Guía
¿Qué profundidad de capa y dureza debe indicar el plano para acero 8620 cementado?
El acero 8620 es un acero aleado de bajo carbono al níquel-cromo-molibdeno (AISI/SAE 8620, UNS G86200) hecho para cementarse: se le agrega carbono en la superficie, se templa y queda una capa dura resistente al desgaste sobre un núcleo tenaz. Se usa en engranes, piñones, flechas estriadas, pernos, pasadores de cadena y crucetas. En el plano no basta con escribir «8620 cementado»: hay que indicar la profundidad efectiva de capa con su criterio, la dureza de la superficie, la dureza del núcleo, dónde se mide cada una y qué zonas quedan sin cementar.
Por Equipo de ingeniería de Saola Manufacturing · Publicado · Actualizado
Esta guía es para ingenieros de diseño y compradores de fabricantes de engranes, reductores, transmisiones y maquinaria agrícola, muchos de ellos en el Bajío, que mandan maquinar piezas de 8620 fuera de México. Explica qué datos convierten una nota vaga en una especificación que dos proveedores distintos cumplen igual, y en qué orden se maquina, se cementa y se rectifica.
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Datos clave
- En México la composición química y la templabilidad de los aceros al carbono y aleados con sufijo H, la designación de templabilidad garantizada que lleva el 8620H, están normalizadas en la NMX-B-268-CANACERO-2017, vigente (Secretaría de Economía, Catálogo Mexicano de Normas, publicada en el DOF el 17 de marzo de 2017)
- ASTM A322-24 fija para el grado 8620 un carbono de 0.18 a 0.23 %, níquel de 0.40 a 0.70 %, cromo de 0.40 a 0.60 % y molibdeno de 0.15 a 0.25 % (ASTM A322-24, publicada en 2024)
- La definición europea de profundidad efectiva de capa llega hasta 550 HV y la estadounidense hasta 50 HRC (alrededor de 513 HV), así que la segunda da una capa más profunda en la misma pieza (Errichello y Milburn, Gear Technology, enero-febrero de 2020)
- Saola Manufacturing tornea y fresa piezas de acero aleado en su planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam. El cementado y el temple se coordinan con fábricas asociadas, y la ubicación de producción se indica en cada cotización.
¿Qué es la profundidad efectiva de capa y por qué no basta con pedir «capa de un milímetro»?
La profundidad efectiva de capa es la distancia desde la superficie terminada hasta el punto donde la dureza baja a un valor límite fijado por una norma. Sin ese valor límite, la misma pieza puede medir una capa distinta según el laboratorio, y el número del plano no se puede aceptar ni rechazar con criterio.
Hay dos criterios en uso. Según ISO 18203, que reúne el antiguo método de ISO 2639, la profundidad de cementado (CHD) termina donde la dureza Vickers baja a 550 HV. En planos de origen estadounidense se usa la profundidad efectiva hasta 50 HRC, conforme a SAE J423 y a la práctica de engranes de AGMA. Como explican Errichello y Milburn, el criterio de 50 HRC (alrededor de 513 HV) cae más adentro que el de 550 HV, y no hay una conversión fija entre los dos porque la pendiente del perfil de dureza cambia con la geometría, la templabilidad y el temple de cada pieza. Algunos laboratorios reportan las dos profundidades para evitar la discusión.
La profundidad total es otra cosa: llega hasta donde ya no se distingue la capa del núcleo. El mismo artículo la estima en alrededor de 1.5 veces, y hasta 2 veces, la profundidad efectiva a 550 HV. Un plano que dice «CASE DEPTH» con un solo número y sin más puede leerse como profundidad total o efectiva, y la diferencia es grande. Escriba siempre «EFFECTIVE CASE DEPTH», el rango, el criterio de dureza según ISO 18203 o SAE J423 y que el valor aplica después del rectificado final.
¿Qué profundidad de capa conviene para un engrane de 8620?
En engranes, la profundidad efectiva se escala con el módulo: un diente más grande necesita una capa más profunda para resistir el picado, pero una capa excesiva también reduce la capacidad de carga. La tabla da rangos guía publicados para el flanco del diente, medidos a 550 HV después de todo el maquinado.
Los valores salen de las curvas que Errichello y Milburn derivaron de la guía MAAG y compararon con ISO 6336-5 y ANSI/AGMA 2101. El mínimo protege contra el picado; el máximo comercial es la tolerancia habitual en transmisiones de engranes comerciales, y el máximo de precisión es una banda más cerrada. En la raíz del diente, ISO 6336-5 recomienda una capa óptima de 0.1 a 0.2 veces el módulo, según la cita del mismo artículo. En la punta, donde la capa crece más, los mismos autores la limitan a 0.4 veces el módulo o al 56 % del espesor de la cresta, lo que sea menor, para evitar que la capa se separe del núcleo. Para flechas, pernos y pasadores que no son engranes, la profundidad la define el desgaste esperado y la presión de contacto, no el módulo.
| Módulo normal | Mínima contra picado | Máxima de precisión | Máxima comercial |
|---|---|---|---|
| 2 mm | 0.46 mm | 0.73 mm | 0.88 mm |
| 3 mm | 0.61 mm | 0.93 mm | 1.12 mm |
| 4 mm | 0.75 mm | 1.12 mm | 1.32 mm |
| 5 mm | 0.88 mm | 1.28 mm | 1.51 mm |
| 6 mm | 1.00 mm | 1.44 mm | 1.68 mm |
| 8 mm | 1.22 mm | 1.72 mm | 1.98 mm |
¿Qué dureza de superficie y de núcleo debe pedir el plano?
Pida la dureza de superficie como un rango en HRC y la dureza de núcleo como otro rango, cada una con su punto de medición. En el 8620 la dureza del núcleo depende mucho del diámetro de la pieza, así que un mismo número no sirve para un pasador delgado y para una flecha gruesa.
Para la superficie, típicamente se pide de 58 a 62 HRC en engranes y pasadores, medida conforme a ASTM E18 en una cara rectificada; en capas delgadas conviene pedir la lectura en Vickers o en Rockwell superficial, porque una prueba Rockwell C puede atravesar la capa. Para el núcleo, la referencia en engranes es la raíz del diente: Errichello y Milburn marcan el punto de medición de núcleo sobre el círculo de raíz, con la capa medida a media altura del flanco, en el filete de la raíz y en la punta. En una flecha, el núcleo se mide en un corte transversal a medio radio o al centro, y el plano debe decir cuál.
La tabla muestra por qué el diámetro manda. Es la resistencia a la tensión mínima del 20NiCrMo2-2, el equivalente europeo del 8620, después de templar y revenir: baja conforme crece la sección, porque el centro de una barra gruesa se enfría más despacio y no alcanza la misma estructura. Si su flecha es gruesa y necesita un núcleo más resistente, la respuesta suele ser un acero de cementación de mayor templabilidad, no una nota más exigente sobre el mismo 8620.
| Diámetro de la pieza | Resistencia a la tensión mínima |
|---|---|
| Hasta 16 mm | 1 100 MPa |
| Más de 16 mm hasta 40 mm | 800 MPa |
| Más de 40 mm hasta 100 mm | 700 MPa |
¿Qué se maquina antes del cementado y qué después?
Casi todo se maquina antes, con el 8620 blando, dejando sobrematerial en las superficies funcionales. Después del cementado y el temple solo se terminan las cotas críticas, rectificando o torneando en duro, y se cuida que ese terminado no se coma la capa.
El 8620 se compra recocido o normalizado. La hoja técnica de un fabricante de acero para el 20NiCrMo2-2 da un máximo de 212 HB en condición recocida, una dureza que se tornea, se fresa, se barrena y se machuelea sin problema. En esa etapa se hacen el perfil, los dientes, los cuñeros, las cuerdas y los barrenos. El temple posterior mueve la pieza: los diámetros crecen o se encogen, las flechas largas se arquean y los barrenos se ovalan. Por eso los asientos de rodamiento, los diámetros con ajuste y los flancos de engranes de precisión se dejan con material para rectificar.
El sobrematerial y la capa están ligados. Como recuerdan Errichello y Milburn, la profundidad efectiva del plano debe cumplirse después del rectificado, así que la capa que sale del cementado tiene que ser más profunda que la del plano por lo menos lo que se va a quitar. Si el plano pide una capa poco profunda y deja mucho material para rectificar, la pieza puede quedar con capa insuficiente en un lado. Defina el sobrematerial con quien hace el tratamiento y escriba la capa como valor terminado.
Las cuerdas, los barrenos que se machuelean después y las zonas que se van a soldar o a maquinar en blando se protegen del carbono con pintura de bloqueo o con cobrizado, o se dejan con sobrematerial que se quita después del cementado y antes del temple. Márquelas en el plano con cotas y la nota «NO CARBURIZE». Y si la pieza se rectifica después del temple, pida la inspección de quemaduras de rectificado por ataque químico conforme a ISO 14104: una quemadura baja la dureza superficial y es causa frecuente de fallas por fatiga bajo la capa.
¿Qué equivalencias del 8620 se pueden aceptar?
Los equivalentes cercanos son el 20NiCrMo2-2 (número de material 1.6523) de EN 10084 y el SNCM220 de JIS G4053, y el 8620H es el mismo grado con templabilidad garantizada. Son cercanos, no idénticos, así que el plano debe decir si se aceptan.
Un taller fuera de Norteamérica suele comprar barra con designación europea o japonesa. La diferencia visible está en los rangos: el 20NiCrMo2-2 admite rangos más amplios de manganeso y cromo, y más silicio, que el 8620, como muestra la tabla. Para una pieza con requisito de núcleo en una sección gruesa, el grado que conviene pedir es el 8620H según ASTM A304, porque la templabilidad se garantiza con la prueba Jominy y la dureza de núcleo se vuelve predecible. En México la composición y la templabilidad de los aceros H se normalizan en la NMX-B-268-CANACERO-2017; si la cita en el plano, confirme con su proveedor que el grado aparece en ella. Si acepta un equivalente, escríbalo; si no, agregue «NO SUBSTITUTION WITHOUT WRITTEN APPROVAL».
| Elemento | 8620 | 8620H | 20NiCrMo2-2 (1.6523) |
|---|---|---|---|
| Carbono | 0.18 a 0.23 | 0.17 a 0.23 | 0.17 a 0.23 |
| Manganeso | 0.70 a 0.90 | 0.60 a 0.95 | 0.65 a 0.95 |
| Silicio | 0.15 a 0.35 | 0.15 a 0.35 | 0.40 máx. |
| Níquel | 0.40 a 0.70 | 0.35 a 0.75 | 0.40 a 0.70 |
| Cromo | 0.40 a 0.60 | 0.35 a 0.65 | 0.35 a 0.70 |
| Molibdeno | 0.15 a 0.25 | 0.15 a 0.25 | 0.15 a 0.25 |
¿Cómo se escribe la nota de cementado en un plano en inglés?
Escriba el proceso, la profundidad efectiva como rango con su criterio, la dureza de superficie y de núcleo con su escala, las zonas sin cementar y que los valores aplican a la pieza terminada. La tabla muestra notas completas que un proveedor extranjero puede cotizar sin adivinar.
Los valores de la tabla son ejemplos para ilustrar el formato, no recomendaciones para su pieza. Ajuste la capa al módulo o a la carga, y el núcleo al diámetro. Si el engrane se rectifica, agregue la inspección por ataque químico; si la capa es crítica, pida un barrido de microdureza en una probeta del mismo lote, tratada en la misma carga.
| Caso | Nota en el plano |
|---|---|
| Engrane rectificado, módulo 3 mm | MATERIAL: AISI 8620 PER ASTM A322. CARBURIZE, HARDEN AND TEMPER. EFFECTIVE CASE DEPTH 0.65-0.90 mm TO 550 HV1 PER ISO 18203 AFTER GRINDING, MEASURED AT MID-TOOTH FLANK. SURFACE 58-62 HRC. CORE 30-40 HRC AT ROOT CIRCLE. TEMPER ETCH PER ISO 14104 AFTER GRINDING. |
| Pasador de cadena | MATERIAL: AISI 8620 PER ASTM A322. CARBURIZE, HARDEN AND TEMPER. EFFECTIVE CASE DEPTH 0.5-0.8 mm TO 50 HRC PER SAE J423. SURFACE 58-62 HRC PER ASTM E18. |
| Flecha estriada con cuerda | MATERIAL: AISI 8620H PER ASTM A304. CARBURIZE, HARDEN AND TEMPER. EFFECTIVE CASE DEPTH 0.8-1.2 mm TO 50 HRC PER SAE J423 ON SPLINE AND BEARING SEATS. NO CARBURIZE ON THREADS (ZONE C). CORE HARDNESS MEASURED AT MID-RADIUS. |
¿Qué debe decir la solicitud de cotización de una pieza de 8620 cementado?
Debe decir el grado y su norma, si acepta equivalentes, la nota de cementado completa, qué cotas se rectifican después del temple y qué registros quiere recibir. Con eso el proveedor cotiza la barra, la ruta de maquinado, el tratamiento y la inspección sin suponer.
Pida con la pieza el certificado de molino con la química de la colada, las lecturas de dureza de superficie y de núcleo en los puntos marcados y, cuando la capa sea crítica, el reporte de microdureza con la profundidad medida y el criterio usado. Si la pieza entra en la cadena automotriz, escriba también los requisitos de su cliente para el proceso de tratamiento térmico, porque muchos los exigen por escrito. Si la pieza se va a zincar después del temple, dígalo desde la solicitud, porque el acero templado puede fragilizarse por hidrógeno y necesita horneado posterior.
El torneado de flechas, pernos y pasadores se cotiza como torneado CNC; los cuñeros, las caras planas y los barrenos transversales, como fresado CNC. El cementado no forma parte de esas capacidades: se coordina con fábricas asociadas, y la ubicación de producción se indica en cada cotización. Cuando el plano esté listo, envíelo en la página para cotizar.
Preguntas frecuentes
¿El 8620 se puede templar sin cementar?
Se puede, pero con tan poco carbono la dureza que alcanza es baja para una superficie de desgaste. El 8620 se elige justamente para cementarlo; si la pieza necesita dureza en toda la sección, conviene un acero de temple como el 4140.
¿Qué diferencia hay entre 8620 y 8620H?
La química es casi la misma, pero el 8620H se compra con banda de templabilidad garantizada por la prueba Jominy. Eso hace más predecible la dureza del núcleo, sobre todo en piezas gruesas.
¿La profundidad de capa se mide antes o después del rectificado?
La que importa es la de la pieza terminada. Escriba en el plano que la profundidad efectiva aplica después del rectificado final, y acuerde con el proveedor cuánta capa adicional deja el cementado para cubrir el sobrematerial de rectificado.
¿Se puede maquinar una pieza de 8620 ya cementada?
La capa templada solo se rectifica o se tornea en duro. Por eso las cuerdas y los barrenos que se maquinan después se protegen del carbono o se dejan con sobrematerial que se quita antes del temple.
¿Cómo se dice «cementado» en un plano en inglés?
«CARBURIZE, HARDEN AND TEMPER», o «CASE HARDEN» cuando el contexto lo deja claro. Acompáñelo siempre de la profundidad efectiva con su criterio y de las durezas de superficie y de núcleo.
Fuentes
- ASTM A322-24, Standard Specification for Steel Bars, Alloy, Standard Grades, ASTM International, 2024
- ASTM A304-20, Carbon and Alloy Steel Bars Subject to End-Quench Hardenability Requirements, ASTM International, 2020
- ISO 18203:2026, Steel, Determination of the thickness of surface-hardened layers, ISO, 2026
- SAE J423, Methods of Measuring Case Depth, SAE International, 2023
- ISO 14104:2017, Gears, Surface temper etch inspection after grinding, Chemical method, ISO, 2017
- Optimum Carburized and Hardened Case Depth, Robert Errichello y Andrew Milburn, Gear Technology, enero-febrero de 2020
- Hoja técnica 20NiCrMo2-2 (1.6523), fabricante de acero europeo, 2016
- NMX-B-268-CANACERO-2017, Composición química y templabilidad de los aceros al carbono y aleados H, Secretaría de Economía, Catálogo Mexicano de Normas, 2017