Acero inoxidable 440C endurecido
El acero inoxidable 440C suele alcanzar una dureza de hasta 60 HRC en condiciones de tratamiento térmico adecuadas. Esto lo sitúa en el extremo superior de dureza entre los aceros inoxidables martensíticos utilizados en aplicaciones resistentes al desgaste.
Rango típico de dureza endurecida del acero 440C
En condiciones de servicio prácticas, el rango de dureza del acero 440C generalmente se sitúa entre 57 HRC y 60 HRC.
Este rango se utiliza porque el aumento de la dureza incrementa la fragilidad y el riesgo de agrietamiento, mientras que la disminución de la dureza mejora la tenacidad pero reduce la resistencia al desgaste. Por lo tanto, el valor final se selecciona en función del equilibrio requerido entre durabilidad y fiabilidad.
La temperatura de revenido es la principal variable de control. Las temperaturas de revenido más bajas mantienen una mayor dureza, mientras que las temperaturas de revenido más altas reducen la dureza a cambio de una mayor estabilidad estructural y resistencia a la fractura.
Dureza del acero 440C después del revenido
Los valores prácticos publicados indican una dureza mínima para una temperatura de revenido determinada. Una pieza revenida a la temperatura de la columna izquierda no dará una lectura inferior a la dureza de la columna central, siempre que los pasos de austenización y temple se hayan realizado correctamente. La ventana de revenido en sí, desde el precalentamiento hasta el tratamiento subcero, se detalla en la página de tratamiento térmico del 440C.
| Temperatura de revenido | Dureza mínima |
|---|---|
| 165 °C (330 °F) | 60 HRC |
| 190 °C (375 °F) | 58 HRC |
| 230 °C (445 °F) | 57 HRC |
| 357 °C (675 °F) | 52 a 56 HRC |
Fuente, práctica recomendada de tratamiento térmico para el tipo 440C, en Heat Treater's Guide, Practices and Procedures for Irons and Steels.
En la práctica, las tres primeras filas cubren la mayoría de los trabajos de desgaste, ya que una pieza a 60 HRC es adecuada para abrasión pura y 57 HRC es el compromiso habitual cuando existe una carga de impacto ligera. La última fila sacrifica resistencia al desgaste por resistencia al impacto y se elige cuando la falla que el diseño debe prevenir es el agrietamiento, no el desgaste.
El doble revenido es estándar para este grado y mejora tanto la consistencia de la dureza como la estabilidad dimensional. La pieza se enfría a temperatura ambiente entre los dos revenidos, porque la austenita retenida que sobrevive al primer revenido se transforma durante el enfriamiento, y el segundo revenido entonces reviene la martensita recién formada en lugar de dejarla frágil.
Por encima de aproximadamente 400 °C la curva de dureza deja de descender y vuelve a subir. Una curva de revenido publicada para el grado muestra el pico de endurecimiento secundario cerca de 470 a 480 °C, a unos 600 HB, lo que se aproxima a 58 HRC. El pico es engañoso, porque una pieza situada en esa banda sigue siendo dura mientras su tenacidad está en su peor momento. Pasado el pico, la caída es pronunciada.
| Temperatura de revenido | Dureza, HB | HRC aproximado |
|---|---|---|
| 260 °C (500 °F) | 550 | 54 |
| 400 °C (750 °F) | 575 | 56 |
| 480 °C (895 °F), pico | 600 | 58 |
| 540 °C (1005 °F) | 515 | 52 |
| 600 °C (1110 °F) | 375 | 40 |
| 650 °C (1200 °F) | 320 | 34 |
Fuente, curva de dureza frente a temperatura de revenido para el tipo 440C, en Heat Treater's Guide, Practices and Procedures for Irons and Steels. La dureza se da en HB tal como se publica, la columna HRC está convertida con ASTM E140.
La tenacidad y la dureza se oponen entre sí en este grado, y la banda de 427 a 566 °C es donde los aceros inoxidables martensíticos son más propensos a la fragilidad por revenido. Una pieza revenida en esa banda es dura y poco confiable en servicio, por lo que las piezas de desgaste se mantienen por debajo de 250 °C y la baja dureza que conlleva un revenido de tenacidad se acepta solo donde las cargas de impacto lo exigen.
Dureza del acero 440C en cada condición
El mismo grado se cotiza a 97 HRB, 260 HB, 57 HRC y 60 HRC según a qué condición corresponda el número. La tabla siguiente mantiene las unidades tal como se publican, porque la condición de suministro, no el grado, decide qué número aparece en un certificado.
| Condición | Dureza | Nota |
|---|---|---|
| Totalmente recocido | 98 HRB a 25 HRC | Condición más blanda, utilizada para mecanizado |
| Barra recocida y estirada en frío | 260 HB | Mayor límite elástico, menor conformabilidad |
| Templado desde 1010 a 1065 °C | 60 a 62 HRC | Sin revenir, alta tensión interna |
| Templado y revenido a 315 °C | 580 HB, aproximadamente 57 HRC | 1970 MPa de resistencia a la tracción, 2 por ciento de alargamiento |
| Templado y revenido a 165 °C o más | 60 HRC mínimo | Nivel más alto utilizado en servicio |
Fuentes, datos de propiedades para el tipo 440C en ASM Handbook, Volume 1, Properties and Selection, Irons, Steels and High-Performance Alloys, y en Heat Treater's Guide, Practices and Procedures for Irons and Steels.
El valor recocido es el que figura en el certificado de la acería, porque el 440C se suministra blando para mecanizado. La barra estirada en frío da mayor dureza y resistencia que la barra recocida, por lo que un comprador que compara ambos certificados está viendo dos rutas de fabricación distintas, no dos grados.
Dureza del acero 440C en estado templado frente a la dureza en estado revenido.
La dureza del acero inoxidable 440C difiere significativamente entre el estado templado y el estado revenido, y estos dos estados no son intercambiables.
Dureza después del temple
Después de la austenización y el enfriamiento rápido, el 440C forma martensita sin revenir y alcanza su dureza máxima, alrededor de 60 a 62 HRC. En este estado, el material contiene alta tensión interna y presenta muy baja ductilidad, lo que lo hace muy propenso al agrietamiento.
Las variaciones en la austenita retenida pueden provocar diferencias en la dureza medida. En ocasiones, se utilizan procesos adicionales, como tratamientos a temperaturas bajo cero o criogénicos, para reducir la austenita retenida y estabilizar la estructura, pero esta condición aún no representa el estado final utilizable.
Dureza templada
En uso industrial, el acero 440C siempre se templa después del enfriamiento. El templado alivia las tensiones internas, estabiliza la microestructura y mejora la resistencia a la fractura, aunque reduce ligeramente la dureza.
La dureza final del acero endurecido a 440 °C viene determinada por el estado de revenido. Esta se controla principalmente mediante la temperatura de revenido, que determina el equilibrio entre dureza, tenacidad y estabilidad dimensional.
Las especificaciones técnicas siempre deben referirse a la dureza templada, en lugar de a la dureza máxima observada después del enfriamiento.
Factores que afectan la dureza del acero 440C
La temperatura de austenización desempeña un papel fundamental en la determinación de la dureza potencial. Un aumento de la temperatura permite que se disuelva más carbono en la matriz, incrementando así la dureza alcanzable, pero también favorece la retención de austenita, lo que puede reducir la dureza efectiva tras el temple.
La eficacia del temple también influye en el grado de transformación de la austenita en martensita. Si la velocidad de enfriamiento es insuficiente, parte de la estructura permanece sin transformar, lo que resulta en una menor dureza.
La cantidad de austenita retenida presente tras el temple también afecta a la dureza medida. Un mayor contenido de austenita retenida resulta en una menor dureza efectiva y una mayor variabilidad entre los componentes procesados en diferentes condiciones.
La temperatura de revenido determina el nivel de dureza final. Las temperaturas de revenido más bajas mantienen la dureza cerca del máximo, mientras que las temperaturas de revenido más altas reducen la dureza a cambio de una mayor tenacidad y estabilidad dimensional.
Conversión de dureza del acero 440C
Drawings, mill certificates and customer specifications switch between Rockwell C, Vickers and Brinell. The table below covers the working range of 440C and reproduces the comparative hardness table for steel in Machinery’s Handbook, which carries the ASTM E140 values. Spot values between the rows can be read on the Calculadora de conversión de dureza del acero para herramientas.
| Rockwell C | Vickers HV | Brinell HB, bola de carburo |
|---|---|---|
| 62 | 746 | no impreso |
| 61 | 720 | no impreso |
| 60 | 697 | 654 |
| 59 | 674 | 634 |
| 58 | 653 | 615 |
| 57 | 633 | 595 |
| 56 | 613 | 577 |
| 55 | 595 | 560 |
| 54 | 577 | 543 |
| 53 | 560 | 525 |
| 52 | 544 | 512 |
Fuente, Comparative Hardness Scales for Steel, en Machinery's Handbook.
Los valores Brinell estándar con bola de 10 mm quedan fuera de rango por encima de unos 500 HB, por lo que la columna de bola de carburo es la que debe usarse en la dureza que alcanza el 440C. Una lectura Brinell en una pieza de 440C endurecida vale menos que una lectura Rockwell C tomada en el mismo punto, y la tabla de conversión no sustituye la medición de la pieza.
Acero 440C cuando la dureza resulta baja
La austenización por debajo del rango es el primer sospechoso. Por debajo de 1010 °C los carburos no se disuelven por completo, la austenita queda pobre en carbono y la pieza templada queda varios puntos por debajo del valor esperado. Reaustenizar dentro de la ventana de 1010 a 1065 °C lo corrige, y las secciones gruesas corresponden al extremo superior de esa ventana con tiempo de permanencia añadido en proporción al espesor.
Un temple lento produce el mismo síntoma por una razón diferente. El aceite es el medio preferido para el 440C. El enfriamiento al aire es viable en secciones delgadas, y el martemple en aceite caliente o sales es posible porque la templabilidad es alta, pero la pieza aún debe alcanzar el rango martensítico antes de que el núcleo más grueso deje de transformarse. En una barra gruesa, la sección misma puede ser el problema, y no hay programa de revenido que lo recupere.
La austenita retenida deja dureza sin aprovechar sin mostrar una causa obvia. El tratamiento en frío a -71 °C, o a -70 °C o menos durante al menos dos horas en la práctica aeroespacial, transforma la mayor parte de lo que dejó el temple. Revenir dos veces después y enfriar a temperatura ambiente entre revenidos, porque el segundo revenido trata la martensita que se formó durante ese enfriamiento, no la martensita del temple.
Algunas lecturas bajas son del ensayo y no de la pieza. Una capa descarburada da una lectura blanda, por lo que la dureza se mide por debajo de la superficie o después del rectificado. La huella también necesita una superficie plana y limpia y suficiente sección debajo, ya que una lectura Rockwell C tomada en un borde delgado o sin soporte no es un valor de dureza en absoluto.
La acería suministra el 440C recocido, por lo que la dureza del certificado de la acería es la dureza de recocido y no la dureza a la que trabajará la pieza. Indique la condición de suministro, el límite de dureza y la ubicación del ensayo en la orden de compra, y mantenga la operación de endurecimiento con un valor de aceptación separado.
Acero 440C: ¿Por qué pueden variar los valores de dureza indicados?
Los valores de dureza para el acero 440C suelen diferir entre proveedores, especificaciones e informes de pruebas debido a las diferencias en el control del proceso y las condiciones de medición.
- Ejecución del tratamiento térmico. Las diferencias en el control del horno, el tiempo de mantenimiento y las condiciones de enfriamiento dan lugar a variaciones en la microestructura final.
- Control de la austenita retenida. Algunos procesos incluyen pasos adicionales, como un tratamiento a temperaturas bajo cero, mientras que otros no, lo que da lugar a diferentes resultados de dureza.
- Práctica de revenido. Pequeños cambios en la temperatura de revenido o en el diseño del ciclo pueden modificar la dureza final dentro del rango típico.
- Condiciones de medición. Las lecturas de dureza varían según la ubicación de la prueba, el estado de la superficie y la microestructura local. La distribución de carburos puede influir en las mediciones localizadas.
Por este motivo, no se deben comparar los valores de dureza procedentes de diferentes fuentes sin comprender el proceso de elaboración subyacente.
Interpretación de la dureza del acero endurecido en ingeniería 440C
En la práctica de la ingeniería, la dureza del acero 440C define un equilibrio entre la resistencia al desgaste y la ductilidad.
A 57 a 60 HRC, el 440C ofrece excelente resistencia a la abrasión, alta resistencia a la compresión y buena retención del filo. Esto lo hace adecuado para componentes donde el desgaste superficial es el modo de falla dominante.
Al mismo tiempo, este nivel de dureza resulta en una baja ductilidad y una resistencia al impacto limitada. El material se vuelve sensible a la concentración de tensiones y no es adecuado para aplicaciones que impliquen golpes, flexión o cargas dinámicas.
Debido a este comportamiento, todas las operaciones de mecanizado y conformado deben realizarse en estado recocido antes del endurecimiento. Generalmente se evita la soldadura debido al alto riesgo de agrietamiento, y el diseño de los componentes debe minimizar la concentración de tensiones evitando transiciones bruscas y cambios geométricos abruptos.
Se debe elegir el acero 440C cuando la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional sean los requisitos principales, y evitarlo cuando la tenacidad al impacto o la ductilidad estructural sean factores críticos.
Las aplicaciones típicas incluyen
- Componentes resistentes al desgaste en equipos textiles e industriales.
- Bolas de rodamiento y pistas de rodamiento
- Componentes de válvulas como asientos y válvulas de aguja
- Piezas y casquillos de bombas
- Instrumentos de precisión y filos de corte
Aobo Steel suministra acero inoxidable 440C en condición recocida para tratamiento térmico de precisión. Los datos del grado están en la página de producto del acero inoxidable 440C, la ventana de proceso está en la página de tratamiento térmico del 440C, y las preguntas pueden dirigirse a [email protected].