Es uno de los dilemas más frecuentes en el diseño de máquinas: ¿la pieza debe fabricarse en acero de cementación o en acero de bonificación? Ambos se usan en piezas de altas prestaciones, pero consiguen la resistencia por caminos distintos y en lugares distintos.
Aceros de cementación: capa dura, núcleo tenaz
Los aceros de cementación son de bajo carbono (aprox. 0,10–0,25 % C). Tal cual, no se endurecen lo suficiente al templarlos; por eso primero se difunde carbono en su superficie.
- Carburación: La pieza se mantiene a unos 880–950 °C en una atmósfera rica en carbono. El contenido de carbono de la superficie sube al 0,7–0,9 %.
- Temple: La capa superficial enriquecida en carbono se vuelve muy dura; el núcleo de bajo carbono sigue siendo tenaz.
- Revenido a baja temperatura: Normalmente a 150–200 °C, para reducir las tensiones internas.
La dureza superficial resultante suele rondar los 58–62 HRC; la profundidad de capa se elige normalmente entre 0,5 y 2 mm según la aplicación. La superficie resiste el desgaste y la presión de contacto mientras el núcleo absorbe los impactos.
Calidades típicas: C15, 16MnCr5, 20MnCr5, 20NiCrMo2 (SAE 8620) y, para engranajes muy cargados, 17CrNiMo6 y 18CrNi8.
Aceros de bonificación: resistencia en toda la sección
Los aceros de bonificación tienen carbono medio (aprox. 0,25–0,60 % C) y suelen estar aleados con cromo, molibdeno y níquel. El tratamiento térmico tiene dos pasos:
- Temple: El acero se calienta a su temperatura de austenización (según la calidad, unos 820–880 °C) y se enfría rápidamente en aceite o agua.
- Revenido a alta temperatura: Se mantiene a unos 540–680 °C para transformar parte de la dureza en tenacidad.
Tras este bonificado, el material tiene alto límite elástico y tenacidad no solo en la superficie sino en toda la sección. El 42CrMo4, por ejemplo, alcanza en estado bonificado una resistencia a la tracción de unos 900–1300 MPa, según la sección, hasta unos 100 mm de diámetro; en diámetros mayores el valor baja. Cuanto mayor es la sección, más importa la aleación para que también el centro se endurezca; por eso en ejes de gran diámetro se prefieren calidades con níquel como el 34CrNiMo6.
Calidades típicas: C45, 41Cr4, 34CrMo4, 42CrMo4 (SAE 4140), 50CrMo4, 34CrNiMo6 (SAE 4340).
Comparación
| Acero de cementación | Acero de bonificación | |
|---|---|---|
| Contenido de carbono | Bajo (≈ 0,10–0,25 %) | Medio (≈ 0,25–0,60 %) |
| Tratamiento térmico | Carburación + temple + revenido a baja temperatura | Temple + revenido a alta temperatura |
| Superficie | Muy dura (≈ 58–62 HRC) | Dureza media; temple por inducción si hace falta |
| Núcleo | Tenaz, resistencia relativamente baja | Alta resistencia y tenacidad |
| Mejor frente a | Contacto superficial, desgaste, impacto | Flexión, torsión, fatiga |
| Pieza típica | Engranajes, piñones, pasadores, árboles de levas | Palieres, cigüeñales, ejes, tornillos de alta resistencia |
¿Cuál para cada pieza?
- Engranajes y piñones: El flanco del diente sufre presión de contacto y desgaste, y el pie del diente, impactos y flexión. Como se necesita una capa dura sobre un núcleo tenaz, el acero de cementación es la elección estándar.
- Palieres, cigüeñales, árboles de transmisión: Soportan torsión y flexión alterna en toda la sección. El acero de bonificación es más adecuado.
- Ejes con asientos de rodamiento: Una solución habitual es fabricarlos en acero de bonificación y templar por inducción solo las zonas de rodamiento; así se obtienen a la vez resistencia del núcleo y dureza superficial.
- Pasadores y casquillos: Si predomina el desgaste, acero de cementación; si predomina la capacidad de carga, acero de bonificación.
Qué tener en cuenta antes del pedido
- La cementación puede provocar deformaciones y cambios de medida, por lo que en las superficies de precisión se deja creces para rectificado.
- En los aceros de bonificación, indicar el estado de suministro en la oferta (p. ej. bonificado +QT o recocido blando +A) facilita planificar las operaciones posteriores.
- En secciones grandes, elija la calidad teniendo en cuenta el diámetro para poder alcanzar los valores exigidos.