tarea 2 acero inoxidable martensiticos
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2012
TAREA 2: ACEROS
INOXIDABLES
MARTENSÍTICOS Descripción, propiedades genéricas,
tratamientos, aplicaciones y otras
consideraciones. Manuel Francisco Romero Calderón
ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS
Descripción, propiedades genéricas, tratamientos, aplicaciones y otras consideraciones.
Manuel Francisco Romero Calderón
GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA | FUNDAMENTOS DE CIENCIA DE
MATERIALES I
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Índice.
1. Portada .............................................................................................. 1
2. Índice ................................................................................................. 2
3. Introducción al Acero inoxidable ................................................... 3
4. Tipos de aceros inoxidables ............................................................. 4
5. Aceros inoxidables comerciales ...................................................... 6
6. Familias de los aceros inoxidables .................................................. 6
7. Usos del acero inoxidable ................................................................ 8
8. Martensita ......................................................................................... 9
9. Generalidades ................................................................................... 9
10. En aceros ......................................................................................... 10
11. Aceros inoxidables martensíticos .................................................. 11
12. Bibliografía, webgrafia .................................................................. 20
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Introducción al Acero inoxidable En metalurgia, el acero inoxidable se define como
una aleación de acero con un mínimo de 10%
de cromo contenido en masa.
Como pequeña introducción histórica podemos decir:
La mayoría de los metales se oxidan, por ejemplo la
plata se pone negra, el aluminio cambia a blanco, el cobre
cambia a verde y ordinariamente el acero cambia a rojo. En el
caso de acero, el hierro presente se combina con el oxígeno del
aire para formar óxidos de hierro o “herrumbre”.
A principios del siglo XX algunos metalurgistas descubrieron que adicionando poco
más de 10% de cromo al acero, éste no presentaba herrumbre bajo condiciones
normales; la razón de ello es que el cromo suele unirse primeramente con el oxígeno del
aire para formar una delgada película transparente de óxido de cromo sobre la superficie
del acero y excluye la oxidación adicional del acero inoxidable. Esta película se llama
capa pasiva. En el caso de que ocurra daño mecánico o químico, esta película es auto
reparable en presencia de oxígeno.
El acero inoxidable es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión,
dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y
reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro (los
metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígenos son oro y platino, y de
menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los que contienen fósforo). Sin
embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro
sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas.
Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los
principales son el níquel y el molibdeno.
Como todos los tipos de aceros, el acero inoxidable es un material simple. Lo
que tienen en común todos los aceros es que el principal componente (elemento que
forma la aleación) es el hierro, al que se añade una pequeña cantidad de carbono. El
acero inoxidable fue inventado a principios del siglo XX cuando se descubrió que una
pequeña cantidad de cromo (el mínimo para conseguir propiedades inoxidables es del
12%) añadido al acero común, le daba un aspecto brillante y lo hacía altamente
resistente a la suciedad y a la oxidación. Esta resistencia a la oxidación, denominada
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«resistencia a la corrosión», es lo que hace al acero inoxidable diferente de otros tipos
de acero.
El acero inoxidable es un material sólido y no un revestimiento especial aplicado
al acero común para darle características "inoxidables". Aceros comunes, e incluso otros
metales, son a menudo cubiertos o “bañados” con metales blancos como el cromo,
níquel o zinc para proteger sus superficies o darles otras características superficiales.
Mientras que estos baños tienen sus propias ventajas y son muy utilizados, el peligro
radica en que la capa puede ser dañada o deteriorarse de algún modo, lo que anularía su
efecto protector. La apariencia del acero inoxidable puede, sin embargo, variar y
dependerá en la manera que esté fabricado y en su acabado superficial.
Su resistencia a la corrosión es lo que da al acero inoxidable su nombre. Sin
embargo, justo después de su descubrimiento se apreció que el material tenía otras
muchas valiosas propiedades que lo hacen idóneo para una amplia gama de usos
diversos. Las posibles aplicaciones del acero inoxidable son casi ilimitadas, hecho que
puede comprobarse con tan solo unos ejemplos:
En el hogar: cubertería y menaje, fregaderos, sartenes y baterías de
cocina, hornos y barbacoas, equipamiento de jardín y mobiliario.
En la ciudad: paradas de autobús, cabinas telefónicas y resto de
mobiliario urbano, fachadas de edificios, ascensores y escaleras, vagones de metro e
infraestructuras de las estaciones.
En la industria: equipamiento para la fabricación de productos
alimentarios y farmacéuticos, plantas para el tratamiento de aguas potables y
residuales, plantas químicas y electroquímicas, componentes para la automoción y
aeronáutica, depósitos de combustible y productos químicos.
Tipos de aceros inoxidables
Los aceros inoxidables que contienen cromo y Ni equivalente inferior al 8% se
llaman ferríticos, ya que tienen una estructura metalográfica formada por ferrita, y con
contenidos superiores de Ni equivalente, este será de composición ferrítica en
disminución. Los aceros ferríticos son magnéticos (se distinguen porque son atraídos
por un imán). Con porcentajes de carbono inferiores al 0,1% de C, estos aceros no son
endurecibles por tratamiento térmico. En cambio, aceros entre 0,1% y 1% en C sí son
templables (tienen martensita dura, pues con porcentajes inferiores hay muy poco C
cmo para lograr endurecimeinto). Se llaman aceros inoxidables "martensíticos", por
tener martensita en su estructura metalográfica siendo magnéticos, para aceros
altamente aleados inoxidables, el acero martensítico puro (sin mezcla con autenítico y
ferrítico) con Ni equivalente inferior al 18% (Cr equivalente de 0%) a "13% de Cr
equivalente y 7% de Ni equivalente", y hasta 8% de Cr equivalente y 0% de Ni
equivalente (esto puede ser fácilmente seguido en el diagrama de Schaeffler de Cr-Ni
equivalentes).
%Ni equivalente = %Ni + 30 * (C + N) + 0,5Mn
%Cr equivalente = %Cr + Mo + 1,5 * Si + 0,5 * (Ti + Nb)
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Los aceros inoxidables que contienen más de un 12% de níquel equivalente al
17% de Cr equivalente, más de 25% de Ni equivalente a 0% de Cr equivalente, y menos
de 34% de Cr equivalente a 30% de Ni equivalente. Se llaman austeníticos, ya que
tienen una estructura formada básicamente por austenita a temperatura ambiente (el
níquel es un elemento "gammágeno" que estabiliza el campo de la austenita). No son
magnéticos.
Los aceros inoxidables austeníticos se pueden endurecer por deformación,
pasando su estructura metalográfica a contener martensita (el carbono estabilizado de
manera metaestable en forma de hierro gamma, se transforma a la forma estable de
hierro alfa y martensita, pues el carbono es menos soluble en la matriz de hierro alfa, y
este expulsa el C). Se convierten en parcialmente magnéticos (tanto como porcentaje de
carbono haya sido convertido en martensita), lo que en algunos casos dificulta el trabajo
en los artefactos eléctricos.
También existen los aceros dúplex (20%< Cr < 30%), (5%< Ni < 8%), (C <
0,03%), no endurecibles por tratamiento térmico, muy resistentes a la corrosión por
picaduras y con buen comportamiento bajo tensión. Estructura de ferrita y austenita.
A todos los aceros inoxidables se les puede añadir un pequeño porcentaje
de molibdeno, para mejorar su resistencia a la corrosión por cloruros y otras
propiedades.
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Aleaciones de acero inoxidable comerciales más comunes:
Acero inoxidable extra suave: contiene un 13% de Cr y un 0,15% de C.
Se utiliza en la fabricación de: elementos de máquinas, álabes de turbinas, válvulas,
etc. Tiene una resistencia mecánica de 80 kg/mm² y una dureza de 175-205 HB.
Acero inoxidable 16Cr-2Ni: tiene de 0,20% de C, 16% de Cr y 2% de Ni;
resistencia mecánica de 95 kg/mm² y una dureza de 275-300 HB. Se suelda con
dificultad, y se utiliza para la construcción de álabes de turbinas, ejes de bombas,
utensilios de cocina, cuchillería, etc.
Acero inoxidable al cromo níquel 18-8: tiene un 0,18% de C, un 18% de
Cr y un 8% de Ni Tiene una resistencia mecánica de 60 kg/mm² y una dureza de
175-200Hb, Es un acero inoxidable muy utilizado porque resiste bien el calor hasta
400 °C
Acero inoxidable al Cr- Mn: tiene un 0,14% de C, un 11% de Cr y un
18% de Mn. Alcanza una resistencia mecánica de 65 kg/mm² y una dureza de 175-
200HB. Es soldable y resiste bien altas temperaturas. Es amagnético. Se utiliza en
colectores de escape.
Familias de los aceros inoxidables.
La forma original del acero inoxidable todavía es muy utilizada, los ingenieros tienen
ahora muchas opciones en cuanto a los diferentes tipos. Están clasificados en diferentes
“familias” metalúrgicas:
Acero inoxidable ferrítico.
Acero inoxidable martensítico.
Acero inoxidable austenítico.
Acero inoxidable Duplex (austenítico-ferrítico).
Endurecibles por precipitación.
Esta distribución de las familias metalúrgicas puede ser fácilmente reconocida a
través del Diagrama de Schaeffler (Diagrama para aceros muy aleados inoxidables de
Cromo y Níquel equivalente, o diagrama de Cr-Ni equivalente)
Cada tipo de acero inoxidable tiene sus características mecánicas y físicas y será
fabricado de acuerdo con la normativa nacional o internacional establecida.
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Las propiedades de los aceros inoxidables son influenciados significativamente
por su composición química, la que a su vez determina las características
microestructurales de estas aleaciones. En la actualidad, los aceros inoxidables se
pueden clasificar en forma general en cuatro grandes familias:
Además de estos, existen otros nuevos tipos de aceros inoxidables como los
aceros inoxidables endurecibles ferrítico-martensíticos.
- Los aceros inoxidables martensíticos
Son aleaciones que tienen una estructura austenítica a elevadas temperaturas y
que puede ser transformada a martensita después de un tratamiento térmico de temple,
elevando su dureza y resistencia al desgaste. El contenido de carbono de estas
aleaciones varía en un amplio rango (entre 0.15% y 1% C), mientras que el contenido de
Cr suele oscilar entre el 12% y 18%. Los aceros inoxidables de bajo contenido de
carbono (0.15% C) están asociados a un menor contenido de Cr en el acero, debido a
que éste tiende a estabilizar la ferrita a elevadas temperaturas, lo que impide al acero
sufrir la transformación martensítica después del temple.
Todos los aceros inoxidables martensíticos pueden ser templados y revenidos y
la dureza alcanzada dependerá del contenido de carbono de la aleación. En aceros de
bajo carbono la dureza máxima es de 45 HRC y en los aceros de alto contenido de
carbono la dureza puede alcanzar valores próximos a 60 HRC. Al igual que los aceros al
carbono, estas aleaciones son susceptibles a la fragilidad de revenido cuando son
tratados térmicamente después del temple en el rango de 450 a 540° C.
La Tabla 1 muestra la composición química de algunos de los aceros inoxidables
de mayor empleo en la industria. Dentro de este grupo el acero inoxidable más
representativo es el tipo AISI 410 (12% Cr- 0,15% C – 1,0% Mn) que junto al acero
AISI 431 puede ser empleado en la fabricación de pernos, ejes de bombas, válvulas,
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alabes de turbinas a gas y vapor. Aceros inoxidables martensíticos de alto contenido de
carbono (>0,2% C) son empleados como acero para cuchillería (tipos AISI 420 y AISI
440). La resistencia a la corrosión de este tipo de aceros inoxidables está asociado a su
contenido de Cr y a su microestructura. Las aleaciones de mayor contenido de C
exhiben una menor resistencia a la corrosión en condición de temple y revenido, debido
a la mayor susceptibilidad a la precipitación de carburos de cromo que presentan estos
materiales. En términos generales se pueden decir que los aceros inoxidables
martensíticos presentan una menor resistencia a la corrosión que las demás familias de
aceros inoxidables, pero tienen una resistencia mecánica elevada. Algunas aleaciones
pueden ser tratadas térmicamente para alcanzar valores de resistencia superiores a 1400
Mpa (2000,000 psi). En la Tabla 1 se muestran las composiciones químicas de los
aceros inoxidables martensíticos más representativos.
Usos del acero inoxidable.
Los aceros inoxidables se utilizan principalmente en cuatro tipos de mercados:
Electrodomésticos: grandes electrodomésticos y pequeños aparatos para
el hogar.
Automoción: especialmente tubos de escape.
Construcción: edificios y mobiliario urbano (fachadas y material).
Industria: alimentación, productos químicos y petróleo.
Su resistencia a la corrosión, sus propiedades higiénicas y sus propiedades
estéticas hacen del acero inoxidable un material muy atractivo para satisfacer diversos
tipos de demandas, como lo es la industria médica.
Acero inoxidable en la industria médica
Existe una diversidad de composiciones químicas para el acero inoxidable, las
cuales le otorgan cualidades particulares y deseadas; desde el grado de implante médico,
hasta la facilitación de manufactura de instrumentos quirúrgicos. Entre los aceros
empleados en la industria médica se encuentran comúnmente los siguientes:
17-4
304
AISI 316
AISI 316L
455
589
Muchos de éstos pueden ser sometidos a un tratamiento térmico con el fin de
modificar sus cualidades físicas. Por ejemplo, el acero inoxidable 17-4 puede ser tratado
al calor, por una duración determinada, con el fin de lograr cierto grado de dureza y así,
hacer que el objeto funcione adecuadamente por más largo tiempo. Es importante que
las condiciones sean controladas, desde la temperatura y tiempo de horneado, hasta la
limpieza de la atmósfera del horno y del acero en sí. La dureza del acero inoxidable
puede ser medida en la escala Brinell, Rockwell u otras.
Adicionalmente, una capa pasiva puede ser aplicada para la inhibición del óxido
o de reacciones con algún elemento, pero no siempre es el caso pues no siempre es ni
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necesario ni requerido, por razones de costo o porque no todos los aceros inoxidables
pueden ser tratados.
Martensita.
Martensita es el nombre que recibe la fase cristalina BCT, en aleaciones
ferrosas. Dicha fase se genera a partir de una transformación de fases sin difusión, a una
velocidad que es muy cercana a la velocidad del sonido en el material.
Por extensión se denominan martensitas todas las fases que se producen a raíz de
una transformación sin difusión de materiales metálicos.
Generalidades.
La transformación martensítica no sólo ocurre en el acero, sino que otros
sistemas de aleación se caracterizan por experimentar transformaciones sin difusión.
Ya que la transformación martensítica no implica difusión, ocurre casi
instantáneamente; los granos martensíticos se nuclean y crecen a velocidad muy alta: A
la velocidad del sonido dentro de la matriz austenítica. De este modo, a efectos
prácticos, la velocidad de transformación de la austenita es independiente del tiempo.
La estructura de la martensita tiene la apariencia de láminas o de agujas
(variantes). La fase blanca es austenita que no se transforma durante el temple rápido.
La martensita también puede coexistir con otros constituyentes, como la perlita.
El enfriamiento rápido (o temple) del acero austenizado, hasta temperatura
próxima a la ambiental, origina otro microconstituyente denominado martensita, que
resulta como una estructura de no equilibrio de la transformación sin difusión de
la austenita. Se puede considerar un producto de transformación competitivo con
la perlita o la bainita. La transformación martensítica tiene lugar a velocidades de
temple muy rápidas que dificultan la difusión del carbono. Si hubiera difusión se
formarían las fases ferrita y cementita.
La transformación martensítica no es bien conocida. Sin embargo, gran número
de átomos se mueven de modo cooperativo, lo que representa pequeños
desplazamientos de un átomo respecto a sus vecinos. Esta transformación significa que
la austenita CCC experimenta una transformación polimórfica a la martensita tetragonal
centrada en el cuerpo (TCC). La celdilla unidad de esta estructura cristalina es un cubo,
alargado en una de sus tres dimensiones, centrado en el cuerpo BCC; esta estructura es
diferente de la ferrita CC. Todos los átomos de carbono permanecen como solutos
intersticiales en la martensita y constituyen una disolución sólida sobresaturada capaz
de transformarse rápidamente en otras estructuras si se calienta a temperaturas que
implican una apreciable velocidad de difusión. La mayoría de los aceros retienen la
estructura martensítica casi indefinidamente a temperatura ambiente.
Se llama martensita en honor al metalúrgico alemán Adolf Martens (1850-1914).
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Con un tratamiento mecánico adecuado la estructura puede presentar una sola
variante. Un caso particular son las aleaciones martensíticas ferromagnéticas, con
interesantes propiedades al aplicarles un campo magnético (magnetoestricción, Villary
effect).
En aceros.
Los aceros con microestructura martensítica son los más duros y mecánicamente
resistentes, pero también los más frágiles y menos dúctiles. La dureza de estos aceros
depende del contenido en carbono; aun así, son más tenaces que los aceros perlíticos. La
martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono y austenita.
Acero inoxidable martensítico son los llamados aceros inoxidables altamente
aleado con cromo y otros elementos. Presentan buena resistencia a
la corrosión y resistencia mecánica, se endurecen y son magnéticos.
Se llaman martensíticos, porque tienen una estructura metalográfica formada
básicamente por martensita (ferrita deformada por el carbono que no pudo difundirse).
Existen cuatro tipos principales de acero martensítico:
Los aceros martensíticos puros. Con elevados porcentajes de Carbono
(más de 0,2%), y ricos en aleantes, por lo que no son soldables (no se pueden
representar en un diagrama de Shaeffler de Cr-Ni equivalente). Son aceros duros en
caliente hasta los 500ºC, y suelen ser usado en instrumentos de cirugía, cuchillos,
rodamientos,... (ejemplo, X39Cr13, o X105CrMo17).
Los aceros martensíticos con parte de ferrita. Estos se diferencian de los
aceros ferríticos por su mayor contenido en carbono, aunque pueden llegar a tener
matriz martensítica o ferrítica, aunque si tienen elevados porcentajes de C, Cr, Ni o
Molibdeno serán Martensíticos. Estos aceros suelen ser usardos por su elevada
resistencia y resistencia en caliente (turbinas de gas, agua, vapor, ejes, árboles,...)
así como en la fabricación de tanques.
Aceros de martensíta blanda, con contenido en carbono inferior al 0,06%
(Niquel del 4 al 6% y Molibdeno del 0,3 al 1,5%). Por el contenido en Niquel y
Molibdeno siempre tendrán una matriz martensítica, aunque por el bajo contenido
en carbono esta será relativamente blanda y tenaz. Es soldable y se usa en piezas
que requieran buena tenacidad y resistencia a la corrosión.
Acero martensítico endurecible por precipitación. Con carbono inferior al
0,08%, Cr del 13 al 18%, Ni inferior al 6% y Mo inferior al 1,3%, así como cobre,
aluminio y niobio como elementos para la precipitación que produzca el
endurecimiento de la matriz martensítica, sin dañar la tenacidad o la
deformabilidad. La matriz será una mezcla de Austenita, martensita y hierro delta
(como la ferrita, pero directamente de la solidificación, sin pasar por austenita). Tras
tratamientos tiene una elevada resistencia y buena resistencia a la corrosión, y
resistencia térmica.
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Aceros inoxidables martensíticos.
Como ya hemos mencionado antes los aceros inoxidables son aleaciones a base
de hierro, cromo, carbono y otros elementos, principalmente níquel, molibdeno,
manganeso, silicio, etc… La norma considera a los aceros inoxidables como aquellas
aleaciones ferrosas que contienen cromo en una proporción mínima del 11%.
La propiedad más característica de estas aleaciones es la de resistir muy bien la
corrosión; esto se debe a la propiedad de pasivarse en un ambiente suficientemente
oxidante (por ejemplo aire) por medio de la formación de una película superficial de
óxido de cromo. En estas condiciones se habla de acero inoxidable en estado pasivo.
Se distinguen esencialmente 3 familias de aceros inoxidables:
Martensíticos.
Ferríticos.
Austeníticos.
Dúplex
Endurecibles por precipitación.
Nos vamos a centrar aquí en los aceros inoxidables martensíticos.
Los aceros inoxidables martensíticos son aceros al cromo (11%-18%) que
contienen pequeñas cantidades de otros elementos de aleación, como, a veces, níquel,
pero en este caso en cantidad nunca superior al 2,5%. Los contenidos de carbono
pueden variar entre un mínimo de 0,08% hasta un máximo de un 1,2%.
Los aceros inoxidables martensíticos son susceptibles de elevar sus
características mecánicas de resistencia y dureza mediante un tratamiento térmico de
temple. Según la cantidad de C y Cr en la aleación se pueden obtener, mediante el
calentamiento a temperaturas superiores a la de austenización estructuras
completamente austeníticas, o estructuras austeníticas más carburos. Se entiende, pues,
que habrá en todo acero templado estructuras formadas por martensita, o bien, por
martensita más carburos.
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En cuanto a las características físicas principales de estos aceros observamos
que, en general, el peso específico se distingue poco del de los aceros comunes al
carbono junto con el módulo de elasticidad, el coeficiente de dilatación lineal y calor
específico. La resistividad específica es, por el contrario, mucho más elevada; por otra
parte, la conductividad térmica resulta inferior. El intervalo de temperatura de fusión es
generalmente más elevado que el de los aceros comunes al carbono o aleados. La
permeabilidad magnética los clasifica entre los materiales ferromagnéticos.
Las características mecánicas a temperaturas inferiores a la ambiente señalan
una brusca reducción de la tenacidad. Por ello cuanto estos aceros se emplean a
temperaturas bajas es preciso que hayan sufrido un tratamiento de bonificación. La
brusca reducción de la tenacidad viene acompañada por una disminución del
alargamiento y de la estricción, mientras que, por el contrario, aumentan notablemente
los valores de carga de rotura, del límite elástico y de la dureza.
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Como se ha dicho anteriormente los aceros inoxidables martensíticos son
susceptibles de sufrir un tratamiento de temple para incrementar su resistencia y su
dureza. El temple consiste en un calentamiento por encima de la temperatura de
austenización (Ac3) y en un enfriamiento llevado a cabo con rapidez suficiente para que
la curva de enfriamiento se encuentre a la izquierda de la nariz de la curva “s” (figura
1). Dicho enfriamiento debe efectuarse hasta cortar la línea “Ms” y debe proseguir
hasta superar la línea “Mf” (no indicada en la figura) en la que termina la
transformación de la austenita en martensita. Los aceros inoxidables martensíticos
presentan la particularidad de que las curvas “s” y “f” se encuentras desplazadas hacia la
derecha del diagrama TTT (aceros autotemplantes) respecto a otros aceros lo cual hace
que el temple se pueda realizar en medios de enfriamiento más lentos (como el aire).
Fig. 1- Curva TTT (de Gabrielle di Caprio. “Los aceros inoxidables”)
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Por lo general, el tratamiento de temple no se emplea nunca solo, comporta a
continuación por lo menos un tratamiento de revenido y/o de recocido para aliviar
tensiones; la totalidad de estos tratamientos se denomina bonificación, y tiene como
objetivo final mejorar las características intrínsecas del material.
El tratamiento de revenido intenta conseguir en el acero una estructura más
próxima al estado de equilibrio físico-químico que la conseguida con un tratamiento de
temple. Consiste en un calentamiento por debajo del punto Ac1, seguido de una
permanencia conveniente en la temperatura citada, tras lo cual se efectúa un
enfriamiento hasta la temperatura ambiente en un medio adecuado. Es importante tener
en cuenta que el intervalo 430-580 ºC debe considerarse peligroso a los fines de un
revenido, tanto en cuanto a la repentina disminución de la tenacidad (fragilidad Krupp),
como en cuanto a la resistencia a la corrosión, que desciende bruscamente. El revenido
permite obtener en los aceros martensíticos las mejores combinaciones de las más altas
características mecánicas y las más elevadas propiedades de resistencia a la corrosión,
aunque estas últimas se obtengan generalmente con un tratamiento de distensión.
El recocido para aliviar tensiones es el tratamiento efectuado a una temperatura
más baja que el intervalo crítico 430-580 ºC. El objeto principal de esta operación
consiste en eliminar las tensiones residuales debidas al temple y en mejorar la
estabilidad mecánica de los aceros con solicitaciones internas debidas al proceso de
mecanización. Conviene que este tratamiento siga inmediatamente al temple
efectuándolo cuando las piezas estén todavía calientes, para evitar agrietamientos.
En cuanto a las aplicaciones de estos aceros se pueden citar las siguientes:
En la industria química y nuclear se emplea el AISI 410 en estado
bonificado, cuando sea necesaria una buena resistencia mecánica; para piezas
de bombas y compresores, para tubos destinados a intercambiadores de calos
que operen a elevadas presiones y también en el proceso de producción del
polietileno.
Este mismo acero (AISI 410) se emplea en la cuchillería de mesa
y se obtiene normalmente por forjado.
Otras aplicaciones de los aceros inoxidables martensíticos son en
la industria aeronáutica (AISI 420), o en la industria naval (AISI 431 para ejes
portahélices).
CLASE I - Grupo Martensítico 403 Grado de especial calidad usado principalmente en turbinas de vapor y gas. Es similar al tipo 410, por lo que algunas veces se le llama “410, calidad turbina”. Tiene propiedades metalúrgicas más cuidadosamente controladas durante la fundición y hasta el acabado final, que el tipo regular 410. Los procedimientos de tratamientos térmicos para el tipo 410 también aplican para el 403.
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El tipo 403 es primariamente empleado en partes críticas de maquinaria sometida a altos esfuerzos y donde se requiere, además, buena resistencia al calor, corrosión, desgaste abrasivo o erosión.
410 Aleación base para el grupo. Es de propósito general y el tipo más usado de la clase martensítica. Tiene un coeficiente de expansión poco menor que el del acero al carbono, mientras que la conductividad térmica es casi la mitad del correspondiente valor para el acero al carbono. Asimismo, puede desarrollar una excelente combinación de resistencia mecánica y dureza mediante un adecuado tratamiento térmico. Donde el esfuerzo mecánico es importante, deberá tenerse cuidado de no mantener la
temperatura en el rango de 400a 600C, ya que en este rango de temperatura toda la serie 400 presenta una menor dureza. En la condición de recocido, el tipo 410 es dúctil y es una buena opción para formado y otras operaciones de transformación donde el uso final está destinado a los ambientes moderadamente corrosivos. El tipo 410 puede ser soldado y se recomienda un tratamiento de recocido post-soldadura. Este tipo es ampliamente utilizado debido a sus atractivas propiedades y a su relativo bajo costo. El rango de las propiedades mecánicas es similar a los de aceros al carbono tipo SAE 4130, con el beneficio adicional de que cuenta con buena resistencia a la corrosión.
416, 416Se Otra versión del tipo 410, donde el azufre (tipo 416) o el selenio (tipo 416Se) son adicionados para producir las mejores características de maquinabilidad de la clase martensítica. Tienen propiedades mecánicas y físicas similares al tipo 410, excepto por algún decremento en la ductilidad y formabilidad. La resistencia a la corrosión es ligeramente disminuida debido a la adición de azufre o selenio. Este tipo es ampliamente utilizado donde se requieren propiedades mecánicas con buenas cualidades de maquinado.
420, 420F Es una modificación del tipo 410, con alto contenido de carbono que le permite alcanzar mayor dureza y mejor resistencia al desgaste. El tipo 420 presenta mejor resistencia a la corrosión después del tratamiento térmico, y
normalmente no se recomienda en ambientes superiores a 370C. En caso de soldar, es necesario precalentar y finalmente someter a recocido post-soldadura. El tipo 420F es una variante del tipo 420 que se adiciona con azufre o selenio para mejorar sus cualidades de maquinado; tiene propiedades similares al 420 con la excepción de una ligera disminución de la resistencia a la corrosión.
422 Diseñado para el servicio a temperaturas de hasta 650C, combinando resistencia mecánica; es magnético en todas las condiciones y presenta maquinabilidad de mediana a baja.
431 Contiene altas adiciones de cromo y níquel y está diseñado para obtener altas propiedades mecánicas mediante tratamiento térmico junto con buena resistencia al impacto. Este tipo ofrece mejor resistencia a la corrosión que los tipos 410, 420, 430 (ferrítico) y 440. El tipo 431 es frecuentemente utilizado en partes con mayor esfuerzo mecánico y una necesaria alta resistencia a la corrosión.
Sus usos típicos son: en los moldes para vidrio, flechas para barco, partes de válvulas, equipos químicos, tornillos y en la industria aeronáutica.
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440A, 440B y 440C Son aleaciones con alto contenido de carbono que se usan donde se requiere una alta y extremada dureza, resistencia a la abrasión y buena resistencia a la corrosión. Los tres tipos son magnéticos y de baja maquinabilidad.
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SOLDADURA DE ACEROS INOXIDABLES. MARTENSÍTICOS. Fenómenos a considerar en la soldadura de aceros inoxidables martensisticos. a) Tensiones internas y grietas:
La alta templabilidad de estas aleaciones, origina que se produzca Martensita en
el cordón de soldadura y en la ZAT. La Martensita, cuya dureza aumenta con el
contenido de carbono, presenta una tendencia considerable a la fisuración. Los Aceros
Inoxidables martensíticos son endurecidos al aire cuando se les enfría rápidamente
desde el rango de temperatura de austenitizado (871°C – 1010°C).
Dichas temperaturas se alcanzan en la ZAT y el enfriamiento posterior se realiza
a velocidades suficientes para producir Martensita.
En la condición recocida, los aceros inoxidables martensíticos tienen
básicamente una microestructura ferrítica con carburos de cromo dispersos. El carbono
y el cromo en los aceros inoxidables martensíticos actúan en combinación para prevenir
la transformación de Austenita en Ferrita durante el enfriamiento rápido. El resultado es
una estructura BCT desordenada llamada martensíta (cuerpo tetragonal centrado como
BCC pero elongado en una dirección). La zona afectada térmicamente en una pieza
soldada desarrollará la fase martensítica frágil, dura y, a menos que se realice
precalentamiento local, puede desarrollar grietas debido a las tensiones de contracción y
al hidrógeno. La dureza de la zona afectada por el calor depende principalmente del
contenido de carbono del metal base.
La mayor dureza disminuye la tenacidad y aumenta la susceptibilidad al agrietamiento.
El precalentamiento del metal base retarda la tasa de enfriamiento, permitiendo que el
metal de aporte y las zonas afectadas por el calor se enfríen a una tasa más lenta y
uniforme, reduciendo las tensiones. La tasa de enfriamiento más lenta también permite
que escape más hidrógeno.
RECOMENDACIONES PRÁCTICAS EN LA SOLDADURA DE ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS MATERIAL DE APORTE
Para aplicaciones generales, utilizar como material de aporte grados martensíticos
como el 410 o 420 preferentemente con bajo contenido de carbono para evitar excesivo
endurecimiento de la soldadura.
En aplicaciones que no requieran o no sea práctico realizar precalentamiento o
tratamiento térmico post-soldadura y cuando se aceptan diferencias en la composición y
en las propiedades físicas (tales como el coeficiente de expansión), se recomienda
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utilizar como material de aporte grados austeníticos tipo 309, 310 y 312 o similares. El
cordón será más dúctil que las ZAT (dura y frágil); el metal depositado absorberá por fl
uencia las tensiones y deformaciones en las zonas cercanas al cordón y así evitará las
grietas.
TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO E INTERPASE La tendencia a la fi suración de los aceros inoxidables martensíticos puede ser
disminuida mediante el precalentamiento y el tratamiento térmico post-soldadura. Para
aplicaciones generales, se recomienda una temperatura de precalentamiento e interfase
entre 200°C - 300°C, aunque se debe considerar que las temperaturas más adecuadas
dependerán del contenido de carbono del metal base, la composición del metal de
aporte, la masa de la junta y el grado de restricción del conjunto soldado. Así por
ejemplo para juntas soldadas donde participen espesores gruesos, o cuando se utilizan
electrodos martensíticos pueden manejarse temperaturas de precalentamiento de hasta
350° o más. Si se usan aportes austeníticos los procedimientos de precalentamiento y
post-calentamiento son menos exigentes.
TRATAMIENTO TÉRMICO POST SOLDADURA Considerando que a pesar del precalentamiento y el control de la temperatura de
interfase se produce algo de Martensita, frecuentemente se recomienda realizar un
tratamiento térmico post-soldadura. Cuando es posible se recomienda realizarlo antes
que la pieza soldada se enfríe.
Para los resultados óptimos, no debería permitirse que la pieza soldada se enfríe por
debajo de la temperatura de precalentamiento entre los pasos de la soldadura o antes del
calentamiento post-soldadura. Un revenido del orden de 600 - 750°C seguido de un
enfriamiento controlado a tazas del orden de 30°C por hora hasta los 600°C reduce la
dureza y aumenta la ductilidad y la resistencia a la corrosión. Como alternativa puede
realizarse un recocido entre 850º-900°C por dos horas y luego enfriarlos a tazas no
mayores de 50°C por hora hasta los 600°C. Bajo 600°C se permiten enfriamientos más
rápidos aunque se debe limitar a valores próximos a 200°C por hora por pulgada de
espesor para evitar tensiones internas residuales. La resistencia optima a la corrosión de
estos aceros se obtiene efectuando tratamientos térmicos de temple y revenido a las
temperaturas requeridas; sin embargo esta resistencia no es tan buena como en los
aceros austeníticos o ferríticos.
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Bibliografía:
- Gabriele di Caprio “Los aceros inoxidables”. Grupinox –
Barcelona -1999
- Lasheras-Carrasquilla “Ciencia de los materiales”. Ed.
Donostiarra- 1992
-Manual del acero inoxidable.
-ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección II:
Para el Ingeniero de Materiales.
- Acero SISA 440C INOX.
- Clasificación acerinox.
- Manual AC E R O S I N OX I DA B L E S. INDURA. Sistemas Electrodos
Webgrafía:
- www.wikipedia.com.
- www.monografías.com.
- http://books.google.es.
Fotografías:
-Jarras, TKSL. Tarja, eb técnica mexicana.
-Fundición, TKSL. Soldadura, Böhler Thyssen.
-Perfiles tubulares, Fischer Mexicana.
-Rollos de acero inoxidable, ThyssenKrupp Mexinox.