Acero Inoxidable 420
El acero inoxidable 420 es un acero martensítico de alto carbono con un contenido mínimo de cromo del 12 %, capaz de alcanzar la mayor dureza entre los aceros inoxidables con 12 % de cromo (hasta 50 HRC). Ofrece buena ductilidad en estado recocido y una excelente resistencia a la corrosión cuando está pulido, rectificado o endurecido superficialmente. Su capacidad de temple por tratamiento térmico lo convierte en una opción ideal para piezas que requieren alta resistencia mecánica y resistencia al desgaste.
Composición Química
Sección titulada «Composición Química»La composición química típica del acero inoxidable 420 (UNS S42000) según ASTM A276 se muestra en la siguiente tabla.
| Elemento | Mínimo (% en peso) | Máximo (% en peso) |
|---|---|---|
| Carbono (C) | – | 0.15 |
| Manganeso (Mn) | – | 1.00 |
| Silicio (Si) | – | 1.00 |
| Fósforo (P) | – | 0.040 |
| Azufre (S) | – | 0.030 |
| Cromo (Cr) | 12.0 | 14.0 |
| Hierro (Fe) | Balance | Balance |
Propiedades Mecánicas por Estado de Tratamiento
Sección titulada «Propiedades Mecánicas por Estado de Tratamiento»Las propiedades mecánicas del acero 420 varían significativamente con el tratamiento térmico, alcanzando una resistencia a la tracción máxima de 1620 MPa en estado templado y revenido a 427 °C. Se debe evitar el revenido entre 425 °C y 600 °C debido a la fragilización.
| Estado / Temperatura de revenido (°C) | Resistencia a la tracción (MPa / ksi) | Límite elástico 0.2 % (MPa / ksi) | Elongación (% en 50 mm) | Dureza Brinell (HB) | Impacto Charpy V (J) |
|---|---|---|---|---|---|
| Recocido (Condición A ASTM A276) | 655 (95) | 345 (50) | 25 | 241 máx. | – |
| 204 | 1600 (232) | 1360 (197) | 12 | 444 | 20 |
| 316 | 1580 (229) | 1365 (198) | 14 | 444 | 19 |
| 427 | 1620 (235) | 1420 (206) | 10 | 461 | – |
| 538 | 1305 (189) | 1095 (159) | 15 | 375 | – |
| 593 | 1035 (150) | 810 (117) | 18 | 302 | 22 |
| 650 | 895 (130) | 680 (99) | 20 | 262 | 42 |
Nota: La dureza en recocido es el valor máximo especificado; el resto corresponde a valores típicos después de temple y revenido. El revenido entre 425 °C y 600 °C (zona señalada con # en la fuente original) provoca fragilización y debe ser evitado.
Propiedades Físicas y Térmicas
Sección titulada «Propiedades Físicas y Térmicas»La densidad del acero inoxidable 420 en estado recocido es de 7800 kg/m³ (0.282 lb/in³). Los valores de expansión térmica, conductividad térmica y otras propiedades se detallan a continuación.
| Propiedad | Valor (SI) | Valor (Imperial) |
|---|---|---|
| Densidad | 7800 kg/m³ | 0.282 lb/in³ |
| Módulo elástico | 200 GPa | 29 000 ksi |
| Coef. de expansión térmica medio (0‑100 °C) | 10.3 µm/m·°C | 5.72 µin/in·°F |
| Coef. de expansión térmica medio (0‑315 °C) | 10.8 µm/m·°C | 6.00 µin/in·°F |
| Coef. de expansión térmica medio (0‑538 °C) | 11.7 µm/m·°C | 6.50 µin/in·°F |
| Conductividad térmica a 100 °C | 24.9 W/m·K | 14.4 Btu/(h·ft·°F) |
| Calor específico (0‑100 °C) | 460 J/kg·K | 0.110 Btu/lb·°F |
| Resistividad eléctrica | 550 nΩ·m (55 µΩ·cm) | – |
Resistencia a la Corrosión
Sección titulada «Resistencia a la Corrosión»La resistencia a la corrosión del acero 420 es buena en condiciones de servicio moderadas cuando el material está pulido, endurecido o rectificado, formando una capa pasiva de óxido de cromo. Sin embargo, es inferior a la de aceros inoxidables austeníticos como el 304 o 316, por lo que no se recomienda para entornos altamente agresivos o con exposición prolongada a ácidos fuertes. La adición controlada de azufre (≥0.03 %) mejora la maquinabilidad pero puede reducir ligeramente la resistencia a la corrosión en comparación con grados de bajo azufre.
Tratamiento Térmico
Sección titulada «Tratamiento Térmico»El acero 420 puede endurecerse mediante temple en aceite o al aire desde temperaturas de austenización de 980 °C a 1035 °C. Para obtener la máxima dureza (hasta 50 HRC), se recomienda un revenido bajo entre 150 °C y 370 °C. El revenido entre 425 °C y 600 °C debe evitarse debido a la fragilización de revenido. El recocido se realiza calentando a 840‑900 °C, seguido de un enfriamiento lento en horno para reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad.
Soldadura
Sección titulada «Soldadura»El acero inoxidable 420 presenta soldabilidad limitada debido a su alto contenido de carbono y su tendencia a la formación de martensita frágil en la zona afectada por el calor. Para minimizar el agrietamiento, es necesario precalentar a 200‑300 °C y aplicar un tratamiento térmico post‑soldadura inmediato (revenido alrededor de 650 °C). Se recomienda el uso de material de aporte del tipo 420 (AWS ER420) para mantener propiedades similares.
Maquinabilidad
Sección titulada «Maquinabilidad»En estado recocido, el acero 420 ofrece una maquinabilidad aceptable, inferior a la de la variante 420F (con mayor contenido de azufre), pero superior a la de los aceros inoxidables austeníticos. Después del temple, su alta dureza dificulta las operaciones de mecanizado, por lo que se recomienda desbastar en estado recocido y realizar acabados ligeros tras el tratamiento térmico.
Aplicaciones por Industria
Sección titulada «Aplicaciones por Industria»Gracias a su combinación de alta dureza y moderada resistencia a la corrosión, el acero 420 se emplea en sectores industriales como:
- Médico y dental: instrumental quirúrgico, tijeras, pinzas, bisturíes.
- Cuchillería y cubertería: cuchillos de alta calidad, hojas de corte.
- Procesos industriales: asientos de válvulas, ejes de bombas, componentes de desgaste.
- Transformación de plásticos: moldes de inyección que requieren alta resistencia a la abrasión.
- Herramientas de corte: cizallas, discos de corte, tijeras de chapa.
- Industria alimentaria: superficies de trabajo, piezas de equipos en contacto con alimentos no muy agresivos.
Comparativa con Materiales Similares
Sección titulada «Comparativa con Materiales Similares»La elección del acero 420 frente a otros grados se basa en el equilibrio entre dureza, resistencia a la corrosión y maquinabilidad requerido.
| Material | Razón de elección |
|---|---|
| 410 | Se puede elegir si solo se necesita una dureza endurecida baja, ofreciendo mejor soldabilidad y menor costo. |
| 416 | Se prefiere cuando se requiere alta maquinabilidad, aunque su dureza endurecida y resistencia a la corrosión son inferiores a las del 420. |
| 440C | Se selecciona si se necesita una dureza o resistencia endurecida superior a la que puede ofrecer el 420 (hasta 60 HRC). |
| 420F | Variante de fácil mecanizado con mayor contenido de azufre, pero con una resistencia a la corrosión ligeramente menor. |
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la dureza máxima alcanzable del acero 420?
Sección titulada «¿Cuál es la dureza máxima alcanzable del acero 420?»La dureza máxima es de 50 HRC, la más alta entre todos los aceros inoxidables con un 12 % de cromo.
¿Hasta qué temperatura máxima puede trabajar sin perder excesiva resistencia?
Sección titulada «¿Hasta qué temperatura máxima puede trabajar sin perder excesiva resistencia?»Puede utilizarse en servicio continuo hasta aproximadamente 600 °C, siempre que se evite el intervalo de fragilización de revenido (425‑600 °C).
¿Qué tratamiento térmico se recomienda para obtener la máxima dureza?
Sección titulada «¿Qué tratamiento térmico se recomienda para obtener la máxima dureza?»Temple a 1010 °C con enfriamiento en aceite seguido de un revenido bajo alrededor de 205 °C, logrando una dureza de 50 HRC.
¿Cuál es la resistencia a la tracción típica en estado recocido?
Sección titulada «¿Cuál es la resistencia a la tracción típica en estado recocido?»En condición recocida, la resistencia a la tracción es de 655 MPa (aproximadamente 95 ksi).
¿Cuál es la conductividad térmica a temperatura ambiente?
Sección titulada «¿Cuál es la conductividad térmica a temperatura ambiente?»La conductividad térmica medida a 100 °C es de 24.9 W/m·K, equivalente a 14.4 Btu/(h·ft·°F).
¿Qué porcentaje de elongación ofrece en estado recocido?
Sección titulada «¿Qué porcentaje de elongación ofrece en estado recocido?»El alargamiento mínimo en probeta de 50 mm es del 25 %, lo que indica una buena ductilidad antes del endurecimiento.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=972
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/stainless-steel-classifications-d_368.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/steel_alloy_composition_eu.php?name_id=2120