Acero 20Cr: Propiedades y descripción general de aplicaciones clave

El acero 20Cr se clasifica como un acero de aleación con contenido medio de carbono, aleado principalmente con cromo, lo que mejora su templabilidad, resistencia y resistencia a la corrosión. La designación "20Cr" indica un contenido nominal de cromo de aproximadamente el 2 %, lo cual contribuye significativamente a sus propiedades generales. Este grado de acero se utiliza comúnmente en aplicaciones que requieren una combinación de resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones de ingeniería y estructurales.

Descripción general completa

El acero 20Cr destaca por sus excelentes propiedades mecánicas, que incluyen alta resistencia a la tracción, buena ductilidad y una mayor resistencia al desgaste gracias a la presencia de cromo. Los elementos de aleación del acero 20Cr desempeñan un papel crucial en la definición de sus características. El cromo, por ejemplo, no solo aumenta la resistencia, sino que también mejora la resistencia del acero a la oxidación y la corrosión, haciéndolo apto para entornos hostiles.

Las principales ventajas del acero 20Cr incluyen:

• Alta resistencia y tenacidad : Su contenido medio de carbono permite una buena templabilidad, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de trabajo pesado.
• Resistencia a la corrosión : El contenido de cromo proporciona un grado de resistencia a la corrosión, lo cual es beneficioso en diversas aplicaciones industriales.
• Versatilidad : 20Cr se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones, desde componentes automotrices hasta piezas de maquinaria.

Sin embargo, existen limitaciones a tener en cuenta:

• Soldabilidad : Si bien se puede soldar, se debe tener especial cuidado para evitar el agrietamiento, especialmente en las secciones más gruesas.
• Costo : La adición de cromo puede incrementar el costo en comparación con aceros de menor aleación.

Históricamente, el acero 20Cr ha sido importante en el desarrollo de componentes de alto rendimiento en las industrias automotriz y aeroespacial, donde la resistencia y la confiabilidad son primordiales.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	G41400	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 4130 con pequeñas diferencias en la composición.
AISI/SAE	20Cr	EE.UU	Designación de uso común en América del Norte.
ASTM	A29/A29M	EE.UU	Especificación general para aceros aleados.
ES	1.7035	Europa	Equivalente en normas europeas.
JIS	SCM420	Japón	Propiedades similares pero con diferentes elementos de aleación.
GB	20Cr	Porcelana	Equivalente directo con propiedades similares.

La tabla anterior destaca diversas normas y equivalencias para el acero 20Cr. Cabe destacar que, si bien grados como SCM420 y 1.7035 suelen considerarse equivalentes, pueden presentar diferencias sutiles en los elementos de aleación que pueden afectar el rendimiento en aplicaciones específicas, como la resistencia al impacto o la templabilidad.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,18 - 0,23
Cr (cromo)	1,80 - 2,20
Mn (manganeso)	0,60 - 0,90
Si (silicio)	0,15 - 0,40
P (Fósforo)	≤ 0,035
S (Azufre)	≤ 0,035

Los principales elementos de aleación del acero 20Cr incluyen:

• Cromo (Cr) : Mejora la templabilidad y la resistencia a la corrosión.
• Manganeso (Mn) : Mejora la resistencia y la tenacidad, ayuda en la desoxidación.
• Carbono (C) : Aumenta la dureza y la resistencia mediante tratamiento térmico.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Templado y revenido	Temperatura ambiente	800 - 1000 MPa	116.000 - 145.000 psi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	600 - 800 MPa	87.000 - 116.000 psi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	Temperatura ambiente	12 - 18%	12 - 18%	ASTM E8
Dureza	Templado y revenido	Temperatura ambiente	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	Templado y revenido	-20 °C (-4 °F)	30 - 50 J	22 - 37 pies-lbf	ASTM E23

Las propiedades mecánicas del acero 20Cr lo hacen especialmente adecuado para aplicaciones que requieren carga dinámica e integridad estructural. Sus altos límites de tensión y elasticidad indican su capacidad para soportar cargas significativas, mientras que su porcentaje de elongación refleja una buena ductilidad, lo que permite la deformación sin fractura.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	-	7,85 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Conductividad térmica	20°C (68°F)	45 W/m·K	31 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	20°C (68°F)	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	20°C (68°F)	0,0006 Ω·m	0,00002 Ω·pulgada

La densidad y el punto de fusión del acero 20Cr indican su robustez, mientras que la conductividad térmica y el calor específico sugieren su idoneidad para aplicaciones que implican transferencia de calor. Su resistividad eléctrica es relativamente baja, lo que lo convierte en un buen conductor de electricidad, lo cual puede ser ventajoso en ciertas aplicaciones.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3-5	25 °C (77 °F)	Justo	Riesgo de corrosión por picaduras.
Ácido sulfúrico	10	50°C (122°F)	Pobre	No recomendado.
Hidróxido de sodio	50	25 °C (77 °F)	Bien	Resistencia moderada.

El acero 20Cr presenta una resistencia moderada a la corrosión, especialmente en entornos con cloruros y sustancias alcalinas. Sin embargo, es susceptible a la corrosión por picaduras en entornos ricos en cloruros y debe utilizarse con precaución en condiciones ácidas. En comparación con otros grados como el acero inoxidable AISI 304 , que ofrece una resistencia superior a la corrosión, el acero 20Cr puede no ser la mejor opción para aplicaciones altamente corrosivas.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	500	932	Adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	600	1112	Sólo exposición a corto plazo.
Temperatura de escala	700	1292	El riesgo de oxidación aumenta.

El acero 20Cr mantiene sus propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que implican exposición al calor. Sin embargo, debe tenerse cuidado para evitar la oxidación a altas temperaturas, que puede comprometer su integridad.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
MIG	ER70S-6	Argón + CO2	Se recomienda precalentar.
TIG	ER80S-Ni	Argón	Requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Palo	E7018	-	Bueno para secciones más gruesas.

El acero 20Cr se puede soldar mediante diversos métodos, pero suele ser necesario precalentarlo para reducir el riesgo de agrietamiento. También se recomienda un tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar las tensiones residuales y mejorar la tenacidad.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero 20Cr	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	Maquinabilidad moderada.
Velocidad de corte típica	30 metros por minuto	50 metros por minuto	Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

La maquinabilidad del acero 20Cr es moderada y, si bien se puede mecanizar de manera efectiva, requiere una selección cuidadosa de herramientas y parámetros de corte para lograr resultados óptimos.

Formabilidad

El acero 20Cr presenta una buena conformabilidad, lo que permite procesos de conformado tanto en frío como en caliente. Sin embargo, se debe tener cuidado para evitar un endurecimiento excesivo por acritud, que puede provocar grietas durante el doblado. Se deben respetar los radios de curvatura recomendados, dependiendo del espesor del material.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 horas	Aire	Suaviza, mejora la ductilidad.
Temple	850 - 900 / 1562 - 1652	30 minutos	Aceite o agua	Endurecimiento, aumento de resistencia.
Templado	400 - 600 / 752 - 1112	1 hora	Aire	Reduciendo la fragilidad, mejorando la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico afectan significativamente la microestructura del acero 20Cr, mejorando sus propiedades mecánicas. El temple aumenta la dureza, mientras que el revenido reduce la fragilidad, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección (breve)
Automotor	Engranajes y ejes	Alta resistencia, tenacidad.	Requerido para componentes portantes.
Aeroespacial	Componentes del motor	Resistencia a la corrosión, estabilidad a altas temperaturas.	Esencial para la confiabilidad en condiciones difíciles.
Maquinaria	Cigüeñales	Resistencia al desgaste, fuerza	Fundamental para la durabilidad y el rendimiento.

Otras aplicaciones incluyen:

• Componentes de equipos de construcción
• Piezas de maquinaria pesada
• Componentes de la industria del petróleo y el gas

El acero 20Cr se elige para estas aplicaciones debido a su excelente equilibrio entre resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo hace ideal para componentes sometidos a alto estrés y desgaste.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero 20Cr	AISI 4130	SCM420	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Fuerza moderada	Alta tenacidad	20Cr ofrece una mejor resistencia a la corrosión que AISI 4130.
Aspecto clave de la corrosión	Moderado	Pobre	Bien	20Cr es más resistente que AISI 4130 pero menos que SCM420.
Soldabilidad	Moderado	Bien	Justo	El 20Cr requiere precalentamiento; el AISI 4130 es más fácil de soldar.
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Justo	El 20Cr es menos mecanizable que el AISI 4130.
Formabilidad	Bien	Moderado	Pobre	El 20Cr tiene mejor formabilidad que el SCM420.
Costo relativo aproximado	Moderado	Bajo	Alto	El costo varía según los elementos de aleación.
Disponibilidad típica	Común	Común	Menos común	El 20Cr está ampliamente disponible en varias formas.

Al seleccionar el acero 20Cr, se deben considerar sus propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y su idoneidad para la soldadura y el mecanizado. Su precio moderado y su disponibilidad lo convierten en una opción práctica para diversas aplicaciones. Además, se deben evaluar los factores de seguridad según la aplicación específica y las condiciones ambientales.

En resumen, el acero 20Cr es un acero de aleación versátil con un contenido medio de carbono que ofrece un equilibrio perfecto entre resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión, lo que lo hace ideal para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería. Sus propiedades pueden mejorarse aún más mediante tratamientos térmicos y procesos de fabricación adecuados, lo que garantiza un rendimiento óptimo en entornos exigentes.