Acero 5115: Propiedades y aplicaciones clave

El acero 5115 se clasifica como un acero de aleación con contenido medio de carbono, conocido principalmente por su excelente templabilidad y resistencia. Contiene elementos de aleación clave como el cromo, que mejora su resistencia a la corrosión y templabilidad, y el molibdeno, que mejora su resistencia y tenacidad a temperaturas elevadas. La composición típica del acero 5115 incluye aproximadamente un 0,15 % de carbono, un 0,5 % de cromo y un 0,2 % de molibdeno, que en conjunto contribuyen a sus propiedades mecánicas y rendimiento en diversas aplicaciones.

Características y propiedades

El acero 5115 se caracteriza por su buena resistencia al desgaste, alta resistencia a la tracción y capacidad para soportar altas tensiones. Se utiliza frecuentemente en aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad, como engranajes, ejes y otros componentes sometidos a cargas dinámicas.

Ventajas:
- Alta resistencia: adecuado para aplicaciones de alta carga.
- Buena tenacidad: mantiene el rendimiento bajo carga de impacto.
- Templabilidad: Puede tratarse térmicamente para lograr los niveles de dureza deseados.

Limitaciones:
- Soldabilidad: Moderada; requiere un control cuidadoso durante la soldadura para evitar el agrietamiento.
- Resistencia a la corrosión: Aunque se mejora mediante elementos de aleación, no es tan resistente a la corrosión como los aceros inoxidables.

Históricamente, el acero 5115 se ha utilizado en diversas industrias, particularmente en la fabricación de automóviles y maquinaria, debido a su equilibrio favorable entre resistencia y tenacidad.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	G51150	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 5150
AISI/SAE	5115	EE.UU	Acero de aleación de carbono medio
ASTM	A29/A29M	EE.UU	Especificación general para aceros aleados
ES	1.7035	Europa	Pequeñas diferencias de composición
JIS	SCr415	Japón	Propiedades similares, pero diferentes aplicaciones

La tabla anterior destaca diversas normas y equivalentes para el acero 5115. Cabe destacar que, si bien el G51150 y el AISI 5150 están estrechamente relacionados, pueden presentar ligeras diferencias de composición que pueden afectar el rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, la presencia de elementos de aleación adicionales en un grado puede mejorar ciertas propiedades, como la tenacidad o la templabilidad.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,13 - 0,18
Cr (cromo)	0,40 - 0,60
Mo (molibdeno)	0,15 - 0,25
Mn (manganeso)	0,60 - 0,90
Si (silicio)	0,15 - 0,40
P (Fósforo)	≤ 0,035
S (Azufre)	≤ 0,040

Los principales elementos de aleación del acero 5115 incluyen:
- Cromo (Cr): Mejora la templabilidad y la resistencia a la corrosión.
- Molibdeno (Mo): Mejora la resistencia y la tenacidad, especialmente a temperaturas elevadas.
- Manganeso (Mn): Aumenta la templabilidad y la resistencia al tiempo que mejora la respuesta del acero al tratamiento térmico.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Valor/rango típico (unidades métricas - SI)	Valor/rango típico (unidades imperiales)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Recocido	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Recocido	350 - 550 MPa	51 - 80 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Recocido	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Dureza (Rockwell C)	Templado y revenido	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	-40°C	27 J	20 pies-lbf	ASTM E23

Las propiedades mecánicas del acero 5115 lo hacen adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad. Su resistencia a la tracción y su límite elástico indican su capacidad para soportar cargas significativas, mientras que su porcentaje de elongación sugiere una buena ductilidad, lo que permite la deformación sin fractura.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (Unidades métricas - SI)	Valor (Unidades Imperiales)
Densidad	-	7,85 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Conductividad térmica	20°C	45 W/m·K	31 BTU·pulgada/(hora·pie²·°F)
Capacidad calorífica específica	-	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	-	0,00065 Ω·m	0,0004 Ω·pulgada

La densidad del acero 5115 indica su masa por unidad de volumen, lo cual es crucial para aplicaciones sensibles al peso. El punto de fusión es significativo para procesos que implican altas temperaturas, mientras que la conductividad térmica y el calor específico son importantes para aplicaciones que implican transferencia de calor.

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%	20°C/68°F	Pobre	No recomendado
Agua de mar	-	25 °C/77 °F	Justo	Resistencia moderada

El acero 5115 presenta una resistencia moderada a la corrosión, especialmente en entornos con cloruros, donde puede ser susceptible a picaduras. En comparación con aceros inoxidables como el 304 o el 316, la resistencia del acero 5115 es limitada, lo que lo hace menos adecuado para entornos altamente corrosivos.

En comparación, el acero inoxidable 304 ofrece una excelente resistencia a una amplia gama de agentes corrosivos, mientras que el acero inoxidable 316 proporciona una resistencia superior debido a su contenido de molibdeno, que mejora su rendimiento en entornos de cloruro.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	400°C	752°F	Adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	500°C	932°F	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	600°C	1112°F	Riesgo de oxidación a temperaturas elevadas

A temperaturas elevadas, el acero 5115 mantiene su resistencia y tenacidad, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren calor. Sin embargo, la exposición prolongada a temperaturas superiores a 400 °C puede provocar oxidación e incrustaciones, lo 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.

La soldabilidad del acero 5115 es moderada; requiere precalentamiento para minimizar el riesgo de agrietamiento. El tratamiento térmico posterior a la soldadura suele ser necesario para aliviar tensiones y mejorar la tenacidad en la zona de soldadura.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero 5115	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	5115 es menos mecanizable que 1212
Velocidad de corte típica (torneado)	30 metros por minuto	50 metros por minuto	Ajustar las herramientas para un mejor rendimiento

La maquinabilidad del acero 5115 es moderada; requiere herramientas y velocidades de corte adecuadas para obtener resultados óptimos. El índice de maquinabilidad relativa indica que es menos maquinable que el AISI 1212, conocido por su excelente maquinabilidad.

Formabilidad

El acero 5115 presenta una buena conformabilidad, lo que permite procesos de conformado en frío y en caliente. Se puede doblar y moldear sin riesgo significativo de agrietamiento, aunque se debe tener cuidado para evitar un endurecimiento excesivo por deformación.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 horas	Aire	Suaviza, mejora la ductilidad
Temple	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 minutos	Aceite o agua	Endurecimiento
Templado	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 hora	Aire	Reducir la fragilidad, mejorar la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico afectan significativamente la microestructura y las propiedades del acero 5115. El temple aumenta la dureza, mientras que el revenido reduce la fragilidad, lo que resulta en una combinación equilibrada de resistencia y tenacidad.

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	Alta resistencia, tenacidad.	Requerido para cargas dinámicas
Maquinaria	Ejes	Buena resistencia al desgaste, templabilidad.	Esencial para la durabilidad
Aeroespacial	Componentes del tren de aterrizaje	Alta resistencia, resistencia a la fatiga.	Crítico para la seguridad

Otras aplicaciones incluyen:
- Construcción: Componentes estructurales que requieren alta resistencia.
- Petróleo y Gas: Equipos sometidos a altos esfuerzos y desgaste.

El acero 5115 se elige para estas aplicaciones debido a sus propiedades mecánicas favorables, que proporcionan la resistencia y durabilidad necesarias para los componentes expuestos a cargas dinámicas y entornos hostiles.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero 5115	AISI 4140	AISI 5160	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Mayor tenacidad	Mejor resistencia a la fatiga	El 5115 es fuerte pero menos resistente que el 4140
Aspecto clave de la corrosión	Resistencia moderada	Pobre	Justo	5115 es mejor que 4140 pero no tan bueno como el acero inoxidable
Soldabilidad	Moderado	Bien	Pobre	5115 requiere cuidado al soldar
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Justo	5115 es menos mecanizable que 4140
Formabilidad	Bien	Justo	Bien	5115 se puede formar fácilmente
Costo relativo aproximado	Moderado	Moderado	Más alto	Rentable para muchas aplicaciones
Disponibilidad típica	Común	Común	Menos común	5115 está ampliamente disponible

Al seleccionar el acero 5115, se deben considerar sus propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y características de fabricación. Es una opción rentable para aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad, aunque debe tenerse en cuenta su moderada soldabilidad y maquinabilidad.

En resumen, el acero 5115 es un acero de aleación de medio carbono versátil que combina resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo hace ideal para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería. Sus propiedades se pueden ajustar mediante tratamiento térmico y, si bien presenta limitaciones en cuanto a resistencia a la corrosión en comparación con los aceros inoxidables, sigue siendo una opción popular en diversas industrias.