Acero 5120: Propiedades y aplicaciones clave

El acero 5120 se clasifica como un acero de aleación con contenido medio de carbono, conocido principalmente por su excelente combinación de resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste. Forma parte del sistema de clasificación AISI/SAE, donde el primer dígito (5) indica que es un acero de aleación y los dígitos posteriores (120) indican su composición y propiedades específicas. Los principales elementos de aleación del acero 5120 incluyen cromo (Cr) y molibdeno (Mo), que mejoran su templabilidad y resistencia, haciéndolo adecuado para diversas aplicaciones de ingeniería.

Descripción general completa

Las características más destacadas del acero 5120 incluyen su alta resistencia a la tracción, buena ductilidad y excelente resistencia al desgaste. Estas propiedades se atribuyen en gran medida a su composición química, que permite procesos de tratamiento térmico eficaces. El acero presenta un equilibrio perfecto entre dureza y tenacidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren durabilidad y resiliencia.

Ventajas del acero 5120:
- Alta resistencia y tenacidad: Los elementos de aleación contribuyen a una microestructura robusta, proporcionando excelentes propiedades mecánicas.
- Buena Resistencia al Desgaste: Ideal para componentes sometidos a fricción y desgaste.
- Aplicaciones versátiles: Se utiliza comúnmente en componentes automotrices y de maquinaria, como engranajes, ejes y ejes.

Limitaciones del acero 5120:
- Resistencia a la corrosión: en comparación con los aceros inoxidables, el 5120 tiene una resistencia limitada a los entornos corrosivos.
- Desafíos de soldabilidad: requiere una consideración cuidadosa durante la soldadura para evitar el agrietamiento.

Históricamente, el acero 5120 ha sido fundamental en la industria automotriz, especialmente para la fabricación de componentes de alta tensión. Su posición en el mercado se mantiene sólida gracias a sus favorables propiedades mecánicas y versatilidad.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	G51200	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 5120
AISI/SAE	5120	EE.UU	Se utiliza comúnmente en aplicaciones automotrices.
ASTM	A29/A29M	EE.UU	Especificación para aceros aleados
ES	20CrMo	Europa	Pequeñas diferencias de composición
ESTRUENDO	1.7035	Alemania	Propiedades similares, utilizadas en aplicaciones similares
JIS	SCM420	Japón	Comparable, pero con ligeras variaciones en los elementos de aleación.

Las sutiles diferencias entre estos grados pueden afectar el rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, si bien el SCM420 puede ofrecer una templabilidad ligeramente mejor debido a su mayor contenido de cromo, el 5120 suele preferirse por su equilibrio entre tenacidad y resistencia al desgaste.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,18 - 0,23
Cr (cromo)	0,70 - 0,90
Mo (molibdeno)	0,15 - 0,25
Mn (manganeso)	0,50 - 0,80
Si (silicio)	0,15 - 0,40
P (Fósforo)	≤ 0,035
S (Azufre)	≤ 0,040

Los elementos de aleación primarios del acero 5120 desempeñan un papel crucial:
- Cromo (Cr): Mejora la templabilidad y mejora la resistencia al desgaste.
- Molibdeno (Mo): Aumenta la resistencia a temperaturas elevadas y mejora la tenacidad.
- Manganeso (Mn): Ayuda al endurecimiento y mejora la resistencia a la tracción.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	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	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
Dureza (Brinell)	Recocido	207 - 250 HB	95 - 120 HB	ASTM E10
Resistencia al impacto (Charpy)	-40°C	30 - 50 J	22 - 37 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de estas propiedades mecánicas hace que el acero 5120 sea adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad, como engranajes y ejes de automóviles. Su capacidad para soportar cargas mecánicas significativas, manteniendo la integridad estructural, es un factor clave en su selección para componentes críticos.

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	45 W/m·K	31 BTU·pulgada/(hora·pie²·°F)
Capacidad calorífica específica	20°C	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	20°C	0,0006 Ω·m	0,00002 Ω·pulgada
Coeficiente de expansión térmica	20°C	11,5 x 10⁻⁶/K	6,4 x 10⁻⁶/°F

La importancia práctica de las propiedades físicas del acero 5120 incluye:
- Densidad: Proporciona una buena relación resistencia-peso, lo que lo hace adecuado para aplicaciones ligeras.
- Conductividad térmica: importante para aplicaciones donde la disipación del calor es crítica, como en los componentes del motor.
- Punto de fusión: Indica la idoneidad para aplicaciones de alta temperatura, garantizando la estabilidad bajo estrés térmico.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C)	Clasificación de resistencia	Notas
Atmosférico	-	-	Justo	Susceptible a la oxidación
Agua salada	3.5	25	Pobre	Riesgo de picaduras
Ácido sulfúrico	10	25	Pobre	No recomendado
Hidróxido de sodio	50	25	Justo	Riesgo de corrosión bajo tensión

El acero 5120 presenta una resistencia moderada a la corrosión, lo que lo hace adecuado para ciertos entornos, pero no ideal para aplicaciones altamente corrosivas. Su susceptibilidad a la oxidación en condiciones atmosféricas y a la corrosión por picaduras en ambientes salinos requiere recubrimientos protectores o tratamientos superficiales en aplicaciones expuestas a la humedad o a agentes corrosivos.

En comparación con otros grados de acero, como el 4140 y el 4340, el 5120 presenta una resistencia a la corrosión inferior, pero ofrece mayor tenacidad y resistencia al desgaste. Esto lo convierte en la opción preferida en aplicaciones donde se priorizan las propiedades mecánicas sobre la resistencia a la corrosión.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	400	752	Adecuado para temperaturas moderadas.
Temperatura máxima de servicio intermitente	500	932	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	600	1112	Riesgo de oxidación más allá de esta temperatura
Consideraciones sobre la resistencia a la fluencia	400	752	Comienza a degradarse a temperaturas elevadas.

A temperaturas elevadas, el acero 5120 mantiene su resistencia, pero puede oxidarse si no se protege adecuadamente. Su rendimiento en aplicaciones de alta temperatura es adecuado, pero se debe tener cuidado para evitar la exposición prolongada a temperaturas que excedan sus límites.

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

La soldabilidad del acero 5120 es moderada; suele recomendarse el precalentamiento para prevenir el agrietamiento. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar las propiedades de la soldadura y de la zona afectada por el calor.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero 5120	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	5120 es más difícil de mecanizar
Velocidad de corte típica	25 metros por minuto	40 metros por minuto	Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

La maquinabilidad del acero 5120 es menor que la de los aceros de libre mecanizado como AISI 1212. Las condiciones óptimas incluyen el uso de herramientas de acero o carburo de alta velocidad y fluidos de corte adecuados para mejorar la vida útil de la herramienta.

Formabilidad

El acero 5120 presenta una conformabilidad moderada. El conformado en frío es viable, pero debe evitarse el endurecimiento por acritud. El conformado en caliente es preferible para formas complejas, ya que reduce el riesgo de agrietamiento y mejora la ductilidad.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	700 - 800 / 1292 - 1472	1 - 2 horas	Aire	Suaviza, mejora la ductilidad
Temple	850 - 900 / 1562 - 1652	30 minutos	Aceite o agua	Endurecimiento
Templado	400 - 600 / 752 - 1112	1 hora	Aire	Reducir la fragilidad, mejorar la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico modifican significativamente la microestructura del acero 5120, mejorando su dureza y resistencia, a la vez que mantienen una tenacidad adecuada. El temple seguido del revenido se emplea comúnmente para lograr las propiedades mecánicas deseadas.

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, resistencia al desgaste.	Esencial para la durabilidad
Maquinaria	Ejes	Tenacidad, resistencia a la fatiga	Crítico para el rendimiento
Aeroespacial	Componentes del tren de aterrizaje	Alta relación resistencia-peso	Seguridad y fiabilidad

Otras aplicaciones incluyen:
- Componentes de maquinaria pesada
- Herramientas y matrices
- Cilindros hidráulicos

La selección del acero 5120 para estas aplicaciones se debe principalmente a sus excelentes propiedades mecánicas, que garantizan confiabilidad y rendimiento en condiciones exigentes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero 5120	Acero 4140	Acero 4340	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta tenacidad	Mayor templabilidad	Fuerza superior	5120 ofrece mayor dureza
Aspecto clave de la corrosión	Justo	Justo	Bien	4340 tiene mejor resistencia a la corrosión
Soldabilidad	Moderado	Bien	Moderado	4140 es más fácil de soldar
Maquinabilidad	Moderado	Justo	Pobre	4140 es más fácil de mecanizar
Formabilidad	Moderado	Moderado	Pobre	5120 es más moldeable
Costo relativo aproximado	Moderado	Moderado	Más alto	5120 es rentable
Disponibilidad típica	Común	Común	Menos común	5120 está ampliamente disponible

Al seleccionar el acero 5120, se deben considerar sus propiedades mecánicas, su rentabilidad y su disponibilidad. Si bien no destaca en todas las categorías en comparación con alternativas como el 4140 o el 4340, su equilibrio de propiedades lo convierte en una opción confiable para diversas aplicaciones.

En conclusión, el acero 5120 es un acero de aleación de medio carbono versátil que ofrece una combinación única de resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo hace ideal para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería. Sus propiedades se pueden adaptar mediante tratamiento térmico y una cuidadosa selección de los procesos de fabricación, lo que garantiza un rendimiento óptimo en entornos exigentes.