Guía del acero maraging: grados, propiedades, aplicaciones y mecanizado CNC

El acero maraging es una aleación excepcional con una resistencia y tenacidad extraordinarias, con un contenido de níquel del 17 al 19 %. A diferencia de otras aleaciones de acero, cuya resistencia proviene del carbono, el maraging la obtiene mediante el estado martensítico y el envejecimiento. Para los ingenieros que buscan acero de alta resistencia para piezas mecanizadas por CNC, es fundamental conocer el acero maraging, ya que es un material ideal para este proceso. Esta guía les ayudará a tomar una decisión acertada al seleccionar el material. Explica los grados, propiedades, aplicaciones y consideraciones para el mecanizado CNC del acero maraging, para que pueda tomar la mejor decisión al elegir el material.

¿Qué es el acero maraging?

Como se mencionó anteriormente, el acero maraging es una aleación de acero a base de níquel con bajo contenido de carbono. Se caracteriza por su excelente resistencia, tenacidad y una alta relación resistencia-peso. El nombre "maraging" proviene del envejecimiento de la martensita, un proceso en el que la aleación adquiere resistencia mediante endurecimiento por precipitación tras la formación de una estructura martensítica. Pero, ¿qué es lo que hace que el acero MS sea tan resistente: el níquel, el bajo contenido de carbono u otros elementos de aleación?

¿Qué hace que el acero maraging sea tan resistente?

Los aceros tradicionales dependen de su contenido de carbono para su dureza. Sin embargo, el maraging no. El MS presenta un bajo contenido de carbono y combinaciones únicas de níquel, cobalto, molibdeno y titanio. La resistencia de esta aleación se debe a un tratamiento especial. Inicialmente, la aleación maraging se enfría rápidamente, durante lo cual se forma la martensita.

Ahora se somete a un tratamiento térmico a baja temperatura. Elementos como el molibdeno, el titanio y el níquel forman finos precipitados dentro de la matriz martensítica, lo que la hace más densa, dura y resistente. Estos finos precipitados fortalecen la matriz y son la razón principal de la alta resistencia de la aleación.

¿Por qué se utiliza tanto el acero maraging?

La elevada resistencia a la tracción (2400 MPa) de la aleación maraging, mencionada anteriormente, combinada con su baja fragilidad y facilidad de soldabilidad, permite su uso en aplicaciones de ingeniería de alto rendimiento.

Composición química del acero maraging

Debido a su excepcional resistencia a la tracción, el acero maraging se clasifica en grados como C250, C300 y C350. A continuación, analizamos la composición química del acero maraging C300. La siguiente tabla muestra la composición química del acero maraging:

Por qué es importante la baja emisión de carbono

La reducción del contenido de carbono en el acero tiene un gran impacto en su rendimiento general. Al igual que en el acero maraging, no se forman redes de carburos, lo que provoca fragilidad. En su lugar, se forma una matriz martensítica, responsable de su alta resistencia. Un bajo contenido de carbono también facilita su soldabilidad y envejecimiento, ya que el acero permanece blando y dúctil antes del tratamiento térmico.

Propiedades mecánicas y físicas del acero maraging

El acero maraging posee propiedades físicas y químicas únicas, como una alta resistencia a la tracción y tenacidad. Estas propiedades lo hacen idóneo para aplicaciones de alto rendimiento tras un tratamiento de envejecimiento adecuado; además, se ven potenciadas por la formación de precipitados intermatriz. A continuación, analizaremos las propiedades físicas y mecánicas del acero maraging.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas del acero maraging influyen notablemente en su mecanizado CNC. En la tabla adjunta se recogen las propiedades físicas de los aceros maraging 200 y 300.

Densidad

El acero maraging es más difícil de mecanizar en estado envejecido debido a que su dureza y resistencia aumentan significativamente tras el envejecimiento. Este proceso requiere una configuración precisa, herramientas de corte adecuadas, velocidades de avance controladas, velocidades de corte bajas y un refrigerante eficaz. Sin embargo, se considera que el mecanizado CNC en estado recocido es la mejor opción, ya que presenta una baja dureza (hasta 35 HRC).

La maquinabilidad de la pieza recocida es superior a la de la pieza envejecida. El envejecimiento posterior al mecanizado provoca una contracción del 0.05 %. Por ello, en Tuofa, nuestros expertos recomiendan mecanizar la pieza recocida hasta obtener una forma casi final y, posteriormente, realizar el envejecimiento.

Conductividad Térmica

En comparación con otros aceros, como el acero con bajo contenido de carbono, cuya conductividad térmica oscila entre 45 y 50 W/m·K, el acero maraging presenta una baja conductividad térmica. Tanto en estado recocido como en estado envejecido, muestra una baja conductividad térmica.

El calor se genera al frotar la herramienta de corte sobre la superficie del material. Debido a la baja conductividad térmica, este calor queda atrapado en un punto, lo que provoca desgaste de la herramienta y dificulta el control de las virutas. Por ello, durante el mecanizado se requiere un refrigerante de alta calidad.

Propiedades mecánicas

Sus excepcionales propiedades mecánicas son las que hacen que el acero maraging sea apto para aplicaciones avanzadas. Aquí hemos recopilado las propiedades mecánicas del acero maraging envejecido:

Resistencia ultraalta

Como se indica en la tabla, el acero maraging, gracias a su alta resistencia, se utiliza para la fabricación de componentes sometidos a grandes esfuerzos. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, el tren de aterrizaje de los aviones se fabrica con acero maraging. Esta alta resistencia es resultado de la formación de martensita y el endurecimiento por precipitación.

Excelente tenacidad a la fractura

Los aceros aleados tradicionales a base de carbono son frágiles debido a la formación de carburos. El acero maraging presenta un contenido de carbono muy bajo, lo que elimina el riesgo de formación de carburos. En el acero maraging, la matriz de níquel-hierro es blanda y dúctil antes del envejecimiento. Por ello, posee una excelente tenacidad a la fractura.

Alta resistencia a la fatiga

Su elevada resistencia a la fatiga se debe a su alta resistencia a la tracción y a la ausencia de carburos. Esto permite que el material soporte esfuerzos cíclicos. Por ello, se utiliza en la fabricación de componentes sometidos a esfuerzos continuos, como por ejemplo, ejes de alto rendimiento.

Buena ductilidad

Su buena ductilidad se debe a su matriz martensítica de bajo contenido de carbono, la cual se refuerza mediante la precipitación de finos carburos en lugar de carburos frágiles. Dicha matriz permite la deformación plástica sin fractura prematura.

Grados comunes de acero maraging

Como se mencionó anteriormente, el acero maraging es una clase de aleaciones de acero con una resistencia a la fluencia, dureza y ductilidad excepcionales. Según su resistencia a la fluencia y composición química, los aceros maraging se subclasifican en 18Ni(250), 18Ni(300) y 18Ni(350). Analizaremos con más detalle estos grados y el efecto de su resistencia a la fluencia en sus aplicaciones. Pero antes, presentamos aquí la composición química de estos aceros aleados maraging en una tabla:

Acero maraging 250

El acero maraging 250 presenta una resistencia a la tracción comparativamente menor que los aceros 18Ni(300) y 18Ni(350) debido a su menor contenido de cobalto y molibdeno. Sin embargo, ofrece una mayor ductilidad gracias a su estructura martensítica clara y blanda. Se utiliza en aplicaciones donde la tenacidad y la ductilidad son fundamentales, como en los trenes de aterrizaje aeroespaciales.

Acero maraging 300

En lo que respecta al acero maraging 300, se sitúa entre los aceros aleados MS de grado 250 y 350. Presenta una dureza superior a la del MS 18Ni(250). Si necesita un equilibrio entre resistencia y tenacidad, elija el acero maraging 300 para su próximo proyecto de herramientas.

Acero maraging 350

Con un mayor contenido de cobalto y titanio, el maraging 350 ofrece la mayor resistencia entre estos grados comunes, pero su ductilidad y tenacidad son inferiores a las del maraging 250 y 300. Sin embargo, en comparación con otros grados inferiores, presenta menor ductilidad. La matriz martensítica se vuelve menos flexible y más sensible a las muescas. Esto resulta en una menor elongación y menor ductilidad en comparación con grados de menor resistencia.

Cómo elegir entre 250, 300 y 350

La elección entre los distintos grados de acero aleado MS depende de la aplicación específica de los componentes. Es fundamental conocer su propósito, ya sea su resistencia, dureza o ductilidad. Asimismo, es importante tener en cuenta el entorno en el que se utilizarán los componentes; por ejemplo, para obtener alta resistencia y buena resistencia a la fatiga, se recomienda el acero C300.

Aquí hemos elaborado una tabla que le ayudará a comprender cómo elegir entre todas estas calificaciones.

¿Para qué se utiliza el acero maraging?

Gracias a sus excepcionales propiedades físicas y mecánicas, el acero aleado maraging encuentra aplicaciones en múltiples industrias. Por su alta resistencia a la tracción y tenacidad, se utiliza en la fabricación de componentes aeroespaciales . A continuación, se detallan sus aplicaciones:

Componentes aeroespaciales

En la industria aeroespacial, donde la alta resistencia a la tracción, la elevada relación resistencia-peso, la tenacidad y la resistencia a la fatiga son fundamentales, destacan materiales como el acero maraging. Se utiliza para la fabricación de trenes de aterrizaje y componentes estructurales. Estos componentes están sometidos a una tensión continua; por eso, otros aceros al carbono no ofrecen el rendimiento adecuado y pueden agrietarse con el tiempo.

Industria automotriz:

En la industria automotriz, los componentes de alta precisión, como ejes y brazos de suspensión, se fabrican con acero aleado MS. Otros aceros al carbono se someten a temple o tratamientos posteriores que pueden afectar significativamente sus dimensiones. En el caso del acero maraging, se mecaniza en estado recocido y luego se vuelve a mecanizar, por lo que no aparecen imprecisiones dimensionales. Su alta relación resistencia-peso también se utiliza en componentes de Fórmula 1.

Industria militar y de defensa

La aleación MS ofrece una combinación excepcional de resistencia extrema, tenacidad a la fractura, resistencia a la fatiga y estabilidad dimensional, características que los aceros al carbono convencionales no logran alcanzar simultáneamente. Por ello, se utiliza en la fabricación de componentes como carcasas de motores de misiles, sistemas de guiado de precisión y otros.

Molde y herramientas

Los componentes de la industria de moldes y herramientas requieren alta precisión y capacidad para soportar cargas cíclicas. El acero al carbono tradicional no ofrece ambas cualidades. Por ello, se utiliza la aleación de acero Maraging para la fabricación de núcleos de moldes de inyección, insertos de fundición a presión y punzones de estampado de precisión en la industria de moldes y herramientas.

¿Es fácil mecanizar el acero maraging?

La respuesta a esta pregunta radica en el estado del acero maraging, ya sea recocido o envejecido. En estado recocido, la matriz de Ni-Fe es blanda y dúctil, lo que facilita su mecanizado y soldadura. Tras el envejecimiento, la formación de finos precipitados refuerza la matriz martensítica, endureciendo considerablemente el material y dificultando su mecanizado. Esta estructura es compleja y requiere herramientas especializadas.

¿Por qué el acero maraging es más fácil de mecanizar antes del envejecimiento?

Antes del envejecimiento, la aleación es más fácil de cortar porque aún no ha alcanzado su dureza final. El material tiene una matriz martensítica de níquel-hierro relativamente dúctil. Esta matriz es dúctil y blanda, lo que facilita su mecanizado. En comparación con la estructura martensítica dura después del envejecimiento.

Desafíos comunes del mecanizado CNC del acero maraging

Al trabajar con acero maraging, los ingenieros se enfrentan a numerosos desafíos que requieren una planificación estratégica para superarlos. Estos son algunos de los desafíos más comunes:

• La aceleración del desgaste de las herramientas se produce especialmente en las herramientas de carburo.
• Tendencia al endurecimiento por deformación si la velocidad de avance/deformación no está optimizada.
• Concentración de calor en la zona de corte debido a una conductividad térmica moderada.
• La mala rotura de las virutas se produce debido a la acumulación de material en los bordes, lo que da lugar a virutas largas y fibrosas.
• Problemas de vibración (chapoteo) en geometrías delgadas o complejas.

¿Cómo se mecaniza el acero maraging?

Como ya se ha dicho, el mecanizado temprano del maraging requiere técnicas y estrategias especializadas; esto es lo que sugieren nuestros expertos.

Máquina antes del envejecimiento

Preferiblemente, realice el mecanizado del componente antes de someterlo al envejecimiento. En esta etapa, el material es blando y no contiene carbono. No presenta fragilidad y, tras el envejecimiento de los componentes mecanizados, la distorsión dimensional es mínima o inexistente.

Utilice herramientas de corte de alto rendimiento

Aunque el mecanizado en estado recocido es sencillo, conserva una buena resistencia, lo que requiere una herramienta de corte de alto rendimiento. Se recomiendan herramientas fabricadas con nitruro de boro cúbico (CBN) o recubiertas con TiAlN.

Control del calor durante el mecanizado CNC

Cuando una herramienta de corte trabaja sobre un componente, la fricción genera calor. Este calor puede provocar el desgaste de la herramienta y la dilatación térmica del componente, lo que afecta a su precisión dimensional. Por ello, se utilizan refrigerantes para controlar el calor generado durante el mecanizado CNC.

Tratamiento superficial para acero maraging

A pesar de su alta resistencia, tenacidad y ductilidad, muchos componentes mecanizados por CNC se someten a un tratamiento superficial específico para mejorar sus propiedades típicas. A continuación, se muestran los tratamientos superficiales más utilizados para el acero aleado maraging.

Nitruración

La nitruración es adecuada para componentes sometidos a altas cargas superficiales, fricción y esfuerzos cíclicos. Por ejemplo, en las industrias automotriz y aeroespacial, las válvulas de los motores y los cigüeñales se someten a este proceso. Dicho tratamiento crea un complejo de nitruro con el hierro, lo que lo hace más resistente y con mayor resistencia a la fatiga.

Pulido

Componentes como ejes y piezas de transmisión, cuyas superficies están en contacto constante con otras, necesitan pulido. Esto reduce la rugosidad superficial, logrando una superficie más lisa. Como resultado, aumenta la vida útil del componente.

Recubrimiento y enchapado

Dado que el acero al carbono (MS) es una aleación de hierro y níquel, es susceptible a la corrosión por picaduras en condiciones agresivas. Se somete a recubrimientos y pulidos para evitar la interacción de la superficie con condiciones extremas. Componentes como matrices de extrusión y moldes de fundición se someten a recubrimientos y chapados.

Acero maraging frente a otros materiales

Seleccionar el material adecuado para su proyecto es fundamental para su éxito. Aquí le ayudamos a elegir entre aceros aleados comunes y acero maraging, según sus necesidades.

Acero maraging frente a acero para herramientas

Elija acero para herramientas cuando la resistencia al desgaste, el rendimiento de corte y el menor costo del material sean más importantes que la máxima relación resistencia-peso y la estabilidad dimensional tras el envejecimiento. Por ejemplo, en matrices de corte y punzones de estampado. En cambio, si busca una resistencia ultra alta con buena tenacidad y baja deformación tras el tratamiento térmico, elija acero maraging para piezas de plástico de precisión.

Maraging Aleación de acero frente a acero inoxidable

Tanto el acero maraging como el acero inoxidable son materiales endurecidos por precipitación (PH). La elección depende claramente de las consideraciones medioambientales y de la resistencia. Si sus componentes son excepcionalmente resistentes y tienen una buena relación resistencia-peso, y el medio ambiente no es una preocupación importante, elija acero maraging. Si necesita alta resistencia y resistencia a la corrosión, elija acero inoxidable como el 17-4PH.

Acero maraging frente a titanio

Utilice acero maraging para componentes de alta resistencia y precisión, como insertos para moldes de inyección y motores de cohetes. La estabilidad dimensional y la resistencia ultra alta son fundamentales. Si su proyecto incluye la fabricación de estructuras ligeras y sensibles a la corrosión, como paneles de fuselaje de aeronaves y fijaciones marinas, opte por el titanio.

Acero maraging frente a Inconel

Tanto el Inconel como el acero maraging son aleaciones excepcionales con propiedades extraordinarias. Si se busca una resistencia ultra alta, un mecanizado de precisión y una mínima deformación tras el envejecimiento para las herramientas, las estructuras aeroespaciales utilizan acero al carbono (MS). Sin embargo, para una resistencia extrema a altas temperaturas y a la corrosión, se prefiere el Inconel.

Conclusión

El acero maraging es una de las aleaciones de acero más destacadas, gracias a sus excepcionales propiedades físicas y mecánicas. Se utiliza en múltiples industrias. Comprender sus características le ayudará a tomar decisiones informadas sobre la selección de materiales para su proyecto. Si tiene alguna pregunta o necesita una cotización para este material, no dude en contactarnos. Nuestros expertos están siempre disponibles para resolver sus dudas. La capacidad de mecanizado de acero de Tuofa puede satisfacer sus necesidades de piezas de alta resistencia.

Preguntas Frecuentes

¿Es magnético el acero maraging?

Sí, el maraging es típicamente magnético porque es una aleación a base de hierro con estructura BCC. Tiene naturaleza ferromagnética.

¿Qué equivale a maraging 350?

Estos materiales comparten la misma composición química y límite elástico que el maraging 350. La única diferencia radica principalmente en el fabricante específico:

• Vascomax 350 (Marca registrada de Allegheny Technologies/Allvac)
• UNS S35000 (Identificador del Sistema Unificado de Numeración)
• DIN 1.6355 / 1.6356 (normas europeas)
• ATI C-350 (aleaciones especiales ATI)

¿El acero maraging es acero inoxidable?

No, el acero inoxidable no es acero maraging. Ambos son a base de níquel, pero el maraging contiene cobalto para su resistencia y dureza. En el acero inoxidable, el cromo es el principal responsable de la resistencia a la corrosión, ya que forma una capa protectora de óxido.

¿Se oxida el acero maraging?

Sí, se oxida al exponerse a la humedad y a ciertas condiciones. Por eso se aplica un recubrimiento protector cuando se utiliza en aplicaciones de alto rendimiento.