Acero 45# (C45 / 1045 / S45C): composición química, propiedades mecánicas y aplicaciones de ingeniería

En ingeniería mecánica, el acero 45# es el mejor acero de carbono medio. También se conoce en todo el mundo como AISI 1045, C45 o S45C. Goza de gran popularidad desde hace mucho tiempo porque presenta un equilibrio técnico bien definido: es más resistente que los aceros estructurales de bajo contenido en carbono, puede hacerse más tenaz mediante tratamiento térmico y ofrece una excelente relación calidad-precio.

El nombre “45” se debe a que contiene aproximadamente un 0,451 % de carbono en peso. Este es el factor que más influye en su comportamiento. Cuando el contenido de carbono es tan elevado, el acero puede someterse a un proceso de temple y revenido para hacerlo mucho más resistente y duro que aceros como el Q235 o el 1018. Los aceros con bajo contenido en carbono, por su parte, obtienen su resistencia principalmente del tamaño de sus secciones.

Para ejes, engranajes, bielas, husillos y otras piezas mecánicas, el acero 45# es la opción más habitual. Se prefiere cuando se requiere un endurecimiento completo o superficial, pero los aceros aleados (como el 4140) resultarían excesivos o demasiado caros.

Este artículo analiza el acero 45# como material de ingeniería. En él se relacionan aspectos como la composición química, su comportamiento ante el tratamiento térmico, su facilidad de mecanizado y cómo elegir el material más adecuado para tu proyecto.

¿Qué es el acero 45#? En este artículo se explican las normas para su denominación y cómo se compara con otros tipos de acero en todo el mundo.

Para comprender el acero 45#, debemos analizar las normas que lo definen. La norma nacional china GB/T 699, que se refiere a los aceros estructurales al carbono de alta calidad, lo define.

La norma para la denominación

La regla es sencilla:

• “45”: Esto significa que el contenido medio de carbono es de 0,45%.

• “#”: Un sufijo habitual en la jerga industrial china que significa “número” o “grado”.”

Cursos que equivalen a los de otros países

El acero 45# es un tipo de acero de carbono medio conocido en todo el mundo. Aunque su composición química es similar, sus propiedades finales dependen del tratamiento térmico al que se someta.

Tabla 1: Equivalentes en todo el mundo

Aclaración técnica: “Equivalente” no significa lo mismo. Una chapa C45 de Alemania puede tener unos límites de manganeso distintos a los de una barra 45# de China. Comprueba siempre los certificados específicos de fábrica (MTR) para aplicaciones importantes.

La composición química del acero 45# y su importancia para la metalurgia

El diseño químico del acero 45#, basado en el carbono, determina su rendimiento. Utiliza carbono para aportar resistencia y manganeso para el endurecimiento.

Tabla 2: Composición química común (peso.%)

La función del carbono (0.45%)

• Endurecimiento: Esto permite que se forme martensita al enfriar el acero, lo que lo hace más duro. La superficie puede alcanzar más de 50 HRC y el núcleo, entre 20 y 30 HRC.

• A cambio: Cuanto más carbono haya, más difícil resulta soldar. Existe un riesgo real de que la zona afectada por el calor (HAZ) se agriete.

Por qué el 45# no es una aleación de acero

No contiene suficiente cromo, molibdeno ni vanadio. El cambio de fase hierro-carbono es lo que le confiere sus propiedades. Esto significa que no puede endurecerse en secciones gruesas como el 4140, lo que lo hace menos susceptible al endurecimiento.

Microestructura y mecanismos de resistencia

La microestructura del acero 45# influye directamente en su comportamiento mecánico.

1. Normalizado o recocido (ferrita-perlita)

   • La estructura está compuesta tanto por ferrita blanda como por perlita dura cuando se somete a laminado o normalización.

   • Resultado: Fácil de trabajar, de resistencia media y buena ductilidad. Así es como se suministra habitualmente el material en barras.

2. Templado y revenido (martensita revenida)

   • Tras el calentamiento, la estructura se transforma en martensita templada.

   • Resultado: Firmes, duros y resistentes, pero sin llegar a ser demasiado resistentes. Este es el estado en el que se encuentran los ejes y los engranajes terminados.

Propiedades físicas y mecánicas del acero 45#

En función del tratamiento térmico, las propiedades pueden variar considerablemente. Los ingenieros deben indicar estas condiciones en el plano.

Las condiciones influyen en las propiedades mecánicas

Tabla 3: Propiedades mecánicas comunes

Nota: El endurecimiento por inducción puede hacer que la superficie alcance una dureza de hasta 55 HRC, pero el núcleo suele ser más blando.

Características físicas

• Densidad: 7,85 g/cm³

• Módulo elástico: 206 GPa (la rigidez se mantiene constante independientemente de la temperatura).

• Expansión térmica: alrededor de 11,5 µm/m-°C.

¿Qué ocurre al someter el acero 45# a un tratamiento térmico?

El principal factor que determina el valor del acero 45# es el tratamiento térmico.

1. Normalización (refinamiento)

   • Proceso: Calentar hasta unos 840 °C y, a continuación, dejar enfriar al aire.

   • Objetivo: Mejora el tamaño de los granos tras la forja. Proporciona un punto de partida homogéneo para el mecanizado.

2. Templado y revenido (para aumentar la resistencia)

   • Proceso: Calentar hasta unos 840 °C, enfriar en agua o aceite y, a continuación, templar a una temperatura de entre 500 °C y 600 °C.

   • Objetivo: Aumenta la resistencia del material. El temple en agua es arriesgado (puede provocar grietas), pero funciona con el 45#. El temple en aceite es más seguro, pero no hace que el metal sea tan duro.

3. Templado por inducción (desgaste superficial)

   • Proceso: Calienta la piel con alta frecuencia y, a continuación, rocíala con agua para enfriarla.

   • Objetivo: Mantiene el núcleo duro y dúctil, al tiempo que hace que la capa superficial sea dura y resistente al desgaste (50-55 HRC). Ideal para engranajes y ejes rectos.

Directrices para el procesamiento y la maquinabilidad del CNC

Máquinas fabricadas con acero 45#. Es resistente, pero no tanto como los aceros con bajo contenido en carbono, como el 1018.

Características de mecanizabilidad

• Normalizado: Buena maquinabilidad (clasificación aproximada de 55%). El contenido de perlita hace que las virutas se rompan con bastante facilidad.

• Templado hace que sea mucho más difícil trabajar con él. Tras el endurecimiento, suele ser necesario realizar un mecanizado de acabado o un rectificado.

Consejos sobre CNC

• Herramientas estándar está recubierto de carburo (TiCN/AlTiN).

• Avances y velocidades: No tan rápido. Un avance agresivo ayuda a que las virutas se rompan.

• Acabado superficial: Permite obtener acabados excelentes (Ra 1,6 µm o mejor), ya que no es “pegajoso” como el acero con bajo contenido en carbono.

Control de la soldabilidad y de la zona afectada por el calor (HAZ)

Advertencia: El acero 45# se puede soldar, pero no cede fácilmente.

Los riesgos de la soldadura

El contenido de carbono de 0,45% hace que la martensita se vuelva frágil en la zona afectada por el calor (HAZ) cuando se enfría rápidamente. Esto provoca grietas en frío.

Partes importantes de una especificación de procedimiento de soldadura (WPS)

• Precalentar: Muy importante. Antes de soldar, calienta la pieza hasta una temperatura de entre 150 y 250 grados Celsius para ralentizar el proceso de enfriamiento.

• Mantén la pieza caliente entre cada pasada.

• Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT): Para evitar que la soldadura se agriete durante su uso, se recomienda encarecidamente aliviar la tensión o templarla.

• Relleno: Debes utilizar electrodos con bajo contenido en hidrógeno.

Para los ingenieros: Si una estructura presenta numerosas soldaduras, como es el caso de un armazón complejo, quizá convenga utilizar Q235 o Q345 (de baja aleación) en lugar de 45# para reducir el riesgo de agrietamiento.

Guía para elegir el acero 45# frente a otros aceros comunes

Para elegir el acero adecuado, hay que encontrar un equilibrio entre la resistencia, el coste y la facilidad de trabajo.

Tabla 4: 45# frente a otras marcas

Cómo elegir

• Uso 45# si necesitas algo más resistente o que aguante mejor el desgaste (endurecimiento). Utiliza P235 para soldar y construir cosas que no se mueven.

• Si la pieza es gruesa (más de 50 mm) y debe estar endurecida en toda su espesor, utiliza 4140. El 45# solo se vuelve más duro cerca de la superficie.

Usos habituales del acero 45# en ingeniería

El sector de la maquinaria es el que más recurre al modelo 45#.

• Propuesta: Ejes lineales, varillas de guía y husillos.

• Transmisión de potencia: Engranajes, ruedas dentadas, cigüeñales y bielas.

• Sujetadores: Tornillos de alta resistencia (material base equivalente al grado 8.8).

• Herramientas: accesorios, juegos de matrices y bases de molde.

• Sistema hidráulico: Cilindros de empuje cromados y endurecidos por inducción.

Resumen: lo que han aprendido los ingenieros

El acero 45# es un material económico y útil para la ingeniería.

Puntos importantes:

• Sintonizable: Puede ser blando (recocido) o duro (templado).

• Superficie endurecible: Ideal para el endurecimiento por inducción (aproximadamente 55 HRC).

• Apto para procesamiento automático: Tanto la vida útil de la herramienta como el acabado superficial son buenos.

• Ten cuidado al soldar: Hay que precalentar y calentar después para evitar que se agriete.

Los ingenieros pueden fabricar piezas mecánicas resistentes y duraderas por mucho menos dinero que con los aceros aleados si saben lo que el tratamiento térmico puede y no puede hacer.

FAQ

P: ¿El acero 1045 es lo mismo que el 45#?
R: Sí. En cuanto a su funcionamiento, son iguales. La norma china GB es 45#, y la norma estadounidense AISI/SAE es 1045. Ambos son aceros con un contenido de carbono de aproximadamente 0,45%.

P: ¿Se oxida el acero 45#?
R: Sí. Se trata de un acero al carbono simple que no contiene cromo. Debe protegerse con aceite, pintura, recubrimiento metálico u óxido negro.

P: ¿Es posible soldar acero 45#?
R: Sí, pero hay que calentarlo primero para evitar que se agriete. No se suelda tan bien como el Q235 o el 1018.

R: ¿Qué grado de dureza puede alcanzar el acero 45#?
R: Mediante el temple, la superficie puede alcanzar unos 55 HRC. Por el contrario, el núcleo de las piezas gruesas seguirá siendo más blando, ya que no se endurece bien.

P: ¿Cuándo debo utilizar el 4140 en lugar del 45#?
R: Utiliza el 4140 cuando necesites que una sección gruesa sea muy resistente en toda su espesor (templado completo) o cuando la pieza vaya a estar sometida a grandes esfuerzos o impactos. El 4140 es más resistente y tenaz, pero es más caro.