Selección de material para ejes: 40Cr frente a CK45

Condiciones de servicio del eje y el problema de la denominación CK45

Para un eje sometido a par constante, carga alternante, flexión o impacto, parta del plano y del registro de condiciones de servicio. Señale los escalones, chaveteros, estriados, taladros transversales, roscas y pequeños radios de acuerdo donde se concentran las tensiones. Registre la sección que realmente se someterá a temple y revenido. Así, la comparación de materiales se basa en una pieza y un proceso concretos.

La designación CK45 debe aclararse cuando aparece sin una norma. C45 y C45E según ISO 683-1 tienen requisitos definidos de producto, estado de entrega, composición química y propiedades dependientes de las dimensiones. SAE J403 establece la composición química y las reglas de análisis para SAE 1045; el pedido también necesita una especificación de producto y requisitos de propiedades. Antes de solicitar alternativas, pregunte al responsable del plano qué designación se exige.

40Cr es un acero estructural aleado al cromo según GB/T 3077-2015. Conviene evaluarlo cuando la sección y la respuesta requerida al tratamiento térmico justifican el uso de un acero aleado. Los valores prescritos para la probeta de referencia deben comprobarse frente al diámetro del eje, la ruta de tratamiento y el muestreo acordado. No describen las propiedades en todos los puntos de un eje terminado.

En cada oferta, indique el grado y la norma requeridos junto con el estado de entrega, la sección durante el tratamiento térmico, el punto de ensayo, la secuencia final de mecanizado y las desviaciones permitidas. Resuelva por escrito cualquier conflicto entre el pedido de compra, el plano, la especificación del cliente y la norma del material. De lo contrario, dos precios aparentemente comparables pueden corresponder a requisitos distintos de material e inspección.

Fuentes:[1][2][3]

Composición química y criterios de propiedades según cada norma

La tabla de composición química explica por qué estas rutas pueden coincidir en algunas aplicaciones, pero no certificarse como intercambiables por su nombre. 40Cr contiene 0.80–1.10 % en masa de cromo. En cambio, C45 y SAE 1045 son aceros de medio carbono con límites para elementos residuales, no con esa misma adición intencionada de cromo. C45E conserva los intervalos principales de C45, pero exige límites más estrictos de fósforo y azufre. Si el plano exige el sufijo E, no debe suministrarse C45 sin ese sufijo salvo aprobación.

Las propiedades mecánicas también se especifican de forma distinta. GB/T 3077 publica valores para una probeta de referencia de 40Cr sometida al tratamiento térmico prescrito. ISO 683-1 publica valores +QT vinculados a la forma del producto C45 y al intervalo de sección determinante. SAE J403 no establece un único rango de resistencia a la tracción, límite elástico, resistencia al impacto, alargamiento o dureza aplicable a todas las barras SAE 1045 en su estado de entrega. Por tanto, una oferta puede indicar una composición química correcta y seguir siendo técnicamente incompleta respecto al estado, las dimensiones, el muestreo o las propiedades.

Utilice ISO 6892-1 o la alternativa aceptada como método de ensayo solo después de que la especificación del producto y el pedido hayan fijado la geometría, orientación, ubicación y estado de la probeta, la frecuencia de ensayo, los criterios de aceptación y las reglas de reensayo. El resultado de una muestra tratada térmicamente por separado o de una pequeña prolongación para toma de probetas no debe presentarse como representativo de las propiedades del núcleo de una pieza en bruto de eje de mayor tamaño, salvo acuerdo expreso.

Fuentes:[1][2][3][5]

Fuentes:[1][2][3][5]

Tamaño de sección y templabilidad en contexto.

El diámetro relevante corresponde a la sección durante el tratamiento térmico. Una muestra pequeña se enfría de forma distinta al núcleo de una pieza en bruto de eje de gran tamaño. Confirme la sección determinante, las posiciones radiales y axiales de las probetas y si la muestra procede de la barra entregada, de una prolongación para toma de probetas o de una pieza tratada térmicamente por separado. Si el desbaste se realiza antes del temple y revenido finales, indique esa dimensión intermedia en el plan de fabricación.

ISO 642:2024 define el ensayo Jominy de templabilidad mediante temple de un extremo. Los datos Jominy ayudan a comparar coladas y a estimar la respuesta relativa de endurecimiento en profundidad, pero no predicen directamente el historial térmico completo, las propiedades del núcleo, la distorsión, las tensiones residuales ni la resistencia a la fatiga de un eje de producción. Si la templabilidad es relevante para el diseño, defina la banda Jominy admisible u otra forma de verificar la sección y exija después una validación sobre la sección de producción al diámetro pedido.

Una mayor resistencia a la tracción no basta para determinar el comportamiento a fatiga. El acabado superficial, la descarburación, las inclusiones, los daños de rectificado, las marcas de enderezamiento, la fabricación de roscas o estriados, los radios de los chaveteros, los ajustes por interferencia, el fretting y las tensiones residuales pueden influir en la iniciación de grietas. Traslade los requisitos de superficie y geometría del plano al pedido de compra y a los controles posteriores al procesamiento final.

Cuando importen la resistencia al impacto o la tenacidad, indique el método, tipo de probeta, entalla, orientación, ubicación, temperatura y frecuencia de ensayo, mínimos exigidos para los valores individuales y medios, y procedimiento de reensayo. No compare un valor GB de referencia KV2 con un resultado ISO salvo que coincidan las definiciones de probeta, temperatura y aceptación.

Maximov y sus coautores estudiaron probetas de 42CrMo4 tratadas térmicamente y acabadas mediante torneado en seco y bruñido con diamante. Sus resultados de fatiga muestran por qué el proceso final de acabado superficial debe incluirse al evaluar un eje. La evidencia corresponde a otra aleación y a una ruta definida de preparación de probetas; no establece una clasificación entre 40Cr y CK45 ni proporciona una tensión admisible para ejes. ^[7]

Fuentes:[1][2][4][5]

Mecanizado, tratamiento térmico, eliminación de material superficial y rectitud

Una RFQ para un eje debe indicar tanto las dimensiones de compra como las finales. Especifique las dimensiones tras forja o laminación, las dimensiones después del desbaste, los diámetros finales de los asientos de apoyo y de sellado, la longitud, el sobrematerial y la sección durante el tratamiento térmico. Si el proveedor ofrece barra pelada o rectificada, defina si esa superficie permanecerá en el componente o se eliminará. La ruta de acabado superficial afecta a la exposición a la descarburación, la detección de defectos, el sobrematerial de mecanizado, la rectitud y la evidencia disponible antes del acabado final.

La secuencia es importante. El temple y revenido, el alivio de tensiones, el endurecimiento por inducción, la nitruración, el cromado, el rectificado, el pulido y el enderezamiento pueden modificar la dureza, las tensiones residuales, las dimensiones y la integridad superficial. Identifique al responsable de cada operación, el estado del material que cubre cada ensayo y si el certificado describe la barra entregada o el eje final. Si el comprador realiza un tratamiento térmico después de la entrega, la dureza a la recepción sirve para controlar el proceso, no para demostrar las propiedades finales.

Especifique la rectitud mediante un criterio medible, no mediante un adjetivo. Indique si se utiliza la lectura total del comparador o un método de medición de la holgura, la disposición y separación de los apoyos, la temperatura de medición, la superficie de referencia, el valor admisible y si se evalúan curvaturas localizadas. Defina en qué etapa se realiza el enderezamiento y si después se requiere alivio de tensiones o una nueva inspección. Un eje largo y esbelto puede cumplir los requisitos de composición química y resistencia a la tracción y, aun así, resultar inutilizable si no se han comunicado los criterios de rectitud.

La inspección debe basarse en el riesgo: análisis de colada y de producto cuando se requieran; ensayos mecánicos en puntos definidos; mapa de dureza o perfil de dureza de la capa endurecida en superficie; descarburación y microestructura cuando sean relevantes; inspección dimensional y superficial; ensayos ultrasónicos o por partículas magnéticas con método y criterios de aceptación especificados; y trazabilidad de la colada a cada pieza o lote. ISO 10474 puede identificar el tipo de documento de inspección, pero solo el pedido define qué resultados reales deben figurar en él.

Fuentes:[6]

Redacción de la RFQ para la ruta de suministro requerida y las alternativas

Escriba la designación requerida exactamente como debería aparecer en el certificado. Cuando se permita una alternativa, solicite una comparación de la química, el alcance del producto, la condición, las propiedades de la sección, el muestreo, las dimensiones, la superficie y los requisitos de END. Muestre las diferencias de precio y plazo de entrega por separado. El ingeniero designado o el representante del cliente deben aprobar la desviación antes de la fabricación.

El ejemplo siguiente deja los valores de propiedades para que los complete el responsable del plano. Adjunte el plano del eje y la hoja de selección, incluyendo la sección durante el tratamiento térmico y los diámetros finales de los asientos de apoyo o de sellado. Pida al proveedor que identifique cualquier requisito que no pueda cumplir en el estado de entrega propuesto.

Artículo: Pieza en bruto de eje desbastada, [plano / revisión], [cantidad]
Ruta requerida: 40Cr según GB/T 3077-2015 o C45E según ISO 683-1:2016 [seleccionar una ruta requerida y su edición]; la designación informal CK45 por sí sola no es aceptable
Alternativa: SAE 1045 según SAE J403_202402 más [especificación del producto] solo puede ofrecerse mediante una tabla de desviaciones cláusula por cláusula y requiere aprobación escrita del comprador antes de fabricar
Eje terminado: [diámetros finales / longitud], escalones, radios de acuerdo, chaveteros, estriados, roscas, acabado superficial, método de medición de la rectitud y criterios de aceptación según plano
Tratamiento térmico: [estado de entrega / QT del proveedor / tratamiento posterior del comprador], sección determinante [definición], valores de propiedades [indicar], base del ensayo de impacto [indicar si se requiere], secuencia de endurecimiento por inducción o recubrimiento metálico [indicar]
Sobrematerial de mecanizado: [sobrematerial radial / en extremos], regla de eliminación de defectos, límite de descarburación, ruta de acabado superficial y etapa representada por la inspección
Inspección: Análisis de colada, ensayos mecánicos y puntos de ensayo acordados, dureza [método / mapa], dimensiones, rectitud, superficie, [método y criterios de aceptación UT / MT], trazabilidad de la colada a la pieza en bruto
Certificado: ISO 10474 tipo [indicar tipo], con los resultados reales exigidos en el pedido, identificación de la probeta, estado y revisión del plano
Embalaje / destino: [protección, apoyos, límites por paquete, puerto, Incoterm]

Fuentes:[1][2][3][6]