aleaciones ferrosas i

1

2

Aleaciones ferrosas

3

Aleaciones de hierro y carbono Aleaciones ferrosas

4

Aquellos materiales

que contienen hierro

como constituyente

mayoritario.

Aceros

5

Aleaciones ferrosas

Aceros

Clasificación

Los aceros se pueden clasificar de diferentes maneras

Según sus aplicaciones

Aceros de construcción aceros para maquinaria

aceros estructurales

Aceros para herramientas

aceros rápidos

aceros para trabajo en

caliente

Aceros de propiedades especiales

6

Aleaciones ferrosas

Aceros

Clasificación

Según la composición

Aceros al carbono

aceros aleados

7

Aleaciones ferrosas

Aceros

Clasificación

Según su proceso de fabricación

aceros Thomas

aceros Bessemer

aceros al oxígeno

aceros eléctricos

8

Aleaciones ferrosas

Aceros

Clasificación

Según su composición

Aceros al carbono:

medio carbono (0.25-0.55%)

alto carbono (0.55-2%)

bajo carbono (0.05-0.25%)

9

Aleaciones ferrosas

Aceros

Clasificación

Según su composición

Aceros aleados

baja aleación (Σ elementos aleantes < 5%)

alta aleación (Σelementos aleantes > 5%)

10

Aceros aleados

11

Diferentes aplicaciones de los aceros

12

13

14

15

Aleaciones ferrosas

Normas sobre los aceros

El objetivo de la normalización es conseguir que, con los códigos que se designan los aceros, se pueda ser capaz de leer, o interpretar, para qué sirve un acero y cuáles son las aplicaciones más apropiadas, además de conseguir el entendimiento entre los distintos fabricantes y usuarios.

Los sistemas de designación (normas) de aceros más extendidos a nivel mundial son los estadounidenses, con sus sistemas AISI-SAE, ASTM, ASME, UNS, etc.

16

Aleaciones ferrosas Aceros

Codificación

17

Aleaciones ferrosas Sistema de designación AISI-SAE

En este sistema, la estructura de codificación de los aceros se efectúa mediante cuatro o cinco dígitos —designación en función de la composición—. Esta designación cubre básicamente: aceros al carbono y aleados, aceros inoxidables y aceros para herramientas.

• El primer dígito indica el tipo al cual pertenece el acero.

• El segundo dígito, en el caso de aceros aleados, indica el elemento aleante que predomina.

• Los dos o tres últimos dígitos indican el porcentaje de carbono —en centésimas—.

18

Aleaciones ferrosas Aceros Codificación AISI-SAE

* Primer dígito:

1 Acero al Carbono

2 Acero al Níquel

3 Acero al Níquel - Cromo

4 Acero al Molibdeno

5 Acero al Cromo

6 Acero al Cromo - Vanadio

8 Acero al Níquel - Cromo - Molibdeno

9 Acero al Níquel - Cromo – Molibdeno

19

Aceros AISI-SAE

Aleaciones ferrosas Aceros inoxidables

Son aceros con cromo (% Cr mínimo 12%) el cual proporciona su característica de inoxibilidad, ya que el hierro y el cromo junto con el oxigeno forma una capa de oxido protectora y auto formante.

20

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

• Poseen un contenido de cromo entre el 12 y 14 %.

• El contenido de carbono no excede de 0.4 %.

• Son magnéticos.

• Buena resistencia mecánica.

• Son tratables térmicamente.

• Alcanzan su máxima resistencia a la corrosión y a la oxidación en estado de temple.

Aplicaciones: cuchillería, instrumentos de medición, láminas de corte, cadenas para máquinas, discos de freno, tuberías, etc.

21

Aceros Inoxidables Martensíticos-serie 400 de AISI-

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Aceros inoxidables Martensíticos

22

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

• Poseen un contenido de cromo entre el 15 y 25 %.

• El contenido de carbono no debe exceder de 0.1 %.

• Poseen buena resistencia a la corrosión y a la oxidación.

• No son tratables térmicamente.

• Endurecibles mediante trabajo en frío.

• Son magnéticos.

• Presentan deficiente soldabilidad.

• Son los más económicos del mercado.

23

Aceros inoxidables ferríticos-serie 400 de AISI-

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

• Tienen una resistencia excelente al “pitting” y a la corrosión inducida por cloruros.

• Son una solución práctica frente a la corrosión bajo tensión (CBT) en cloruros aun en caliente, y tienen un resultado excelente frente a la corrosión por ácidos orgánicos.

Aplicaciones: • Intercambiadores de calor

• Convertidores catalíticos de los automóviles

• Construcciones arquitectónicas

• Adornos automotrices

24

Aceros inoxidables ferríticos

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Aceros ferríticos

25

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

• Poseen entre el 15 y 25 % de cromo.

• También contienen níquel en un rango de 7 al 20 % y el contenido de carbono no debe exceder de 0.08 %.

• Poseen elevada resistencia a la corrosión y a la oxidación.

• Son no magnéticos

• No son tratables térmicamente.

• Son endurecibles mediante trabajo en frío.

• Presentan excelente soldabilidad.

• Presentan excelentes propiedades criogénicas.

• Buena resistencia a altas temperaturas.

• Son costosos. 26

Aceros inoxidables austeníticos-serie 300 de AISI-

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

• Aeronáutica

• Ferroviaria

• Petrolífera

• Química

• Petroquímica

• Del papel

• Alimenticia

• De la construcción

27

Industrias que usan aceros inoxidables austeníticos

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Aceros inoxidables austeníticos

28

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Su uso es muy acotado, el fabricante lo entrega con el tratamiento térmico ya realizado.

• Son aceros con cromo entre 12% y 18 % y entre 4 % y 9 % de Ni además de los aleantes que producen el endurecimiento por precipitación que suelen ser Mo, Ti, N, Cu, Al, Ta, Nb, B, y V.

• Se les utiliza en ciertas aplicaciones a alta temperatura como intercambiadores de calor y tubos del sobrecalentador de calderas.

29

Aceros inoxidables PH

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

30

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Presentan numerosas ventajas sobre los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos tradicionales. La resistencia mecánica de los AID es aproximadamente el doble de los aceros inoxidables austeníticos, combinada con una buena tenacidad. Presentan una elevada resistencia a la corrosión bajo tensión y la corrosión localizada en medios clorados. Su soldabilidad es superior a los aceros inoxidables ferríticos.

Un gran campo de aplicaciones industriales de los AID está en los sectores químico, petroquímico, alimenticio, de papel y celulosa, generalmente en equipos cuya fabricación envuelve operaciones de soldadura.

31

Aceros inoxidables dúplex

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

32

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

33

Aplicaciones de los aceros inoxidables

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Aceros para herramientas Se utilizan fundamentalmente para la fabricación de herramientas que se utilizan para darle forma a otros materiales. Los principales elementos de aleación de los aceros para herramienta son: tungsteno, molibdeno, manganeso, vanadio, níquel, cobalto, cromo, etc.

Los aceros para herramienta deben mostrar las siguientes cualidades:

• Deben poseer una alta dureza y resistencia al desgaste.

• Deben mostrar una excelente templabilidad.

• Deben sufrir una deformación mínima durante el tratamiento térmico.

• Deben retener su dureza a altas temperaturas — dureza al rojo —.

34

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

35

Aleaciones ferrosas Aceros para herramientas

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

36

Aceros para herramientas

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

ARBA 40 8620 6150

4140 5160 1045

1020 4340

37

Codificación por color de algunos aceros AISI

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

38

Aleaciones ferrosas Fundiciones

Las fundiciones son al igual que los aceros aleaciones de hierro y carbono, se diferencian en el contenido de carbono, el cual está comprendido entre el 2% y el 4.5%, adicionalmente presentan silicio en un porcentaje aproximando del 3%. Este elemento les brinda la posibilidad de mayor fluidez (en estado líquido), lo que permite que puedan ser vertidas fácilmente en moldes (comúnmente de arena).

La ductilidad de las fundiciones es muy baja y no pueden laminarse, estirarse o trabajarse en frío o en caliente. Pero, se pueden vaciar, en moldes para obtener piezas de diferente tamaño y complejidad. Como la fundición de piezas es el único proceso aplicable a estas aleaciones se conocen también como hierros fundidos o hierros colados.

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

39

Aleaciones ferrosas Fundiciones

Características generales

Costo relativamente bajo

Facilidad de fabricación

Baja resistencia a la tracción

Alta resistencia a la compresión

Baja soldabilidad

Fabricación de piezas o componentes de grandes dimensiones

Piezas donde la deformación plástica es inadmisible

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

40

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Aleaciones ferrosas Fundiciones

Clases

Fundiciones grises

Fundiciones blancas

Fundiciones maleables

Fundiciones nodulares

Fundición gris

Definición: es una aleación Fe-C-Si en la cual una gran parte del carbono se encuentra en estado libre. La fractura presenta coloración oscura. Es la más usada

Características principales:

ƒBuena resistencia mecánica

ƒAlta capacidad de amortiguar vibraciones

ƒExcelente maquinabilidad

ƒDuctilidad nula y tenacidad superior a las fundiciones blancas

Fácil fusión

La ASTM A48 clasifica las fundiciones grises de acuerdo con la

resistencia mecánica. Los números 20 a 60 corresponden a los limites de resistencia a la tracción en ksi (1000 lb/pulg2).

41

• Clase 20 - 14,0 kgf/mm2 (140MPa)

• Clase 25 - 17,5 kgf/mm2 (175 Mpa)

• Clase 30 - 21,0 kgf/mm2 (210 Mpa)

• Clase 35 - 24,5 kgf/mm2 (245 MPa)

• Clase 40 – 28,9 kgf/mm2 (270 MPa)

• Clase 50 - 35,0 kgf/mm2 (340 MPa)

• Clase 60 - 42,0 kgf/mm2 (410 Mpa)

42

Aplicaciones: Bloques de motores, tambores de freno, bancadas para máquinas y equipos, maquinaria agricola.

43

Fundición nodular

Definición: es una aleación Fe-C-Si en la que el carbono se encuentra en la forma de grafito esferoidal en el estado bruto de fundición.

Características:

ƒExcelente ductilidad

ƒTenacidad superior a las FF grises y blancas

ƒMejor resistencia al impacto y a la fatiga que las FF GG

ƒBaja capacidade de absorver vibraciones

Buena resistencia al desgaste

ƒSu maquinabilidad es inferior a la de la F G

Aplicaciones:

Se las utiliza para cigüeñales, levas, sistemas de freno, engranajes, válvulas

44

45

ASTM A536

Fundición blanca

Definición: son aleaciones Fe-C-Si, contiene bajos contenidos de Si, lo que ocasiona que el carbono se combine con el Fe formando Fe3C. La fractura presenta coloración clara. ASTM A 532

Características:

Elevada dureza

Baja tenacidad

Elevada resistencia al desgaste

Baja maquinabilidad

Aplicaciones: cilindros de trenes de laminación, bolas de molinos, mandíbulas para trituradoras de mineral, materia prima para FM.

46

47

Fundición maleable

Definición: este tipo de fundición resulta de una fundición blanca, de composición adecuada, la cual es sujeta a un tratamiento térmico especial, de larga duración, llamado "maleabilización". Después del tratamiento, el material que, en estado original era muy frágil, adquiere ductilidad y se torna más tenaz.

Características:

Elevada ductilidad y tenacidad (FFGG, FFNN)

Buena resistencia a la tracción

Buena resistencia a la fatiga

Buena resistencia al desgaste

Buena maquinabilidad

Resistencia a la corrosión buena 48

Aplicaciones:

Conexiones para tuberás hidráulicas, conexiones en líneas de transmisión eléctrica, cajas de dirección y de diferencial, zapatas de frenos, pedales de frenos y de embragues, cajas de engrenajes etc. ASTM A47 (5 dígitos)

49

50

51

52

Aleaciones ferrosas Tipos de Fundiciones

Ing.

Fre

dy L

lan

o M

Bibliografía

1. SMITH, William F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, Mc Graw –Hill.

2. ASKELAND, Donald R. Ciencia e ingeniería de los materiales. 3 Ed. International Thomson, 1998.

3. CALLISTER, William D, Jr. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los materiales, Mc Graw Hill.

Webgrafía 1.www.jjjtrain.com/vms/library.html

2.www.matweb.com

3.http://selector.ascamm.org

53