Propiedades del acero 8620: composición, dureza y usos

El acero 8620 (AISI/SAE 8620) es una aleación de níquel-cromo-molibdeno con bajo contenido de carbono, diseñada para el endurecimiento superficial mediante carburación. Es uno de los grados de carburación más utilizados, elegido para engranajes, ejes, pasadores y otras piezas que requieren una superficie dura y resistente al desgaste sobre un núcleo resistente y dúctil. En las normas chinas, corresponde al 20CrNiMo.

El acero 8620 no es un acero para herramientas. Es un acero de ingeniería con cementación. Su contenido de carbono es de tan solo un 0,20 %, por lo que no puede endurecerse completamente hasta alcanzar la dureza de un acero para herramientas. Incluso con un endurecimiento total, la martensita con este nivel de carbono alcanza una dureza de solo 40-45 HRC. La dureza superficial útil se logra mediante la carburación, que enriquece la capa exterior con carbono antes del temple.

Composición química

El níquel confiere al núcleo su tenacidad. El cromo y el molibdeno proporcionan la templabilidad necesaria para que la capa carburizada alcance la dureza superficial máxima mediante temple en aceite, y el molibdeno también reduce el riesgo de fragilización por revenido. En conjunto, la composición de la aleación mantiene una estructura de grano fino durante el prolongado proceso de carburización.

Calificaciones equivalentes

Cómo se utiliza el 8620

El acero 8620 se suministra y utiliza casi siempre en estado carburizado. La pieza acabada presenta dos zonas diferenciadas: una capa exterior dura para resistir el desgaste y un núcleo blando y resistente para soportar cargas de impacto y flexión.

Tras un ciclo completo de carburación y revenido, el núcleo presenta una dureza de 30 a 42 HRC, con buena tenacidad y ductilidad. La superficie carburizada alcanza los 58-63 HRC, con una profundidad de capa típica de 0,5 a 2,0 mm, dependiendo del tiempo y la temperatura de carburación.

Una secuencia típica de tratamiento térmico es:

1. Carburizar a unos 925 °C en una atmósfera rica en carbono, durante varias horas dependiendo de la profundidad de la capa objetivo.
2. Dejar enfriar y luego volver a calentar a unos 840–870 °C para refinar el grano.
3. Enfriamiento con aceite.
4. Templar a unos 150-200 °C para mantener la dureza de la capa exterior.

Aplicaciones

El modelo 8620 es adecuado para piezas que necesitan una superficie dura y un núcleo resistente al mismo tiempo:

• engranajes de transmisión automotriz
• Engranajes y piñones diferenciales
• Árboles de levas y seguidores de leva
• Pasadores de pivote y pasadores de muñeca
• Casquillos y cojinetes
• Ejes de servicio medio
• Eslabones y pasadores de cadena

El núcleo resistente soporta cargas de impacto y flexión, mientras que la capa exterior dura resiste el desgaste y mejora la resistencia a la fatiga superficial. La capa carburizada también presenta una tensión residual de compresión beneficiosa, lo que aumenta aún más la vida útil.

Acero 8620 frente a acero para herramientas

El acero 8620 y el acero para herramientas resuelven problemas diferentes. La siguiente tabla compara el acero 8620 con D2, un acero para herramientas de trabajo en frío comúnmente templado en toda su masa.

Por qué el acero 8620 no puede reemplazar al acero para herramientas

La dureza de una pieza de acero 8620 se limita a la delgada capa carburizada, lo que restringe su uso. No se puede rectificar repetidamente, ya que cada rectificado elimina parte de la capa, y una vez que esta desaparece, la pieza se desgasta rápidamente. Un acero para herramientas templado en toda su masa se puede rectificar muchas veces. Por la misma razón, el acero 8620 no es adecuado para herramientas de corte: el filo solo es tan duro como la capa, por lo que, a medida que esta se desgasta, el filo se pierde. Tampoco es adecuado para trabajos en caliente, donde la capa se sobretempla y el núcleo carece de resistencia en caliente, ni para matrices de alta compresión, donde incluso una capa de 60 HRC es demasiado delgada para soportar cargas de conformado pesadas. El núcleo blando se deforma bajo la capa, lo que provoca que esta se agriete o se desprenda.

Cuando 8620 es la elección correcta

El acero 8620 es el material idóneo para engranajes y ejes sometidos a cargas de flexión e impacto, que requieren un núcleo de gran resistencia. Funciona bien en aplicaciones donde el desgaste se concentra en la superficie, donde una forma compleja se deformaría gravemente con un endurecimiento total y donde la alta resistencia a la fatiga es fundamental, ya que la capa carburizada genera tensiones residuales de compresión.

Conceptos erróneos comunes

“El acero 8620 se puede endurecer como el acero para herramientas.” No es posible. Con aproximadamente un 0,20 % de carbono, el temple convencional no permite la formación de martensita con la dureza necesaria. La superficie debe carburizarse previamente.

“8620 es una alternativa más económica a O1 o A2 para morir.” No lo es. Su núcleo blando y su carcasa delgada lo hacen inadecuado para troqueles o herramientas de corte, y un troquel 8620 se estropearía rápidamente.

“Los compuestos 8620 y D2 son similares porque ambos contienen cromo.” No lo son. El acero D2 contiene aproximadamente un 12 % de cromo, que forma carburos que mejoran la resistencia al desgaste. El acero 8620 contiene entre un 0,4 % y un 0,6 % de cromo únicamente para mejorar su templabilidad. Es el mismo elemento, pero su propósito y nivel son muy diferentes.

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