Acero SUJ2: Propiedades y aplicaciones clave en rodamientos

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El acero SUJ2, también conocido como acero para rodamientos JIS, es un acero de aleación de cromo con alto contenido de carbono que se utiliza principalmente en la fabricación de rodamientos. Clasificado como un acero de aleación con contenido medio de carbono, el SUJ2 se caracteriza por su excelente dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren un alto rendimiento bajo tensión mecánica.

Descripción general completa

El acero SUJ2 se compone principalmente de carbono (C), cromo (Cr) y otros elementos de aleación que mejoran sus propiedades mecánicas. Su composición química típica incluye aproximadamente un 1,0 % de carbono y un 1,5 % de cromo, lo que contribuye significativamente a su dureza y resistencia al desgaste. La presencia de cromo no solo mejora la resistencia a la corrosión, sino que también aumenta la capacidad del acero para soportar altas temperaturas.

Las características más significativas del acero SUJ2 incluyen:

  • Alta dureza : Los niveles de dureza alcanzables pueden alcanzar hasta 64 HRC después de un tratamiento térmico adecuado.
  • Excelente resistencia al desgaste : la combinación de alto contenido de carbono y cromo proporciona una resistencia al desgaste excepcional, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta carga.
  • Buena resistencia a la fatiga : SUJ2 exhibe una alta resistencia a la fatiga, lo cual es crucial para los componentes sujetos a cargas cíclicas.

Ventajas :
- Superior resistencia al desgaste y dureza.
- Buena estabilidad dimensional durante el tratamiento térmico.
- Alta resistencia a la fatiga, lo que lo hace adecuado para aplicaciones dinámicas.

Limitaciones :
- Resistencia a la corrosión limitada en comparación con los aceros inoxidables.
- Difícil de mecanizar debido a su alta dureza.
- Requiere un tratamiento térmico cuidadoso para lograr las propiedades deseadas.

Históricamente, el SUJ2 se ha utilizado ampliamente en las industrias automotriz y aeroespacial para componentes como rodamientos, engranajes y ejes. Su posición en el mercado se mantiene sólida gracias a su fiabilidad y rendimiento en aplicaciones críticas.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar Designación/Grado País/Región de origen Notas/Observaciones
UNS G52100 EE.UU Equivalente más cercano a SUJ2
AISI/SAE 52100 EE.UU Pequeñas diferencias de composición
ASTM A295 EE.UU Especificación de aceros para cojinetes
ES 100Cr6 Europa Propiedades similares, a menudo utilizadas indistintamente
ESTRUENDO 100Cr6 Alemania Equivalente a SUJ2 con ligeras variaciones
JIS SUJ2 Japón Designación estándar para acero para cojinetes
GB GCr15 Porcelana Grado comparable con aplicaciones similares
ISO 100Cr6 Internacional Equivalente estándar global

Las diferencias entre estos grados pueden afectar el rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, si bien G52100 y SUJ2 suelen considerarse equivalentes, las variaciones en los procesos de tratamiento térmico pueden generar diferencias en la dureza y la resistencia al desgaste.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre) Rango porcentual (%)
C (Carbono) 0,95 - 1,05
Cr (cromo) 1.30 - 1.65
Mn (manganeso) 0,30 - 0,50
Si (silicio) 0,15 - 0,40
P (Fósforo) ≤ 0,025
S (Azufre) ≤ 0,025

La función principal de los elementos de aleación clave en el acero SUJ2 incluye:

  • Carbono (C) : Aumenta la dureza y la resistencia mediante la formación de carburos durante el tratamiento térmico.
  • Cromo (Cr) : mejora la resistencia al desgaste y mejora la templabilidad, lo que permite un endurecimiento más profundo durante el tratamiento térmico.
  • Manganeso (Mn) : Mejora la tenacidad y ayuda a desoxidar el acero durante la producción.

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 Templado y revenido 1.700 - 2.100 MPa 247 - 304 ksi ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación) Templado y revenido 1.500 - 1.800 MPa 218 - 261 ksi ASTM E8
Alargamiento Templado y revenido 10 - 12% 10 - 12% ASTM E8
Dureza (HRC) Templado y revenido 58 - 64 HRC 58 - 64 HRC ASTM E18
Resistencia al impacto (Charpy) Temperatura ambiente 20 - 30 J 15 - 22 pies-lbf ASTM E23

La combinación de estas propiedades mecánicas hace que el acero SUJ2 sea adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia al desgaste, como cojinetes y engranajes, donde la fatiga y el desgaste son consideraciones críticas.

Propiedades físicas

Propiedad Condición/Temperatura Valor (Unidades métricas - SI) Valor (Unidades Imperiales)
Densidad Temperatura ambiente 7,85 g/cm³ 0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión - 1.450 - 1.500 °C 2642 - 2732 °F
Conductividad térmica Temperatura ambiente 25 W/m·K 14,5 BTU·pulgada/(h·ft²·°F)
Capacidad calorífica específica Temperatura ambiente 0,46 J/g·K 0,11 BTU/lb·°F
Coeficiente de expansión térmica Temperatura ambiente 11,5 x 10⁻⁶ /°C 6,36 x 10⁻⁶ /°F

La importancia práctica de las propiedades físicas de SUJ2 incluye:

  • Densidad : Afecta el peso y el equilibrio de los componentes, lo cual es crucial en aplicaciones como la automotriz y la aeroespacial.
  • Conductividad térmica : importante para la disipación del calor en rodamientos de alta velocidad.
  • Coeficiente de expansión térmica : afecta la estabilidad dimensional en condiciones de temperatura variables, lo cual es fundamental para aplicaciones de precisión.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo Concentración (%) Temperatura (°C/°F) Clasificación de resistencia Notas
Agua - Ambiente Justo Susceptible a la oxidación
Ácidos Bajo Ambiente Pobre Riesgo de picaduras
cloruros Alto Ambiente Pobre Riesgo de corrosión bajo tensión
Soluciones alcalinas Bajo Ambiente Justo Resistencia moderada

El acero SUJ2 presenta una resistencia a la corrosión limitada, especialmente en ambientes ácidos y ricos en cloruros. Es susceptible a la oxidación al exponerse a la humedad, por lo que requiere recubrimientos protectores o tratamientos superficiales para aplicaciones en exteriores. En comparación con aceros inoxidables como el AISI 440C, que ofrecen una resistencia a la corrosión superior, el SUJ2 es menos adecuado para entornos donde la corrosión es un problema importante.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite Temperatura (°C) Temperatura (°F) Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo 200 392 Adecuado para aplicaciones de alta velocidad.
Temperatura máxima de servicio intermitente 250 482 Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala 300 572 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 SUJ2 mantiene su dureza y resistencia hasta cierto límite, más allá del cual puede sufrir oxidación y pérdida de propiedades mecánicas. Esto lo hace adecuado para aplicaciones donde los componentes pueden experimentar altas temperaturas de forma intermitente, pero no continua.

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-D2 Argón Requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura.
SMAW E7018 - No recomendado para secciones gruesas.

El acero SUJ2 generalmente no se recomienda 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 minimizar estos riesgos. La elección del metal de aportación es crucial para garantizar la compatibilidad y mantener las propiedades mecánicas.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado Acero SUJ2 AISI 1212 Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa 60 100 El SUJ2 es más difícil de mecanizar
Velocidad de corte típica (torneado) 30 metros por minuto 60 metros por minuto Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

El mecanizado de acero SUJ2 puede ser complicado debido a su dureza. Las condiciones óptimas incluyen el uso de herramientas de acero rápido o carburo y una refrigeración adecuada para evitar el desgaste de la herramienta.

Formabilidad

El acero SUJ2 presenta una conformabilidad limitada debido a su alta dureza y resistencia. El conformado en frío es posible, pero puede provocar endurecimiento por acritud, lo que requiere un control cuidadoso de los radios de curvatura y los procesos de conformado. El conformado en caliente es más factible, pero requiere un control preciso de la temperatura para evitar la degradación de las propiedades.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento Rango de temperatura (°C/°F) Tiempo típico de remojo Método de enfriamiento Propósito principal / Resultado esperado
Recocido 700 - 800 / 1.292 - 1.472 1 - 2 horas Aire o horno Reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad
Temple 800 - 850 / 1.472 - 1.562 30 minutos Aceite o agua Conseguir una alta dureza
Templado 150 - 200 / 302 - 392 1 hora Aire Reduce la fragilidad, mejora la tenacidad.

Durante el tratamiento térmico, el SUJ2 sufre importantes transformaciones metalúrgicas. El temple transforma la microestructura en martensita, lo que le proporciona una alta dureza, mientras que el revenido reduce la fragilidad y mejora la tenacidad, haciéndolo apto para aplicaciones dinámicas.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector Ejemplo de aplicación específica Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación Motivo de la selección
Automotor Cojinetes de rueda Alta dureza, resistencia al desgaste. Esencial para la durabilidad bajo carga.
Aeroespacial Componentes del motor Resistencia a la fatiga, estabilidad dimensional Crítico para la seguridad y el rendimiento
Industrial Ejes de engranajes Alta resistencia a la tracción, resistencia al impacto. Necesario para la confiabilidad de la maquinaria

Otras aplicaciones incluyen:

  • instrumentos de precisión
  • Husillos de alta velocidad
  • Rodamientos de rodillos

Se elige SUJ2 para estas aplicaciones debido a su dureza superior y resistencia al desgaste, que son fundamentales para los componentes sometidos a alto estrés y fatiga.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad Acero SUJ2 AISI 440C Acero para herramientas D2 Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave Alta dureza Excelente resistencia a la corrosión Alta resistencia al desgaste El SUJ2 es menos resistente a la corrosión
Aspecto clave de la corrosión Justo Excelente Justo SUJ2 requiere recubrimientos protectores
Soldabilidad Pobre Justo Pobre Todos los grados requieren un manejo cuidadoso.
Maquinabilidad Desafiante Moderado Moderado El SUJ2 es más difícil de mecanizar
Formabilidad Limitado Bien Limitado SUJ2 es menos moldeable
Costo relativo aproximado Moderado Más alto Moderado El costo varía según la demanda del mercado.
Disponibilidad típica Común Común Menos común SUJ2 está ampliamente disponible

Al seleccionar el acero SUJ2, se deben considerar sus propiedades mecánicas, rentabilidad y disponibilidad. Si bien destaca por su dureza y resistencia al desgaste, sus limitaciones en cuanto a resistencia a la corrosión y maquinabilidad deben sopesarse en función de los requisitos específicos de la aplicación. Además, la seguridad en entornos de alta tensión exige una evaluación cuidadosa de sus características de rendimiento.

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