Materiales y grados
Acero de cementación 20MnCr5 (1.7147): equivalentes 5120, 20Mn5Cr5, SCr420 y SMnC420
El 20MnCr5 (1.7147) es un acero de cementación al manganeso-cromo con 0.17–0.22 % de carbono y mayor resistencia del núcleo que el 16MnCr5, que se usa para engranes, ejes y piezas de levas. El grado estadounidense más cercano es el 5120, la India incluye el 20Mn5Cr5 en IS 4432, y los más cercanos en Japón son el SCr420 y el SMnC420.
Nombres por norma
Cómo se llama en cada región
| Región | Sistema | Designación | Norma | Coincidencia |
|---|---|---|---|---|
| USA | AISI/SAE | 5120Saarstahl lo asocia con el 20MnCr5. El 5120 tiene 0.70–0.90 % de manganeso y de cromo, menos que el 20MnCr5. | SAE J404 | Equivalente más cercano |
| EU | Nombre según EN 10027-1 | 20MnCr5Carbono 0.17–0.22 %, manganeso 1.10–1.40 %, cromo 1.00–1.30 %. | EN 10084:2008 | Mismo material |
| Número según EN 10027-2 | 1.7147Número de material del 20MnCr5. | EN 10084 | Mismo material | |
| Nombre según EN 10027-1 | 20MnCrS5 (1.7149)Misma aleación con rango de azufre controlado (0.020–0.040 %) para maquinado. | EN 10084 | Equivalente más cercano | |
| India | IS 4432 | 20Mn5Cr5Carbono 0.17–0.22 %, manganeso 1.00–1.40 %, cromo 1.00–1.30 %. La versión con azufre controlado es el 20Mn5Cr5-S. | IS 4432:1988 | Equivalente |
| Japan | JIS G 4053 | SCr420Cromo 0.90–1.20 %, pero manganeso de solo 0.60–0.90 %. | JIS G 4053 | Equivalente más cercano |
| JIS G 4053 | SMnC420Manganeso 1.20–1.50 %, pero cromo de solo 0.35–0.70 %. | JIS G 4053 | Equivalente más cercano |
Sobre la equivalencia
- El 20MnCr5 y el SAE 5120 no son equivalentes en estricto sentido. El 5120 tiene 0.70–0.90 % de manganeso y de cromo, frente a 1.10–1.40 % de manganeso y 1.00–1.30 % de cromo del 20MnCr5, por lo que el 20MnCr5 tiene una templabilidad mucho mayor.
- Saarstahl y Swiss Steel no asocian ningún grado de British Standard con el 20MnCr5, por lo que la región del Reino Unido se omite aquí. Los compradores del Reino Unido piden el 20MnCr5 según EN 10084. Algunos distribuidores citan 527M20, pero ese nombre no pudo confirmarse con una fuente de acería.
- La India designa el grado como 20Mn5Cr5 en IS 4432, con manganeso de hasta 1.40 % y un máximo de fósforo de 0.035 % frente a 0.025 % en EN 10084.
- JIS G 4053 no tiene una coincidencia exacta. El SCr420 tiene el cromo (0.90–1.20 %) pero menos manganeso (0.60–0.90 %). El SMnC420 tiene el manganeso (1.20–1.50 %) pero solo 0.35–0.70 % de cromo.
- El límite superior de cromo varía según la fuente: EN 10084 indica 1.30 %, mientras que una hoja antigua de Swiss Steel imprime 1.20 %.
- El 20MnCrS5 (1.7149) es la variante de azufre para fácil maquinado de la misma aleación.
- Los límites de EN 10084 aquí son los de EN 10084:2008 (silicio ≤0.40 %). La ISO 683-3:2019 da silicio de 0.15–0.40 % y cobre ≤0.40 %.
Composición química
Límites de composición, % en masa
| Elemento | 5120EE. UU. · SAE J404 (según la tabla de Tubing China) | 20MnCr5 (1.7147)UE · EN 10084:2008 | 20MnCrS5 (1.7149)UE · EN 10084:2008 | 20Mn5Cr5India · IS 4432:1988 | SCr420Japón · JIS G 4053 | SMnC420Japón · JIS G 4053 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C | 0.17–0.22 | 0.17–0.22 | 0.17–0.22 | 0.17–0.22 | 0.18–0.23 | 0.17–0.23 |
| Si | — | ≤0.40 | ≤0.40 | 0.15–0.35 | 0.15–0.35 | 0.15–0.35 |
| Mn | 0.70–0.90 | 1.10–1.40 | 1.10–1.40 | 1.00–1.40 | 0.60–0.90 | 1.20–1.50 |
| P | ≤0.035 | ≤0.025 | ≤0.025 | ≤0.035 | ≤0.030 | ≤0.030 |
| S | ≤0.040 | ≤0.035 | 0.020–0.040 | ≤0.035 | ≤0.030 | ≤0.030 |
| Cr | 0.70–0.90 | 1.00–1.30 | 1.00–1.30 | 1.00–1.30 | 0.90–1.20 | 0.35–0.70 |
| Ni | — | — | — | — | ≤0.25 | ≤0.25 |
Propiedades mecánicas
Resistencia y dureza
| Condición | Resistencia a la tracción | Límite elástico | Alargamiento | Dureza |
|---|---|---|---|---|
| Recocido blando (+A), en estado de suministroDureza máxima especificada, condición de suministro según EN 10084Fichas técnicas de Saarstahl y Swiss Steel | — | — | — | ≤217 HB |
| Recocido a un rango de dureza (+TH)Rango de dureza especificado, condición de suministro según EN 10084Fichas técnicas de Saarstahl y Swiss Steel | — | — | — | 170–217 HB |
| Tratado a ferrita-perlita (+FP)Rango de dureza especificado, condición de suministro según EN 10084Fichas técnicas de Saarstahl y Swiss Steel | — | — | — | 152–201 HB |
| Núcleo después del temple, revenido a 200 °CResistencia mínima a la tracción, d ≤16 mmFicha técnica de Saarstahl | ≥174 ksi (≥1200 MPa) | — | — | — |
| Núcleo después del temple, revenido a 200 °CResistencia mínima a la tracción, d de 16–40 mmFicha técnica de Saarstahl | ≥145 ksi (≥1000 MPa) | — | — | — |
| Núcleo después del temple, revenido a 200 °CResistencia mínima a la tracción, d de 40–100 mmFicha técnica de Saarstahl | ≥116 ksi (≥800 MPa) | — | — | — |
| Temple en bruto, típico (valores orientativos de la norma DIN 17210 retirada)Diámetro de 11 mm, solo valores orientativosFicha técnica de Swiss Steel | 157–200 ksi (1080–1380 MPa) | 107 ksi (735 MPa) | 7 % | — |
| Temple en bruto, típico (valores orientativos de la norma DIN 17210 retirada)Diámetro de 30 mm, solo valores orientativosFicha técnica de Swiss Steel | 142–186 ksi (980–1280 MPa) | 99 ksi (685 MPa) | 8 % | — |
| Temple en bruto, típico (valores orientativos de la norma DIN 17210 retirada)Diámetro de 63 mm, solo valores orientativosFicha técnica de Swiss Steel | 113–157 ksi (780–1080 MPa) | 78 ksi (540 MPa) | 10 % | — |
| Núcleo de probeta cementada y templada (20Mn5Cr5)Diámetro de 16 mm; rangos de tracción, mínimos de límite elástico y alargamiento; alargamiento sobre longitud de calibre de 5.65√AIS 4432:1988, tabla 4 | 145–189 ksi (1000–1300 MPa) | ≥109 ksi (≥750 MPa) | ≥7 % | — |
| Núcleo de probeta cementada y templada (20Mn5Cr5)Diámetro de 30 mm; rangos de tracción, mínimos de límite elástico y alargamientoIS 4432:1988, tabla 4 | 145–189 ksi (1000–1300 MPa) | ≥102 ksi (≥700 MPa) | ≥8 % | — |
| Núcleo de probeta cementada y templada (20Mn5Cr5)Diámetro de 63 mm; rangos de tracción, mínimos de límite elástico y alargamientoIS 4432:1988, tabla 4 | 116–160 ksi (800–1100 MPa) | ≥80 ksi (≥550 MPa) | ≥10 % | — |
En la práctica
Comportamiento, tratamiento térmico y usos
Características
- Acero al manganeso-cromo sin níquel para piezas sometidas a desgaste que requieren una resistencia a la tracción del núcleo de alrededor de 1000–1300 MPa (Saarstahl).
- Acero de uso amplio para engranes y componentes de máquinas que se maquinan primero y se cementan después (Swiss Steel).
- Mayor templabilidad que el 16MnCr5, por lo que es adecuado para secciones más grandes o mayor resistencia del núcleo.
- Swiss Steel lo describe como generalmente soldable. Suelde antes de cementar.
- Densidad 7.75 g/cm³, módulo de elasticidad 210 GPa, conductividad térmica 42.0 W/(m·K) a 20 °C (Swiss Steel).
- Temperaturas de transformación: Ms de alrededor de 410 °C, Ac1 de alrededor de 740 °C, Ac3 de alrededor de 840 °C (Swiss Steel).
Tratamiento térmico
- Trabajo en caliente: alrededor de 1100–850 °C (Saarstahl, Swiss Steel).
- Normalizado: alrededor de 840–870 °C, enfriado al aire (Saarstahl).
- Recocido blando: alrededor de 650–700 °C, enfriado en horno (Saarstahl, Swiss Steel).
- Cementación: de unos 880–980 °C (Saarstahl); Swiss Steel recomienda 900–950 °C y la IS 4432 indica 890–940 °C.
- Temple del núcleo: alrededor de 860–900 °C, en aceite (Saarstahl); Swiss Steel indica 850–880 °C para un temple único.
- Temple superficial: alrededor de 780–820 °C, en aceite (Saarstahl); IS 4432 indica 790–830 °C.
- Revenido: de unos 150–200 °C (Saarstahl) o 170–210 °C (Swiss Steel).
Usos habituales
- Engranes, piñones y ejes de caja de cambios
- Árboles de levas y piezas de control
- Pasadores de pistón, bujes y husillos
- Componentes de transmisión y de maquinaria general sometidos a desgaste
Aceros aleados y de cementación
Grados similares comparados
| Grado | C % | Mn % | Cr % | Ni % | Resistencia a la tracción, primera condición indicada |
|---|---|---|---|---|---|
| 20MnCr5 | 0.17–0.22 | 0.70–0.90 | 0.70–0.90 | ≤0.25 | ≥174 ksi (≥1200 MPa) |
| 16MnCr5 | 0.13–0.18 | 0.70–0.90 | 0.70–0.90 | ≤0.25 | ≥145 ksi (≥1000 MPa) |
| 18CrNiMo7-6 | 0.15–0.21 | 0.50–0.90 | 1.50–1.80 | 1.40–1.70 | 171–206 ksi (1180–1420 MPa) |
| 655M13 / EN36A | 0.08–0.13 | 0.45–0.65 | 1.00–1.40 | 3.00–3.50 | 102–112 ksi (700–770 MPa) |
| 815M17 / EN353 | 0.14–0.20 | 0.60–0.90 | 0.80–1.20 | 1.20–1.50 | ≥174 ksi (≥1200 MPa) |
| 4320 / SNCM420 | 0.17–0.22 | 0.45–0.65 | 0.40–0.60 | 1.65–2.00 | 84.1 ksi (580 MPa) |
| 8620 / 20NiCrMo2-2 | 0.18–0.23 | 0.70–0.90 | 0.40–0.60 | 0.40–0.70 | 77 ksi (530 MPa) |
| 9310 | 0.08–0.13 | 0.45–0.65 | 1.00–1.40 | 3.00–3.50 | 187 ksi (1289 MPa) |
| 4130 / 25CrMo4 | 0.28–0.33 | 0.40–0.60 | 0.80–1.10 | ≤0.25 | 85–110 ksi (590–760 MPa) |
| 4135 / 34CrMo4 | 0.33–0.38 | 0.70–0.90 | 0.80–1.10 | ≤0.25 | 145–174 ksi (1000–1200 MPa) |
Composición de la norma estadounidense cuando existe; en los demás casos, la primera norma indicada en la página de cada grado. Las condiciones de resistencia difieren entre grados; abra la página de cada grado para ver la tabla completa.
Preguntas resueltas
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el equivalente del 20MnCr5?
El SAE 5120 es el grado estadounidense más cercano, la India incluye el 20Mn5Cr5 en IS 4432, y los más cercanos en Japón son el SCr420 y el SMnC420. Ninguno es exacto: el 5120 y el SCr420 tienen menos manganeso, y el SMnC420 tiene mucho menos cromo.
¿Es el 20MnCr5 igual al 5120?
No. El 5120 tiene 0.70–0.90 % de manganeso y 0.70–0.90 % de cromo, mientras que el 20MnCr5 tiene 1.10–1.40 % y 1.00–1.30 %. El 20MnCr5 es el acero de mayor templabilidad.
¿Cuál es la diferencia entre el 20MnCr5 y el 16MnCr5?
El 20MnCr5 tiene más carbono, manganeso y cromo. Después del temple superficial, su núcleo alcanza alrededor de 1000–1300 MPa, frente a unos 800–1100 MPa del 16MnCr5.
¿Para qué se usa el 20MnCr5?
Engranes, piñones, ejes, árboles de levas, pasadores de pistón y otras piezas de transmisión cementadas que requieren una superficie dura y un núcleo resistente.
¿Es soldable el 20MnCr5?
Generalmente es soldable por su bajo contenido de carbono, pero lo mejor es soldar antes de cementar. Una zona soldada no se cementará ni endurecerá igual que el acero base.
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Referencias relacionadas
Referencias
Fuentes
- IS 4432:1988 Aceros de cementación (copia pública) — Grados, composición (tabla 1), propiedades del núcleo de probetas cementadas (tabla 4) y guía de tratamiento térmico.
- Kobelco: tablas de normas de alambrón y barras (aceros aleados JIS G 4053 para estructuras de máquinas) — Tablas de composición JIS G 4053 (revisión de 2008).
- Ficha técnica de Saarstahl: 20MnCr5 / 20MnCrS5 — Designaciones internacionales, análisis típico, tratamiento térmico y resistencia mínima a la tracción después del temple.
- Ficha técnica de Swiss Steel (Deutsche Edelstahlwerke): 1.7147 / 1.7149 (20MnCr5 / 20MnCrS5) — Composición (hoja de 2008), designaciones, dureza de suministro, propiedades típicas del núcleo (de DIN 17210) y tratamiento térmico.
- Tubing China: análisis químico de acero aleado (tabla SAE J404) — Límites del 5120; no se indica silicio porque las ediciones difieren.
- ASM Alloy Digest SA-294: acero de cementación al cromo AISI 5120 — Identifica el 5120 como un acero de cementación de bajo carbono y bajo cromo (solo resumen).
Los valores resumen límites publicados y datos típicos. La norma vigente y su edición actual son las que rigen; verifíquelas antes de especificar.