hierro-carbono básico

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DIAGRAMA Hierro- CarbonoDIAGRAMA Hierro- Carbono

• Microestructura de aceros

• Microestructura de Fundiciones de Fe

• Microestructura de aceros

• Microestructura de Fundiciones de Fe

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OBTENCION DE HIERRO Y ACERO

3

OBTENCION DE PRODUCTOS DE ACERO

4

ESQUEMA DE ALEACIONES FERROSAS

Bajo Carbono Simple al CarbonoBaja Aleación (C<0.3%) HSLA-microaleados

Aceros (Σ EA<5%)(C<2.0%) Carbono Medio Simple al Carbono

Baja Aleación

Alto Carbono Simple al Carbono(C>0.6%)

HerramientasAlta Aleación(Σ EA>5%) Inoxidables

Baja Aleación Gris CorrienteHierros (grafito) NodularFundidos Maleable(C>2.5%) Blanca

(carburo) CorrienteTipo Ni-Hard

Alta Aleación Fund Blanca Alto Cr

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Diagrama de Fases Fe-Fe3CDiagrama de Fases Fe-Fe3C

6

Microestructura(acerohipoeutectoide)

%C < 0.8

Microestructura(acerohipoeutectoide)

%C < 0.8

ferrita perlita

7

Microestructura(acero eutectoide)%C = 0,8

Microestructura(acero eutectoide)%C = 0,8

PERLITA

8

Microestructura(acero hipereutectoide)%C > 0,8

Microestructura(acero hipereutectoide)%C > 0,8

cementita

perlita

9

Propiedades f(%C) en aceros simples normalizados

10

Propiedades f(%C) - aceros con estructura distinta

11

Globulizado o Esferoidizado

Desde

Perlita

Desde

Martensita

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Designaciones de aceros (y otros)

• Cada material (producto) tiene un “nombre”• El nombre o designación lo da la organización responsable de la Normalización en cada país

• En Chile es el INN (NCh)• Otros: ASTM, AWS, ASME, DIN, BS, JIS, AFNOR, etc. Todas son diferentes.

• Para el caso de aceros, ha sido de uso tradicional las designaciones SAE/AISI.

• A nivel de compatibilidad universal, se definió las designaciones UNS: unified numbering system.

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DesignaciónComposición(%peso)

AISI/SAE

ASTMUNS

C Mn Otros

Aceros simples de bajo Carbono (Plain Low–Carbon Steels)

1010 G10100 0.10 0.45

1020 G10200 0.20 0.45

A36 K02600 0.29 1.00 0.2 Cu (min.)

A516 Grado 70 K02700 0.31 1.00 0.25 Si

Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleación (High Strength Low Alloy Steels)

A440 K12810 0.28 1.35 0.3 Si (máx.) 0.2Cu (min.)

A633 Grado E K12002 0.22 1.35 0.3 Si 0.08 V 0.02 N 0.03 Nb

A656 Grado 1 K11804 0.18 1.60 0.6Si 0.1V 0.2 Al 0.015 N

Aceros de bajo CarbonoAceros de bajo Carbono

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AISI/SAE

ASTMσσσσmáx.[MPa]

σσσσf[MPa]

Ductilidad

% El en 2 [in]

Plain Low-Carbon Steels

1010 325 180 28

1020 380 205 25

A36 400 220 23

A516 Grade 70 485 260 21

High Strength, Low Alloy Steels

A440 435 290 21

A 633 Grade E 520 380 23

A656 Grade 1 655 552 15

Aceros bajo Carbono: Propiedades MecánicasAceros bajo Carbono: Propiedades Mecánicas

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ACERO ESTRUCTURAL TÍPICOACERO ESTRUCTURAL TÍPICO

Composición química

C: 0.18%

Si: 0.39%

Mn: 0.57%

S: 0.008%

P: 0.007%

Microestructura: ferrito-perlítica

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Factores determinantes del esfuerzo de fluenciaFactores determinantes del esfuerzo de fluencia

40 10 4φg (µm)

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Composición química de aceros (SAE/AISI)

No. UNS C Mn P S Si Cr Mo Ni

1020 G10200 0,18 -0,23

0,30 –0,60

0,040 0,050

1045 G10450 0,43 –0,50

0,60 –0,90

0,040 0,050

1345 G13450 0,43 –0,48

1,60 –1,90

0,035 0,040 0,15 –0,30

4130 G41300 0,28 –0,33

0,40 –0,60

0,035 0,040 0,15 –0,30

0,80 –1,10

0,15 –0,25

4140 G41400 0,38 –0,43

0,75 –1,00

0,035 0,040 0,15 –0,30

0,80 –1,10

0,15 –0,25

4340 G43400 0,38 –0,43

0,60 –0,80

0,035 0,040 0,15 –0,30

0,70 –0,90

0,20 –0,30

1,65 –2,00

5160 G51600 0,56 –0,64

0,75 –1,00

0,035 0,040 0,15 –0,30

0,70 –0,90

Nota: dos valores indican un rango de composiciones; un valor denota un máximo tolerable por la Norma

respectiva. Este último es el caso de P y S.

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Composición química de productos (ASTM)

ASTM Uso C Mn P S Si Cr Mo Ni Otro

A 36 Estructural,

plancha/barra

0,25 -0,29

0,85 –1,20

0,04 0,05 0,40 0,20% Cu

A 500 Seamless

tubing

0,23 –0,30

1,35 0,035 0,035 0,20% Cu

A 516 Pressure

vessel

0,18 –0,31

0,60 –1,30

0,035 0,035 0,15 –0,40

A 588 Weathering

HSLA

0,15 –0,20

0,50 –1,35

0,04 0,05 0,15 –0,65

0,30 –0,70

0,20 –0,50 Cu

A 106 High-T

seamless pipe

0,25 –0,35

0,27 –1,06

0,035 0,035 0,10 0,40 0,15 0,40

A 335 Gr. P22

High-T

seamless pipe

0,05 –0,15

0,30 –0,60

0,025 0,025 0,50 1,90 –2,60

0,87 –1,13

A 335 Gr. P9

High-T

seamless pipe

0,08 –0,12

0,30 –0,60

0,020 0,010 0,50 8,00 –9,50

0,85 –1,05

V; N; Ni; Al; Nb

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Transformaciones de la AustenitaTransformaciones de la Austenita

20

Dureza de la Martensita es

f(%C)

Dureza de la Martensita es

f(%C)

• Estructura-origen

• Formación adifusional

• Composición química

• Temperaturas Ms-Mf

• Fase Metaestable

• Propiedades Mecánicas

MARTENSITA

21

Designación Aceros baja AleaciónDesignación Aceros baja Aleación

AISI/SAE USN

Rangos de Composición (%p)

Ni Cr Mo Otros

13xx G13xx0 < 1.0 Mn

41xx G41xx0 0.8-1.1 0.15-0.25

43xx G43xx0 1.65-2.0 0.4-0.9 0.20-0.30

51xx G51xx0 0.7-1.1

61xx G61xx0 0.5-1.1 0.1-0.15 V

86xx G86xx0 0.4-0.7 0.4-0.6 0.15-0.25

92xx G92xx0 1.8-2.2 Si

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Propiedades en condición templado y revenidoPropiedades en condición templado y revenido

AISI UNS

Rango Propiedades Mecánicas

σσσσmáx.[Mpa]

σσσσf[Mpa]

Ductilidad

%El en 2 [in]

Plain Carbon Steels

1040 G10400 605-780 430-585 33-19

1080 G10800 800-1310 480-980 24-13

1095 G10950 760-1280 510-830 26-10

Alloy Steels

4063 G40630 786-2380 710-1770 24-4

4340 G43400 980-1960 895-1570 21-11

6150 G61500 815-2170 745-1860 22-7

-------SistemaEstable

(Fe-Grafito)

______

SistemaMeta

estable (Fe-Cementita)

I

II

III

Esquema de Transformaciones

Y estructuras

Gris ferrítica

Maleable ferríticaGris perlito-ferrítica

Nodular ferrito-perlítica

Microestructura FundicionesMicroestructura Fundiciones


Gris perlítica, con impurezas de Fósforo

Steadita


Fundición Blanca, Hipoeutéctica


Fundición Maleable

Matriz ferrítica


Fundición Ductil

Matriz ausferrita


Fundición Ductil

Matriz ferrita y perlita

(ojo de buey)

Composición %pesoEstructura

Matriz

Propiedades Mecánicas

Grado UNS C Si Otro σσσσmáx.

[MPa]

σσσσf

[MPa]

Ductilidad

% 2[in]

Fundición Gris (Gray Iron)

SAE G2500 F10005 3.3 2.2 0.7 MnPerlita+ Ferrita

173 - -

SAE G4000 F10008 3.2 2.0 0.8 MnPerlita+ Ferrita

276 - -

ASTM A536 Fundición Nodular (Ductile Iron)

60-40-18 F32800

3.5-3.8 2.0-2.8

<.05 Mg Ferrita 414 276 18

100-70-03 F34800 <0.20 N Perlita 690 483 3

120-90-02 F36200 <.10 MoMartensita Revenida

828 621 2

Fundición Maleable

32510 F22200 2.3-2.71.0-1.75

<.55 Mn Ferrita 345 224 10

45006 2.4-2.71.25-1.55

<.55 MnPerlita+ Ferrita

448 310 6

hierro-carbono básico

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