Los mejores materiales para los ejes: Acero al Carbono, Acero Aleado, Hierro Dúctil

Los mejores materiales para los ejes: Acero al carbono, acero aleado, hierro dúctil

¿Qué hace que determinados materiales sean ideales para fabricar ejes? Esta pregunta es crucial para cualquiera que se dedique al diseño mecánico o la ingeniería. Este artículo explora las características del acero al carbono, el acero aleado y la fundición dúctil, detallando sus propiedades mecánicas, su idoneidad para diversas cargas y sus aplicaciones específicas. Al leerlo, comprenderá por qué se prefieren estos materiales para distintos tipos de ejes, lo que le ayudará a tomar decisiones informadas en sus proyectos de ingeniería.

Última actualización:

28 de junio de 2024

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Índice

Los materiales más comunes para los ejes son el acero estructural al carbono, el acero aleado y la fundición dúctil. Los ejes de acero en bruto suelen ser de acero redondo laminado o piezas forjadas.

I. Acero al carbono

El acero al carbono medio de alta calidad 30~50 se utiliza habitualmente para ejes relativamente importantes o muy cargados, entre los cuales el acero 45 es el más utilizado. En el caso de estos materiales, sus propiedades mecánicas pueden mejorarse y potenciarse mediante métodos de tratamiento térmico como el temple y revenido o la normalización.

El acero al carbono ordinario Q235, Q275, etc. puede utilizarse para ejes de poca carga y baja velocidad o ejes de transmisión en general.

II. Acero aleado

El acero aleado tiene unas propiedades mecánicas más completas y un mejor comportamiento en el tratamiento térmico. Por lo tanto, para ejes importantes que soportan una gran carga y tienen un peso y tamaño limitados o unos requisitos elevados de resistencia al desgaste y a la corrosión, se puede utilizar acero aleado y someterlo a determinados tratamientos térmicos.

Hay que tener en cuenta que:

El acero aleado es más sensible a la concentración de tensiones y es más caro;
Dado que el módulo elástico del acero al carbono y del acero aleado es casi el mismo a temperaturas normales, el uso de acero aleado en lugar de acero al carbono no puede lograr el propósito de mejorar la rigidez del eje;
Diversos tratamientos térmicos, químicos y de refuerzo de la superficie (como granallado, laminado, etc.) pueden mejorar significativamente la resistencia a la fatiga o al desgaste del eje, pero tienen poco efecto sobre su rigidez.

III. Fundición dúctil

La fundición dúctil es adecuada para fabricar ejes con formas complejas, como cigüeñales, árboles de levas, etc., y tiene las ventajas de ser barata, tener una resistencia relativamente alta, buena resistencia al desgaste, absorción de vibraciones, maquinabilidad y menor sensibilidad a la concentración de tensiones. Sin embargo, la calidad de las piezas fundidas no es fácil de controlar y la fiabilidad es relativamente baja.

Los materiales habituales para los ejes y sus principales propiedades mecánicas se muestran en la siguiente tabla.

Tabla: Materiales comunes para ejes y sus principales propiedades mecánicas

Material		Tratamiento térmico	Blanco Diámetro/mm	Dureza HBW	Propiedades mecánicas/MPa				Observaciones
Categoría	Grado	Tratamiento térmico	Blanco Diámetro/mm	Dureza HBW	Resistencia última σ_b	Punto de fluencia σ_s	Límite de fatiga por flexión σ_-1	Límite de fatiga por cizallamiento τ_-1	Observaciones
Acero estructural al carbono	Q235	Enfriado por aire tras laminado en caliente o forjado	≤100	-	400～420	225	170	105	Se utiliza para ejes que no son importantes o que soportan una carga pequeña
	Q235	Enfriado por aire tras laminado en caliente o forjado	>100～250	-	375～390	215	170	105
	45	Normalización	≤100	170～217	600	300	275	140	Los más utilizados
	45	Templado	≤200	217 ～ 255	650	360	300	155	Los más utilizados
Acero aleado	40Cr	Templado	≤100	241 ～ 266	750	550	350	200	Se utiliza para ejes importantes que soportan cargas mayores sin impacto significativo
	40Cr	Templado	>100 ～ 300	241 ～ 266	700	550	340	185
	35SiMn (42SiMn)	Templado	≤100	229 ～ 286	800	520	400	205	Rendimiento cercano al 40Cr, utilizado para ejes medianos y pequeños
	35SiMn (42SiMn)	Templado	>100 ～ 300	217 ～ 269	750	450	350	185
	40MnB	Templado	25		1000	800	485	280	Rendimiento próximo al 40Cr, utilizado para ejes importantes
	40MnB	Templado	≤200	241 ～ 286	750	500	335	195
	20Cr	Carburación Enfriamiento Templado	15	Superficie 50 ～ 60HRC	850	550	375	215	Se utiliza para ejes que requieren a la vez gran resistencia y tenacidad
	20Cr		≤60	Superficie 50 ～ 60HRC	650	400	280	160
	20CrMnTi		15	Superficie 50 ～ 62HRC	1100	850	525	300
Fundición dúctil Hierro maleable	QT400-15		-	156 ～ 197	400	300	145	125	Se utiliza para fabricar ejes con formas complejas
Fundición dúctil Hierro maleable	QT600-3		-	197 ～ 269	600	420	215	185	Se utiliza para fabricar ejes con formas complejas