Cr12 frente a Cr12MoV: composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros Cr12 y Cr12MoV son aceros para herramientas con alto contenido de cromo y carbono, ampliamente utilizados en herramientas para trabajo en frío, cuchillas de corte, punzones y matrices. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción suelen enfrentarse al dilema de priorizar la resistencia al desgaste (para una larga vida útil y tolerancias ajustadas) frente a la resistencia al astillamiento y la fractura (para cortes por impacto o interrumpidos). La principal diferencia práctica entre estos grados radica en el equilibrio entre tenacidad y resistencia al desgaste, logrado mediante la adición controlada de Mo y V en el Cr12MoV.

Ambos aceros se comparan a menudo porque comparten una composición química base rica en cromo y alto contenido de carbono que produce carburos duros y alta dureza después del tratamiento térmico, mientras que las variaciones de aleación producen diferencias significativas en la templabilidad, el endurecimiento secundario y la dispersión de carburos, factores que determinan el rendimiento en servicio y las opciones de procesamiento.

1. Normas y designaciones

Normas y designaciones comunes bajo las cuales se encuentran el Cr12 y el Cr12MoV o grados estrechamente equivalentes:

• GB/T (China): Cr12 es una designación nacional; Cr12MoV es la variante de aleación de Mo y V.
• ES: Las familias de aceros para herramientas comparables se designan como serie D (por ejemplo, D2) o serie X según la aleación; los equivalentes deben comprobarse mediante análisis químico.
• JIS: Las normas japonesas para aceros de herramientas enumeran aceros similares de alto cromo para trabajo en frío en la serie JS; verifique la coincidencia química exacta.
• ASTM/ASME: Los aceros para herramientas están cubiertos por ASTM A600/A681 para barras de acero para herramientas y otras especificaciones; consulte las referencias cruzadas por composición.
• Clasificación: Tanto el Cr12 como el Cr12MoV son aceros para herramientas de trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo (familia de aceros para herramientas). No son inoxidables (en el sentido de resistencia a la corrosión) ni son aceros estructurales HSLA.

Confirme siempre la equivalencia comprobando la composición química real y los requisitos de propiedades mecánicas en los certificados del proveedor.

2. Composición química y estrategia de aleación

Composiciones nominales típicas (en % peso) que se suelen especificar para las calidades comerciales de Cr12 y Cr12MoV. Estos son rangos representativos utilizados por los fabricantes; verifique los certificados de fábrica para la adquisición.

Elemento	Cr12 (típico, % en peso)	Cr12MoV (típico, % en peso)
do	1,35 – 1,65	1,35 – 1,65
Minnesota	0,20 – 0,60	0,20 – 0,60
Si	0,20 – 0,80	0,20 – 0,80
PAG	≤ 0,035	≤ 0,035
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	11.0 – 13.0	11.0 – 13.0
Ni	≤ 0,30	≤ 0,30
Mes	≤ 0,10 (a menudo trazas)	0,20 – 1,00
V	≤ 0,10 (a menudo trazas)	0,05 – 0,50
Nótese bien	≤ 0,02	≤ 0,02
Ti	≤ 0,02	≤ 0,02
B	≤ 0,001	≤ 0,001
norte	Rastro	Rastro

Cómo afectan los elementos de aleación a las propiedades: - Carbono (C): Elemento endurecedor primario; un alto contenido de C promueve una alta dureza a través de la formación de carburos, pero reduce la soldabilidad y la tenacidad. - Cromo (Cr): Promueve la formación de carburos de cromo duros (similares a M7C3/M23C6 en aceros con alto contenido de C), mejora la resistencia al desgaste y contribuye a la templabilidad. - Molibdeno (Mo): Aumenta la templabilidad, refina la matriz de carburo, imparte endurecimiento secundario y resistencia a altas temperaturas, y mejora la tenacidad en comparación con una contraparte sin Mo. - Vanadio (V): Forma carburos de vanadio muy duros y finos que refinan el grano y mejoran la resistencia al desgaste y a la abrasión; contribuye al endurecimiento secundario y a la tenacidad al fijar los límites del grano. - Manganeso y silicio: Desoxidantes y modificadores de resistencia/temperatura en cantidades moderadas. - P, S: Se mantienen bajos para evitar fragilidad y problemas de maquinabilidad.

El Cr12 está optimizado para maximizar el contenido de carburo de cromo para lograr resistencia al desgaste con un mínimo de Mo y V. El Cr12MoV agrega Mo y V para mejorar la templabilidad, la tenacidad y la dispersión del carburo a costa de ligeros aumentos en el costo y una menor soldabilidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - En estado laminado o normalizado: Mezcla de martensita/ferrita revenida con carburos ricos en cromo dispersos (tipo Cr7C3/Cr23C6) y carburos secundarios. El Cr12 presenta carburos de cromo más gruesos; el Cr12MoV presenta carburos más finos y distribuidos de manera más uniforme, con precipitados ricos en Mo y V. - Tras el temple y revenido: Matriz predominantemente martensítica con una red de carburos de cromo estables y carburos finos de Mo/V para Cr12MoV. El Cr12 tiende a retener redes de carburos continuas de mayor tamaño que maximizan la resistencia a la abrasión, pero que pueden actuar como puntos de inicio de grietas bajo cargas de impacto.

Respuesta al tratamiento térmico: - Normalización: Refina el grano y ayuda a disolver algunos carburos; útil antes del mecanizado o procesamiento posterior. Endurecimiento (austenización y temple): Las temperaturas típicas de austenización para los aceros para herramientas de la familia Cr12 son elevadas (p. ej., entre 1000 y 1050 °C, según el tamaño de la sección y la composición) para disolver los carburos en la mayor medida posible y lograr el máximo endurecimiento secundario; consulte las indicaciones del proveedor. El temple rápido (en aceite o con cambios bruscos de aceite) produce martensita; el contenido de aleación controla la austenita retenida y la templabilidad. - Revenido: Se realiza en varias etapas para reducir la austenita retenida, desarrollar dureza secundaria (especialmente en aleaciones con molibdeno) y aliviar tensiones. El Cr12MoV suele presentar un endurecimiento secundario mayor debido a los carburos de Mo/V; esto permite un equilibrio ligeramente mejor entre tenacidad y dureza tras el revenido.

El procesamiento termomecánico (laminado controlado, forjado) puede mejorar la tenacidad y la uniformidad de los carburos, y es particularmente beneficioso para el Cr12MoV para aprovechar su aleación para obtener carburos refinados.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas típicas varían tras un temple y revenido adecuados; los valores dependen del tratamiento térmico, el tamaño de la sección y el proveedor. Confirme los valores en los informes de ensayos de fábrica para el diseño.

Propiedad	Cr12 (rango típico)	Cr12MoV (rango típico)
Resistencia a la tracción (MPa)	900 – 1800	1000 – 2000
Límite elástico (MPa)	700 – 1500	800 – 1700
Alargamiento (%)	2 – 10	2 – 12
Resistencia al impacto (J, Charpy)	De baja a moderada; mejora con el templado.	Moderado; generalmente superior al Cr12 para una dureza similar.
Dureza (HRC)	55 – 62 (templado en toda su masa)	55 – 62 (templado integral); conserva mejor la dureza en secciones más grandes.

Explicación: La resistencia y la dureza dependen principalmente del carbono y la matriz martensítica; ambas calidades pueden alcanzar una dureza máxima similar. El Cr12MoV suele alcanzar una dureza comparable, a la vez que ofrece mayor tenacidad y endurecimiento integral gracias al Mo y al V. - Tenacidad: El Cr12MoV es típicamente más tenaz (menos frágil) con una dureza equivalente porque el Mo aumenta la templabilidad y el V refina los carburos y los límites de grano, reduciendo la tendencia a la propagación de grietas. - Ductilidad: Ambos son aceros para herramientas de baja ductilidad y alta dureza, pero el Cr12MoV puede proporcionar una elongación ligeramente mayor en ciertos tratamientos.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros para herramientas con alto contenido de carbono y cromo suele ser difícil. Factores clave: alto contenido de carbono, red de carburos y templabilidad.

Fórmulas industriales para evaluar la soldabilidad y los requisitos de precalentamiento: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parámetro más detallado (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación: Ambas fórmulas muestran la influencia de C, Cr, Mo y V en la templabilidad y la propensión al agrietamiento en frío. Los valores más altos indican la necesidad de precalentamiento, aporte de calor controlado y tratamiento térmico posterior a la soldadura. - El Cr12 (con alto contenido de C y Cr) normalmente requiere un precalentamiento sustancial y un revenido posterior a la soldadura; la soldabilidad es deficiente sin procedimientos estrictos. - El Cr12MoV, con Mo y V añadidos, aumenta la templabilidad y puede elevar aún más los valores CE/Pcm, lo que puede empeorar la soldabilidad en términos de riesgo de agrietamiento, pero los procedimientos de soldadura controlados y los metales de aporte coincidentes con una templabilidad similar o ligeramente inferior, el precalentamiento para reducir la velocidad de enfriamiento y el revenido local posterior a la soldadura pueden producir juntas aceptables. Buenas prácticas: evite soldar siempre que sea posible; prefiera la fijación mecánica o la soldadura fuerte. Si es necesario soldar, consulte las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) del proveedor del material y realice las pruebas de calificación.

6. Corrosión y protección de superficies

Ni el Cr12 ni el Cr12MoV son inoxidables en el sentido común; su contenido de cromo mejora ligeramente la resistencia a la corrosión en comparación con el acero al carbono simple, pero no proporciona una pasivación comparable a la de las aleaciones inoxidables.

• Opciones de protección de la superficie: electrodeposición, galvanizado en caliente (limitado para aceros para herramientas debido a los cambios en el tratamiento térmico), pintura, recubrimiento en polvo y recubrimientos específicos para cada aplicación, como PVD/CVD, cromado duro o nitruración, para mejorar la vida útil de la superficie y la protección contra la corrosión.
• Tratamientos termoquímicos: La nitruración puede mejorar la dureza superficial y la resistencia al desgaste de ciertos grados de acero para herramientas, pero debe evaluarse en función de las dimensiones y propiedades de tracción deseadas.
• La fórmula PREN no es aplicable a estos aceros para herramientas que no son inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ El uso de PREN solo tiene sentido para aceros inoxidables resistentes a la corrosión; para los aceros de la familia Cr12, la protección superficial y los recubrimientos determinan el rendimiento de corrosión en servicio.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: En estado recocido, ambos grados son mecanizables, pero más difíciles de trabajar que los aceros de baja aleación debido a su alto contenido de carbono y carburos duros. El Cr12MoV puede ser ligeramente menos mecanizable debido a la presencia de carburos finos de Mo/V; se recomienda utilizar herramientas de carburo, altas velocidades de corte y configuraciones rígidas. El mecanizado de desbaste se realiza generalmente en estado recocido.
• Rectificado y acabado: Ambos procesos requieren abrasivos adecuados para carburos duros; los carburos más gruesos del Cr12 pueden producir vibraciones si las herramientas no están optimizadas.
• Conformado y doblado: La conformabilidad en frío es limitada debido al alto contenido de carbono y carburos; el conformado generalmente se realiza en estado recocido o se evita. El conformado en caliente es posible, pero requiere recalentamiento y tratamiento térmico completo.
• Consideraciones sobre el tratamiento térmico: El riesgo de deformación durante el endurecimiento y el revenido requiere una sujeción cuidadosa y una tolerancia de mecanizado adecuada.

8. Aplicaciones típicas

Cr12 (usos comunes)	Cr12MoV (usos comunes)
cuchillas de corte, cuchillas de guillotina	Punzones y matrices de alta resistencia, sometidos a impactos y desgaste.
Cuchillas de corte longitudinal, herramientas de corte en frío	Componentes de troquelado progresivo donde se requiere endurecimiento total y tenacidad
Cavidades de moldes de plástico para materiales abrasivos	Troqueles de troquelado y recorte de alta resistencia con corte interrumpido
Placas de desgaste con exposición a impactos moderados	Herramientas que requieren mayor resistencia al astillado y una vida útil más larga en secciones más grandes

Justificación de la selección: - Elija Cr12 cuando la máxima resistencia a la abrasión y la rentabilidad sean importantes y donde la carga sea mayormente continua (deslizamiento o desgaste abrasivo constante) con impacto o choque limitado. - Elija Cr12MoV cuando las herramientas se enfrenten a impactos más altos, cortes intermitentes, secciones transversales más grandes donde el endurecimiento total sea fundamental, o cuando se requiera una tenacidad y resistencia a la propagación de grietas ligeramente superiores.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El Cr12 suele ser más económico que el Cr12MoV debido a la ausencia de molibdeno y a su contenido significativo de vanadio. El molibdeno y el vanadio son elementos de aleación más caros y aumentan los costes de producción.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en fabricantes de aceros para herramientas y centros de servicio en formatos comunes (barras redondas, barras planas, placas, bloques templados y revenidos). Las variantes de Cr12 sin Mo/V pueden ser ligeramente más comunes y económicas en lotes estándar; el Cr12MoV puede requerir planificación de inventario para tamaños especiales o estados de tratamiento térmico específicos.
• Formatos del producto: Barras, placas y bloques preendurecidos; se ofrecen piezas en bruto forjadas y recocidas para ambos, con plazos de entrega que dependen del tratamiento térmico y los servicios de mecanizado.

10. Resumen y recomendación

Propiedad	Cr12	Cr12MoV
soldabilidad	Deficiente; requiere un precalentamiento/postcalentamiento riguroso.	De mala a moderada; requiere un control cuidadoso, puede empeorar con la CE, pero ofrece modos para reducir el riesgo de agrietamiento.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Alta dureza y resistencia al desgaste; menor tenacidad.	Dureza máxima similar, pero mayor tenacidad y endurecimiento total.
Costo	Más bajo	Más alto

Recomendación: - Elija Cr12 si necesita un acero para herramientas de trabajo en frío rentable y altamente resistente al desgaste para desgaste por deslizamiento abrasivo, corte de bordes finos o aplicaciones donde la carga de impacto es limitada y se debe evitar la soldadura. - Elija Cr12MoV si la aplicación implica cortes interrumpidos, cargas de impacto o choque más elevadas, secciones de mayor tamaño donde el endurecimiento total es importante, o cuando se requiere un mejor equilibrio entre tenacidad y dureza sin sacrificar una dureza superficial significativa, aceptando un mayor costo del material y la necesidad de procedimientos de tratamiento térmico y soldadura más cuidadosos.

Nota práctica final: verifique siempre los certificados de fábrica del proveedor en cuanto a la composición química y las prácticas de tratamiento térmico, realice tratamientos térmicos de prueba y pruebas de servicio para las herramientas críticas y consulte las hojas de datos del productor de acero para que la variante específica (por ejemplo, los niveles exactos de Mo y V) se ajuste a las necesidades de su aplicación.