S136 frente a 420: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Elegir entre S136 y 420 es una decisión recurrente para ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción que trabajan con componentes de moldes, piezas de precisión o herrajes expuestos a la corrosión. La elección suele equilibrar la resistencia a la corrosión y el acabado superficial con el costo y la facilidad de fabricación, y generalmente se basa en la función de la pieza, el entorno de servicio previsto y el costo del ciclo de vida requerido.

En términos generales, tanto el S136 como el 420 son aceros inoxidables martensíticos empleados donde se requiere una combinación de dureza y cierta resistencia a la corrosión, pero su diseño se basa en prioridades distintas. La diferencia práctica más importante radica en que el S136 es un acero inoxidable para moldes optimizado para una mayor resistencia a la corrosión superficial y una excelente capacidad de pulido, mientras que el 420 es un acero inoxidable martensítico de uso general, con mayor disponibilidad y menor costo. Estas diferencias influyen en la estrategia de aleación, la respuesta al tratamiento térmico, el acabado superficial y los criterios de selección en la industria.

1. Normas y designaciones

• S136: Se comercializa como acero inoxidable para moldes (de uso común entre proveedores de acero para moldes y fabricantes de equipos originales). Se suele especificar para herramientas e insertos de moldes donde se requiere resistencia a la corrosión y capacidad de pulido. Es un acero inoxidable martensítico para herramientas, perteneciente a la familia de aceros inoxidables para moldes, a diferencia de un acero al carbono convencional para herramientas.
• 420: Designado por AISI/SAE como AISI 420 / UNS S42000, es un acero inoxidable martensítico según la norma ASTM y muchas otras normas internacionales. Se utiliza ampliamente como acero inoxidable para herramientas y en ingeniería.

Clasificación típica por tipo: - S136 — acero inoxidable martensítico para moldes/herramientas (familia de aceros para herramientas con comportamiento inoxidable). - 420 — acero inoxidable martensítico (aleación inoxidable de uso general; a menudo se utiliza en ingeniería y cuchillería).

(Los números estándar exactos y las designaciones comerciales pueden variar según el proveedor; siempre verifique los certificados de materiales del proveedor para pedidos específicos).

2. Composición química y estrategia de aleación

La siguiente tabla presenta los elementos de aleación comunes de interés y su presencia cualitativa en cada grado. Las concentraciones exactas varían según el proveedor y la presentación del producto; consulte los certificados de fabricación para su adquisición.

Elemento	S136 (típico, cualitativo)	420 (típico, cualitativo)
C (Carbono)	Medio — diseñado para lograr templabilidad y dureza superficial, permitiendo a la vez la capacidad de pulido.	Medio — amplio rango comercial; controla la dureza y resistencia finales
Mn (manganeso)	Bajo a moderado (controlado para limitar la austenita retenida y las impurezas)	Bajo a moderado (desoxidante, afecta la endurecebilidad)
Si (silicio)	Bajo (desoxidación)	Bajo (desoxidación)
P (Fósforo)	Trazas / bajo (se mantiene bajo para mayor resistencia y durabilidad)	Traza / bajo
S (Azufre)	Muy bajo (minimizado para mejorar la capacidad de pulido y la resistencia a la corrosión)	Suele ser superior a S136 en grados más antiguos (mejora la maquinabilidad, reduce la resistencia a la corrosión).
Cr (Cromo)	Relativamente alto (para proporcionar un comportamiento inoxidable y resistencia a la corrosión)	Alto (12–14% clásicamente; proporciona un comportamiento inoxidable)
Ni (níquel)	Bajo (puede estar presente en cantidades ínfimas)	Bajo (generalmente bajo a trazas)
Mo (Molibdeno)	Muy bajo o ausente (algunos grados de moldes controlan deliberadamente el Mo para equilibrar la corrosión y la tenacidad).	A menudo bajo o ausente (a menos que se especifique lo contrario)
V (Vanadio)	De baja a moderada (si está presente, para resistencia al desgaste y refinamiento del grano).	Baja (puede estar presente en algunas variantes)
Nb, Ti, B	Normalmente controlados o ausentes (los estabilizadores y la microaleación se controlan para mejorar la capacidad de pulido y las propiedades).	Generalmente ausente o en cantidades ínfimas
N (Nitrógeno)	Bajo (evitado en muchas variantes debido a sus efectos sobre la corrosión y la tenacidad)	Bajo (típicamente)

Cómo afecta la aleación al rendimiento (nivel alto) - Cromo: elemento fundamental para la intemperie. Un contenido elevado y bien distribuido de cromo, junto con un bajo contenido de azufre, favorece la resistencia a la corrosión superficial y a las picaduras. - Carbono: aumenta la dureza y la resistencia al desgaste alcanzables después del temple y revenido, pero incrementa la templabilidad de la martensita y la susceptibilidad al agrietamiento de la zona dura, y reduce la resistencia a la corrosión si se combina con altos niveles de impurezas. - Azufre y manganeso: un mayor contenido de S mejora la maquinabilidad pero degrada la capacidad de pulido y la resistencia a la corrosión; el S136 mantiene el S muy bajo para lograr acabados de espejo. - Elementos de microaleación (V, Nb, Ti): se añaden en pequeñas cantidades para refinar los carburos y mejorar el equilibrio entre desgaste y tenacidad; su presencia se controla estrictamente en los aceros para moldes para preservar el acabado superficial.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

microestructuras típicas Tanto el S136 como el 420 están diseñados para formar martensita tras un temple adecuado. En estado recocido, contienen ferrita/perlita o estructuras martensíticas recocidas, dependiendo del proceso. La microestructura tras el temple consiste en martensita, austenita retenida y carburos; el revenido reduce la dureza y estabiliza la microestructura.

Comportamientos y consideraciones sobre el tratamiento térmico - S136: se suministra frecuentemente recocido al vacío o preendurecido, priorizando la limpieza y la distribución controlada de carburos. Admite ciclos estándar de temple y revenido para alcanzar la dureza deseada, manteniendo su resistencia a la corrosión. Debido a que el S136 requiere un acabado superficial de alta calidad, es común el tratamiento térmico al vacío o en atmósfera controlada para limitar la descarburación y la formación de óxidos superficiales. - 420: responde de forma predecible al endurecimiento convencional (austenización → temple → revenido). El tratamiento térmico del 420 es flexible y puede optimizarse para obtener mayor tenacidad o mayor dureza según la temperatura de revenido. Los tratamientos térmicos atmosféricos son habituales en los talleres de ingeniería general.

Normalización, temple y revenido, y procesamiento termomecánico - La normalización refina el tamaño del grano en ambos aceros y resulta útil antes de las operaciones de mecanizado. El temple y el revenido establecen el equilibrio entre dureza y tenacidad. El acero S136 suele emplear ciclos de austenización y revenido más conservadores, combinados con un tratamiento al vacío para preservar su resistencia a la corrosión. - El procesamiento termomecánico (laminación y enfriamiento controlado) es más relevante para la producción de barras/placas; las propiedades finales de ambos aceros están determinadas en gran medida por el tratamiento térmico posterior.

4. Propiedades mecánicas

Dado que ambos grados son sensibles al tratamiento térmico, los valores absolutos dependen del proveedor, el programa de tratamiento térmico y la forma del producto. La tabla siguiente ofrece una visión comparativa cualitativa de las tendencias mecánicas típicas, en lugar de valores numéricos fijos.

Propiedad	S136	420
Resistencia a la tracción	Alta dureza cuando está completamente endurecida (diseñada para una alta dureza superficial).	Alto cuando está completamente endurecido (rangos alcanzables similares dependiendo de C)
Fuerza de fluencia	Alta dureza tras el revenido hasta alcanzar las durezas típicas del molde.	Comparable; varía con el templado.
Alargamiento (ductilidad)	Moderado — tiende a una menor elongación a mayor dureza	Moderado — se puede adaptar; algunas variantes del acero 420 ofrecen mejor ductilidad con menor dureza.
resistencia al impacto	De moderada a baja dureza muy alta (los aceros para moldes a menudo sacrifican algo de tenacidad en aras de la dureza y la calidad superficial).	Moderada — puede ser ligeramente superior a la del acero S136 con una dureza equivalente, dependiendo del carbono y del procesamiento.
Dureza (endurecido)	Alta dureza alcanzable y dureza superficial sostenida después del pulido.	Alta dureza alcanzable; amplio rango comercial según el carbono

Interpretación Ambos aceros pueden endurecerse hasta alcanzar niveles de dureza similares, adecuados para herramientas y piezas resistentes al desgaste; el equilibrio mecánico final depende del contenido de carbono y del revenido. La fabricación y el procesamiento del S136 se centran en obtener una microestructura limpia y un acabado superficial que favorezca la resistencia al desgaste y a la corrosión, aunque puede requerir un contenido de carbono y un revenido ligeramente diferentes a los de los aceros 420 convencionales.

5. Soldabilidad

La soldabilidad de los aceros inoxidables martensíticos es más compleja que la de los aceros austeníticos debido a su contenido de carbono y aleación, que favorece la formación de martensita dura y quebradiza en las zonas afectadas térmicamente (ZAT). Dos índices de soldabilidad de uso común son:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Fórmula equivalente de PCM (BE anterior): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa Valores más altos de $CE_{IIW}$ o $P_{cm}$ implican un mayor riesgo de fisuración en la ZAT y la necesidad de un tratamiento térmico previo o posterior a la soldadura. Tanto el acero S136 como el 420 suelen requerir procedimientos de soldadura cuidadosos: el precalentamiento, el bajo aporte térmico y el revenido o alivio de tensiones posterior a la soldadura son prácticas comunes. El acero S136 puede ser menos tolerante si su grado tiene un mayor contenido de carbono o un control de limpieza más estricto (para evitar la sensibilización y preservar el acabado superficial). Por otro lado, algunas variantes del acero 420 formuladas para ingeniería general pueden contener inclusiones de sulfuro y un mayor contenido de manganeso, lo que facilita la soldadura en taller pero reduce la resistencia a la corrosión. - Para ensamblajes críticos, la soldadura debe calificarse con especificaciones de procedimiento (PQR/WPS) y ensayos; el brasado o la fijación mecánica pueden ser preferibles para superficies de moldes de alta integridad.

6. Corrosión y protección de superficies

• En los aceros inoxidables martensíticos con un contenido de cromo entre el 12 % y el 14 %, la resistencia a la corrosión es moderada, suficiente para muchos entornos interiores no agresivos y para el moldeo por inyección de numerosos polímeros. El acero S136 está diseñado para ofrecer una mayor resistencia a la corrosión superficial y un pulido espejo, gracias al control del azufre, las inclusiones no metálicas y la descarburación superficial.
• Para entornos severos, ni el S136 ni el 420 igualan la resistencia a la corrosión por picaduras ni la resistencia general a la corrosión de los aceros inoxidables austeníticos (304/316) o dúplex. Al evaluar la resistencia a la corrosión localizada, resulta útil el Número Equivalente de Resistencia a la Corrosión por Picaduras (PREN). $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para las composiciones químicas típicas S136 y 420 (bajo contenido de Mo y bajo contenido de N), los valores de PREN son modestos; por lo tanto, S136 logra una mejor resistencia práctica a la corrosión superficial principalmente a través de la limpieza y la distribución optimizada de Cr, en lugar de un PREN alto mediante adiciones de Mo o N.

Opciones de protección de superficies para escenarios no ideales Si el servicio de la pieza requiere protección adicional, se pueden utilizar recubrimientos de níquel químico, PVD, nitruración (siempre que sea compatible con los objetivos de corrosión y dureza) o recubrimientos poliméricos. Para la protección general contra la corrosión del acero 420 (si se elige por razones de coste), se pueden utilizar recubrimientos estándar (el galvanizado no es habitual en piezas de acero inoxidable), pinturas o tratamientos de pasivación.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: El acero 420, en sus variantes recocidas o de fácil mecanizado, generalmente es más fácil de mecanizar que el acero S136 altamente endurecido. El acero S136 a menudo se suministra en estado preendurecido o recocido al vacío; el mecanizado debe realizarse en un estado más blando y seguido de un tratamiento térmico final y un rectificado/pulido de acabado.
• Rectificado y pulido: El acero S136 está optimizado para un pulido espejo; su bajo contenido de azufre y el control de inclusiones producen acabados superficiales superiores con menos defectos. El acero 420 puede pulirse hasta obtener un alto brillo, pero puede presentar más imperfecciones superficiales debido a las inclusiones.
• Conformabilidad/doblado: Ambas presentan limitaciones en cuanto a conformabilidad en frío una vez endurecidas; el conformado debe realizarse en estado recocido.
• Acabado superficial: El procesamiento del S136 favorece el electropulido o el pulido mecánico final para moldes ópticos o médicos; el 420 puede acabarse, pero a menudo requiere una mayor corrección de los defectos superficiales.

8. Aplicaciones típicas

S136 (usos típicos)	420 (usos típicos)
Moldes y núcleos de inyección de alto brillo (plásticos, piezas ópticas)	Cubiertos, cuchillas y cuchillos multiusos
Insertos de molde resistentes a la corrosión para piezas médicas o en contacto con alimentos	Ejes, componentes de válvulas y herramientas generales
Moldes para dispositivos médicos y componentes de precisión que requieren acabados de espejo.	Moldes, accesorios y herramientas manuales sencillas donde el coste es un factor
Componentes donde la calidad de la superficie y la resistencia a medios corrosivos suaves son clave	Piezas de bombas, cojinetes y componentes que requieren comportamiento en acero inoxidable a menor costo

Justificación de la selección - Elija S136 para moldes y herramientas donde el acabado superficial, la resistencia a la corrosión por fluidos de proceso o agentes de limpieza y la estabilidad dimensional a largo plazo en condición pulida sean prioridades. - Elija el acero inoxidable 420 cuando la sensibilidad al costo, la amplia disponibilidad y el comportamiento general del acero inoxidable sean más importantes que la capacidad de pulido optimizada y la resistencia a la corrosión especializada.

9. Costo y disponibilidad

• 420: ampliamente disponible, producido por numerosas acerías en todo el mundo en barras, placas, láminas y forjados. Generalmente, su coste unitario es menor que el de los aceros para moldes especializados debido a los grandes volúmenes de producción y a la existencia de múltiples proveedores.
• S136: un acero inoxidable especial para moldes, generalmente disponible a través de distribuidores de aceros para herramientas y acerías selectas. Su costo por kilogramo es mayor debido a un procesamiento adicional (p. ej., fusión al vacío, control de inclusiones) y a una producción más limitada. Su disponibilidad en tamaños estándar para herramientas es buena, aunque puede ser menos común que la del 420 en formatos estándar.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa)

Atributo	S136	420
soldabilidad	De dificultad moderada a alta; requiere procedimientos cualificados.	De dificultad moderada a alta; depende de C y de la variante
Fuerza-Tenacidad (equilibrio)	Alta dureza con tenacidad moderada (optimizada para la integridad superficial)	Se puede lograr una dureza comparable; se puede adaptar para obtener mayor resistencia.
Costo	Acero para moldes especiales de mayor calidad	Inferior (acero inoxidable martensítico de uso común)

Elija S136 si... Necesita un material para moldes o herramientas que ofrezca un acabado superficial superior, un pulido espejo y una mayor resistencia a la corrosión superficial en entornos de limpieza agresiva o procesamiento de polímeros. El S136 es la opción preferida para moldes de inyección de alto valor, herramientas para dispositivos médicos y aplicaciones donde los defectos superficiales y las picaduras de corrosión son inaceptables.

Elige 420 si... Para herramientas, cubertería, ejes o piezas de uso general, donde la extrema capacidad de pulido y la resistencia óptima a la corrosión no son requisitos primordiales, se necesita un acero inoxidable martensítico de bajo costo y amplia disponibilidad. Utilice el acero 420 cuando requiera flexibilidad en el tratamiento térmico y una amplia variedad de proveedores.

Nota final Ambos grados son sensibles al tratamiento térmico y requieren la especificación de la composición exacta del proveedor, la forma del producto y los ciclos de tratamiento térmico previstos al momento de la adquisición. Para piezas críticas, solicite certificados de fábrica, especifique el estado de la superficie (p. ej., recocido al vacío, preendurecido) y califique los procesos de soldadura y acabado antes de la producción.