capitulo 1. aleaciones hierro carbono (mat ii)
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Contenido:
1. Aleaciones ferrosas
2. Tratamientos térmicos
3. Aleaciones no ferrosas
4. Materiales no metálicos
5. Deterioro de los materiales
6. Caracterización de los materiales
Ing. Raúl Cabrera Funes
Bibliografía:
1. Smith William. Fundamentos de la ciencia e Ingeniería de Materiales cuarta edición
2. Smith William. Ciencia e Ingeniería de Materiales.3. Askeland. Ciencia e Ingeniería de Materiales.4. Callister William. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de
los Materiales5. Shakefford. Ciencia de Materiales para Ingenieros.6. Mangonon. Ciencia de Materiales Selección y diseño.7. Flinn-Trojan. Materiales de Ingeniería y sus
Aplicaciones.8. Avner. Introducción a la Metalurgia Física.9. Red Hill. Principios de Metalurgia Física.10.Lasheras. Tecnología del acero.
Plan de evaluación:
1. Evaluación 1.
A. Primer examen parcial (capitulo 1 y 2) (5 puntos)
B. Resolución de problemas (3 puntos)
2. Evaluación 2.
A. Segundo examen parcial (capitulo 3 y 4) (5 puntos)
B. Resolución de problemas (2 puntos)
C. Anticipo del trabajo de investigación) (3 puntos)
3. Evaluación 3.
A. Tercer examen parcial (capitulo 5 y 6) (5 puntos)
B. Resolución de problemas (2 puntos)
C. Liquidación del trabajo de investigación) (3 puntos)
TEMAS PARA EL TRABAJO DE INVESTIGACION:
1. Transformación isotérmica de la austenita. Tipos de Diagramas TTT. Diagramas de transformación por enfriamiento continuo
2. Aluminio y sus aleaciones. Obtención del aluminio. Designación. Aplicación
3. Magnesio y sus aleaciones. Obtención del Magnesio. Designación. Aplicación
4. cobre y sus aleaciones. Obtención del cobre. Designación. Aplicación
5. Níquel y sus aleaciones. Obtención del Níquel. Designación. Aplicación
6. Plomo, estaño y Zinc. Obtención. Aplicaciones7. Metales Refractarios. Obtención. Aplicaciones8. Metales Nobles. Obtención. Aplicaciones
TEMAS DE INVESTIGACION (continuación):
9. Materiales cerámicos. Obtención. Procesado. Aplicaciones
10. Materiales polímeros. Obtención. Procesado. Aplicaciones.
11. Materiales compuestos. Obtención. Procesado. Aplicaciones.
12. Análisis de las causas de falla de materiales13. Metalurgia de polvos (pulvimetalurgia)14. Metales a altas y bajas temperatura15. Selección de materiales16. Procedimiento metalográfico17. Microscopios ópticos y electrónicos18. Investigación sobre materiales
Introducción. En el campo de la ingeniería se utilizan diferentes tipos de materiales dentro de los que tenemos:
a. Los metales y sus aleaciones (férreas y no férreas)
b. Los cerámicos
c. Los polímeros
d. Materiales compuestos
Ejemplo: En automóvil tenemos de un 15 a 20 % aleaciones férreas, 5 a 10 % de aleaciones no férreas, polímeros de 10 al 20 % y otros.
Selección de los materiales.
Para una selección apropiada se deben conocer las
características de los materiales:
-Mecánicas, físicas y químicas (estructura)
-Facilidad de procesamiento y fabricabilidad
-(soldabilidad, formabilidad y maquinabilidad)
-Costo
-Condiciones de servicio (requerimientos)
Ejemplo:
Se quiere seleccionar un material para el cuadrante de una bicicleta
Resistencia Tenacidad. Resist. Corr. Fabricabilidad. Peso Costo
Acero x x x x
Aluminio x x x x x
Titanio x x x
Fibra x x xcarbono
Los metales y aleaciones poseen muchas propiedades útiles en la
Ingeniería, por lo que presentan gran aplicación en los diseños de
Ingeniería. El hierro y sus aleaciones (principalmente el acero).
Las aleaciones basadas en el hierro se denominan Aleaciones Ferrosas,
estas son Aleaciones en las que el constituyente fundamental es el hierro:
Aceros y hierros fundidos (Fundiciones). Y las que se basan en los demás
metales aleaciones no ferrosas.
Aceros: Aleaciones Fe-C, que contiene de
0.008-2 % de carbono.
Hierros Fundidos: Aleaciones Fe-C, que
contienen de 2 a 6,67 % de carbono
Diagrama Hierro-carbono
REACCIONES INVARIANTES EN EL
DIAGRAMA Fe-C.
Reacción peritéctica: Un liquido de
0,53% C se combina con ferrita δ de un 0,09% C para formar Austenita (γ)
del 0,17% C y tiene lugar a 1495 oC.
Reacción eutéctica: Un liquido del 4,3% C forma Austenita (γ) del 2,08%
C y el compuesto intermetálico Fe3C
(cementita), que contiene 6,67% C y
tiene lugar a 1148 oC.
REACCIONES INVARIANTES EN EL
DIAGRAMA Fe-C.
Reacción eutectoide: En el punto
de la reacción eutectoide la
austenita solida del 0,08% C produce ferrita ∝ con 0,02% C y Fe3C que
contiene 6,67% C tiene lugar a
723 oC.
CONSTITUYENTES (FASES) DEL DIAGRAMA HIERRO CARBONO
Ferrita (∝ ): Es una solución sólida intersticial de carbono
en hierro (bcc). El carbono sólo es ligeramente soluble
en la ferrita , por lo que alcanza una solubilidad máxima
en estado sólido del 0,02 % a 723 °C. La solubilidad del carbono en la ferrita ∝ disminuye a un 0,008 % a 0 °C.
La ferrita es el constituyente más blando y dúctil de los
aceros. Tiene una dureza de 90 Brinell, una resistencia a
la rotura de 28 Kg/mm2 (310 MPa)y un alargamiento del
35 al 40 %.
FASES SOLIDAS EN EL DIAGRAMA HIERRO CARBONO
Austenita (γ). Es una solución sólida intersticial de
carbono en hierro (fcc). La austenita tiene mucha mayor
solubilidad en estado sólido para el carbono que la ferrita ∝. La máxima solubilidad en estado sólido del
carbono en la austenita es del 2,0% a 1148 °C y
disminuye a un 0,8% a 723 °C.
Bajo condiciones de equilibrio, la austenita puede existir
desde una temperatura de 723 oC hasta 1495 oC. A
temperatura ambiente en algunos aceros de alta
aleación, como los inoxidables Cr-Ni y los de alto
manganeso.
Las propiedades promedio son: resistencia 100 Kg/mm2,
(1100 MPa)dureza de 40 HRC y un alargamiento de 10 %
en 2 pulg.
FASES SOLIDAS EN EL DIAGRAMA HIERRO CARBONO
FASES SOLIDAS EN EL DIAGRAMA HIERRO CARBONO
Cementita (Fe3C). Es un compuesto intermetálico Fe3C.
Tiene límites despreciables de solubilidad y una
composición del 6,67 % en carbono y 93,3 % en hierro. Es
un compuesto duro y quebradizo.
Su dureza es superior a 65 HRC y cristaliza según la
estructura ortorrómbica.
Ferrita(δ). Es una solución sólida intersticial de carbono
en hierro bcc. Tiene una constante de red mayor que la ferrita ∝. La máxima solubilidad en estado sólido del
carbono en ferrita δ es del 0,09 % a 1495 °C.
FASES SOLIDAS EN EL DIAGRAMA HIERRO CARBONO
Perlita. Es una mezcla fina de ferrita y cementita.
Este constituyente eutectoide esta formado por capas
alternadas de ferrita y cementita (Fe3C)
Tiene una resistencia de 80 Kg/mm2 (886 MPa) y un
alargamiento de 15 % aproximadamente.
Aceros al carbono (denominación)
Nota:
- Para piezas de resistencia inferior a 55 K/mm2 (539 MPa) se usan
aceros sin tratamiento térmico.
- Para piezas con resistencia de 55 a 90 Kg/mm2 (539 a 882 MPa)se
usan con o sin tratamiento térmico.
- Para piezas con resistencia mayor a 90 Kg/mm2 (882 MPa) se usan
con tratamiento térmico.
ACEROS % C R
Kg/mm2
E
Kg/mm2
% A
Extradulces 0,008-0,15 38 24 28
Dulces 0,15-0,25 46 28 28
Semidulces 0,25-0,40 55 32 22
Semiduros 0,40-0,60 65 38 18
Duros 0,60-0,70 75 45 14
Muy duros 0,70-0,80 85 50 8
Extraduros 0,80 100 55 5
Clasificación de los aceros según su utilización
B. SEGÚN SU UTILIZACIÓN.
1.- Aceros de construcción.
a. Aceros que se usan en bruto de forja o laminación (sin
tratamiento térmico)
- Aceros al carbono
- Aceros de baja aleación
- Aceros de fácil mecanización
b. Aceros que se usan después de un tratamiento térmico
- Aceros al carbono
- Aceros de gran resistencia
- Aceros de cementación
- Aceros de nitruración
- Aceros para muelles
- Aceros resistentes al desgaste
- Aceros de propiedades eléctricas especiales
- Aceros Maraging
2.- Aceros de herramientas.
- Aceros al carbono.
- Aceros rápidos
- Aceros para trabajos en caliente
- Aceros indeformables
- Aceros de corte no rápidos
3.- Aceros inoxidables.
- Aceros martensíticos (11,5 a 18 % de Cr)
- Aceros ferríticos (14 a 27 % de Cr)
- Aceros austeníticos ( Cr y Ni más del 23 %)
- Aceros endurecibles por precipitación
- Aceros duplex
Designación de los aceros de construcción
La "Society of Automotive Engineers" (S.A.E.) fue la primera en
adoptar un sistema de numeración para los aceros.
Posteriormente la, "American Iron and Steel Institute" (AISI)
adoptó un sistema similar. En este, una letra (o grupo de letras) usada como prefijo, indica el proceso mediante el cual se
fabrica el acero. Así:
A = acero aleado, producido según el procedimiento Siemens-Martin básico
B = acero al carbono, según el procedimiento Bessemer acido
C = acero al carbono del proceso Siemens-Martin básico;
D = acero al carbono del proceso Siemens Martin acidoE = acero de horno eléctrico
BOF = aceros del proceso de horno de oxígeno básico.
Los primeros dos números que están después del
prefijo literal indican la composición, excluyendo el
contenido de carbono. Los dos últimos números (o tres
en el caso de los aceros de alto contenido de
carbono de los grupos del cromo 51 y 52) indican el
contenido aproximado de carbono.
Así, un material designado por AISI C1040 es un acero
Siemens-Martin básico, con un contenido de 0.37 -
0.44 % de carbono. Análogamente, un material SAE
2330 es un acero níquel con 0.28% a 0.33% de
carbono.
NOTA: la designación UNS de los aceros incluye los
números AISI y SAE anteriores. Por tanto, un acero UNS
G10350 es el mismo que uno AISI1035 o SAE1035
Las diversas composiciones utilizadas en aceros son las siguientes:
10 carbono, simple
11 carbono, de corte libre con más azufre o fósforo
13 manganeso
23 níquel25 níquel
31 níquel-cromo
33 níquel-cromo
40 molibdeno
41 cromo-molibdeno
43 níquel-cromo-molibdeno
46 níquel-molibdeno
48 níquel-molibdeno
50 cromo
51 cromo
52 cromo
61 cromo-vanadio
86 cromo-níquel-molibdeno
87 cromo-níquel-molibdeno
92 manganeso-silicio
94 níquel-cromo-molibdeno
Las convenciones para el primer dígito son:
1 - MANGANESO
2 - NIQUEL
3 - NIQUEL-CROMO, principal aleante el cromo
4 - MOLIBDENO
5 - CROMO
6 - CROMO-VANADIO, principal aleante el cromo
8 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el
molibdeno
9 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el
níquel.
Se observa entonces que si el primer número es 1 se
sabe que es un acero al carbono; si el dígito siguiente
es el 0, o sea que la designación es 10xx, se trata de
un acero ordinario al carbono.
a. Aceros que se utilizan sin tratamiento térmico
Factores que influyen sus propiedades:
1. Contenido de carbono. Cada 10 puntos de
carbono (0,10 % C) elevan la resistencia en
aproximadamente 9 Kg/mm2
2. Contenido de manganeso. Cada 10 puntos de
Manganeso (0,10 % Mn) elevan la resistencia en
aproximadamente 1,55 Kg/mm2
3. Contenido de fósforo. Su porcentaje suele ser bajo
en los aceros, sin embargo, cuando las variaciones
son grandes, su influencia es análoga a la del
carbono.
4. Espesor de las piezas. La velocidad de enfriamiento
es diferentes según el espesor y por lo tanto las
estructuras que se forman.
En los perfiles delgados se obtienen resistencias más
elevadas que en los gruesos
A. Aceros al carbono (serie 10xx)
Aceros al carbono son aquellos cuyas propiedades
dependen principalmente del contenido de carbono.
Los aceros al carbono de construcción, son aceros
cuya composición oscila entre:
C de 0,10 al 0,80 %
Si de 0,15 al 0,30 %
Mn de 0,30 al 0,70 %
P y S < 0,05 %
Los aceros al carbono se subdividen en:
Aceros de bajo carbono. Son aquellos aceros que
tienen un porcentaje de carbono inferior al 0.25 %
Ej: Laminas, perfiles, tubos, varillas, etc.
Aceros de carbono medio. Son aquellos aceros que
tienen un porcentaje de carbono entre 0,25 a 0,60 %
Ej: Partes de máquinas
Aceros de alto carbono. Son aquellos aceros que
tienen un porcentaje de carbono mayor al 0.60 %
Ej: Herramientas
B. Aceros de fácil mecanización
Aquellos que se utilizan para la fabricación de piezas
en grandes series, en máquinas automáticas o de
control numérico (series 11xx y 12xx )
La fácil mecanización depende de:
Tamaño de grano. Siendo más fácil de mecanizar los
aceros de grano grueso que los de grano fino
Dureza. Depende de la composición del acero y del
tratamiento. La dureza más adecuada para la
mecanización está entre 187 y 229 Brinell
Dureza. Depende de la composición del acero y del
tratamiento. La dureza más adecuada para la
mecanización está entre 187 y 229 Brinell
Los constituyentes. Siendo más fácil de mecanizar la
perlita globular
Relación limite de elasticidad/resistencia. Depende
de su composición y tratamiento. Cuanto mayor es
esta relación, resulta más fácil de mecanizar un
material, los valores más adecuados esta entre 0,85 a
0,95.
Inclusiones. Metálicas o no metálicas
Tipos de aceros de fácil mecanización:
a. Aceros al azufre. Contienen de 0,20 a 0,30 % y un
contenido mínimo de 0,60 % Mn, para formar inclusiones
de sulfuro de manganeso.
La facilidad de mecanización se debe a que las
inclusiones repartidas por toda la masa del material
cuando son atacadas por la herramienta saltan
fácilmente.
Las velocidades para mecanizar un acero al azufre ( 90
m/min ) puede ser el doble de la que se utiliza para un
acero al carbono ( 40 m/min). Acero al S y Pb 120
m/min.
b. Aceros al plomo. Contienen de 0,15 a 0,30 % Pb y de
0,15 a 0,50 % de C. El Pb se encuentra en los aceros en
forma de pequeñísimos glóbulos, prácticamente
emulsionado.
La acción del Pb se atribuya al efecto de lubricante,
que hace bajar la temperatura que produce el corte.
Disminución pequeña de la tenacidad en caliente y la
templabilidad
c. Aceros al fósforo. Contenido de 0,10 a 0,20 % de P y
de 0,10 a 0,20 % de C.
El P disminuya la plasticidad de la ferrita, la viruta se
rompe y salta con facilidad. Disminución pequeña de
resiliencia y alargamiento
d. Aceros al teluro. Contenido de 0,03 a 0,05 % de Te.
La influencia del Te se atribuye a que en su presencia las
inclusiones adquieren formas redondeadas
C. Aceros de baja aleación y alto límite elástico
Son aceros aleados con cobre, fósforo, manganeo,
silicio, níquel, cromo, molibdeno y titanio, que tienen un
límite de elasticidad más elevado que los aceros al
carbono. Mejor resistencia a la corrosión atmosférica
Capaces de resistir mayores cargas unitarias que los
aceros ordinarios por lo que permiten reducir la sección
de los perfiles en grandes obras y construcciones
metálicas.
ACEROS TRATADOS TERMICAMENTE
Factores que influyen en la propiedades de los aceros
tratados térmicamente:
1. Velocidad de enfriamiento. La diferencia de
enfriamiento marca diferencias notables en los
resultados de las propiedades de un acero.
Ej: Si se templan en agua dos probetas de 4 y 100 mm
de diámetro de un acero de 0,45 % de C, las
resistencias alcanzadas seràn aproximadamente
d = 4 mm R = 190 Kg/mm2
d = 100 mm R = 75 kg/mm2
La velocidad de enfriamiento puede modificarse por el
espesor de las piezas o por influencia del líquido
empleado en el temple.
2. Contenido de carbono. Los aceros de elevado
porcentaje de carbono presentarán los mejores
resultados. Esto es debido a que las velocidades
críticas de temple en los aceros altos en carbono son
algo inferiores a la de los aceros bajos en carbono.
Ej: Si se templan y revienen dos probetas de aceros de
0,15 y 0,45 % de carbono, los resultados
aproximadamente serán
0,15 % C E = 34 Kg/mm2 A = 20%
0,45 % C E = 37 kg/mm2 A = 25%
3. Porcentaje de Manganeso. Al aumentar el porcentaje
de manganeso disminuye la velocidad crítica de temple y
aumenta por tanto el poder templante
Ej: Si se templan dos aceros de 0,40 % de C. pero de 0,50 y
0,75 % Mn, los resultados aproximadamente serán:
0,50 % Mn R = 80 Kg/mm2 A = 16 %
0,75 % Mn R = 87 Kg/mm2 A = 18 %
4. Calidad del acero. Un acero mal fabricado, que tiene
muchas porosidades e impurezas, tendrá la peor
combinación de características y para una resistencia
determinada su alargamiento será inferior.
5. Microestructura. Las propiedades dependen también
de los microconstituyentes.
Para obtener las mejores propiedades o mejor
combinación de características (más altos alargamientos
y resiliencia). Para una resistencia determinada es
necesario obtener previamente una estructura totalmente
martensitica.
ACEROS TRATADOS TERMICAMENTE
A. Aceros aleados de gran resistencia
Aceros que se usan para la construcción de piezas de
máquinas y motores que deben tener resistencias entre
70 y 170 Kg/mm2.
Tienen 0.25 a 0.45 % C y elementos aleantes como Cr, Ni
y Mo principalmente y también a veces Mn, Si, W, etc.
La suma de los elementos aleantes no sobrepasa el 5 %
Características de los aceros de gran resistencia
Alta templabilidad (Ensayo Jominy)
Gran resistencia y dureza
Tenacidad y ductilidad
Resistencia a la fatiga
Ventajas de los aceros aleados:
a. La posibilidad de templar el núcleo de piezas de gran
sección
b. Posibilidad de utilizar, en lugar de temple en agua,
temple en aceite o al aire
c. Mayor margen de temperatura para los
calentamientos
Desventajas de los aceros aleados:
a. Mayores dificultades para su elaboración y
eliminación de ciertos defectos (inclusiones, etc.)
b. Precio mucho más elevado
c. Mayores dificultades para su aprovisionamiento
Selección de los aceros de gran resistencia. Los
factores que deben tomarse en cuenta son:
Espesor. Si la pieza no ha de tener más de 20 mm de
grueso o diámetro y no va a estar sometida a
temperaturas extremas, ni a corrosión de importancia,
es recomendable la utilización de aceros al carbono.
Si la pieza es de grandes dimensiones y de cierta
responsabilidad, se deben emplear aceros aleados
Aplicación. Si se trata de piezas que van ha trabajar en
condiciones extremas o severas, utilizar aceros aleados.
Forma de la pieza. Si se trata de piezas de forma
complicada, no deberá templarse en agua, pues se
correría un gran riesgo de agrietarla. En este caso, es
aconsejable el empleo de aceros de alta
templabilidad, que permitan enfriar la pieza en aceite o
aire.
Proceso de fabricación. Si se trata de piezas de
producción en serie puede obligar a sacrificar un poco
las características mecánicas de la pieza en beneficio
de una más fácil mecanización.
Costo. Seleccionar un acero que con el menor
contenido de carbono, cumpla las condiciones
mecánicas mínimas exigidas y que sea de menor costo
En el mercado nacional se tienen dos marcas de aceros
especiales:
1. Aceros BOHLER
2. Aceros ASSAB (IVAN BOHMAN C.A)
Cada fabricante utiliza su propia designación para
los aceros, pero tienen su equivalencia internacional.
Ej: V320 NB AISI 4140 (BOHLER)
ASSAB 709 AISI/SAE 4140
Catálogos. Información contenida:
a. Tipo de aleación (composición)
b. Normas (Designaciones equivalentes)
c. Propiedades Mecánicas (Resistencia)
d. Tratamientos Térmicos (Recocido, temple y
revenido). (Instrucciones para el tratamiento térmico)
e. Aplicaciones
Recocidos
Recocido ablandamiento. Calentamiento del acero
640-680 oc, según la composición y enfriamiento al aire,
con durezas entre 180 y 260 BHN, aceptables para
mecanizar.
Recocido de regeneración (aceros de alta aleación o
alto carbono). Calentamiento del acero 825-875 oC,
según la composición y enfriamiento muy lentamente.
Recocido isotérmico. Calentamiento del acero 825-875 oC, luego enfriar hasta 600-800 oC, mantener el tiempo
suficiente para que se realice la transformación
isotérmica de la austenita y luego enfriar al aire (piezas
forjadas).
Temple. Calentamiento a unos 50 oC sobre el punto ac3
correspondiente al acero, para conseguir la
transformación completa del material en austenita. la
duración del calentamiento debe ser algo mayor a la
de los aceros al carbono.
El enfriamiento se realiza casi siempre en aceite,
aprovechando la más baja velocidad crítica de temple
de los aceros aleados.
Revenido. A temperaturas entre 550 y 650 oC,
enfriamiento al aire o en aceite.
B. Aceros de gran elasticidad
Se utilizan en la construcción de máquinas, motores,
ferrocarriles, autos, etc., donde se requieren elementos
que trabajen elásticamente absorbiendo esfuerzos y
almacenando energía.
Tipos de aceros de gran elasticidad:
Aceros al carbono. Se emplean para piezas de poca
responsabilidad. se templan en agua o aceite, según su
porcentaje de carbono.
Son aceros que tienen 0,40 a 0,70 % c y 0,30 a 1 % Mn y
que templados y revenidos alcanzan resistencias de 135
kg/mm2 y límites elásticos de 115 kg/mm2.
Acero mangano-siliciosos. Son aceros que tienen 0,40 a
0,70 % de C, 0,60 a 1 % Mn, y de 1,5 a 2 % de si. Se
emplean para la fabricación de muelles y ballestas de
grandes dimensiones para ferrocarriles, autos, etc.,
consiguiéndose obtener límites elásticos superiores a los
120 kg/mm2 en espesores hasta de 20 mm, cosa
imposible de conseguir con los aceros al carbono
Aceros aleados. Además de su templabilidad más
elevada, tienen la ventaja de ser menos propensos a
descarburaciones en los tratamientos térmicos que es el
origen de la mayor parte de fallas en los muelles.
los aceros aleados al Cr-Mn, Cr-Si, Cr-V, etc., se utilizan
para la fabricación de muelles de responsabilidad.
Tratamientos térmicos de aceros de gran elasticidad
Recocido. El recocido de regeneración a temperaturas
entre 750 a 800 oC, en hornos de atmósfera controlada
para evitar descarburaciones. el enfriamiento debe ser
lento en el interior del horno, hasta 600 oC por lo menos.
Temple. Se realiza a temperaturas comprendidas entre
800 y 900 oC en baño de sales de cianuro, para evitar la
oxidación, descarburación y porque carburan
ligeramente la superficie del muelle.
El enfriamiento se hará en aceite si los muelles son de
acero al carbono de sección muy reducida, o se trata
de aceros aleados. los muelles de acero de gran
sección deben enfriarse en agua.
Revenido. El revenido se realiza a temperaturas entre
200 y 500 oC y enfriando después al aire.
Selección de los aceros de gran elasticidad
La selección se hace según el diámetro y la calidad que
se desea obtener.
Muelles de diámetro o espesor inferior a 5 mm. Se
pueden emplear generalmente las tres clases de
aceros.
Los más económicos, aceros al carbono templados y
revenidos en el mismo proceso de fabricación o en
forma de alambre de cuerda de piano
Muelles de diámetro o espesor superior a 5 mm. Hasta
10 mm aceros al carbono en forma de alambre de
cuerda de piano.
Si se trata de hoja de ballestas de calidad corriente, se
pueden utilizar el acero mangano - siliciosos templado y
revenido.
Para muelles de calidad se emplean siempre aceros
aleados templados y revenidos.
C. Aceros para cementar
La cementación consiste en aumentar el porcentaje de
carbono de la capa superficial de aceros de bajo
contenido de carbono. Esto permite, solucionar el
problema de la obtención de gran dureza superficial y
buena tenacidad en el núcleo.
Los aceros para cementar contienen de 0.05 a 0.25 %
de carbono. Las capas superficiales alcanzan luego de
la cementación un contenido de 0,80 a 0,90 % de
carbono en espesores de 0.50 a 1.50 mm.
Después de templadas las piezas obtienen durezas
superficiales de 62 a 65 HRC, si es que no se ha
descarburado en el temple y revenido.
Tipos de aceros para cementar:
Aceros al carbono. Los aceros al carbono contienen
hasta un 0.25 % de C, de 0,15 a 0,35 % de Si y de 0,30 a
0,60 % de Mn.
Estos aceros, en general, se templan al agua,
consiguiéndose en la superficie durezas de 60 HRC y en
el núcleo una resistencia de unos 80 kg/mm2.
Tienen el inconveniente que a la temperatura de
cementación, de 875 a 900 oC, aumenta mucho el
tamaño de grano, y por lo tanto, quedan frágiles. Esto
se controla empleando acero de grano muy fino, que al
crecer quedan con tamaños normales de 6 a 9 ASTM.
Aceros aleados. Los aceros aleados para cementación
contienen de 0.10 a 0.20 % de C, 0,30 a 1 % Mn, 0,10 a
0,35 % de Si y porcentajes variables de Cr, Ni y Mo.
El Mn baja las temperaturas críticas de temple,
reduciendo el riesgo de deformaciones y
descarburaciones. también mejora la templabilidad.
El Ni baja las temperaturas críticas de temple y mejora
la resistencia y tenacidad de los aceros.
El Cr aumenta la dureza y resistencia al desgaste de la
capa cementada. El Mo mejora la templabilidad y la
resistencia al desgaste de la capa cementada.
Tratamientos de los aceros para cementar
Aceros al carbono, se templan en agua, luego de la
cementación, consiguiéndose en la superficie durezas
de 60 HRC, y el núcleo, una resistencia de unos 80
kg/mm2.
Aceros aleados, se templan en aceite, con lo que se
evitan deformaciones y fisuramientos.
Selección de los aceros para cementar
Los aceros al carbono se utilizan para la fabricación de
piezas pequeñas, de forma sencilla, para las cuales sólo
interesa conseguir buena dureza superficial y una
resistencia y tenacidad en el núcleo regular.
Los aceros aleados con un porcentaje total de aleación
inferior a 3,50 % se utiliza para piezas de tamaño
mediano y para todas las que interese evitar grandes
deformaciones. Con estos aceros se obtienen
resistencias en el núcleo inferiores a 100 kg/mm2.
Los aceros aleados de alta aleación se utilizan para
fabricar grandes piezas, obteniéndose en el núcleo
resistencias superiores a los 100 kg/mm2 y muy buena
tenacidad.
D. Aceros para nitrurar
La nitruración consiste en endurecer la superficie del
acero por la absorción de nitrógeno en condiciones
adecuadas.
Los aceros para nitrurar son siempre aleados que
contienen de 0.25 a 0.50 % de carbono, según las
características mecánicas que se desee obtener en el
núcleo. los elementos de aleación más utilizados son el
al Mo, V, Cr y Ni.
Las capas nitruradas tienen un espesor de 0.20 a 0.50
Mm, según la temperatura y tiempo de operación.
Después de templadas las piezas se obtienen durezas
superficiales de 800 a 1100 Vickers, según la
composición de los aceros. La resistencia mecánica del
núcleo varía entre 80 y 125 kg/mm2. Además, la
resistencia a la fatiga de los aceros nitrurados es superior
a la de los aceros al carbono.
Tipos de aceros para nitrurar:
Aceros al Cr-Mo-V. la resistencia obtenida en el núcleo
después del tratamiento térmico es de 80 a 105 kg/mm2
y una dureza de la capa nitrurada de 800 a 900 Vickers.
Aceros al Cr-Al-Mo. La resistencia obtenida en el núcleo
después del tratamiento térmico es 90 a 100 kg/mm2 y
una dureza de la capa nitrurada de 1000 a 1100 vickers.
Tratamientos térmicos de los aceros nitrurados
Las piezas nitruradas se templan y revienen siempre,
pero, a diferencia de la cementación, el tratamiento se
efectúa antes y no después de la nitruración.
El temple se realiza a temperaturas de 900 oC y el
revenido entre 600 y 700 oC.
Si se desea reducir en lo posible las deformaciones que
puede producir la nitruración, puede darse a las piezas
un tratamiento previo de estabilización a temperaturas
comprendidas entre 500 y 600 oC.
Selección de los aceros para nitrurar
Para la fabricación de piezas para las que sea
necesario una dureza superficial de 650 a 800 Vickers,
pueden emplearse acero Cr-V o Cr-Mo de media
aleación.
Para piezas que deben quedar con una dureza
comprendida entre 800 y 1000 Vickers, deben
emplearse aceros con un máximo de 3 % de Cr.
Para la construcción de piezas que deben tener una
dureza superficial superior a los 1000 Vickers, se
emplearán aceros al aluminio.
E. Aceros resistentes al desgaste
Aceros Hadfield. Contienen de 0,80 a 1,20 % de C, y de
12 a 14 % de Mn. Son austeníticos.
Estos aceros no posee gran resistencia (100 kg/mm2),
pero tiene la propiedad de endurecerse por trabajado
en frío más que ningún otro acero, cuando están
austenizados, a lo que se atribuye su resistencia al
desgaste.
Para conseguir una austenización completa se calienta
de 1000 a 1100 oC y luego se enfría en agua.
El acero Hadfield conserva sus buenas cualidades a
temperaturas elevadas, hasta 800 oC, tiene el
inconveniente de que es muy difícil de mecanizar, pues
se endurece en cuanto es atacado por cualquier
herramienta.
Se emplea mucho para la fabricación de bolas y placas
para revestimiento de molinos y en general para todas
las aplicaciones en que se desea mucha resistencia al
desgaste y combinada con muy buena tenacidad.
F. Aceros maraging
Su nombre se debe al tratamiento a que se somete, que
es un proceso de maduración o envejecimiento (aging)
artificial de su martensita (mar)
Contienen de 65 a 75 % de Fe y 17 a 26 % de Ni.
Además, pueden tener, Co, Mo, Ti y Al
Tipos de aleaciones maraging:
De 25 % de Ni, que son austeníticas
Contienen Fe, 25 % de Ni; 1,3 a 1,6 % de Ti; 0,13 a 0,35 %
de Al y 0,3 a 0,5 % de Nb
Tratamiento:
Recocido de solubilización de 805 a 875 oC y
enfriamiento al aire
Tratamiento de transformación de la austenita en
martensita. calentamiento a 700 oC durante 4 horas y
enfriamiento al aire
Temple de maduración de 430 a 450 oC, durante cuatro
horas, seguido de un enfriamiento al aire (50 a 52 HRC)
De 20 % de Ni, que son martensíticas
Contienen Fe, 20 % de Ni; 1,3 a 1,6 % de Ti; 0,15 a 0,35 %
de Al y 0,3 a 0,5 % de Nb
Para endurecerlos se someten a un recocido de
solubilización de 800 a 875 oC, seguido de un
enfriamiento al aire. Después un temple de maduración
entre 450 a 480 oc y enfriamiento al aire (50 a 52 HRC)
De 18 % de Ni, que son también martensíticas
Contienen Fe, 17 a 19 % de Ni; 7 a 9 % de Co; 3 a 5 % de
Mo; 0,15 a 0,25 % de Ti y 0,05 a 0,15 % de Al
Un recocido de solubilización de 815 a 875 oC, seguido
de un enfriamiento al aire. Después un temple de
maduración entre 460 a 480 oC y enfriamiento al aire
Características generales
a. Resistencia mecánica y límite elásticos superior a la
mayoría de aceros (200 kg/mm2)
b. Buena tenacidad y alargamiento
c. Resistencia a elevadas temperaturas 450 a 475 oC
d. A bajas temperaturas son más dúctiles y tenaces que
los aceros de baja aleación
e. Resistencia a la fatiga elevada
f. Resistencia a la corrosión, superior a la de los aceros
de baja aleación
Aplicaciones:
Piezas para trenes de aterrizaje de aviones,
recubrimientos para vehículos espaciales, herrajes,
tornillos, matrices y émbolos para extrusión en caliente,
tubos para morteros, rifles, engranajes, muelles, etc.
G. Aceros propiedades eléctricas especiales
Aceros para chapa magnéticas
Fabricación de núcleos o piezas de máquinas eléctricas
y transformadores, que están sometidos a la acción de
campos magnéticos que cambian rápidamente de
valor.
Características electromagnéticas:
Permeabilidad magnética. Elevada
Pérdidas por histéresis. Bajas
Magnetismo remanente. Bajo
Resistividad. Elevada
Facilidad de laminación y corte por troquelado
Tipos de aceros:
Hierro Armco. Máquinas de corriente continua
Contenido en C inferior al 0,04 %; Mn inferior al 0,10 % ;
azufre y fósforo inferior al 0,020 %
Permeabilidad de 6000 a 8000 gauss
Resistividad inferior a 12 u-ohmios ( baja)
Perdidas muy elevadas
Aceros al carbono. Pequeños transformadores
Aceros con contenidos de 0,10 a 0,20 % de C
Permeabilidad de 5000 a 9000 gauss
Resistividad inferior a 15 u-ohmios
Perdidas de 4 w por kg para inducción de 10000 gauss
sensibles al envejecimiento
Aceros al silicio. Núcleos para motores y alternadores
Aceros con contenidos 0,10 % de C y de 1 a 4 % de Si
Permeabilidad de 6000 a 7000 gauss
Resistividad de 55 u-ohmios
Perdidas de 1,3 a 1,7 w por kg para inducción de 10000
gauss
Aleaciones especiales
Aleaciones al níquel, Mo y Cu (permalloy, supermalloy,
perminvar y hipernik)
Aceros para imanes permanentes
La industria moderna utiliza en gran escala imanes
permanentes en la construcción de una extensa gama
de aparatos que va desde los altavoces hasta los más
complejos equipos de radio de aviones.
Características electromagnéticas:
Alto magnetismo remanente (Br)
Alta fuerza coercitiva (Hc)
Buena templabilidad (Mejora características
magnéticas)
Aceros al carbono.
Aceros con 0,60 a 1 % C y 0,30 a 0,80 % de Mn se
emplean para imanes de poca importancia. Se forjan a
unos 900 C. Se efectúa el recocido a unos 700 C,
enfriamiento al aire.
El temple se realiza a unos 800 c, enfriándose en el
agua. Se magnetizan después y se les da finalmente un
tratamiento de envejecimiento durante varias horas.
Características:
Fuerza coercitiva Hc 0 40 oersteds
Magnetismo remanente Br = 9000 Gauss
Aceros al wolframio
Aceros con 0,60 a 1 % C y de 4 a 7 % de wolframio y
algunas veces hasta 2 % de cromo. Se emplean para
imanes de mayor importancia. Se forjan a unos 1000 C.
Se efectúa el recocido a unos 750 C, enfriamiento al
aire.
El temple se realiza a unos 800 c, enfriándose en el
agua. Conservan más tiempo el magnetismo incluso
bajo la acción de calentamientos.
Características:
Fuerza coercitiva Hc = 70 oersteds
Magnetismo remanente Br = 10000 Gauss
Aceros al cromo
Aceros con 0,60 a 1 % C y de 1 a 5 % de cromo. Se
emplean para imanes de mayor importancia. Se forjan
a unos 900 C. Se efectúa el recocido a unos 700 C,
enfriamiento al aire.
El temple se realiza a unos 800 c, enfriándose en el
agua. Son de características magnéticas muy
parecidas a los aceros al wolframio y más baratos.
Características:
Fuerza coercitiva Hc = 60 oersteds
Magnetismo remanente Br = 9500 Gauss
Aceros al cobalto
Aceros con 0,60 a 1 % C y de 10 a 30 % de cobalto. Se
utilizan para la construcción de imanes de
características superiores. Se forjan a unos 950 C. Se
efectúa el recocido a unos 780 C, enfriamiento al aire.
El temple se realiza a unos 975 C, con enfriamiento al
aire o al aceite. Después se magnetizan y se les da un
tratamiento de estabilización o envejecimiento
Características:
Fuerza coercitiva Hc = 150 a 250 oersteds
Magnetismo remanente Br = 9500 Gauss
Aleaciones especiales para imanes
Aleaciones especiales de hierro con cantidades
variables de aluminio, níquel, cobalto, molibdeno,
cobre, vanadio, manganeso e incluso titanio y plata,
cuyas características magnéticas son sobresalientes y
muy superiores a todos los aceros para imanes.
A este grupo pertenece las aleaciones Alnico, Comol,
cunife, cunico, etc.
Características (luego de tratamientos especiales):
Fuerza coercitiva Hc = 225 a 900 oersteds
Magnetismo remanente Br = 7000 a 12000 Gauss
2. ACEROS DE HERRAMIENTAS
Características:
Dureza. Depende del contenido de carbono y del
temple y revenido (30 a 65 HRC)
Tenacidad. Propiedad en cierto modo contraria a la
dureza. Si la herramienta es muy dura resulta frágil
Resistencia al desgaste. Depende del contenido de
carbono y de la presencia de carburos
Indeformabilidad. Depende del medio de temple
Designación de los aceros de herramientas según la AISI
Se designan por una letra seguida por uno o dos
digitos.
Las letras pueden ser:
W Temple en agua S Resistentes al impacto
O temple en aceite D Alto carbono y cromo
A Temple en aireH Trabajo en caliente
T Base tungsteno P Acero para moldes
M Base molibdeno L Baja aleación
F Carbono-tugnsteno
Los digitos sirven para diferenciar de otros del mismo
grupo.
A. Aceros al carbono. Tienen un contenido de carbono
que varía de 0,50 a 1,40 % y el tamaño de grano lo más
fino posible. Fósforo y azufre inferiores al 0,030%
Aceros al carbono para herramientas (con
calentamientos por encima de 250 C, se ablandan)
B. ACEROS ALEADOS
B1. Aceros rápidos
Mantienen la dureza y filo cortante en caliente hasta
500 y 600 oC.
Contiene adicionalmente W, Cr, V, Mo y Co
Influencia de los aleantes:
Cromo. Aumenta penetración de temple y favorece la
formación de carburos
Wolframio. Aumenta la resistencia de la martensita y
sirve para mantener la dureza en caliente
Molibdeno. Acción parecida a la del w, pero más
intensa. aumenta riesgos de descarburación
Vanadio. Forma carburos muy duros, aumenta
resistencia al desgaste, la resistencia al revenido y la
dureza en caliente
Cobalto. Aumenta resistencia en caliente y eleva la
temperatura de fusión
Clasificación
Aceros con Wolframio. Contienen de 0,60 a 1,00 % de C;
12 a 20 % de W; 1 a 5 % de V y 3 a 4,5 % de Cr.
Se subdividen en :
Aceros para trabajos de desbaste, con máquinas
potentes y empleando grandes pasadas ( T1 y T2 )
Aceros más duros destinados a operaciones de
acabado con viruta fina ( T3 y T9 )
Aceros de más baja aleación y menor rendimiento para
trabajos poco forzados ( T7 )
Aceros con Cobalto. Contienen de 0,60 a 1,00 % de C;
14 a 20 % de W; 3 a 12 % de Co.
Se subdividen en:
Aceros al W con Co (T4, T5, T6, T8 Y T15)
Aceros al Mo con Co (M6, M30, M34, M35, M36)
Aceros con V, Mo y Co (M31, M32, M41, M43, M44, M46
Y M47)
Aceros con Molibdeno. Contienen de 0,8 a 8,5 % de C;
1,5 a 6 % de W; 5 a 8 % de Mo y 4 % de Cr ( M1, M2 )
Aceros con Vanadio (aceros extrarápidos). Contienen
de 1,05 a 1,25 % de C; 6 a 10,5 % de W; 2 a 3,25 % de V;
3,75 a 5 % Mo; 4 a 4,25 % de Cr y 5 a 10 % Co.
Forja y tratamientos térmicos
Forja. Destruir y disgregar la agrupación de carburos.
calentamiento debe durar casi el doble que para los
aceros al carbono
Calentamiento en etapas:
De 700 a 800 oC
Finalmente de 1100 a 1200 oC
Menos tiempo de exposición del acero a elevadas
temperaturas, disminuye el peligro a descarburación y
grietas
Recocido. Ablandar el acero para que pueda ser
mecanizado.
Calentamiento de 850 a 900 oC, mantener de media a
una hora por pulgada de espesor y enfriamiento lento.
Se obtienen durezas de 220 y 250 Brinell
Se puede utilizar también el recocido isotérmico.
calentamiento en baño de sales de 875 a 900 oC,
mantener de media a una hora por pulgada de espesor,
se pasa a otro horno de 700 a 750 oc, mantener de una a
dos horas y enfriamiento al aire
El calentamiento se debe realizar en el interior de cajas
bien cerradas con materias carbonosas en su interior o
empleando atmósferas controladas (evitar
descarburación)
Temple. Calentamiento de 1200 a 1300 oC y enfriamiento
en aceite o aire. calentamiento en etapas:
Precalentamiento a 500 oC
Calentamiento a 850 oC
Calentamiento final de 1200 a 1300 oC
Se obtiene durezas de 62 a 65 HRC
Revenido. Calentamiento de 100 a 350 oC, duración de 2
horas por cada 25 mm de espesor y enfriamiento al aire
Se obtiene durezas de 58 a 61 HRC
B. Aceros indeformables
Se utilizan para la fabricación de troqueles, cortantes y
otras herramientas complicadas, en las que hay que
evitar deformaciones en el temple (no pueden ser
rectificadas luego del temple)
Características:
Su indeformabilidad en el temple
Durezas del orden de 62 a 65 HRC
Excelente resistencia al desgaste ( 5 y 12 % de Cr)
Tipos de aceros indeformables:
Aceros con 1 a 3 % de Mn, de temple en aceite y aire. El
tipo O1 ( 0,90 % C; 0,50 % Cr y 0,50 W), templado a 850 oC
y enfriado al aceite alcanza una dureza de 64 HRC. Se
emplea en la fabricación de troqueles
El A6 (0,7 % C; 2,25 % Mn; 1,10 % Cr y 1,35 % Mo) de
temple al aire (menos deformaciones). Se fabrican piezas
o herramientas de grandes dimensiones con durezas de
60 a 63 HRC. Propiedades análogas tienen los A4 y A5,
pero de menor uso que el A6
Aceros con 5 % de Cr, de temple al aire
Estos aceros son en general de mayor tenacidad que los
otros dos grupos de aceros indeformables
El más utilizado es el A1 (1 % C; 5 % Cr, 1% Mo y 0,5 % de
V). Menos resistente al desgaste que el de 12 % Cr.
Aceros con 12 % de Cr, de temple en aceite y aire
Aceros de temple en aceite. D3 ( 2,25 % C y 12 % Cr)
Aceros de temple al aire. El D2 ( 1,50 % C; 12 % Cr; 1 %
Mo y 1 % V ), D4 ( 2,25 % C; 12 % Cr y 1 % Mo ) y D5 ( 1,50
% C; 12 % Cr; 3 % Co y 1 % V )
Forja y tratamientos térmicos
Forja. Los aceros de 5 y 12 % Cr, se forjan a temperaturas
de 900 a 1100 oC.
Los indeformables al Mn de 850 a 1000 oC. Calentar
lentamente hasta los 800 oC y luego a la temperatura de
forja
Recocido. Los al Mn, se calientan a 820 oC con
enfriamiento lento hasta 550 oC y luego al aire. (durezas
de 210 a 240 Brinell )
Los de 5 y 12 % Cr, se calientan a 875 oC con
enfriamiento lento hasta 500 oC y luego al aire (durezas
de 230 a 260 Brinell )
Temple. Los aceros al Mn, se calientan de 800 a 845 oC y
se enfrían al aire o al aceite.
Los de 5 y 12 % Cr, se calientan de 925 a 1050 oC con
enfriamiento en aire o aceite.
Revenido. Los aceros al Mn, se calientan a 200 oC y luego
un enfriamiento al aire ( durezas de 60 a 64 HRC)
Los aceros de 5 y 12 % de Cr, se calientan de 180 a 250 oC y luego un enfriamiento al aire ( durezas de 62 a 64
HRC). Cuando interesa gran tenacidad y no demasiada
dureza de 250 a 600 oC (durezas de 57 a 62 HRC)
C. Aceros para trabajos en caliente
Se utilizan para la fabricación de estampas para aceros
y aleaciones no férricas, la fundición por gravedad o por
inyección de metales no férricos y de aleaciones ligeras,
el moldeo de materias plásticas, etc.
Características:
Gran dureza y resistencia en caliente
Gran templabilidad para grandes piezas con
enfriamiento en aceite o aire
Resistir sin agrietarse los cambios bruscos y repetidos de
temperatura
Gran resistencia al desgaste
Gran tenacidad para herramientas que trabajan a
choque
Aceros para trabajos en frío
Los aceros para trabajos en frío se emplean en la
fabricación de herramientas en cuyo servicio, por lo
general, no se sobrepasan temperaturas superficiales de
200°C
Las propiedades características de los aceros para
trabajar en frío son:
Dureza elevada
Gran resistencia al desgaste
Buena tenacidad
Maquinabilidad adecuada
Resistencia elevada contra presión impacto
Reducida variación dimensional en el tratamiento
térmico
Designación según el sistema UNS (Unified Numbering System)
Designación según las Normas ASTM
Estas normas además de indicar la composición química como
la AISI-SAE, indican las propiedades mecánicas.
Ej: ASTM A36, A significa que es un acero y el 36 que tiene un
límite de fluencia de 36000 Psi.
C. Aceros para trabajos en caliente
Los aceros para trabajo en caliente se utilizan en
herramientas que en su aplicación son sometidos a
temperaturas permanentes superiores a los 200°C.
Consecuentemente el uso de aceros para trabajo en
caliente supone que además de las usuales tensiones
que debe de soportar un acero para herramientas deba
soportar las tensiones térmicas que se derivan del
continuo contacto entre las herramientas y los materiales
durante los procesos de conformado.
Las propiedades características de los aceros para
trabajar en caliente son:
Buena resistencia y tenacidad en caliente
Reducida tendencia a la adhesión
Buena resistencia al revenido
Alta estabilidad dimensional
Además alta resistencia a temperaturas elevadas
Alta resistencia al desgaste
Resistencia a la erosión y a la oxidación a alta
temperatura
Estampas
Aceros al carbono. No conviene trabajar a temperaturas
superiores a 250 oC
Aceros de 0,30 a 0,60 % C y de aleación media con Cr, Ni
y Mo. Se puede trabajar a temperaturas de 300 a 400 oC.
Aceros con Cr y W de baja aleación. Se puede trabajar
a temperaturas de 300 a 500 oC
Aceros con 5 % de Cr. Se puede trabajar a temperaturas
próximas a 550oC
Aceros de 9 a 15 % de W. Se puede trabajar a
temperaturas próximas a 600 oC, con fuertes presiones y
sufriendo grandes rozamientos
Moldes para fundición
Para moldes que no llegan a calentarse a más 300 oC, se
puede utilizar aceros al carbono ( 0,50 a 0,90 % C) o
aceros débilmente aleados ( 0,40 a 0,55 % C y 0,70 a 2 %
de Cr o W )
Para moldes que deben utilizarse para grandes series y
en ocasiones deben alcanzar temperaturas bastante
elevadas, se debe utilizar aceros de 0,35 a 0,40 % de C y
5 % de Cr.
Cuando el calentamiento de los moldes es muy elevado,
se emplea aceros de 0,35 a 0,40 % de C; 5 % de Cr y 5 %
de W.
En el caso de grandes piezas se suele emplear aceros de
aceros de 0,35 a 0,40 % de C; 5 % de Cr; 5 % de W y de
0,50 a 1,50 % de Mo.
Para ciertos trabajos con latones y bronces de alta
temperatura de fusión se emplean aceros con 9 y 14 %
de W.
Aceros para troqueles para plásticos
Aceros de cementación
Aceros del grupo de gran resistencia
Aceros inoxidables de 13 % de Cr
Aceros indeformables de 12 % de Cr
Aceros del grupo de herramientas varias
Aceros de nitruración
Las herramientas fabricadas con aceros para moldes de
plástico ofrecen ventajas sólidas a los fabricantes de piezas
de plástico:
Elevada resistencia al desgaste
Óptima conductividad térmica
Óptima resistencia a la corrosión
Excelentes propiedades de dureza y tenacidad, y resistencia
a la compresión.
Aceros para moldes de plástico
Un acero para moldes de plástico óptimo para cada
aplicación debe cumplir las elevadas exigencias del
consumidor en cuanto a forma, funcionalidad, estética y larga
vida del producto.
Los aceros para moldes de plástico ofrecen ventajas
convincentes al fabricante de herramientas:
Excelente maquinabilidad
Alto grado de pureza
Acero de calidad uniforme
Propiedades homogéneas del material
Amplio know-how metalúrgico, servicios de asesoramiento
Estampas
Aceros al carbono. No conviene trabajar a temperaturas
superiores a 250 oC
Aceros de 0,30 a 0,60 % C y de aleación media con Cr, Ni
y Mo. Se puede trabajar a temperaturas de 300 a 400 oC.
Aceros con Cr y W de baja aleación. Se puede trabajar a
temperaturas de 300 a 500 oC
Aceros con 5 % de Cr. Se puede trabajar a temperaturas
próximas a 550oC
Aceros de 9 a 15 % de W. Se puede trabajar a
temperaturas próximas a 600 oC, con fuertes presiones y
sufriendo grandes rozamientos
Moldes para fundición
Para moldes que no llegan a calentarse a más 300 oC, se
puede utilizar aceros al carbono ( 0,50 a 0,90 % C) o
aceros débilmente aleados ( 0,40 a 0,55 % C y 0,70 a 2 %
de Cr o W )
Para moldes que deben utilizarse para grandes series y en
ocasiones deben alcanzar temperaturas bastante
elevadas, se debe utilizar aceros de 0,35 a 0,40 % de C y 5
% de Cr.
Cuando el calentamiento de los moldes es muy elevado,
se emplea aceros de 0,35 a 0,40 % de C; 5 % de Cr y 5 %
de W.
En el caso de grandes piezas se suele emplear aceros de
aceros de 0,35 a 0,40 % de C; 5 % de Cr; 5 % de W y de
0,50 a 1,50 % de Mo.
3. ACEROS INOXIDABLES
Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen
un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del
acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua
y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones
químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la
corrosión de los aceros inoxidables.
La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo
con sus características:
· Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas.
· Propiedades mecánicas del acero.
· Características de los procesos de transformación a que será sometido.
· Costo total (reposición y mantenimiento)
- Disponibilidad del acero.
Designación de los Aceros inoxidables según la AISI
Se designan por tres digitos, el primero indica el grupo y los otros
dos sirven para diferenciar de otros del mismo grupo.
2xx Cr-Ni-Mn Austeníticos (no magnéticos)
3xx Cr-Ni Austeníticos (no magneticos)
4xx Cr Martensiticos ( templables)
4xx Cr Ferríticos (No templables)
5xx Cr Bajo cromo (resistentes al calor)
Ejemplo de los más utilizados de cada grupo.
Martensiticos: 410, 416, 420, 440, 501 y 502
Ferríticos: 405, 430 y 446.
Austeníticos: 202, 302, 304, 304L, 316, 317, 347, etc.
A veces la designación viene seguida por letras: L(bajo carbono),
N (nitrógeno), Se (selenio), H (mayor contenido de carbono), etc.
Para los aceros inoxidables se usa el sistema AISl que utiliza un
código de tres dígitos ~ a veces seguido de una o más
letras.
El primer dígito da una pista de la clase de acero.Serie 2xx Y 3xx
corresponden a aceros austeníticos. La serie 4xx incluye
los aceros ferríticos y martensíticos.
EI segundo y tercer dígito no están relacionados a la composición
ni se sigue una secuencia (ejemplo 430 y 446
son ferríticos mientras que 431 Y 440 son martensíticos)
Las Ietras de sufijo pueden indicar la presencia de un elemento
adicional o indicar alguna característica especial.
Diagrama Schaeffler
Provee la estimación de los efectos combinados de los
componentes en la proporción de austenita, ferrita y martensita
presente en los aceros inoxidables.
Ni eq. = % Ni + 30 x % C + 25 x % N + 0,5 x % Mn
Cr eq. = % Cr + % Mo + 1,5 x % Si + 0,5 x % Nb + 1,5 x % Ti
Aleaciones especiales
Aceros Böhler ofrece una línea de aleaciones especiales para
diversas aplicaciones industriales como:
- Industria médica
Ofrecemos aceros inoxidables y aleaciones especiales para la
fabricación de implantes e instrumental quirúrgico. Todos
nuestros productos cumplen con las normas internacionales de
calidad para aplicaciones médicas.
- Sector energético:
Suministramos aleaciones resistentes a altas temperaturas
como aleaciones base níquel para turbinas de gas, vapor o
hidráulicas. Estos materiales deben ser resistentes a
condiciones mecánicas y térmicas extremas, ya que por
ejemplo sus álabes alcanzan la velocidad del sonido
y temperaturas tan altas que las dejan al rojo vivo.
- Industria aeronáutica y aeroespacial:
Este segmento requiere que cada componente esté
oficialmente certificado, ya que de ello depende el factor clave
de la seguridad. Böhler, con sus aceros especiales y
aleaciones base níquel y cobalto, utilizados en partes vitales
del fuselaje y las turbinas, satisfacen rigurosamente todos los
criterios de calidad y confiabilidad que demandan los
principales fabricantes de aeronáutica en el mundo.
- Industria química, petroquímica y de alta mar:
Actualmente se trabaja intensamente en la desalinización de
aguas marinas, en la fabricación de materias plásticas y en la
exploración y extracción de petróleo del fondo de los océanos.
Estos campos requieren materiales resistentes a elementos
altamente corrosivos y a gran desgaste mecánico. Böhler
desarrolla y experimenta constantemente aceros con estas
propiedades, como son el Super Duplex y aleaciones base
níquel.
1. Aceros inoxidables martensíticos
Estos aceros contienen entre 12 y 18 % de Cr. El carbono
esta presente entre 0,15 y 1,2 % para que sea posible
obtener una estructura martensítica por el temple desde
la región de fase austenítica. Algunos aceros de este tipo
son: 403, 410, 416, 440a, 501 y 502 (son los que presentan
la mejor resistencia mecánica y dureza)
El contenido de carbono es bajo excepto en los tipos
440, que tienen de 0,60 a 1,20 %. se pueden agregar Nb,
Si, W y V para modificar las características de revenido.
Se adicionan pequeñas cantidades de Ni para mejorar
la resistencia a la corrosión en ciertos medios y la
tenacidad
Características:
Son magnéticos
Pueden trabajarse en frío sin dificultad
Pueden maquinarse satisfactoriamente
Tienen buena tenacidad
Gran resistencia a la corrosión atmosférica y a algunos
agentes químicos.
Se trabaja fácilmente en caliente
Son endurecibles por tratamiento térmico (temple)
Aplicación: Se aplican los aceros inoxidables
martensíticos cuando se requiere buenas propiedades
de resistencia a la tensión, termofluencia y resistencia a
la fatiga, combinadas con moderada resistencia a la
corrosión y al calor hasta aproximadamente 650 oc
El tipo 410 se emplea para turbinas de vapor, motores de
reacción y turbinas de gas. El tipo 420 se emplea en
cuchillería, piezas de válvulas, engranes, ejes y rodillos.
equipos petroleros y petroquímicos. El tipo 440 con alto
contenido de carbono se emplea en instrumental
quirúrgico y dental, tijeras, resortes, levas y cojinetes de
bolas.
2. Aceros inoxidables ferríticos
Estos aceros contienen entre 12 y 30 % de Cr, pequeñas
cantidades de elementos formadores de austenita,
como C, N y Ni. Su utilización depende del contenido de
Cr. Se llaman ferríticos porque su estructura permanente
en su mayor parte es ferrita
Algunos aceros de este tipo son: 405, 430 y 446. Las
ventajas principales que ofrecen son su resistencia al
agrietamiento por corrosión bajo esfuerzo por cloruros,
corrosión atmosférica y oxidación.
Características:
Magnéticos
No se pueden endurecer por tratamiento térmico
Se endurecen moderadamente mediante trabajo en frío
Pueden trabajarse en frío o en caliente
Escasa tenacidad y soldabilidad
Propensión a la sensitización
Son superiores en resistencia a la corrosión y
maquinabilidad que los martensíticos.
Aplicaciones: Se usan extensamente en los sistemas de
escape de vehículos, para fabricar adornos de autos y
utensilios de cocina
3. Aceros inoxidables austeníticos
Estos aceros contienen entre 16 y 26 % de Cr, de 7 a 20 %
de Ni y hasta 20 % de Mn. El Ni y el Mn son los principales
formadores de austenita, aunque el C y N también se
utilizan porque se disuelven fácilmente en la austenita.
Estos aceros son los que presentan la mejor resistencia a
la corrosión que los ferríticos y martensíticos.
Algunos aceros de este tipo son: 301, 304 y 347
Características:
No magnéticos
Excelente ductilidad, formabilidad y tenacidad, incluso
temperaturas criogénicas
Se pueden endurecer por trabajado en frío
Excelente resistencia a la corrosión mejor que la de los
martensíticos y ferríticos.
Susceptibles a la corrosión intergranular (precipitación de
carburos)
La corrosión intergranular puede ser controlada en cierto
grado, disminuyendo el contenido de carbono hasta un
0,03 % (304L) o añadiendo elementos de aleación como
el titanio o el niobio (347)
4. Aceros inoxidables dúplex
Mejores propiedades que los austeníticos y ferríticos,
debido a la presencia de cantidades aproximadamente
iguales de austenita y de ferrita en la microestructura. Las
modificaciones continuas de la composición han
conseguido mejorar la resistencia a la corrosión, la
trabajabilidad y la soldabilidad. En particular, las
adiciones de N han mejorado la resistencia a la corrosión
por picadura y la soldabilidad de estas aleaciones.
Características:
Mejor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo
esfuerzos
Mejor tenacidad y ductilidad que los ferríticos debido a
la presencia de austenita
Aplicación:
Se utilizan en la industria petrolera, petroquímica, pulpa y
papel y del control de la contaminación. es común su
uso en ambientes acuosos que contienen cloruros y
como sustitutos de los austeníticos que han sufrido ya sea
agrietamiento por corrosión bajo esfuerzo o picaduras
durante el servicio
5. Aceros inoxidables endurecibles por precipitación
Estos tienen un contenido de carbono muy bajo, por esta
razón, el endurecimiento primario se debe al
endurecimiento por precipitación, incluso en el caso de
la calidad martensítica. Los elementos aleantes que se
emplean en los aceros Ph son Al, Ti, Nb y Cu.
Características:
Buena ductilidad y tenacidad
Resistencia a la corrosión de moderada a buena
Mejor combinación de resistencia mecánica y resistencia
a la corrosión
Alto límite de fluencia
Pueden ser austeníticos, semiausteníticos o martensíticos.
Aplicaciones: Debido a los niveles de resistencia, la
mayor parte de las aplicaciones de los aceros Ph se dan
en industrias de alta tecnología como la aeroespacial y
otras.
Aceros inoxidables AUSTENÍTICOS
Los aceros inoxidables austeníticos al Cromo- Níquel tienen
un contenido de:
CARBONO: entre 0,02% a 0,25%
CROMO: entre 17,0% a 26,0%
NÍQUEL: entre 7,0% a 22,0%
Poseen características mecánicas muy buenas de gran
ductilidad, no son magnéticas y presentan excelente
soldabilidad.
De gran aplicación en las industrias químicas,
farmacéuticas, de alcohol, aeronáutica, naval,
arquitectura, alimenticia, transporte, cubiertos, vajillas,
piletas, revestimientos y un sin número de aplicaciones.
Aceros inoxidables FERRÍTICOS
Los aceros inoxidables ferríticos tienen un contenido de:
CARBONO: máximo 0,12%
CROMO: desde 11,0%
Son magnéticos. A pesar de tener una cantidad menor de
carbono que los martensíticos, se toman parcialmente
austeníticos a altas temperaturas y precipitan martensita
durante el enfriamiento. Son parcialmente endurecibles
por tratamiento térmico.
Entre sus tantas aplicaciones podemos mencionar,
cubiertos, vajillas, cocinas, piletas, monedas,
revestimientos, mostradores y mesadas.
Aceros inoxidables MARTENSÍTICOS
Los aceros inoxidables martensíticos tienen
un contenido de:
CARBONO: entre 0,10% a 0,50%
CROMO: desde 11,0%
Son magnéticos y la concentración de carbono permite la
formación de austenita en altas temperaturas. Son
endurecibles por tratamiento térmico. Estos aceros son
producidos en estado recocido, y en condición de
templado aumenta su resistencia a la corrosión.
Sus características determinan aplicaciones en cuchillería,
discos de freno, equipos quirúrgicos, odontológicos,
turbinas, válvulas, etc.
Forma en que se encuentran los elementos aleantes.
Los elementos aleantes se pueden encontrar:
a. Disueltos en la ferrita. Tienen gran tendencia a disolverse en la ferrita el níquel, silicio, aluminio, cobre, cobalto y fosforo.
b. Formando carburos. Tienen tendencia a formar carburos el
Cromo, manganeso, molibdeno, vanadio, vanadio, wolframio y
titanio. En aceros de bajo carbono también se disuelven en la
ferrita.
c. Formando inclusiones no metálicas. El silicio, manganeso y
aluminio que se añaden en los procesos de fabricación para
desoxidar los aceros, aparecen frecuentemente en forma de
óxidos, sulfuros o de silicatos complejos (sulfuro de manganeso,
alúmina y silicatos)
d. En estado libre sin combinar. Los elementos plomo y cobre suelen
encontrarse en un grado de dispersión elevado que son difíciles
de distinguir en el examen microscópico.
Influencia de los elementos aleantes en el diagrama hierro-carbono.
a. Efecto sobre los puntos críticos. El níquel, manganeso y cobre,
son más solubles en el hierro gamma que en el alfa, favorecen la
estabilización de la fase gamma y tienden a bajar los puntos críticos. En cambio, el molibdeno, aluminio, vanadio, wolframio y
silicio, que son más solubles en el hierro alfa que en el gamma,
tienden a elevar esas temperaturas.
b. Efecto de los elementos especiales sobre el contenido de
carbono del punto eutectoide. Las presencia de los elementos
aleantes tienden a bajar el contenido de carbono del punto
eutectoide.
c. Efecto de los elementos aleantes en los campos alfa y gamma.
Los elementos cromo, silicio, molibdeno, aluminio y vanadio
tienden a favorecer la formación de estructuras ferrificas.
Tienden a aumentar la zona ferritica.
Los elementos níquel y manganeso tienden a estabilizar las
estructuras austeníticas. Tienden a aumentar la zona austenitica.
Tendencia grafitizante de algunos elementos.
El silicio en porcentajes de 1,50 a 3,50 % da lugar a la formación
de grafito. El aluminio, níquel y el cobre también favorecen la
grafitización, mientras el cromo, molibdeno, manganeso y azufre
tienen un efecto contrario que es la formación de carburos.
Influencia sobre el tamaño de grano.
Los elementos aluminio , vanadio y titanio tienden a disminuir el
tamaño de grano de los aceros.
El aluminio por la formación de pequeñísimas partículas de
alúmina, que actúan de centros de cristalización y reducen el
tamaño de los cristales.
El vanadio y titanio que tienen a formar carburos que impiden el
crecimiento de los granos.
Influencia de los elementos de aleación sobre la templabilidad.
Templabilidad es la facilidad de formar martensita en un acero
luego del temple a partir de la austenita.
Velocidad crítica de temple es la velocidad de enfriamiento
mínima para que toda la austenita formada en el calentamiento
del acero se transforme en martensita.
Los elementos aleantes facilitan el temple al disminuir la
velocidad crítica de temple, que permiten realizar el temple de aceros con enfriamientos menos rápidos como aceite o aire.
A diferencia de los aceros al carbono que solo pueden ser
templados en agua.
El manganeso y el molibdeno son los elementos que ejercen una
influencia más intensa en la templabilidad. La acción del cromo
sólo un 80 % de la del manganeso y molibdeno; la del silicio es
sólo un 30 % y la influencia del níquel en la templabilidad es sólo un 15 % de la de estos elementos.
Influencia de los elementos de aleación en el revenido
En general, estos elementos tienden a dificultar el ablandamiento
de los aceros en el revenido, debido a la presencia de carburosque son insolubles a altas temperaturas.
Influencia de los elementos de aleación en la resistencia a la
corrosión y a elevadas temperaturas.
Los elementos de aleación ejercen, también una influencia
destacada en la resistencia a la corrosión de los aceros. En estecaso el cromo y níquel que son la razón de los aceros inoxidables.
También es interesante la acción que ejercen ciertos elementos
como el cromo, molibdeno y wolframio, que mejorannotablemente la resistencia mecánica en caliente y la resistencia
a la oxidación de los aceros a temperaturas elevadas.
Hierros Fundidos. Aleaciones hierro-carbono que contienen de 1 a 3 % de silicio. Tipos:
a. Hierros Fundidos Blancos. Contienen un máximo de 1,2 % de silicio por lo que el carbono aparece en forma combinada de cementita. Son muy duros y frágiles
b. Hierros Fundidos Grises. Contienen más del 1,2 % de silicio por lo que un importante porcentaje de carbono aparece en forma de grafito.
c. Hierros Fundidos Maleables. Se obtienen a partir de los hierros
fundidos blancos mediante un recocido de maleabilización.
a. Hierros Fundidos Dúctil es. Se obtienen mediante la adición de Mg o Cerio en la cuchara.
El horno de cubilote y sus partes a)
envoltura cilíndrica b) revestimiento
interno c) Chimenea d) boca de carga e)
Cámara de aire f) Toberas g) piquera de
escoria h) Puerta lateral de encendido i)
canal de colada j) Solera k) Plancha l)
columnas de apoyo m) crisol
Fundición blanca
Al enfriar no llegan a precipitar lo nódulos. Es extremadamente
dura, resistente al desgaste y quebradiza. Es la que presenta
todo, o gran parte, de su carbono combinado en forma de
carburo de hierro, llamado cementita.
Aplicaciones: bolas para molinos, estampas para troquelados
de extrusión, revestimientos de mezcladoras de cemento,
zapatas de freno de ferrocarril, cilindros laminadores,
trituradoras y pulverizadoras.
Designación: FB seguida de su resistencia a tracción.
Fundición gris.
Presenta gran parte del carbono en forma de grafito laminar.
Trabaja bien a compresión; pero no a flexión. Absorbe
vibraciones y no se deforma con el calor. Su resistencia es de
14 a 42 daN/mm2, con dureza de
150 a 280 HB.
Aplicaciones: bloques de cilindros en los motores, bancadas y
bastidores de máquinas, carcasas de engranajes, volantes,
discos y tambores de freno, poleas.
Designación: FG25 seguida de un número que es su
resistencia a tracción en (Kgf/mm2).
Fundición maleable.
Se obtiene por descomposición de la cementita de
la fundición blanca, mediante un tratamiento térmico. Es más
económica que la fundición dúctil.
Aplicaciones: piezas pesadas que tienen superficies de apoyo y
se usan en camiones, equipo de ferrocarril, maquinaria de
construcción y equipos agrícolas.
Designación: FM seguida de su resistencia a tracción.
Fundición dúctil o nodular (fundición de grafito esferoidal)
Aleación de magnesio que hace precipitar al carbono en
esferas o nódulos. Mejora la resistencia a la flexión, la rigidez y
la resistencia al impacto.
Aplicaciones: eje para cigüeñales, engranajes para servicios
pesados y piezas como bisagras para las puertas de
automóviles.
Designación: FGE 80-2 seguida de su resistencia a tracción, y
el 2 que significa el alargamiento del material expresado en
porcentaje.
Diagrama de Graville en el cual se distinguen tres zonas: I; II y
III. En la zona I los aceros tienen bajo carbono,
consecuentemente aún bajo las condiciones más exigidas que
puedan generarse durante la soldadura (elevado nivel de
hidrógeno y alta restricción) no son muy susceptibles a
figuración. En la Zona II los aceros tienen altos contenidos de
carbono y bajos elementos de aleación. Las curvas de
templabilidad indican un amplio rango de durezas, con lo cual
para evitar microestructuras sensibles a la fisuración deberá
considerarse una disminución de la velocidad de enfriamiento
de la ZAC, a través de un control en el aporte térmico y
empleo de precalentamiento al conjunto soldado. En la zona III
los aceros poseen elevado carbono y elementos de aleación,
lo que les confiere un alto endurecimiento, por lo que la
soldadura produciría microestructuras susceptibles a fisuración
bajo cualquier condición.
