M2 frente a M35: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El M2 y el M35 son dos aceros rápidos para herramientas (HSS) de uso común, presentes frecuentemente en la selección de herramientas de corte, punzones, matrices y componentes de desgaste. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción evalúan habitualmente las ventajas y desventajas de factores como el costo frente a la dureza en caliente, la resistencia al desgaste frente a la tenacidad y la maquinabilidad frente a la vida útil al elegir entre estos grados. Algunos contextos típicos de decisión incluyen la selección de un acero para herramientas para fresado de alta velocidad, donde la dureza en caliente es crucial, o la especificación de una pieza en bruto para estampado de alto volumen, donde el costo y la tenacidad son determinantes.

La principal diferencia técnica entre ambos grados radica en que uno es un acero rápido convencional de tungsteno-molibdeno, mientras que el otro es una aleación base similar modificada con una cantidad significativa de cobalto para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste a altas temperaturas. Debido a que M2 y M35 comparten gran parte de su composición química de carburos y su tratamiento térmico, se suelen comparar al especificar herramientas sometidas a desgaste abrasivo y altas temperaturas de corte.

1. Normas y designaciones

• ASTM/ASME: A menudo se suministra bajo designaciones de estilo AISI/SAE (AISI M2, AISI M35 o según las especificaciones de productos AMS/ASTM para aceros para herramientas en algunas regiones).
• EN: Los tipos HSS equivalentes en las normas EN se designan comúnmente como HS6-5-2 (familia M2) y HSS correspondientes que contienen cobalto, como HS6-5-2-5 (similar a M35), según la designación EN específica.
• JIS: Las normas japonesas enumeran aceros para herramientas con composiciones químicas similares (por ejemplo, la serie SKH).
• GB: Las normas chinas GB incluyen las designaciones M2 y M35 o códigos equivalentes.

Clasificación: Tanto el M2 como el M35 son aceros rápidos para herramientas (HSS), es decir, aceros aleados para herramientas diseñados para una alta dureza y resistencia al calor. No son aceros inoxidables ni aceros HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	M2 (rangos típicos)	M35 (rangos típicos)
do	0,80–0,95 % en peso	0,80–0,95 % en peso
Minnesota	0,15–0,40 % en peso	0,15–0,40 % en peso
Si	0,15–0,45 % en peso	0,15–0,60 % en peso
PAG	≤0,03 % en peso	≤0,03 % en peso
S	≤0,03 % en peso	≤0,03 % en peso
Cr	3,75–4,50 % en peso	3,75–4,50 % en peso
Ni	≤0,30 % en peso	≤0,30 % en peso
Mes	4,50–5,50 % en peso	4,50–5,50 % en peso
V	1,70–2,20 % en peso	1,80–2,30 % en peso
Nb (columbio)	típicamente rastrean	típicamente rastrean
Ti	típicamente rastrean	típicamente rastrean
B	típicamente rastrean	típicamente rastrean
norte	típicamente rastrean	típicamente rastrean

Nota: El tungsteno (W) es un componente principal tanto de M2 ​​como de M35 (normalmente entre 5,5 y 6,8 % en peso), pero se omitió de la lista de elementos solicitada; inclúyalo al especificar o realizar el pedido. El elemento distintivo de la familia M35 es el cobalto (Co ≈ 4,5–5,5 % en peso), que no se muestra en las columnas de la tabla anterior, pero es el factor diferenciador clave.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - Los formadores de carbono y carburo (V, W, Mo, Cr) controlan la cantidad, el tipo y la estabilidad de los carburos: los carburos MC (ricos en V), M6C (ricos en W/Mo) y M23C6 (ricos en Cr) proporcionan resistencia a la abrasión. - El tungsteno y el molibdeno aumentan la templabilidad y la resistencia a altas temperaturas y forman carburos M6C que contribuyen al endurecimiento secundario. - El vanadio forma carburos MC duros y finos que mejoran la resistencia al desgaste y la tenacidad de la población de carburos. - El cromo proporciona resistencia a la corrosión hasta cierto punto, contribuye a la templabilidad y forma carburos M23C6. - El cobalto en M35 no forma carburos, pero fortalece la matriz y aumenta la dureza en caliente / dureza en rojo y la resistencia al revenido.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura típica (después del temple y revenido adecuados): - Matriz: martensita revenida (fase principal de soporte de carga). - Población de carburos: una mezcla de carburos MC (ricos en V, relativamente duros), M6C (ricos en W/Mo) y M23C6 (ricos en Cr) distribuidos en la matriz martensítica.

Diferencias en la respuesta al tratamiento térmico: Ambos grados utilizan ciclos de tratamiento térmico similares: austenización, temple (en aceite o al vacío) y revenido en varias etapas para desarrollar la dureza deseada y el endurecimiento secundario. La aleación M35, gracias a su contenido de cobalto, presenta una mayor dureza residual a altas temperaturas de revenido (mejor dureza en estado rojo) y una respuesta de endurecimiento secundario más intensa. El cobalto aumenta la resistencia al revenido de la martensita; las temperaturas que ablandan la aleación M2 de forma más notable resultan en una mayor dureza de la aleación M35. - La normalización previa al endurecimiento puede refinar las estructuras laminadas; las temperaturas de austenización controladas son fundamentales para disolver una fracción adecuada de carburos para el endurecimiento secundario sin disolver en exceso los carburos MC de vanadio. - El procesamiento termomecánico (para forjas) que refina la dispersión de carburos mejorará la tenacidad y el comportamiento al desgaste en ambos grados; el M35 se beneficia particularmente en aplicaciones donde se requiere resistencia en caliente.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	M2 (típico)	M35 (típico)	Notas
Resistencia a la tracción (UTS)	~1800–2400 MPa (dependiendo del tratamiento térmico)	~1900–2500 MPa (dependiendo del tratamiento térmico)	La resistencia a la tracción del acero rápido (HSS UTS) varía considerablemente con la dureza final y el revenido.
Fuerza de fluencia	Generalmente alta, cercana a la fracción UTS	Similar o ligeramente superior	El rendimiento a menudo no se especifica por separado para el acero rápido (HSS); depende de la microestructura.
Alargamiento (A%)	Bajo: normalmente entre el 1% y el 6%	Bajo: normalmente del 1 al 5 %	Ambos son relativamente frágiles en comparación con los aceros estructurales; el M35 a menudo tiene una ductilidad ligeramente menor debido al Co.
Resistencia al impacto (Charpy / cualitativa)	Moderado para HSS; mejor que las variantes aleadas con cobalto.	Ligeramente reducida en comparación con M2 (menor tenacidad)	La tenacidad depende del tamaño de la sección, el tratamiento térmico y la distribución de los carburos.
Dureza (HRC, típica después del tratamiento térmico)	60–66 HRC (específico de la aplicación)	60–67 HRC (mejor retención a temperatura)	El M35 alcanza una dureza similar a temperatura ambiente, pero conserva mejor la dureza a temperaturas de corte elevadas.

Interpretación: El acero M35 suele ofrecer mejoras marginales en dureza en caliente y resistencia al desgaste a altas temperaturas en comparación con el M2, pero esto conlleva una ligera disminución de la tenacidad y la conformabilidad. Los valores mecánicos absolutos varían según el tratamiento térmico y el tamaño de la sección.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros rápidos está limitada por su alto contenido de carbono y aleación; tanto el M2 como el M35 requieren prácticas de calentamiento cuidadosas para evitar el agrietamiento.

Índices útiles de equivalencia de carbono y soldabilidad (para evaluación cualitativa): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - Tanto M2 como M35 tienen altos valores de $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ en relación con los aceros dulces, lo que indica susceptibilidad al agrietamiento asistido por hidrógeno y al endurecimiento martensítico en la ZAT. - El cobalto no altera significativamente el equivalente de carbono algebraicamente, pero aumenta la templabilidad y la resistencia al revenido; esto puede hacer que la ZAT del M35 sea más propensa a agrietarse si no se precalienta y postcalienta adecuadamente. Prácticas recomendadas: precalentar para minimizar los gradientes térmicos, utilizar electrodos y materiales de aporte con bajo contenido de hidrógeno, controlar la temperatura entre pasadas y realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) adecuado para templar la martensita y aliviar tensiones. Siempre que sea posible, evitar la soldadura por fusión en utillaje sometido a grandes esfuerzos; utilizar soldadura fuerte o unión mecánica para ensamblajes.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el M2 ni el M35 son inoxidables; ambos son susceptibles a la corrosión oxidativa y a las manchas superficiales en ambientes húmedos o corrosivos.
• Métodos de protección comunes: recubrimientos protectores (PVD, CVD, TiN, TiAlN), cromado duro (cuando corresponda), nitruración para lograr dureza superficial con un beneficio limitado contra la corrosión, galvanización (para aplicaciones que no sean herramientas) y pinturas o aceites convencionales para almacenamiento.
• La fórmula PREN para la selección de acero inoxidable no es aplicable a M2/M35 porque la resistencia a la corrosión no es una característica de diseño principal de estos aceros rápidos ricos en carbono: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Utilice técnicas de ingeniería de superficies (recubrimientos, nitruración, PVD) para prolongar la vida útil de las herramientas en entornos corrosivos o de desgaste adhesivo.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Ambas aleaciones son más difíciles de mecanizar que los aceros al carbono. El M35 suele mecanizarse ligeramente peor que el M2 porque el cobalto aumenta la resistencia y tiende a reducir la maquinabilidad e incrementar el desgaste de la herramienta en las operaciones de conformado.
• Corte/conformado: El conformado o doblado en frío es complejo; el trabajo en caliente requiere un control preciso y un recocido intermedio. Las piezas en bruto para herramientas de corte suelen rectificarse en lugar de mecanizarse en profundidad.
• Acabado superficial: Ambos se pueden rectificar para obtener acabados finos; el M35 puede requerir parámetros de rectificado más agresivos debido a la mayor dureza en caliente y tenacidad de los carburos.
• La electroerosión y el rectificado son métodos comunes de fabricación de herramientas terminadas.

8. Aplicaciones típicas

M2 (usos típicos)	M35 (usos típicos)
Fresas, brocas, machos de roscar y escariadores de uso general para temperaturas de corte moderadas.	Herramientas de corte, machos y brocas de alto rendimiento para mecanizado de alta velocidad a temperaturas elevadas.
Brochas, herramientas de conformado, matrices de forjado en frío	Herramientas para trabajo en caliente donde la dureza en rojo mejora la vida útil (pero no un acero para trabajo en caliente completo).
Herramientas para tiradas cortas o moderadas donde el coste es un factor importante.	Corte de alto volumen y alta temperatura donde una mayor vida útil de la herramienta compensa un mayor costo del material
Dientes de sierra, fresas de engranaje	Herramientas de corte interrumpidas y perforación en aleaciones difíciles de mecanizar con temperaturas elevadas

Justificación de la selección: Elija M2 cuando el costo, una dureza en caliente moderada y una tenacidad razonable sean primordiales; elija M35 cuando las operaciones generen temperaturas de corte elevadas y sostenidas y la dureza en caliente adicional impulsada por el cobalto ofrezca una vida útil más larga que justifique el costo.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: El M35 suele ser más caro que el M2 debido a que el cobalto es un componente de aleación costoso y su suministro es más limitado. Cabe esperar que el coste del material M35 sea notablemente superior por kilogramo.
• Disponibilidad: El acero rápido M2 es uno de los grados HSS más comunes y está ampliamente disponible en barras, piezas en bruto y formas para herramientas. El M35 también es común, pero puede tener plazos de entrega más largos o precios superiores para ciertos formatos y tamaños grandes.
• Formas del producto: Ambos se suministran como barras recocidas, piezas rectificadas y formas especializadas; el M35 puede especificarse con mayor frecuencia como piezas rectificadas y preendurecidas para reducir el esfuerzo de fabricación.

10. Resumen y recomendación

Atributo	M2	M35
soldabilidad	Pobre (difícil)	De malo a ligeramente peor (más endurecible)
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buen equilibrio para HSS general	Mayor dureza en caliente, ligeramente menor tenacidad
Costo	Más bajo (más económico)	Prima más alta (debido a la compañía)

Recomendaciones: Elija M2 si necesita un acero rápido (HSS) económico y de uso general con buena tenacidad para cortar o conformar a velocidades y temperaturas convencionales. M2 es adecuado cuando se puede rectificar y reafilar, y cuando las cargas térmicas son moderadas. - Elija M35 si su aplicación somete constantemente a las herramientas a altas temperaturas de corte o a requisitos de dureza en el rojo (mecanizado de alta velocidad de aleaciones difíciles, corte continuo a alta temperatura) y la mayor vida útil de la herramienta compensa los mayores costos de material y procesamiento.

Nota final: Al especificar cualquiera de los grados, proporcione las condiciones de servicio esperadas (velocidades de corte, condiciones de refrigeración/lubricación, espesor de la sección y cualquier requisito posterior a la soldadura) para que el tratamiento térmico, el tratamiento superficial y la adquisición se puedan optimizar para el costo del ciclo de vida en lugar de solo el costo nominal del material.