Domine los materiales CNC: Guía completa para selección de acero y aluminio

En sectores que requieren piezas de alto rendimiento y duraderas, como las industrias automotriz, aeroespacial y robótica, el acero y el aluminio tienden a ser los materiales de elección para muchas aplicaciones. Sin embargo, el acero y el aluminio tienen características físicas y puntos de precio muy diferentes, por lo que es muy importante determinar cuál es más adecuado para una pieza dada.

Uno de esos factores determinantes es típicamente el método de fabricación, que en estas industrias a menudo es el mecanizado CNC. Al mecanizar una pieza de metal, hay varias razones clave por las que el acero puede ser una opción de material más apropiada que el aluminio. Si bien el aluminio es increíblemente ligero, el acero es mucho más fuerte. Además, el aluminio tiende a ser mucho más caro.

Sin embargo, la elección no se reduce solo a aluminio versus acero. El acero es en realidad una familia de materiales, y es importante evaluar cuidadosamente diferentes aceros —y sus respectivas ventajas y limitaciones— durante el proceso de selección de materiales. Aquí están cuatro de los tipos de acero más comúnmente mecanizados, y lo que los equipos de producto deben saber sobre cada uno.

1. Acero 4140

El acero 4140 se usa en numerosas industrias debido a su alta resistencia a la fatiga, tenacidad general y resistencia a la abrasión e impacto. La composición química del 4140 lo hace particularmente fuerte, tenaz, dúctil y endurecible. Además, el cromo y molibdeno contribuyen a la resistencia a la corrosión, y el contenido de manganeso y carbono aumentan aún más la endurecibilidad mientras promueven la desoxidación. Se considera altamente versátil y fácilmente mecanizable, y puede usarse para muchas piezas de acero de propósito general.

El acero 4140 es mucho más tenaz que los aceros al carbono simples, por lo que requiere más fuerza para un conformado efectivo. Además, al mecanizar acero 4140, el recocido es más importante que con aceros simples de bajo carbono. Aunque a menudo se endurece por temple, el 4140 no se suelda fácilmente y requerirá tratamiento térmico pre y post-soldadura para prevenir grietas, así como tener en cuenta el uso de un material de aporte compatible.

El 4140 demanda un coste de material ligeramente superior al acero al carbono puro no aleado, así como un coste de mecanizado sustancialmente mayor. Sin embargo, debido a que es tan fuerte y duradero, se considera altamente rentable.

Especificaciones mecánicas:

• Tratamiento térmico: Temple en aceite, temple a 540 °C, redondo de 25 mm
• Resistencia a la tracción máxima: 1140 MPa
• Elongación a la rotura: 18%
• Módulo de elasticidad: 205 GPa
• Dureza: 35 HRC

2. Acero 1018

El acero 1018 es un acero al carbono de propósito general compuesto de hierro, carbono, manganeso, fósforo y azufre. El acero 1018 tiene excelente soldabilidad, pero no es tan duro como otros aceros.

El beneficio principal del acero 1018 es su trabajabilidad. Es muy fácil de conformar, forjar, soldar y trabajar en caliente, lo que lo hace favorable para piezas que requieren dobleces severos u otras características finas. Como tal, el acero 1018 se usa a menudo para aplicaciones como ejes, husillos, pasadores o varillas. También se considera una buena opción para piezas cementadas.

Aunque el acero 1018 puede soldarse, la soldadura no se recomienda cuando el acero ha sido carbonitrurado y cementado. Esta es una limitación que los equipos de fabricación deben conocer al trabajar con acero 1018. Debido a la textura relativamente blanda del material, también puede ser difícil de acabar.

La mecanizabilidad, resistencia y precisión del acero 1018 vienen con una etiqueta de precio alta. Es más caro que algunos aceros comparables, pero está mucho mejor adaptado para el mecanizado CNC que estos aceros similares.

Especificaciones mecánicas:

• Estirado en frío
• Resistencia a la tracción máxima: 440 MPa
• Elongación a la rotura: 15%
• Módulo de elasticidad: 200 GPa
• Dureza: 71 HRB

3. Acero 1045

El acero 1045 está compuesto de hierro, carbono, silicio, manganeso y azufre o fósforo. Es un acero de carbono medio diseñado para resistencia y dureza. Su precisión dimensional, rectitud y concentricidad lo hacen especialmente adecuado para aplicaciones de alta velocidad. Se usa frecuentemente para fabricar pernos, espárragos, engranajes, ejes y árboles.

El 1045 a menudo se selecciona por su resistencia relativa y resistencia al impacto. El acero 1045 mide 54 en la prueba de impacto Izod. También es altamente mecanizable y puede soldarse más fácilmente que aceros de alto carbono o alta aleación, ya sea en condición estirada en frío o normalizada.

Sin embargo, dado que el 1045 es un acero de resistencia a la tracción media y endurecibilidad media, no es adecuado para aplicaciones que requieren un material de muy alta resistencia. Para aplicaciones que requieren más resistencia y resistencia al desgaste que los aceros suaves, pero menos que los aceros más duros, el 1045 puede ser una buena opción.

El acero 1045 puede endurecerse por llama o inducción en condiciones tanto laminadas como normalizadas. Sin embargo, no responde favorablemente al nitrurado, ya que carece de los elementos de aleación requeridos.

El acero 1045 es más caro y ofrece mayor resistencia que el acero 1018, pero gran parte de la misma soldabilidad y mecanizabilidad, contribuyendo a su mayor coste.

Especificaciones mecánicas:

• Estirado en frío
• Resistencia a la tracción máxima: 625 MPa
• Elongación a la rotura: 12%
• Módulo de elasticidad: 206 GPa
• Dureza: 88 HRB

4. Acero 4130

Considerado un acero de bajo carbono, el acero 4130 está compuesto de hierro, carbono, cromo, manganeso, molibdeno, fósforo, silicio y azufre. El 4130 es un acero excepcionalmente tenaz que es relativamente fácil de tratar térmicamente y altamente trabajable.

El acero 4130 ofrece un módulo de elasticidad superior al de la mayoría de los otros aceros de resistencia última similar, lo que le permite soportar altas tensiones. Esta cualidad hace que el acero 4130 sea especialmente favorable como acero estructural, usado para diversas aplicaciones de construcción. Por todas estas razones, el 4130 se usa frecuentemente en la creación de equipos de fabricación, maquinaria de trituración de rocas y productos de soldadura por resistencia. El acero 4130 es adecuado para una variedad de procesos de tratamiento térmico.

Si bien el acero 4130 es altamente tratable térmicamente, puede ser difícil de soldar. Su alta endurecibilidad hace que sea difícil seleccionar un metal de aporte compatible que tenga resistencia comparable. Se necesita una comprensión de las propiedades del 4130 y las propiedades de cualquier metal de aporte para soldar exitosamente este acero.

El acero 4130 es un acero de coste relativamente bajo, tanto en términos de coste de materia prima como de corte. Es, en muchos aspectos, comparable al acero inoxidable de grado aeronáutico en sus propiedades físicas, pero viene con una etiqueta de precio mucho más baja, lo que lo convierte en una opción deseable para muchos equipos de producto.

Especificaciones mecánicas:

• Temple en agua a 855 °C, temple a 450 °C, redondo de 25 mm
• Resistencia a la tracción máxima: 993 MPa
• Elongación a la rotura: 18,5%
• Módulo de elasticidad: 205 GPa
• Dureza: 31 HRC

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El mecanizado CNC es un proceso de fabricación altamente versátil que permite la creación rápida de piezas fuertes y funcionales hechas de innumerables materiales, incluyendo aceros. Sin embargo, determinar el mejor acero —u otro metal o plástico— para un proyecto dado puede ser un desafío y consumir mucho tiempo, especialmente cuando se enfrenta a tantas opciones.

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