Acero EN31 (52100): Propiedades y aplicaciones clave

El acero EN31, también conocido como acero para rodamientos o 52100, es un acero de aleación con alto contenido de carbono, clasificado principalmente como acero de aleación con contenido medio de carbono. Este grado de acero destaca por su excelente dureza, resistencia al desgaste y capacidad para soportar cargas elevadas, lo que lo hace especialmente adecuado para la fabricación de elementos rodantes en rodamientos, como bolas y rodillos. Los principales elementos de aleación del EN31 incluyen cromo, que mejora la templabilidad y la resistencia a la corrosión, y carbono, que contribuye a su dureza y resistencia.

Descripción general completa

El acero EN31 se caracteriza por su alto contenido de carbono (aproximadamente entre el 0,95 % y el 1,05 %) y cromo (entre el 1,30 % y el 1,60 %), que, en conjunto, le confieren propiedades mecánicas excepcionales. Su microestructura suele consistir en una fina matriz de perlita con cementita dispersa, resultante de procesos de tratamiento térmico adecuados.

Las características más significativas de la EN31 incluyen:

• Alta dureza : Los niveles de dureza alcanzables pueden alcanzar hasta 60 HRC después de un tratamiento térmico adecuado.
• Excelente resistencia al desgaste : Su dureza y microestructura proporcionan una resistencia al desgaste superior, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta carga.
• Buena tenacidad : a pesar de su dureza, EN31 mantiene una tenacidad razonable, lo cual es esencial para aplicaciones dinámicas.

Ventajas (Pros) :
- Excepcional resistencia a la fatiga y al desgaste.
- Adecuado para aplicaciones de alto estrés, particularmente en contacto rodante.
- Buena maquinabilidad en estado recocido.

Limitaciones (Contras) :
- Resistencia a la corrosión limitada en comparación con los aceros inoxidables.
- Requiere un tratamiento térmico cuidadoso para lograr las propiedades deseadas.
- Puede resultar quebradizo si no se procesa adecuadamente.

Históricamente, EN31 se ha utilizado ampliamente en las industrias automotriz y aeroespacial para componentes como engranajes, ejes y cojinetes, estableciendo su posición como un material crítico en aplicaciones de ingeniería.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	G52100	EE.UU	Equivalente más cercano a EN31
AISI/SAE	52100	EE.UU	Se utiliza comúnmente en aplicaciones de rodamientos.
ASTM	A295	EE.UU	Especificación para acero al cromo con alto contenido de carbono
ES	EN31	Europa	Designación estándar en Europa
ESTRUENDO	100Cr6	Alemania	Propiedades similares, pequeñas diferencias de composición
JIS	SUJ2	Japón	Grado comparable con ligeras variaciones en las propiedades.

Las diferencias entre estos grados equivalentes pueden afectar la selección según los requisitos específicos de la aplicación. Por ejemplo, si bien G52100 y EN31 suelen ser intercambiables, G52100 puede ofrecer una templabilidad ligeramente superior debido a su contenido específico de carbono.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,95 - 1,05
Cr (cromo)	1.30 - 1.60
Mn (manganeso)	0,30 - 0,50
Si (silicio)	0,15 - 0,40
P (Fósforo)	≤ 0,025
S (Azufre)	≤ 0,025

La función principal del carbono en el EN31 es mejorar la dureza y la resistencia, mientras que el cromo mejora la templabilidad y la resistencia al desgaste. El manganeso contribuye a la tenacidad y facilita la desoxidación durante la fabricación del acero, mientras que el silicio mejora la resistencia y la elasticidad.

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	1000 - 1200 MPa	145 - 174 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	Temperatura ambiente	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Dureza (HRC)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto (Charpy)	Templado y revenido	-20 °C (-4 °F)	20 - 30 J	15 - 22 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de alta resistencia a la tracción y al rendimiento hace que EN31 sea adecuado para aplicaciones que involucran cargas dinámicas, como cojinetes y engranajes, donde la resistencia a la deformación es fundamental.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,85 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	45 W/m·K	31,2 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,0006 Ω·m	0,000006 Ω·pulgada

La densidad del EN31 contribuye a su peso y resistencia, mientras que su conductividad térmica es significativa para aplicaciones que implican disipación de calor. El calor específico indica la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura, lo cual es crucial en procesos con ciclos térmicos.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
Agua	0 - 100	20 - 100 / 68 - 212	Justo	Riesgo de oxidación
Ácidos	0 - 10	20 - 100 / 68 - 212	Pobre	Susceptible a picaduras
cloruros	0 - 5	20 - 100 / 68 - 212	Pobre	Riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión
Álcalis	0 - 10	20 - 100 / 68 - 212	Justo	Resistencia moderada

El acero EN31 presenta una resistencia a la corrosión limitada, especialmente en entornos ácidos y con cloruros, lo que lo hace menos adecuado para aplicaciones expuestas a condiciones adversas sin recubrimientos protectores. En comparación con aceros inoxidables como AISI 304 o AISI 316, la susceptibilidad del EN31 a la corrosión es significativamente mayor, lo que requiere medidas de protección en entornos corrosivos.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	200	392	Más allá de esto, las propiedades pueden degradarse.
Temperatura máxima de servicio intermitente	300	572	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	600	1112	Riesgo de oxidación a temperaturas más altas

A temperaturas elevadas, el EN31 mantiene su dureza y resistencia hasta cierto límite, pero la exposición prolongada puede provocar oxidación y pérdida de propiedades mecánicas. Un tratamiento térmico adecuado puede mejorar su rendimiento en aplicaciones de alta temperatura.

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	ER70S-2	Argón	Requiere un control cuidadoso
Palo	E7018	N / A	Se recomienda un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

El EN31 no suele recomendarse para soldadura debido a su alto contenido de carbono, que puede provocar grietas. El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura son esenciales para mitigar estos riesgos.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	EN31	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60%	100%	EN31 es más difícil de mecanizar debido a su dureza.
Velocidad de corte típica (torneado)	30-50 m/min	60-80 m/min	Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

El mecanizado de EN31 requiere una cuidadosa consideración de las herramientas y las velocidades de corte debido a su dureza. Se recomiendan herramientas de carburo para obtener resultados óptimos.

Formabilidad

El EN31 presenta una conformabilidad limitada debido a su alto contenido de carbono, lo que lo hace menos adecuado para procesos que requieren una deformación significativa. El conformado en frío es posible, pero debe realizarse con precaución para evitar el agrietamiento. El conformado en caliente puede realizarse a temperaturas elevadas para mejorar la ductilidad.

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	Reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad
Temple	800 - 850 / 1472 - 1562	30 minutos	Aceite o agua	Aumentar la dureza y la resistencia.
Templado	150 - 200 / 302 - 392	1 hora	Aire	Reduce la fragilidad, mejora la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico afectan significativamente la microestructura del EN31, transformándolo de un estado más blando y dúctil a uno duro y resistente al desgaste. Un revenido adecuado es crucial para equilibrar la dureza y la 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	Rodamientos de bolas	Alta dureza, resistencia al desgaste.	Esencial para la durabilidad
Aeroespacial	Ejes de engranajes	Alta resistencia a la tracción, resistencia a la fatiga.	Crítico para la seguridad
Fabricación	Componentes de herramientas	Tenacidad, maquinabilidad	Necesario para precisión
Petróleo y gas	Componentes de la válvula	Resistencia a la corrosión, resistencia	Imprescindible en entornos hostiles

Otras aplicaciones incluyen:

• Maquinaria industrial : Se utiliza en componentes que requieren alta resistencia al desgaste.
• Robótica : Para piezas que soportan grandes esfuerzos y requieren precisión.
• Dispositivos médicos : En aplicaciones donde la resistencia y la confiabilidad son primordiales.

La selección de EN31 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	EN31	AISI 4140	AISI 440C	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta dureza	Dureza moderada	Alta dureza	EN31 ofrece una resistencia al desgaste superior pero una tenacidad menor que la 4140.
Aspecto clave de la corrosión	Justo	Bien	Excelente	EN31 es menos resistente a la corrosión que 440C, lo que es crítico en ciertos entornos.
Soldabilidad	Pobre	Justo	Bien	EN31 requiere prácticas de soldadura más cuidadosas en comparación con 4140.
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Pobre	EN31 es más difícil de mecanizar que 4140 y requiere herramientas especializadas.
Formabilidad	Limitado	Bien	Limitado	EN31 es menos moldeable que 4140, lo que puede resultar ventajoso en ciertas aplicaciones.
Costo relativo aproximado	Moderado	Moderado	Más alto	Las consideraciones de costos pueden influir en la selección basada en los presupuestos del proyecto.
Disponibilidad típica	Común	Común	Menos común	El EN31 está ampliamente disponible, mientras que el 440C puede ser más difícil de conseguir.

Al seleccionar EN31, se deben considerar los requisitos específicos de la aplicación, la rentabilidad y la disponibilidad. Su alta dureza y resistencia al desgaste lo hacen ideal para aplicaciones donde la durabilidad es fundamental, mientras que sus limitaciones en resistencia a la corrosión y soldabilidad deben abordarse mediante decisiones adecuadas de diseño y procesamiento.

En conclusión, el acero EN31 es un material versátil y robusto que desempeña un papel fundamental en diversas aplicaciones de ingeniería, especialmente donde el alto rendimiento y la fiabilidad son esenciales. Comprender sus propiedades y limitaciones permite a los ingenieros tomar decisiones informadas para obtener resultados óptimos en sus aplicaciones.