el acero

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CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES FERROSAS

Aleaciones Metálicas

No ferrosas

Ferrosas

FundicionesAceros

Maleable Nodular Blanca GrisAlta aleación

Baja aleación

Bajo C Medio C Alto C herramientas Inoxidable

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El acero

El acero como material Obtención del acero Clasificación de los aceros Características básicas Incidencia de los elementos de aleación

Tratamientos térmicos Recocido Normalizado Temple Revenido Otros tratamientos

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El acero

¿Qué es el acero? Los metales y aleaciones empleados en la industria se pueden dividir

en dos grandes grupos:– Materiales NO Férreos

» No contienen Hierro» Aluminio, zinc, cobre, níquel, plomo, titanio, etc.» Aleaciones de los mismos

– Materiales Férreos» Contienen el Hierro (Fe) como elemento principal» Hierro dulce» Ferro-aleaciones» Aceros

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El acero

¿Qué es el acero? (cont.) El acero es básicamente una aleación o combinación de Hierro (Fe) y

Carbono (C), con un contenido de Carbono comprendido entre 0,05% y 2% aproximadamente.

Esta combinación va acompañada de otros elementos de aleación, deseados o no, como se verá más tarde

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Aceros - Diagrama Fe-C

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Aceros al Carbono:

Sus propiedades dependen principalmente del cabrono que tiene, contienen pequenas cantidades de (Mn, Si, P, S). No se endurecen por temple.

• Bajo Carbono (%C < 0.25)

• Columnas metálicas en líneas eléctricas

• Estructuras de casas

• Carrocería de automóviles

• Clavos

• Medio Carbono (0.2 < C < 0.70)

• Piezas de maquinaria en general

• Ejes, elementos de motores

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Aceros al Carbono:

• Alto Carbono (0.7 < C < 1.40)

• Son los más duros, fuertes y menos dúctiles

• Responden mejor al tratamiento térmico

• Resortes

• Alambres de alta resistencia a la tensión

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El acero - Clasificación

Atendiendo al contenido de Carbono

Aceros Hipoeutectoides

– Contenido en Carbono inferior a 0,8%

Aceros Eutectoides

– Contenido en Carbono igual a 0,8%

Aceros Hipereutectoides

– Contenido en Carbono comprendido entre 0,8% y 2%

Los aceros de construcción, soldables son todos del tipo Hipoeutectoide

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Influencia de los elementos de aleación

• Aumentar la templabilidad

• Mejorar la resistencia a temperaturas

• Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas temperaturas

• Mejorar la tenacidad

• Aumentar la resistencia al desgaste

• Aumentar la resistencia a la corrosión.

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Atendiendo a los elementos constituyentes

Aceros al Carbono

– Contienen, además de Fe y Carbono;

» Manganeso (Mn) =< 1,65%

» Silicio (Si) =<0,6%

» Cobre (Cu) =<0,6%

» Azufre (S) =<0,05%

» Fósforo (P) =<0,05%

Aceros Aleados

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Atendiendo a los elementos constituyentes(cont) Aceros Aleados

– Microaleados; contienen pequeñas cantidades de elementos capaces de formar Carburos, Nitruros, etc

» Niobio (Nb), Ti tanio (Ti), Vanadio (V)

– Aceros Aleados; contienen cantidades más significativas de elementos aleantes, para aplicaciones específicas

» Cromo (Cr), Molibdeno (Mo), Niquel (Ni), Vanadio (V), y mayor cantidad de Manganeso (Mn) y Silicio (Si)

– Aceros Inoxidables

» Son aceros aleados en los que el elemento principal de aleación, que los previene de la corrosión es el Cromo (Cr),con un valor superior al 12%

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Aceros Inoxidables (cont)Hay tres tipos principales

Aceros ferríticos: estructura ferrítica a cualquier temperatura

– 15-18% de Cr

– C =<0,12%

– Más resistentes a la corrosión que los martensíticos

– Difíceles de soldar. Son magnético

Aceros martensíticos: estructura martensítica, de gran dureza

– Diferentes grados de composición, pero con alto contendo en C (hasta 1,2%)

– No soldables

– Resistente a corrosión y desgaste. Cuchillería

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Aceros Inoxidables (cont)Aceros Austeníticos

– Presentan una estructura austenítica a cualquier temperatura, por su alto contenido en Niquel (Ni)

– Baja conductividad calorífica (La mitad que la de los aceros al C). Se deforman mucho

– Muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica, agua de mar, productos alimenticios, etc

– Soldables, con cierto cuidado en las temperaturas entre pasadas

» 304 : Cr entre 18 y 20%, Ni entre 8 y 10%

» 316: Cr entre 18 y 20%, Ni entre 8 y 10%, Mo entre 2 y 3%

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Incidencia de los elementos de aleación en la soldabilidad de los aceros

La soldabilidad de los aceros al Carbono depende, a la vez, del contenido de ese elemento y de las impurezas que pueda llevar bien en estado disuelto – sulfuros, fosfuros, nitruros – o bajo forma de inclusiones

Por regla general, cuantos más elementos de aleación, menor es la soldabilidad

Un parámetro que define de manera práctica la soldabilidad de un acero al carbono y aleado, el el Carbono Equivalente (IIW)

Cev = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Cu+Ni)/15

•Los aceros con Cev superiores a 0,45 son soldables pero hay que tener un cuidado especial

•Los aceros con Cev > 0,35 requieren precalentamiento, por regla general

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El acero - Incidencia de los elementos de aleación

CARBONO– Elemento de mayor influencia en la soldabilidad de los aceros

Cuando %C aumenta

Aumenta Disminuye

•El límite elástico

•La carga de rotura

•La dureza

•Ductilidad

•Tenacidad

•Soldabilidad

•Facilidad de mecanizadoCuando el enfriamiento es muy rápido, da lugar a zonas templadas, duras y frágiles, en ZAT, que pueden agrietarse en el enfriamiento

Aceros con un contenido en C superior a 0,3% son dificilmente soldables

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AZUFRE– En general, elemento perjudicial. Conviene mantenerlo por debajo del

0,05%

Cuando %S aumenta

Aumenta Disminuye

•Facilidad para la mecanización •Ductilidad

•Soldabilidad

El azufre reacciona con el hierro, dando Sulfuro de Hierro, que es soluble en el acero fundido, formando un eutéctico Fe-Sfe a unos 980ºC, que se deposita en los bordes de los granos de austenita, facilitando el “agrietamiento en caliente”

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FOSFORO– En general, elemento perjudicial. Conviene mantenerlo por debajo de

0,05%. Valores superiores producen “Fragilización en Frío”

Cuando %P aumenta

Aumenta Disminuye

•Facilidad de mecanizado

•Resistencia a la tracción

•Ductilidad

•Soldabilidad

Durante la solidificación, el Fósforo reacciona con el Hierro formado Fosfuro de Hierro Fe3P, que aumenta el tamaño del grano, y en consecuencia, la fragilidad en fío

Para no afectar a la soldabilidad de los aceros al Carbono, se debe mantener S+P =<0,08%

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MANGANESO (Mn)– Tiene mayor afinidad que el Fe para combinarse con el O2

,S y C. Se emplea como desoxidante y desulfurante

Cuando %Mn aumenta

Aumenta Disminuye•Resistencia a la tracción

•Dureza

•Ductilidad (Mn<1,5%)

•Resiliencia

•Soldabilidad (Mn<1,5%)

•Ductilidad (Mn>2%)

•Soldabilidad (Mn>2%)

Al aumentar C, debe aumentar la relación Mn/C para evitar fisuración en caliente.

Elemento Gammageno. Retiene la Austenita

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SILICIO (Si)– Su mayor importancia, es ser un gran agente desoxidante, para

controlar el contenido de Oxígeno en el acero

Cuando % Si aumenta

Aumenta Disminuye•Resistencia a la tracción

•Dureza

•Elasticidad

•Facilidad de mecanizado

•Soldabilidad (Si>0,65%)

Es un elemento alfágeno, formador de ferrita

Su contenido en los aceros al C puede llegar hasta el 0.35%, y en los aceros aleados hasta el 0,65%

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CROMO (Cr)

– Importantísimo en los aceros aleados

– Aumenta la templabilidad del acero

– Aumenta la resistencia a la oxidación y corrosión

– Características del Cr

» Gran afinidad por el C, àra formar Carburos de Cromo

» A altas temperaturas se combina con O2 para formar óxidos de Cr, no metálico y refractario

» Es un gran formador de ferrita

– En aceros aleados con Cr>3%, gran resistencia a elevadas temperaturas, hay que emplear técnicas de soldeo especiales

– Los aceros Inoxidables contienen un mínimo de 12% de Cr para aumentar su resistencia a la corrosión.

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NIQUEL (Ni)– Elemento gammágeno por excelencia. Favorece la formación y

persistencia de estructuras austeníticas

– Mejora las propiedades mecánicas del acero de manera importante, en especial

» La ductilidad

» Resiliencia. (Tenacidad a bajas temperaturas)

– No forma óxidos ni carburos ya que su afinidad por el Oxígeno y el Carbono es menor que la del Hierro.

– Imprescindible e aceros inoxidables austeníticos (>8%) y en aceros aleados para usos criogénicos.

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COBRE (Cu)– Elemento que no tiene gran reputación entre los elementos aleantes

del acero

– Actualmente se utiliza como eun elemento que favorece el endurecimiento por precipitación

– Se utiliza en el rango de 0,2 – 0,3% como aleante de los aceros al C, para formar una película superficial de Oxido de Cobre que retarda y , a veces, evita la corrosión atmosférica, dando a la estructura una pátina rojiza que se acrecienta con el tiempo. (Estructura del BBVA en Pº Castellana, Madrid)

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NITROGENO (N)– Se pretende evitar el contacto del N del aire con el baño de fusión.

(Gases atrapados que pueden producir porosidad)

– En algunos aceros aleados se emplea para mejorar sus características mecánicas

– Su uso correcto depende de la presencia de otros elementos (Al, Cr, Ti) con los que combinarse para dar Nitruros, en vez de que lo haga con el Fe para dar N3Fe que fragilizaría la soldadura. Aceros “Nitrurados”, con extremada dureza en una capa superficial

– Es un poderoso elemento austenizante. (Gammágeno)

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ALUMINIO (Al)– Utilizado en pequeñas cantidades como

» desoxidante y

» afinador del grano

– ES un elemento alfágeno, formador de ferrita

– Presenta gran afinidad por el Oxígeno con el que reacciona para formar AL2O3, sólido blanquecino de elevado punto de fusión.

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NIOBIO (Nb/Cb) TITANIO (Ti)– Presentan gran afinidad por el Carbono para formar Carburos, por el

Oxígeno y por el Nitrógeno (Sobretodo el Titanio)

– Ambos actúan como formadores o estabilizadores de ferrita

– Disueltos en hacer, aumenta su templabilidad, sin embargo, su tendencia a formar Carburos es tan grande, que en forma de Carburos insolubles, disminuye la templabilidad de los aceros.

– Su mayor propiedad es la de ser Estabilizadores de Carburos en soldaduras de aceros inoxidables Austeníticos, para evitar la migración de los posible Carburos de Cromo, al borde de los granos

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Curvas de enfriamiento continuo

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Velocidades de enfriamiento

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Velocidades de enfriamiento

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Aceros Inoxidables

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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.

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Aceros Inoxidables

• Aceros ferríticos inoxidables

• Contienen entre 14 y 27 % Cr (405 , 430)• Bajo contenido de carbono ( no se endurecen por tratamiento térmico pero si por trabajo en frío.• Son magnéticos

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Aceros Inoxidables

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Aceros Inoxidables

• Aceros austeníticos inoxidables

• Son las aleaciones al Cr – Ni (3XX) y al Cr – Ni – Mn (2XX)• No magnéticos.• No endurecen por tratamiento térmico• El contenido total de ni y Cr es del 23%

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Aceros Inoxidables

• Aceros martensíticos inoxidables

• Son las aleaciones serie 4XX• Cr (12.5 – 17)%• Endurecibles por tratamiento térmico (Temple)

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Aceros Inoxidables

Aceros inoxidables TT Y

(MPa)

TS

(MPa)

% EL aplicaciones

Ferríticos

17Cr-0.012C25Cr-0.2C

Recocidorecocido

345345

517552

2520

Aplicaciones de alta temperatura

Martensíticos

12.5Cr-0.15C17Cr-0.7C17Cr-1.1C

recocidoT + R T + R

27618301970

51716201900

3052

Elementos de máquinas, válvulasCubiertos, bisturíes

Bolillas de rulemanes

Austeníticos

(301) 17Cr-7Ni(304) 19Cr-10Ni

Recocidorecocido

276290

759580

6055

Aplicaciones estructuralesEquipamientos químicos

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Tipos de Aceros de Herramienta

-Aceros al carbono: para la fabricación de herramientas para los usos más diversos, se emplean aceros sin elementos de aleación con porcentajes de carbono variables de 0.50 a 1.40%. para herramientas que deban tener gran tenacidad como martillos y picas; se emplean medios contenidos en carbono 0.50 a 0.70%. para herramientas de corte como brocas, cuchillas, y limas; calidades intermedias de 0.70 a 1%. Para conseguir en cada caso la máxima dureza, deben ser templados en agua.

-Aceros rápidos: la característica fundamental de estos aceros es conservar su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas casi a l rojo (600º) sin disminuir su rendimiento. Algunas composiciones típicas de los aceros rápidos son: C = 0.75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0.75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1.25%.

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Aceros de Herramienta

• En este grupo se incluyen todos los aceros que normalmente se emplean para la fabricación de útiles o herramientas destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por cortadura, por presión o por arranque de viruta.

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Tipos de Aceros de Herramienta-Aceros indeformables: reciben este nombre los aceros que en el temple no sufren casi deformaciones y con frecuencia después del temple y revenido quedan con dimensiones prácticamente idénticas a las que tenían antes del tratamiento. Esto se consigue empleando principalmente el cromo y el manganeso como elementos de aleación. Estos aceros templan con un simple enfriamiento al aire o en aceite. Composiciones típicas: C = 2% y Cr = 12%; C = 1% y Cr = 5% y otra C = 1% y Mn = 1%.

-Aceros al corte no rápidos: se agrupan varios aceros aleados, principalmente con cromo y wolframio, muy empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones muy forzadas. Pueden considerarse como unas calidades intermedias entre los aceros rápidos y los aceros al carbono.

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