza determinada mediante la producción de estructuras bainíticas/martensíticas más finas.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas dependen en gran medida del proceso y del espesor. La tabla siguiente compara tendencias generales y rangos de dureza típicos, en lugar de valores garantizados individuales, ya que los certificados del proveedor son la fuente oficial.

Propiedad	AR450 (comportamiento típico)	AR500 (comportamiento típico)
Resistencia a la tracción	Alta; buen equilibrio con la tenacidad (UTS de moderada a alta)	Mayor resistencia a la tracción, generalmente debido a una mayor dureza.
Resistencia a la fluencia	Alto; útil para piezas de desgaste que soportan carga.	Normalmente, mayor rendimiento debido a una mayor dureza.
Alargamiento	Ductilidad relativamente mayor que la del AR500	Menor elongación; menor ductilidad con el mismo espesor
Resistencia al impacto	Mayor resistencia al impacto y menor riesgo de fractura frágil	Menor resistencia al impacto a menos que se diseñe con aleación/tratamiento térmico.
Dureza (Brinell)	Peso nominal ~450 HBW (el rango típico depende del proveedor, a menudo ±20 HBW)	Peso nominal ~500 HBW (el rango típico depende del proveedor, a menudo ±25 HBW)

Por qué se producen estas diferencias: - La dureza se correlaciona con la microestructura de martensita templada y el contenido de carbono; una mayor dureza (AR500) aumenta la resistencia al desgaste pero reduce la plasticidad y puede aumentar la susceptibilidad al agrietamiento bajo impacto o durante la soldadura. - La menor dureza del AR450 permite una mayor absorción de energía (tenacidad y ductilidad), lo que puede mejorar la vida útil en aplicaciones con impactos o donde se requiere doblado/conformación.

5. Soldabilidad

La soldabilidad se ve influenciada por el equivalente de carbono y la microaleación. Para evaluar los controles de precalentamiento y entre pasadas, son útiles las fórmulas empíricas estándar:

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

y para un equivalente de carbono-manganeso más detallado:

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

Interpretación y aspectos prácticos: El acero AR500 suele tener un equivalente de carbono efectivo mayor que el AR450, debido a un contenido de carbono ligeramente superior o a una mayor aleación enfocada en la templabilidad. Un valor de $CE_{IIW}$ o $P_{cm}$ más elevado indica un mayor riesgo de fisuración en frío asistida por hidrógeno y requiere un precalentamiento más alto, temperaturas controladas entre pasadas, consumibles con bajo contenido de hidrógeno y, posiblemente, un tratamiento térmico posterior a la soldadura. - El acero AR450 es generalmente más fácil de soldar, pero aún así requiere procedimientos de soldadura adaptados a los aceros templados y revenidos: electrodos de bajo hidrógeno, entrada de calor controlada, precalentamiento y entre pasadas adecuados, y consideración del revenido posterior a la soldadura para evitar la fragilidad localizada. - Las placas gruesas y los altos niveles de dureza aumentan la susceptibilidad a la formación de martensita en la zona afectada por el calor; se recomienda la calificación del procedimiento de soldadura para componentes críticos.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el AR450 ni el AR500 son inoxidables; su resistencia a la corrosión es la de los aceros al carbono/aleados y debe controlarse mediante la protección de la superficie.
• Estrategias de protección típicas: galvanizado en caliente (cuando sea posible), recubrimientos industriales de una o varias capas (epoxi, poliuretano), metalización (proyección térmica) o pintura de mantenimiento regular.
• Para aplicaciones expuestas a entornos químicos agresivos o agua salada, considere el uso de recubrimientos resistentes a la corrosión, recubrimientos de sacrificio o la especificación de una aleación de acero inoxidable para componentes críticos ante la corrosión.
• La fórmula PREN no es aplicable a los aceros AR (no inoxidables), pero sirve como referencia:

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

El uso de PREN solo tiene sentido al evaluar aleaciones inoxidables; para los aceros antirreflectantes estos índices no describen el rendimiento.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Corte: Se utilizan comúnmente el oxicorte, el plasma y el láser. Una mayor dureza (AR500) reduce la vida útil de la herramienta y puede requerir una velocidad de avance menor, consumibles más duros o corte por chorro de agua para obtener una mejor calidad del filo.
• Doblado/conformado: El AR450 tolera mejor el conformado suave; el AR500 es difícil de conformar en frío sin agrietarse debido a su menor ductilidad y debe conformarse utilizando radios mayores o métodos de conformado en caliente.
• Maquinabilidad: ambos son más difíciles de mecanizar que el acero dulce; el AR500 es el más difícil debido a su mayor dureza; utilice herramientas de carburo, configuraciones rígidas y parámetros de corte conservadores.
• Acabado superficial: El rectificado y el granallado consumen más material abrasivo para AR500; considere técnicas de revestimiento de desgaste vertical o revestimientos de desgaste reemplazables para una mayor eficiencia en el mantenimiento.

8. Aplicaciones típicas

Usos típicos del AR450	Usos típicos del AR500
Cajas de camiones, volquetes, tolvas (donde se requiere resistencia al desgaste y cierta tolerancia a los impactos).	Placas de impacto y blancos, sustrato de revestimiento duro, revestimientos de alto desgaste sometidos a abrasión por deslizamiento intenso
Tolvas y cintas transportadoras que manejan áridos de tamaño mixto donde se produce el impacto	Paneles de blindaje y sistemas balísticos/de puntería de alta resistencia al desgaste (variantes especializadas)
Revestimientos de desgaste donde se requiera doblado o conformado durante la fabricación.	Trituradoras de mineral, cribas de alta abrasión, revestimientos de alimentadores donde se requiere una vida útil máxima
Plataformas de cribado, cubos en contextos mineros de menor exigencia.	Componentes donde el tiempo de inactividad mínimo y la vida útil máxima justifican un mayor costo del material

Justificación de la selección: - Elija AR450 cuando la aplicación requiera un equilibrio: buena resistencia a la abrasión más mayor tenacidad, fabricación más sencilla o cuando el impacto/choque sea significativo. - Elija AR500 cuando la prioridad sea maximizar la vida útil bajo contacto abrasivo/deslizante severo y cuando se puedan gestionar las limitaciones de fabricación (soldabilidad, conformado) o cuando las piezas se produzcan como revestimientos/placas de repuesto fabricadas.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El AR500 suele ser más caro por kilogramo que el AR450 debido al procesamiento y al control más estricto de la composición y el tratamiento térmico para lograr una mayor dureza. Sin embargo, el coste total del ciclo de vida puede favorecer al AR500 en aplicaciones de muy alto desgaste debido a la menor frecuencia de reemplazo.
• Disponibilidad por formato: Ambos grados están ampliamente disponibles en placas de espesores comunes; el AR450 suele estar más disponible en una gama más amplia de espesores y proveedores debido a su uso extendido en piezas estructurales de desgaste. La disponibilidad del AR500 puede ser algo más limitada para placas muy gruesas o composiciones químicas especiales; los plazos de entrega pueden variar según la fábrica y la región.
• Consejo de compras: Solicite certificados de fábrica, mapas de dureza (mediciones a través del espesor) y pautas de soldadura/tratamiento térmico; para aplicaciones críticas, solicite a los proveedores datos confirmados de dureza a través del espesor y tenacidad al impacto para el espesor exacto de la placa.

10. Resumen y recomendación

Atributo	AR450	AR500
soldabilidad	Mejor (menor coste de adquisición, procedimientos más sencillos)	Más exigente (mayor CE, requiere controles estrictos)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Mayor tenacidad y ductilidad con dureza moderada.	Mayor dureza y resistencia al desgaste; tenacidad reducida a menos que se alee o trate.
Costo	Menor costo inicial de materiales	Mayor coste inicial; menor frecuencia de reemplazo en casos de desgaste severo.

Recomendaciones finales: - Elija AR450 si necesita una solución equilibrada: aplicaciones con impacto y abrasión mixtos, donde se requiere doblado o conformado, o cuando la simplicidad y la resistencia de la soldadura son prioritarias. - Elija AR500 si su prioridad es la máxima vida útil bajo abrasión severa y repetitiva por deslizamiento o indentación y puede aceptar controles más estrictos de soldadura, tratamiento térmico y fabricación, o si el costo total del ciclo de vida justifica el mayor precio inicial del material.

Siempre especifique la calidad exacta del proveedor, la tolerancia de dureza requerida, el espesor de la placa, los requisitos de dureza a través del espesor y solicite informes de ensayos de fábrica y procedimientos de soldadura recomendados. Para piezas críticas para la seguridad o la fatiga, realice ensayos de calificación (p. ej., impacto CVN, tenacidad a la fractura y calificación del procedimiento de soldadura) en el material y espesor reales para validar su rendimiento en servicio.