Comparación de especificaciones de acero para engranajes entre GB, DIN, JIS y AISI: qué puede y qué no puede decirle la conversión

Comparación de especificaciones de acero para engranajes entre GB, DIN, JIS y AISI: qué puede y qué no puede decirle la conversión

Tomemos un solo engranaje como ejemplo. Un plano, de origen chino, especifica 20CrMnTi. El plano del comprador alemán nombra 16MnCr5 o 20MnCr5. De Japón llega SCM420, y de Estados Unidos, 8620. En cuanto a significado, estos cuatro se sitúan en el mismo vecindario y, sin embargo, ninguno de ellos puede tratarse como idéntico a otro. Cuando hacemos referencia cruzada de grados, lo que realmente hacemos es tomar un grado definido en un sistema de normas y alinearlo con su contraparte más cercana en un segundo sistema, usando como base las ventanas de composición química y las exigencias de templabilidad. De ello solo resulta una correspondencia aproximada. La sustitución es un asunto aparte —fabricar la pieza en un grado distinto al que nombra el plano— y multiplica la carga de trabajo: los límites superiores e inferiores de composición, las curvas de templabilidad por enfriamiento en el extremo, los límites de inclusiones y los ajustes del tratamiento térmico exigen cada uno una verificación nueva. A continuación encontrará tablas de referencia cruzada de cuatro sistemas que cubren las tres familias habituales de acero para engranajes (cementación, temple y revenido, nitruración), las bandas de propiedades mecánicas de los grados GB y las cinco verificaciones que preceden a cualquier sustitución.

I. Tres términos que deben mantenerse separados

Referencia cruzada de grados. Usando relaciones aproximadas de rangos de composición química y propiedades mecánicas, un grado bajo el sistema de normas A se corresponde con un grado comparativamente cercano en el sistema B. Lo que esto produce es un rango candidato, no un permiso para sustituir.

Sustitución (reemplazo de material). El plano del cliente nombra un grado y el proveedor fabrica en otro. La composición, la templabilidad, la limpieza y la ruta de tratamiento térmico deben confirmarse de nuevo en esta etapa y, en la mayoría de los casos, el cliente debe dar la aprobación por escrito.

Templabilidad. La profundidad de la capa endurecida que un acero puede desarrollar durante el temple define esta propiedad; el ensayo de enfriamiento en el extremo (Jominy) es el método de medición, y GB/T 225 es la implementación nacional. Dos grados cuyos nombres coinciden o casi coinciden pueden seguir curvas de templabilidad diferentes: un punto de fallo frecuente cuando se intenta la sustitución.

II. Acero para engranajes de cementación: referencia cruzada de cuatro sistemas

• China GB 20CrMnTi: — (sin equivalente directo)
  • Japón JIS: SMK22
  • EE. UU. AISI/SAE: —
  • Aplicaciones comunes: Engranajes cementados tipo caja de cambios automotriz, gran uso nacional
• China GB 20CrMo: 20CrMo5 / 1.7320
  • Japón JIS: SCM420
  • EE. UU. AISI/SAE: 4118 / 4120
  • Aplicaciones comunes: Engranajes cementados de módulo pequeño y mediano
• China GB 20CrNi2Mo: 20NiCrMo2-2 / 1.6523
  • Japón JIS: SNCM420
  • EE. UU. AISI/SAE: 4320
  • Aplicaciones comunes: Engranajes cementados para servicio pesado
• China GB 20CrNiMo: 20NiCrMo2-2 / 1.6523
  • Japón JIS: SNCM220
  • EE. UU. AISI/SAE: 8620
  • Aplicaciones comunes: Engranajes cementados de uso general

Donde la tabla muestra “—”, el sistema no tiene un grado común que pueda corresponderse directamente. Eso no significa que el acero de cementación alemán no pueda fabricar el mismo engranaje; significa que el trabajo debe pasar por la verificación de templabilidad y composición, y la sustitución se realiza solo después de que ambas partes la confirmen. El caso inverso también importa: cuando un cliente nombra aceros de cementación de norma alemana como 16MnCr5 o 20MnCr5, el proveedor debe mirar primero el tamaño de la sección transversal y la profundidad de capa requerida antes de decidir cuál de los dos tomar.

III. Acero para engranajes templado y revenido: referencia cruzada de cuatro sistemas

• China GB 40Cr: 41Cr4 / 1.7035
  • Japón JIS: SCr440
  • EE. UU. AISI/SAE: 5140
  • Aplicaciones comunes: Engranajes templados y revenidos de carga media
• China GB 42CrMo: 42CrMo4 / 1.7225
  • Japón JIS: SCM440
  • EE. UU. AISI/SAE: 4140 / 4142
  • Aplicaciones comunes: Engranajes de alta resistencia de uso general, ejes de engranajes
• China GB 35CrMo: 34CrMo4 / 1.7220
  • Japón JIS: SCM435
  • EE. UU. AISI/SAE: 4135
  • Aplicaciones comunes: Engranajes de sección transversal media
• China GB acero 45: C45 / 1.0503
  • Japón JIS: S45C
  • EE. UU. AISI/SAE: 1045
  • Aplicaciones comunes: Engranajes de baja velocidad y carga ligera
• China GB 40CrNiMo: 40CrNiMo6 / 1.6511
  • Japón JIS: SNCM439
  • EE. UU. AISI/SAE: 4340
  • Aplicaciones comunes: Ejes de engranajes de alta resistencia
• China GB 34CrNiMo: 34CrNiMo6 / 1.6582
  • Japón JIS: —
  • EE. UU. AISI/SAE: —
  • Aplicaciones comunes: Engranajes templados y revenidos de sección transversal grande

El acero templado y revenido se corresponde de manera más ordenada que el acero de cementación, ya que las familias con cromo y con molibdeno tienen series maduras en todos los sistemas. Aplica una advertencia. La correspondencia del acero 45 con C45 y S45C es bastante común, pero el acero 45 por sí solo tiene templabilidad limitada; una vez que la sección transversal crece, la dureza decae a través de la sección más bruscamente que con 42CrMo. Por lo tanto, usar acero 45 para temple y revenido de piezas de sección transversal grande merece cuidado.

IV. Acero para engranajes de nitruración: referencia cruzada

Cada sistema ofrece pocos grados de acero de nitruración, por lo que el rango de elección es más estrecho que para el acero de cementación. La nitruración aporta poca distorsión y alta dureza del flanco del diente, lo que conviene a piezas de precisión que resultan inconvenientes de rectificar después del tratamiento térmico. La contrapartida es una capa endurecida delgada, lo que lo descarta para condiciones de impacto fuerte.

V. Rangos de propiedades mecánicas de grados GB comunes

Estas cifras sirven para un juicio rápido del nivel del grado. Los valores específicos están sujetos al certificado de calidad de la acería y a la reinspección de recepción.

De esta tabla se puede leer una línea. El acero de cementación obtiene su resistencia de la capa endurecida superficial mientras la dureza del núcleo se mantiene a 30~45 HRC para conservar la tenacidad; el acero templado y revenido obtiene su resistencia del temple a través de toda la sección, con la dureza situada en la banda de 240~320 HB. Qué ruta tomar depende de si la tensión de contacto del flanco del diente o la tensión de flexión del pie del diente es la más crítica, no de qué grado suena más avanzado.

VI. La dureza como unidad compartida para la comparación entre sistemas

Un plano puede llevar HRC, otro HB, un tercero HV, así que siempre que un engranaje deba juzgarse frente a los tres, un paso de conversión es inevitable. Los niveles que se encuentran con más frecuencia (valores aproximados):

• HRC 25: 255
  • HV: 260
  • Correspondencia típica: Acero de medio carbono, templado y revenido
• HRC 30: 285
  • HV: 290
  • Correspondencia típica: Acero templado y revenido
• HRC 40: 370
  • HV: 380
  • Correspondencia típica: Acero de medio carbono, templado y revenido
• HRC 48: 455
  • HV: 470
  • Correspondencia típica: 40Cr templado por inducción
• HRC 52: 510
  • HV: 525
  • Correspondencia típica: Acero aleado, templado
• HRC 58: 580
  • HV: 610
  • Correspondencia típica: 20CrMnTi, cementado y templado
• HRC 62: 640
  • HV: 670
  • Correspondencia típica: Acero rápido / acero de cementación

Niveles comunes de requisitos de dureza para engranajes:

• Tipo de engranaje Engranaje cementado y templado: Cementar + templar + revenido bajo
  • Rango de dureza común: 58~62 HRC
  • Descripción: Flanco del diente duro, núcleo tenaz, resistente al impacto
• Tipo de engranaje Engranaje templado y revenido + templado por inducción: Templar y revenir + temple por inducción del flanco del diente
  • Rango de dureza común: 48~55 HRC
  • Descripción: Flanco del diente duro, el núcleo conserva tenacidad
• Tipo de engranaje Engranaje templado y revenido: Templar y revenir
  • Rango de dureza común: 280~320 HB
  • Descripción: Resistencia media, usado para velocidades medias y bajas
• Tipo de engranaje Engranaje nitrurado: Templar y revenir + nitruración gaseosa/por plasma
  • Rango de dureza común: ≥50 HRC (capa nitrurada)
  • Descripción: Poca distorsión, resistente al desgaste
• Tipo de engranaje Engranaje templado a través de toda la sección: Templar a través de toda la sección + revenido bajo
  • Rango de dureza común: 45~55 HRC
  • Descripción: Engranajes de módulo pequeño

Estas relaciones de conversión solo son válidas dentro de un rango aproximado. Por debajo de 20 HRC la escala Rockwell C da errores grandes y debe usarse en su lugar la escala HRB; por debajo de 450 HB, HRC y HB pueden estimarse aproximadamente como HRC ≈ (HB − 200) / 10. Debido a que el error de medición crece en regiones por debajo de 20 HRC, la escala de inspección debe acordarse en la aceptación.

VII. Cinco puntos a verificar antes de la sustitución

• Composición química: Cada norma tiene diferencias en los límites superior e inferior de Si, Mn, Cr, Ni, Mo; verificar elemento por elemento
• Templabilidad: Comparar según los datos de enfriamiento en el extremo, no inferir a partir del nombre del grado; cuanto mayor es la sección transversal, más crítico
• Limpieza: Cada norma tiene requisitos diferentes para el contenido de S y P y los niveles de inclusiones
• Proceso de tratamiento térmico: Después de cambiar el material, la temperatura de cementación, el potencial de carbono, el medio de temple y los parámetros de revenido deben reconfirmarse
• Especificación del cliente: Cuando el plano especifica explícitamente una norma y un grado, comprar según la especificación; los cambios requieren confirmación del cliente

VIII. Perspectivas prácticas

• Para pedidos de exportación, establecer primero contra qué norma inspecciona el cliente. El plano puede decir 20CrMnTi mientras el cliente alemán inspecciona según la norma alemana; la dificultad normalmente no es si la pieza puede fabricarse, sino contra qué valores se presenta para inspección. Una frase en el acuerdo técnico que indique el número de norma del material y el rango de composición ahorra más problemas que una discusión posterior.
• Confiar en la curva de enfriamiento en el extremo antes que en la etiqueta del grado. Las acerías envían el mismo grado nominal con anchos de banda de templabilidad diferentes. Cuando la templabilidad es un requisito, poner los valores J en la especificación de compra y verificarlos durante la reinspección de recepción; eso supera a leer solo el grado en el certificado.
• Un cambio de material arrastra consigo los parámetros de tratamiento térmico. Cambiar solo la anotación del plano mientras se llama al proceso de cementación como antes es una fuente común de anomalías por lote: cuando el contenido de níquel cambia, la profundidad de capa obtenida con el mismo potencial de carbono y tiempo también cambia.
• Los informes de inspección deben llevar el grado, el número de norma y el estado de tratamiento térmico completos. En la inspección de exportación, un informe que solo dice “acero aleado, HRC58” deja al cliente incapaz de cotejarlo con los requisitos del plano; escribir los tres completos cierra la cadena de trazabilidad.

Entre el grado del material y el engranaje terminado hay varias etapas: mecanizado e inspección de engranajes cilíndricos de precisión, torneado, fresado y tratamiento térmico de piezas de transmisión tipo eje y procesos de mecanizado de precisión y rectificado de engranajes. Para piezas de series estándar como las cremalleras, el propio número de pieza codifica el material: en GY-CSTGH-020-10-S, la posición C representa S45C y M representa SCM440, mientras que 020 denota módulo M2 y 10 denota longitud 1000mm. Cuando un plano requiere una revisión de ingeniería que cubra material y tratamiento térmico, contáctenos.

PinyiGear suministra engranajes de precisión y piezas de transmisión según plano, con documentación de material y tratamiento térmico trazable a la norma nombrada en el pedido.