Acero inoxidable 420C: propiedades y aplicaciones clave

El acero inoxidable 420C se clasifica como martensítico , conocido por su alta resistencia y moderada resistencia a la corrosión. Los principales elementos de aleación del 420C incluyen cromo (alrededor del 12-14%), carbono (aproximadamente del 0,15-0,40%) y cantidades menores de manganeso, silicio y fósforo. La presencia de cromo mejora la resistencia a la corrosión del acero, mientras que el carbono contribuye a su dureza y resistencia.

Descripción general completa

El acero inoxidable 420C se caracteriza por su capacidad de alcanzar una alta dureza mediante tratamiento térmico, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren resistencia al desgaste. Su estructura martensítica permite un equilibrio entre tenacidad y resistencia, esencial en diversas aplicaciones de ingeniería. El acero puede endurecerse considerablemente, alcanzando durezas de hasta 58 HRC con un tratamiento adecuado.

Ventajas:
- Alta dureza: La capacidad de alcanzar altos niveles de dureza hace que el 420C sea ideal para herramientas de corte y aplicaciones resistentes al desgaste.
- Resistencia moderada a la corrosión: si bien no es tan resistente como los grados austeníticos, ofrece una protección decente contra la corrosión en entornos templados.
- Buenas propiedades mecánicas: Proporciona un buen equilibrio entre resistencia y tenacidad, lo que lo hace versátil para diversas aplicaciones.

Limitaciones:
- Menor resistencia a la corrosión: en comparación con los aceros inoxidables austeníticos, el 420C es más susceptible a la corrosión, especialmente en entornos de cloruro.
- Fragilidad a temperaturas elevadas: La dureza puede provocar fragilidad, especialmente si no se templa adecuadamente.
- Difícil de soldar: El alto contenido de carbono puede hacer que la soldadura sea un desafío, requiriendo a menudo precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Históricamente, el 420C se ha utilizado en aplicaciones como cubiertos, instrumentos quirúrgicos y diversos componentes industriales, donde su combinación única de dureza y resistencia moderada a la corrosión es beneficiosa.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	S42000	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 420
AISI/SAE	420 °C	EE.UU	Pequeñas diferencias de composición con respecto al AISI 420
ASTM	A276	EE.UU	Especificación estándar para barras de acero inoxidable
ES	1.4021	Europa	Equivalente a AISI 420, con propiedades mecánicas específicas
JIS	SUS420J2	Japón	Propiedades similares pero con ligeras variaciones en la composición.

Las diferencias entre estos grados pueden afectar el rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, si bien AISI 420 y 420C son similares, el mayor contenido de carbono en 420C puede mejorar la dureza, pero podría reducir la tenacidad.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,15 - 0,40
Cr (cromo)	12.0 - 14.0
Mn (manganeso)	0,5 - 1,0
Si (silicio)	0,1 - 1,0
P (Fósforo)	≤ 0,04
S (Azufre)	≤ 0,03

La función principal del cromo en el acero 420C es mejorar la resistencia a la corrosión, mientras que el carbono contribuye significativamente a la dureza y la resistencia. El manganeso y el silicio mejoran la templabilidad del acero y sus propiedades mecánicas generales.

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	Recocido	Temperatura ambiente	520 - 700 MPa	75 - 102 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Recocido	Temperatura ambiente	350 - 500 MPa	51 - 73 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Recocido	Temperatura ambiente	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Dureza (HRC)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	50 - 58 HRC	50 - 58 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	Templado y revenido	-20°C	30 - 50 J	22 - 37 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de alta resistencia a la tracción y al límite elástico hace que el acero 420C sea adecuado para aplicaciones que requieren resistencia a la deformación bajo carga. Su dureza le permite mantener filos afilados en aplicaciones de corte.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,75 g/cm³	0,28 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1450 - 1510 °C	2642 - 2750 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	25 W/m·K	17,3 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,72 µΩ·m	0,0000143 Ω·pulgada

La densidad de 420 °C indica que es un material relativamente pesado, lo cual puede ser ventajoso en aplicaciones que requieren estabilidad. Su punto de fusión es adecuado para aplicaciones de alta temperatura, mientras que su conductividad térmica es moderada, lo que lo hace menos adecuado para intercambiadores de calor.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3-5	20-60 °C / 68-140 °F	Justo	Riesgo de corrosión por picaduras
Ácidos	10-20	20-40 °C / 68-104 °F	Pobre	Susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión
Soluciones alcalinas	5-10	20-60 °C / 68-140 °F	Bien	Resistencia moderada

El 420C presenta una resistencia moderada a la corrosión en diversos entornos, pero es particularmente susceptible a la corrosión por picaduras en condiciones ricas en cloruro. En comparación con los grados austeníticos como el 304 o el 316, la resistencia a la corrosión del 420C es significativamente menor, lo que lo hace menos adecuado para entornos marinos o altamente corrosivos.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	400 °C	752 °F	Adecuado para servicio intermitente.
Temperatura máxima de servicio intermitente	500 °C	932 °F	Resistencia limitada a la oxidación
Temperatura de escala	600 °C	1112 °F	Riesgo de escalamiento más allá de esta temperatura

A temperaturas elevadas, el acero 420 °C mantiene su resistencia, pero puede sufrir oxidación y formación de incrustaciones, lo que puede afectar su rendimiento en aplicaciones de alta temperatura. Un tratamiento térmico adecuado puede mejorar sus propiedades, pero debe tenerse cuidado para evitar la fragilidad.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
TIG	ER420	Argón	Se recomienda precalentar
MIG	ER420	Argón + CO2	Se necesita tratamiento térmico posterior a la soldadura

Soldar 420C puede ser complicado debido a su alto contenido de carbono, que puede provocar grietas. El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura suelen ser necesarios para mitigar estos problemas y garantizar la integridad de la soldadura.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	420 °C	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	Requiere herramientas afiladas
Velocidad de corte típica	30-50 m/min	80-100 m/min	Ajuste por desgaste de la herramienta

El 420C presenta una maquinabilidad moderada, lo que requiere una cuidadosa selección de herramientas de corte y velocidades para lograr resultados óptimos. Su alta dureza puede provocar un mayor desgaste de la herramienta, lo que obliga a cambiarla con frecuencia.

Formabilidad

El 420C no es especialmente conocido por su conformabilidad debido a su estructura martensítica. El conformado en frío es posible, pero puede provocar endurecimiento por acritud, mientras que el conformado en caliente es más factible, pero requiere un control cuidadoso de la temperatura para evitar la fragilidad.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1-2 horas	Aire	Reducir la dureza, mejorar la ductilidad.
Temple	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 minutos	Aceite o agua	Aumentar la dureza
Templado	200 - 600 °C / 392 - 1112 °F	1 hora	Aire	Reduce la fragilidad, mejora la tenacidad.

El tratamiento térmico afecta significativamente la microestructura del acero 420C, transformándolo de un estado más blando a uno más endurecido mediante el temple. El revenido es crucial para aliviar tensiones y mejorar la tenacidad, 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
Cuchillería	cuchillos de cocina	Alta dureza, retención del filo.	Nitidez y durabilidad
Instrumentos médicos	herramientas quirúrgicas	Resistencia a la corrosión, dureza.	Esterilización y precisión
Automotor	Componentes de la válvula	Fuerza, resistencia al desgaste	Durabilidad bajo estrés
Aeroespacial	Componentes del tren de aterrizaje	Alta relación resistencia-peso	Seguridad y fiabilidad

Otras aplicaciones incluyen:
* - Cuchillas industriales
* - Ejes de bomba
* - Sujetadores

420C se elige para aplicaciones que requieren una combinación de dureza y resistencia a la corrosión moderada, lo que lo hace ideal para herramientas y componentes que deben soportar el desgaste y mantener el filo.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	420 °C	AISI 440C	AISI 304	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta dureza	Mayor dureza	Menor dureza	440C ofrece una mejor resistencia al desgaste
Aspecto clave de la corrosión	Resistencia moderada	Resistencia justa	Excelente resistencia	304 es mejor para ambientes corrosivos
Soldabilidad	Difícil	Difícil	Bien	304 es más fácil de soldar
Maquinabilidad	Moderado	Moderado	Bien	304 es más fácil de mecanizar
Costo relativo aproximado	Moderado	Más alto	Más bajo	304 es más rentable
Disponibilidad típica	Común	Menos común	Muy común	304 ampliamente disponible

Al seleccionar el acero 420C, se debe considerar su equilibrio entre dureza y resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones específicas. Sin embargo, sus limitaciones en soldabilidad y resistencia a la corrosión en comparación con los grados austeníticos deben sopesarse frente a los requisitos de la aplicación prevista. La rentabilidad y la disponibilidad de grados alternativos también pueden influir en la decisión.

En conclusión, el acero inoxidable 420C es un material versátil con propiedades únicas que lo hacen adecuado para diversas aplicaciones, especialmente donde se requiere alta dureza y resistencia moderada a la corrosión. Comprender sus características, ventajas y limitaciones es crucial para ingenieros y diseñadores al seleccionar materiales para aplicaciones específicas.