M2 frente a M42: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros rápidos M2 y M42 son dos de los grados más comúnmente especificados para herramientas de corte, brocas, machos de roscar, fresas y otras herramientas donde la dureza, la resistencia al desgaste y la estabilidad térmica determinan el rendimiento. Los ingenieros, los responsables de compras y los planificadores de producción se enfrentan habitualmente a un dilema de selección: elegir el grado versátil y de menor coste que ofrezca buena tenacidad y resistencia al desgaste a temperaturas moderadas, o pagar un precio superior por un grado que conserve la dureza y la resistencia al desgaste a temperaturas de corte más elevadas.

La principal diferencia práctica entre estas dos calidades radica en su estrategia de aleación: una prioriza los formadores de carburos refractarios (W, Mo, V) con una tenacidad equilibrada, mientras que la otra incluye una cantidad sustancial de cobalto para aumentar la dureza en caliente y la dureza en estado de fusión. Esta diferencia conlleva un comportamiento distinto ante el tratamiento térmico, un rendimiento diferente en el trabajo en caliente y distintos rangos de aplicación, especialmente en condiciones de corte abrasivo y a alta velocidad y temperatura.

1. Normas y designaciones

• Designaciones y estándares internacionales comunes donde aparecen estas calificaciones:
• AISI / SAE: M2, M42 (nombres comerciales ampliamente utilizados).
• ASTM / ASME: las especificaciones y normas de productos para aceros para herramientas a menudo hacen referencia a las designaciones AISI.
• EN / DIN / JIS / GB: existen equivalentes según las normas nacionales (designaciones típicas EN/DIN HSS o números de grado locales), pero las referencias numéricas cruzadas exactas varían según el editor y el fabricante.
• Clasificación: Tanto el M2 como el M42 son aceros rápidos para herramientas (HSS), es decir, aceros aleados diseñados para conservar su dureza a altas temperaturas, no aceros inoxidables ni HSLA. Se clasifican como aceros para herramientas destinados a aplicaciones de corte y conformado, no como aceros estructurales.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos para cada grado. Los límites exactos dependen del estándar de producción o del proveedor; considérense las cifras como representativas de la práctica comercial.

Elemento (en % peso)	M2 típico (representativo)	M42 típico (representativo)
do	0,85–1,05	0,80–1,05
Minnesota	0,15–0,40	0,15–0,35
Si	0,15–0,45	0,15–0,40
PAG	≤0,03 (traza)	≤0,03 (traza)
S	≤0,03 (traza)	≤0,03 (traza)
Cr	3.8–4.5	3,5–4,5
Ni	≤0,25 (traza)	≤0,3 (traza)
Mes	4,5–5,5	≈0,5–1,5
V	1.8–2.2	0,4–1,0
W (tungsteno)	6.0–6.75	8,5–10,5
Co (cobalto)	≤0,5 (a menudo ninguno)	≈7,5–9,0
Nb, Ti, B, N	Rastreo o no especificado	Rastreo o no especificado

Cómo la aleación controla el comportamiento: El carbono, junto con los formadores de carburos (W, Mo, V), crea carburos duros y resistentes al desgaste. Un mayor contenido de W y V aumenta el volumen y la estabilidad de los carburos, mejorando así su resistencia al desgaste. - El significativo contenido de cobalto del M42 no forma carburos, pero aumenta la resistencia de la matriz no carburizada a temperaturas elevadas (dureza en caliente), mejorando la dureza en rojo y la vida útil del filo bajo carga térmica. - El cromo contribuye en menor medida a la resistencia al revenido y a la resistencia a la corrosión en el acero rápido; el molibdeno y el tungsteno aumentan la templabilidad y la resistencia a altas temperaturas. - El vanadio refina la distribución del carburo y mejora la resistencia al desgaste abrasivo y la estabilidad del filo.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

microestructuras típicas - En estado recocido, ambos grados consisten en una matriz martensítica o martensita+ferrita templada con una dispersión de carburos primarios y secundarios (MC, carburos tipo M6C dependiendo de la composición y el enfriamiento). - M2 forma una mezcla rica en carburos de Mo-W y vanadio (VC duro, distribuido uniformemente, M6C). - El M42 contiene un conjunto similar de carburos, pero típicamente una mayor fracción de carburos ricos en tungsteno y carburos secundarios más finos; la matriz se fortalece por el efecto de solución sólida del cobalto a alta temperatura.

respuesta al tratamiento térmico Secuencia normal: endurecimiento (austenización) → temple → revenido en varias etapas. El M2 suele austenizarse a temperaturas ligeramente inferiores a las del M42 (las temperaturas exactas varían según el proveedor) y se revene para lograr un equilibrio entre dureza y tenacidad. - El acero M42 a menudo requiere un control cuidadoso de la austenización y el revenido porque el contenido de cobalto aumenta la dureza retenida a temperaturas de revenido e influye en la respuesta al revenido; comúnmente se revende a temperaturas de revenido más altas para aprovechar la dureza en rojo y evitar una fragilización excesiva. Los tratamientos termomecánicos (para piezas en bruto o aceros para herramientas con estructuras forjadas) pueden refinar la distribución de carburos, mejorando la tenacidad. El mayor volumen de carburos y el contenido de cobalto del M42 hacen que el control de los carburos durante el procesamiento sea particularmente importante para evitar la fragilidad localizada.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de los aceros para herramientas son muy sensibles al tratamiento térmico (temperatura de austenización, medio de enfriamiento, programa de revenido). La tabla siguiente compara valores típicos de dureza, tanto cualitativos como representativos, tras el endurecimiento y revenido recomendados para su uso en herramientas de corte.

Propiedad	M2 (típico después de H/T para corte)	M42 (típico después de H/T para corte)
Resistencia a la tracción	Alto (dependiente de la aplicación)	Comparable a niveles superiores (dependiendo de la aplicación)
Fuerza de fluencia	Alto (depende de la temperatura)	Comparable o ligeramente superior a temperaturas elevadas
Alargamiento	De baja a moderada (aceros para herramientas)	Bajo a moderado
resistencia al impacto	Moderado para aceros de alta resistencia (mejor que los de alto contenido de cobalto)	Ligeramente inferior a M2 a temperatura ambiente (más carburos)
Dureza (HRC)	~62–66 HRC (dependiendo del temple)	~63–68 HRC (conserva la dureza a temperaturas más altas)

Interpretación: Ambos son aceros muy duros después de un tratamiento térmico correcto; el M42 generalmente retiene mejor la dureza a medida que aumenta la temperatura (mejor dureza en caliente y dureza en rojo) debido a la influencia fortalecedora del cobalto y a los carburos estables. - El M2 suele tener una tenacidad a la fractura a temperatura ambiente algo mejor para una dureza comparable, lo que lo hace menos quebradizo en cortes interrumpidos o cargas de choque. - Los valores de resistencia a la tracción/fluencia se utilizan con menos frecuencia de forma aislada para seleccionar herramientas HSS; la dureza y la tenacidad a la temperatura de funcionamiento prevista son más decisivas.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros de alta resistencia (HSS) es generalmente limitada y requiere un precalentamiento cuidadoso, temperaturas controladas entre pasadas y un tratamiento térmico posterior a la soldadura para evitar el agrietamiento y la pérdida de propiedades. - Factores clave para la soldabilidad: equivalente de carbono (temperatureabilidad por aleación), carburos de aleación y elementos de microaleación que promueven la templabilidad o la segregación. - Fórmulas de evaluación útiles (orientación cualitativa): - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parámetro de tipo carbono-manganeso del Instituto Internacional de Tuberías: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretación cualitativa: - Tanto el M2 como el M42 tienen $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$ relativamente altos en comparación con los aceros dulces o de baja aleación debido a los carburos y el contenido de aleación; ambos son difíciles de unir mediante soldadura por fusión sin procedimientos especiales. La soldadura del M42 suele ser más compleja que la del M2 debido a que su mayor contenido de carburos y la presencia de cobalto aumentan el riesgo de fisuras y dificultan la homogeneización de las propiedades en la zona afectada por el calor. A menudo se requiere precalentamiento, baja entrada de calor y revenido o recocido posterior a la soldadura. - Para muchas aplicaciones de herramientas, se prefiere el brasado o la fijación mecánica a la soldadura por fusión; cuando sea necesaria la soldadura, consulte al proveedor de acero para obtener recomendaciones sobre el metal de aporte y el procedimiento de soldadura calificado.

6. Corrosión y protección de superficies

• Al ser aceros rápidos para herramientas que no son inoxidables, ni el M2 ni el M42 son intrínsecamente resistentes a la corrosión. Su selección rara vez depende del comportamiento a la corrosión del metal base; en su lugar, se utilizan recubrimientos y protección superficial.
• Métodos de protección comunes:
• Recubrimientos duros (PVD, CVD: TiN, TiAlN, AlTiN) aplicados a los filos de corte para reducir el desgaste y la interacción química a altas temperaturas.
• El galvanizado, la pasivación o la pintura son menos comunes en las herramientas de corte; para las herramientas expuestas a ambientes húmedos o corrosivos, lo habitual es el almacenamiento controlado y la lubricación.
• El PREN (número equivalente de resistencia a la corrosión por picaduras) se utiliza para los aceros inoxidables: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Este índice no es aplicable a M2 o M42 porque ninguna de ellas es una aleación inoxidable con adiciones significativas de Cr/Mo/N destinadas a la resistencia a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• En estado recocido (blando), ambos se pueden mecanizar utilizando herramientas convencionales; el M2 generalmente se mecaniza más fácilmente que el M42 en estado recocido.
• En estado endurecido, ambos son difíciles; el M42 es típicamente más duro para las herramientas de corte debido a un mayor contenido de carburo y a la resistencia de la matriz relacionada con el cobalto, lo que reduce la maquinabilidad en comparación con el M2.
• Rectificado y acabado:
• Ambos materiales responden bien al rectificado de precisión; las muelas de diamante o CBN son comunes para el acabado de herramientas endurecidas. Se requiere el afilado y la aplicación de estrategias de refrigeración adecuadas.
• Formabilidad:
• Ninguno de los aceros de alta velocidad (HSS) está diseñado para el conformado de chapa; es posible forjar o trabajar en caliente las piezas en bruto antes del recocido, pero el control de los carburos y la temperatura es fundamental. La mayor fracción de carburos del M42 dificulta el forjado en caliente.
• Doblar/prensar:
• No aplicable a herramientas terminadas; las piezas en bruto pueden formarse en estado blando con cuidado.

8. Aplicaciones típicas

M2 — Usos típicos	M42 — Usos típicos
Herramientas de corte de uso general: brocas, machos de roscar, fresas de extremo para aceros dulces y uso general en talleres.	Corte de alto rendimiento de acero inoxidable, aleaciones resistentes al calor y operaciones de alta velocidad
Fresas, brochas, cortadores de engranajes donde se desea un equilibrio entre tenacidad y resistencia al desgaste	Fresas, machos de roscar y herramientas de conformado de alta velocidad para aplicaciones abrasivas o de alta temperatura.
Brocas para cortes intermitentes donde la resistencia a los impactos es importante	Herramientas para producción donde las altas velocidades y temperaturas de corte requieren una dureza en rojo superior.
Fresas madre, escariadores, sierras de corte para muchos materiales comunes	Herramientas especializadas donde una vida útil prolongada justifica un mayor coste de material (por ejemplo, series de producción continuas con materiales difíciles).

Justificación de la selección: - Elija M2 para aplicaciones que requieran buena resistencia, amplia aplicabilidad y menor costo, especialmente para herramientas de uso general donde las temperaturas de operación son moderadas. - Elija M42 cuando el proceso genere altas temperaturas de corte, cuando mecanice acero inoxidable o aleaciones resistentes al calor, o cuando una mayor vida útil de la herramienta a altas velocidades compense un mayor costo de material y procesamiento.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El M42 es considerablemente más caro que el M2 debido a su mayor contenido de cobalto y tungsteno. El cobalto es un metal precioso y contribuye significativamente al coste.
• Disponibilidad por formato de producto:
• M2: ampliamente disponible en barras, piezas rectificadas, brocas y material preendurecido; muchos fabricantes de herramientas mantienen inventario de M2.
• M42: disponible pero menos común; frecuente en herramientas premium en bruto y series de herramientas personalizadas, pero puede tener plazos de entrega más largos o cantidades mínimas de pedido.
• Consideraciones de adquisición: el costo total de propiedad (vida útil de la herramienta, tiempo de inactividad, reafilado) puede hacer que el M42 sea económicamente favorable en operaciones de alto volumen o alta temperatura a pesar del mayor costo inicial del material.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Característica	M2	M42
soldabilidad	Dificultad moderada; soldadura posible con precaución	Más difícil; el cobalto y los carburos complican la soldabilidad.
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Buen equilibrio; resistencia a temperatura ambiente comparativamente mejor.	Dureza en caliente y resistencia al desgaste superiores; tenacidad a temperatura ambiente ligeramente inferior en algunas condiciones.
Costo	Moderado / económico	Premium (mayor coste de material)

Recomendaciones finales: - Elija M2 si necesita un acero rápido de uso general y rentable para una amplia gama de materiales y condiciones de corte donde se esperan velocidades y temperaturas de corte moderadas, y donde la resistencia al impacto/choque es importante. - Elija M42 si la operación implica altas velocidades de corte, temperaturas altas sostenidas en el filo de corte, materiales abrasivos o difíciles de mecanizar (por ejemplo, aceros inoxidables, aleaciones resistentes al calor), y el mayor costo inicial se justifica por una mayor vida útil de la herramienta y un menor tiempo de inactividad.

Notas prácticas finales: - Confirme siempre la composición específica y los ciclos de tratamiento térmico recomendados con su proveedor de material o con la norma de referencia para el lote que pretende comprar; las propiedades del acero rápido (HSS) dependen en gran medida del tratamiento térmico. - Para las decisiones críticas sobre herramientas, valide el rendimiento de la calidad candidata con una prueba de producción corta para cuantificar la vida útil de la herramienta, el tiempo de ciclo y el costo por pieza, en lugar de basarse únicamente en las características publicadas.