Los Aceros y sus Características. Aceros al Carbono
Generalidades 1.
Aceros: ¾Microestructura ¾Diagrama Hierro-Carbono, Fases ¾Clasificación de aceros al Carbono en referencia al eutectoide ¾Microestructuras de los aceros al carbono ¾Temperaturas críticas en el diagrama Fe-C ¾Tratamientos térmicos ¾Diagramas TTT
2. Clasificación de las aleaciones ferrosas 3. Designación de aceros al Carbono: ¾Por su composición química ¾Por sus propiedades mecánicas en tracción
4. Propiedades mecánicas de aceros al carbono 5. Aplicaciones de los aceros al carbono
Microestructuras
Microestructura
Características estructurales de una aleación observadas a nivel microscópico. La microestructura es descrita mediante la identificación de los tipos de fases presentes y la descripción de su tamaño, forma y distribución.
Aleación/Fases Aleación metálica: material que tiene propiedades metálicas que está formado por varios elementos Ej. Acero al carbono ( Fe y C ) , Acero inox ( Fe, C , Cr , Ni) Fase: porción físicamente homogénea 1. La misma estructura o arreglo atómico 2. La misma composición aproximada 3. Una interfaz definida entre esta y las que la rodean 4. Porción del sistema con iguales propiedades y composición y físicamente distinguibles de las otras partes de la sistema.
Diagrama Hierro-Carbono Describe las fases y sus composiciones hasta un contenido de C de 6,67%, así como las transformaciones de fases que ocurren durante el enfriamiento o calentamiento en condiciones de equilibrio.
Fases presentes en el Diagrama Fe-C Ferrita: La ferrita es hierro alfa α Fe, hierro casi puro que puede contener en solución pequeñas cantidades de silicio, fósforo. Austenita- γ: Es una solución sólida de carbono o carburo de hierro en hierro gamma γ Fe. Todos los aceros se encuentran formados por cristales de austenita cuando se calienta a temperatura superior a las criticas Cementita- Fe3C : Compuesto de carburo de Fe
Composición eutectoide
Fe-0,83% peso de C T: 723C Austenita ⇨ Ferrita + Cementita = Perlita
Clasificación de los aceros con referencia al eutectoide
Clasificación de los aceros con referencia al eutectoide Hipoeutectoides: Contenido de C<0.78%) (Fases: Ferrita + Perlita) Eutectoides: Contenido de C=0,78% ( Fases: Perlita) Hipereutectoides: Contenido de C>0,78% hasta 2,00%C (Fases: Cementita + Perlita)
Microestructura acero hipoeutectoide
(Perlita)
Microestructura de acero eutectoide Estructura Perlítica
Microestructura acero hipereutectoide Perlita
Cementita
Temperaturas criticas en el diagrama Fe-C
Temperaturas criticas en el diagrama Fe-C Temperatura Critica Superior (Punto A3): es la temperatura por debajo de la cual se inicia la formacion de ferrita en aceros hipoeutectodides. Temperatura critica (Punto ACM): es la temperatura , por debajo de la cual comienza la formación de cementita en aceros hipereutectoides Temperatura critica inferior, (punto A1): es la temperatura de transformacion de austenita a perlita (transformacion eutectoide). Por debajo de esta temperatura no hay austenita. Temperatura de transformacion magnetica (A2): es la temperatura por debajo de la cual la ferrita se vuelve magnética.
Tratamientos térmicos
Son los procesos claves para modificar las propiedades de los aceros, lográndose la obtención de las propiedades más diversas de los aceros y sus aleaciones. Con un tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. http://www.metalunivers.com/
Tratamientos térmicos Constituye uno de los procesos básicos de modificar las propiedades de los metales y aleaciones. La modificación tiene su origen en un cambio en la microestructura , cambio que puede ir acompañado o no de un cambio de fase. Variables : 9Material: Composición química, Estructura previa, geometría, espesor 9Tratamiento Térmico: forma de calentamiento, y enfriamiento, la colocación de la pieza.
http://www.metalunivers.com/
Tratamientos térmicos Calentamiento Mantenimiento a temperatura Enfriamiento controlado
Aleaciones metálicas
Modifica propiedades
Tipos de tratamientos térmicos Recocido, para mejorar la ductilidad y tenacidad, para reducir dureza y remover carburos. Normalizado, para mejorar la resistencia con apropiada ductilidad. Temple y revenido, para aumentar la dureza o mejorar la resistencia. Austemperizado, para producir estructuras bainíticas de alta resistencia con algo de ductilidad y buena resistencia al desgaste. Endurecimiento superficial, para mejorar resistencia al desgaste.
Tratamientos térmicos Normalizado. Calentamiento del acero a unos 50°C por encima de la temperatura crítica Ac ó Acm y mantenimiento a esta temperatura por un tiempo determinado, seguido de un enfriamiento al aire. Se aplica para destruir una microestructura gruesa después de calentamientos de piezas a elevadas temperaturas, después de la forja, etc.
o nt ie m ria
f En
Temperatura
Austenizado
en re ai
Tiempo
Tratamientos térmicos ¾Recocido: Produce una microestructura de baja dureza y alta ductilidad. Dependiendo de la temperatura de calentamiento se definen: Recocido completo, intercrítico y subcrítico. ¾Modalidad de enfriamiento: Continuo, Transformación isotérmica
Tratamientos térmicos Recocido de regeneración: Se aplica después de la forja o laminación para posteriormente mecanizar el acero con contenidos de C entre 0,35% a 0,6% en las mejores condiciones posibles. Recocido de ablandamiento: Para reducir la dureza de los aceros al carbono. Recocidos de alivio de tensiones. Se emplea para aceros de bajo contenido de carbono (inferior a 0,30%) endurecidos por deformación después de laminado en frío o estirado para continuar con el proceso de deformación. Se aplica calentando el acero a temperaturas inferiores a la A1 por cortos tiempos. Recocido de esferoidización: Para esferoidizar la cementita en la perlita, mediante el calentamiento durante largos tiempos a temperaturas entre 700°C y 740°C y luego enfriar lentamente para lograr una extraordinaria ductilidad.
Tratamientos térmicos Temple: Para endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. La pieza se calienta a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior A3 (entre 900-950 ºC) y se enfría luego rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc. Revenido: Para disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada.
Tratamientos térmicos
Temperaturas recomendadas en los distintos tratamientos térmicos
Microestructura en función del enfriamiento desde la T austenitica
Endurecimiento superficial del acero Carburización o cementación: Consiste en el calentamiento de las piezas a unos 900 ºC en un medio en el que el carbono penetre en la superficie del acero en función del tiempo. Se puede efectuar este procedimiento con medios sólidos o por medios gases. Este último procedimiento es el más utilizado ya que permite un control más apropiado de la profundidad de la capa endurecida.
Endurecimiento superficial del acero Nitruración: La adición de nitrógeno a la superficie se denomina nitruración, dicho procedimiento consiste en el enriquecimiento de nitrógeno en la superficie manteniendo el acero, sea en baño de sales o en una atmósfera de amoniaco, durante un tiempo determinado. Temperaturas de calentamiento entre 400-525ºC
Diagramas TTT Diagrama TTT: tiempo, Acero de composición eutectoide temperatura y transformación 9Resume para una composición dada , la evolución en % de la transformación de una fase determinada sobre unos ejes temperatura-tiempo. 9Progreso de las transformaciones controladas por difusión Transformación de la austenita a mezclas de ferrita y cementita http://enciclopedia.us.es
Diagramas TTT aceros hipoeutectoides
Diagramas TTT para aceros hipereutectoides
Diagramas CTT
CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN Y REQUISITOS ADICIONALES DE MATERIALES PARA “SOUR SERVICE”
Clasificación de las aleaciones ferrosas
Diferencias entre aceros y fundiciones de Fe La diferencia fundamental entre ellos es que los aceros son por su ductilidad, fácilmente deformables en caliente bien por forja, laminación o extrusión, mientras que las fundiciones se fabrican por moldeo
Clasificación de los aceros al carbono según su producción ¾ Aceros Efervescentes: Se elimina solamente una pequeña cantidad de oxígeno durante el proceso de solidificación. La superficie queda con muy bajo contenido de C, es muy dúctil y su conformado en frío es muy fácil. ¾ Aceros Calmados: Aceros que se les extrae gran cantidad de oxígeno. Acero completamente desoxidado antes de colarlo, mediante la adición de manganeso, silicio o aluminio. Se obtienen lingotes perfectos, no hay producción de gases durante la solidificación. El contenido de C en estos aceros es mayor al de los efervescentes. ¾ Aceros semicalmados: Propiedades mecánicas entre los efervescentes y calmados ¾ Aceros tapados: Características mecánicas entre los semicalmados y efervescentes.
Designación de Aceros: Generalidades ¾American Iron and Steel Institute (AISI) y Society of Automotive Engineers (SAE). ¾Otras organizaciones que representan usuarios específicos de aceros han desarrollado sus propias especificaciones. Estas incluyen: 9 American Petroleum Institute (API), 9 Steel Founders Society of America(SFSA), 9 Aerospace Material Specifications (AMS), 9 American National Standard Institute (ANSI), 9 American Society of Mechanical Engineers (ASME), 9 American Society for Testing and Materials (ASTM), 9 American Welding Society (AWS) 9 Military Specifications (MIL)
¾Muchos países del mundo tienen su propias sistemas de especificaciones y designaciones de aceros, ejemplo 9 Normas venezolanas COVENIN, 9 Normas Alemanas DIN.
Designación de Aceros: Generalidades Sistema Unificado de numeración (Unified Numbering System, (UNS): ¾ Agrupa las especificaciones para sistemas de especificaciones de aceros similares. ¾ El sistema UNS es alfanumérico, con una letra de prefijo que describe la clase de acero y los dígitos pueden incorporar los dígitos SAE y otras características de las aleaciones.
Especificaciones UNS Designación UNS Descripción ¾ Dxxxxx Aceros con especificación en propiedades mecánicas ¾ Fxxxxx Fundiciones de hierro ¾ Gxxxxx Aceros al Carbono SAE y AISI ¾ Hxxxxx Aceros AISI endurecidos ¾ Jxxxxx Fundiciones de aceros ¾ Kxxxxx Aleaciones ferrosas ¾ Sxxxxx Aceros resistentes al calor y la corrosión ¾ Txxxxx Aceros para herramientas ¾ Wxxxxx Material de aporte para soldaduras, electrodos recubiertos y tubulares clasificados por la composición del depósito de soldadura
Aceros al carbono clasificación por su composición
Aceros de bajo carbono: (C < 0.25%) Aceros de medio (C =0.25% a 0.55%) Aceros de alto carbono: (C > 0.55%).
Designación de los Aceros al carbono Existen dos formas de identificarlos ¾ La primera: a través de su composición química. ¾ La segunda: través de su resistencia mecánica en tracción
Designación de aceros al carbono por su composición química “American Iron and Steel Institute” (AISI) junto con con “Society of Automotive Engineers” (SAE) han establecido un sistema de designación de aceros de 4 dígitos. SAE/AISI 1XXX
Designación de aceros : cont. PRIMER DIGITO:
1XXX
DEFINE EL TIPO DE ACERO 1: ACEROS AL C 2 al 9: ACEROS ALEADOS
Designación de aceros : cont. SEGUNDO DIGITO:
1XXX
INDICA MODIFICACIÓN DEL ACERO O– Acero al carbono sin modificación 1 – Resulfurizado: Acero al carbono al que se le ha añadido sulfuro para mejorar la maquinabilidad 2 – Resulfurado y refosforado: Acero al carbono al que se le ha añadido sulfuro y fósforo para mejorar la maquinabilidad. 5 – No resulfurado, con contenidos de Mn >1.0%
Designación de aceros : cont. ULTIMOS DOS DÍGITOS:
1XXX
Indica CONTENIDO DE C en el acero en 0.01%.
Designación de aceros : cont. EJEMPLO
SAE
1 0 3 0 Acero No al C modificado
significa:
Con 0,30% C
Acero al carbono no modificado con un contenido de C de 0,30%.
Designación de aceros : SAE/AISI
%C,
% Mn
% P max
%Smax
grade
1006 1010 1020 1030 1045 1070 1090 1117 1547
0.08 max 0.08-0.13 0.17-0.23 0.27-0.34 0.42-0.50 0.65-0.76 0.85-0.98 0.14-0.20 0.43-0.51
0.35 max 0.30-0.60 0.30-0.60 0.60-0.90 0.60-0.90 0.60-0.90 0.60-0.90 1.10-1.30 1.35-1.65
0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.08-0.13 0.05
Designación de aceros de acuerdo a la resistencia mecánica en tracción
A XX - XX XXX Acero
Rmax. kg/mm2
Ry
Uso
kg/mm2
Primera cifra: Indica la resistencia a la tracción en kg/mm2 Segunda cifra: Indica la resistencia a la fluencia en kg/mm2.
Designación de aceros de acuerdo a la resistencia mecánica en tracción EJEMPLO Acero Estructural Soldable, con un esfuerzo de tracción de 37 kg/mm2 y esfuerzo de fluencia de 24 kg/mm2 A63-42ESH Acero Hormigon Estructural Soldable, con un esfuerzo de tracción de 63 kg/mm2 y esfuerzo de fluencia de 42 kg/mm2 A37-24ES
Propiedades Mecánicas del acero 1045 con distintos tratamientos térmicos
Templado Estado de entrega
Normalizado Recocido
Propiedades mecánicas: aceros al carbono ¾ El contenido de C en aceros al carbono, determinan su resistencia y ductilidad. ¾ Mientras mayor es el contenido de C mayor es la resistencia y menor la ductilidad.
PROPIEDADES MECÁNICAS DE ALGUNOS ACEROS
Nº SAE o AISI
Resistencia a la tracción Rmax.
Límite de fluencia Ry
Alargam. en 50 mm
Dureza Brinell
Kgf / mm2
Mpa
Kgf/mm2
Mpa
%
1010
40,0
392,3
30,2
292,2
39
109
1015
42,9
420,7
32,0
313,8
39
126
1020
45,8
449,1
33,8
331,5
36
143
1025
50,1
491,3
34,5
338,3
34
161
1030
56,3
552,1
35,2
345,2
32
179
1035
59,8
586,4
38,7
377,5
29
190
1040
63,4
621,7
42,2
413,8
25
201
1045
68,7
673,7
42,2
413,8
23
215
1050
73,9
724,7
42,2
413,8
20
229
1055
78,5
769,8
45,8
449,1
19
235
1060
83,1
814,9
49,3
483,5
17
241
1065
87,0
853,2
51,9
509,0
16
254
1070
90,9
891,4
54,6
535,4
15
267
1075
94,7
928,7
57,3
560,9
13
280
1080
98,6
966,9
59,8
586,4
12
293
Grados del Acero
Resistencia a la tracción Rmax.
Límite de fluencia Ry
Alargam. en 50 mm
Kgf/mm2
MPa
Kgf/mm2
MPa
%
A37-24ES
37
363
24
235
22
A42-27ES
42
412
27
265
20
A52-34ES
52
510
34
324
18
A44-28H
44,9
440
28,6
280
16
A63-42H
64,2
630
42,8
420
(*)
Propiedades y Aplicaciones Material Aceros de bajo C (C < 0.25%)
Aceros de Medio C (C =0.25% a 0.55%)
Aceros de alto C (C > 0.55%)
Propiedades
Aplicaciones
Buena formabilidad, baja Partes por embutido resistencia, bajo costo profundo, cadenas, tubos, alambres, algunas partes de máquina Buena tenacidad y ductilidad, buena resistencia mecánica y pueden ser endurecidos por temple Alta resistencia mecánica, dureza y resistencia al desgaste ductilidad moderada.
Bobinas, ejes, tornillos, cilindros cigüeñales, partes mecánicas tratadas térmicamente. Rodillos de laminación, martillos, destornilladores, hojas para cuchillos, rachees.
Propiedades de aceros (Smith) Nº SAE o AISI
Aplicaciones típicas
1010
Planchas y flejes para trefilado, cables, clavos, tornillos, bielas, barras para reforzamiento de hormigón
1020
Láminas y secciones estructurales, ejes y engranajes
1040
Ejes, clavos, tuberías de alta resistencia a la tracción, engranajes
1060
Alambres para resortes, troqueles de forja, ruedas de ferrocarril
1080
Alambres para música, resortes helicoidales, troqueles de forja, cinceles
1095
Troqueles, cuchillas, cizallas, hojas de tijeras, cables de alta resistencia a la tracción
Aceros Aleados
Contenido 1. Clasificación 2. Designación por composición química 3. Aceros inoxidables: designación Clasificación por su microestructura Composición química: - Aceros martensíticos - Aceros ferríticos - Aceros austeníticos - Aceros inoxidables PH - Aceros duplex 6. Aceros para herramientas 7. Aceros resistentes al calor 8. Superaleaciones Generalidades Clasificación Aplicación
Aceros Aleados: Clasificación ¾
Aceros de baja aleación: Elementos aleantes < 8%.
¾
Aceros de alta aleación: Elementos aleantes > 8%.
Aceros Aleados: Designación por composición química De acuerdo a la clasificación de 4 dígitos del sistema SAE-AISI XXXX: El primer digito indica la clase de acero aleado. ¾2 Aceros al NÍQUEL (Ni) ¾3 Aceros al NÍQUEL (Ni)-CROMO (Cr) ¾4 Aceros al MOLIBDENO (Mo) ¾5 Aceros al CROMO (Cr) ¾6 Aceros al CROMO (Cr)-VANADIO (V) ¾7 Aceros al TUNGSTENO (W)-CROMO (Cr) ¾9 Aceros al SILICIO (Si)-MANGANESO (Mn)
Aceros Aleados
¾ SEGUNDO DIGITO: Indica la concentración del principal elemento de aleación en 1% ¾ ÚLTIMOS DOS DÍGITOS: Indica la concentración de C en 0,01%.
Aceros Aleados
EJEMPLO SAE 5130 ¾ Significa aceros al Cr con 1% of Cr y 0.30 % of C.
Aceros Inoxidables 1. Clasificación 2. Características y Soldabilidad: Aceros Martensíticos, Ferríticos, Austeníticos, Duplex 3. Composición, Propiedades mecánicas 4. Fundamentos de Soldadura Disímiles: Dilución, Porcentaje (%) de elementos en una junta diluida, Conductividad Térmica , Expansión Térmica, Resistencia a la corrosión. 5. Procesos de Soldadura de metales Disímiles 6. Cladding de Aceros: Procesos de Soldadura más utilizados, Materiales de Aporte 7. Procesos más utilizados
Aceros Inoxidables 9Aleaciones base hierro. 9Contenido de Cromo superior al 11% wt 9Presencia de otros elementos aleantes tales como: Carbono, Níquel, Nitrógeno y Molibdeno. 9Se caracterizan por la formación de una película de oxido de cromo pasiva, compacta, adherente e invisible. 9Son
utilizados
en
ambientes
de
alta
exigencia,
considerando la presencia de mecanismos de degradación asociados a corrosión y a alta temperatura.
Clasificación ACEROS INOXIDABLES FORJADOS (AWS) AMERICAN IRON STEEL INSTITUTE (AISI) De acuerdo a su aleación Clasificación AISI
Tipo de Aleación
2XX
Cr-Ni-Mn-N
3XX
Cr-Ni
4XX
Cr
CLASIFICACIÓN De acuerdo a su microestructura ACEROS INOXIDABLES
GRADOS COMUNES
GRADOS ESPECIALES
Martensíticos
Ferríticos
Duplex
Súper austeníticos
Austeníticos
Endurecidos por Precipitación
Súper Duplex Hyper Duplex
Súper ferríticos
Composición química Martensítico Martensí Ferrítico Ferrí Austenítico Austení Endurecido por Precip.
Tipo
C
Mn
Si
Cr
Ni
P
S
Otros
AISI 403
0.15
1.00
0.50
11.5-13.0
--
0.04
0.03
--
AISI 422
0.20-0.25
1.00
0.75
11.0-13.0
0.5-1.0
0.025
0.025
1Mo,1.25W,V
AISI 440
0.95-1.20
1.00
1.00
16.0-18.0
--
0.04
0.03
0.75Mo
CA-40
0.20-0.40
1.00
1.50
11.5-14.0
1.0
0.04
0.03
0.5Mo
AISI 405
0.08
1.00
1.00
11.5-14.5
--
0.04
0.03
0.10 Al
AISI 430
0.12
1.00
1.00
16.0-18.0
--
0.04
0.03
--
AISI 446
0.20
1.50
1.00
23.0-27.0
--
0.04
0.03
0.25N
CB-30
0.30
1.50
1.00
18.0-21.0
2.0
0.04
0.04
--
AISI 201
0.15
5.5-7.5
1.00
16.0-18.0
3.5-5.5
0.06
0.03
0.25N
AISI 202
0.15
7.5-10.0
1.00
17.0-19.0
4.0-6.0
0.06
0.03
0.25N
AISI 304
0.08
2.00
1.00
18.0-20.0
8.0-10.5
0.045
0.03
--
AISI 316
0.08
2.00
1.00
16.0-18.0
10.0-14.0
0.045
0.03
2-3Mo
AISI 316L
0.03
2.0
1.0
16.0-18.0
10.0-14.0
0.045
0.03
2-3Mo
CF-3M
0.03
--
1.5
17.0-21.0
9.0-13.0
--
--
2-3Mo
17-4PH
0.04
0.30
0.60
16.0
4.2
--
--
Cu, Nb
PH13-8Mo
0.04
0.03
0.03
12.7
8.2
PH15-7Mo
0.07
0.50
0.30
15.2
7.1
--
--
2.2Mo
A-286
0.05
0.50
0.50
14.75
25
--
--
Mo, Al
2.2Mo
Composición química
Ferrítico Súper Ferrí Austenítico Súper Austení Duplex Hyper
Tipo
C
Mn
Si
Cr
Ni
P
S
Otros
E-BRITE
0.010
0.4
--
25-27
0.30
--
--
1Mo,0.01N, Nb
MONIT
0.025
1.0
--
24.5-26
3.4-4.5
--
--
4Mo,0.03N, Ti
AL 29-4
0.010
0.3
--
28.0-30.0
0.020
--
--
4Mo,0.02N
AL-29-4C
0.030
1.0
--
28.0-30.0
0.045
--
--
4.2Mo,0.04N
20 Cb3
0.07
2.0
1.0
19.0-21.0
32-38
0.045
0.035
3Mo,4Cu
Sanicro 28
0.03
2.5
1.0
26.0-28.0
29-32
0.03
0.03
4Mo,1.4Cu
904L
0.02
2.0
1.0
19.0-23.0
23-28
0.045
0.035
5Mo,2Cu
317LM
0.03
2.0
0.75
18.0-20.0
13-17
0.045
0.030
4-5Mo
329
0.08
--
--
23.0-28.0
2.5-5.0
--
--
1-2Mo
2205
0.03
--
--
21.0-23.0
4.5-6.5
--
--
3.5Mo, <0.2N
2304
0.03
--
--
21.5-24.5
3.0-5.5
--
--
<0.6Mo,<0.2N
2507
0.03
--
--
24.0-26.0
6.0-8.0
--
--
3-5Mo,<0.32N
2707
0.03
---
---
27.0
6.5
----
----
5Mo, 0.4N
Composición química
Composición química
Composición química
Composición química
Composición química
Composición química
Composición química
Aceros martensíticos, serie 4xx Acero al carbono
Aleación Fe-C
Acero Martensítico
Adición de Cr
Aleación Fe-C-12%Cr
Mayor estabilidad de la fase ferrita α, característicos de los martensiticos y ferriticos Mayor contenido de C que los ferriticos (0,12 a 1,2%) y su contenido de Cr varia entre 12% 17%. El más usado es el 410, (su composición típica es: 11.5 a 13.5 % Cr y 0.15 %C como máximo). La resistencia a la corrosión es relativamente pobre en comparación con los austeníticos y ferríticos El acero 440C es utilizado en la fabricación de herramientas de corte que requieren cierta resistencia a la corrosión
Aceros martensíticos, serie 4xx 9 Son los únicos aceros inoxidables que se pueden endurecer por tratamientos térmicos, tras lo cual adquieren una estructura típica de martensita 9 Pueden ser templados y revenidos para lograr resistencia de fluencia en el rango de 550 a 1860 MPa. El contenido de Cr les da gran templabilidad, esto permite que puedan ser templados al aire, aún en secciones grandes. 9 Calentando a T> 790°C se obtiene martensita casi a cualquier velocidad de enfriamiento. 9 T>1010°C microestructura 100% martensítica, mediante el temple.
Soldabilidad aceros martensíticos, Serie 4xx 9 Son soldables, siempre y cuando se tengan en cuenta algunos factores. El contenido de C influye en la ZAC y su susceptibilidad al agrietamiento por Hidrogeno. 9 Pueden ser soldados en condición de recocido, revenido, endurecido, con tratamiento de alivio de tensiones. 9 La soldabilidad puede mejorarse utilizando material de aporte de tipo austenítico (E309 o E308), se cuida la limpieza previa, se usan procesos de bajo hidrogeno y se evitan altas restricciones mecánicas.
Procesos de soldadura Proceso
Características
AW
9 Solo existen electrodos de acero inoxidable martensítico tipo 410,410Ni/Mo y 420. 9 Los electrodos tipo 410 se utilizan para soldar aceros tipo 403,410,414 y 420. 9 Los electrodos tipo 410Ni/Mo se utilizan para soldar aceros fundidos y así evitar la formación de ferrita en la soldadura. 9 Los electrodos tipo ER420 se utilizan para soldar aceros 420 cuando se quiere que el contenido de carbono coincida. 9 La mayoría de las soldaduras por arco tienen baja tenacidad en la zona de fusión. 9 Se pueden utilizar electrodos de acero inoxidable austenítico como el 308 o 309 para mayor tenacidad en la zona de fusión. 9 Se deben realizar tratamientos de precalentamiento y temperatura de interpases para evitar el agrietamiento en frío. 9 Aplicar postcalentamiento para lograr mayor tenacidad. 9 Tomar en cuanta las diferencias en los coeficientes de expansión térmica cuando se utilizan electrodos de acero inoxidable austeníticos.
RW Æ (SW)
- Se pueden soldar aceros recocidos, endurecidos o con temple y revenido. - Independientemente de la dureza inicial del metal base, la ZAC adyacente a la zona de fusión se templa produciendo martensita. - La dureza de la zona de fusión y la ZAC depende del contenido de carbono. La tendencia al agrietamiento también se incrementa con el contenido de carbono. - La soldadura de aceros martensíticos con mas de 0.15%C requiere obligatoriamente tratamientos térmicos postsoldadura (tipos 420,422 y 431).
RWÆ (FW)
- se produce una ZAC muy endurecida. Revenido o por tratamientos postsoldadura. - Se requiere un preciso control de los parámetros de soldadura para evitar el atrapamiento de óxidos en la interfase de la soldadura.
Otros Procesos de Soldadura: Electron Beam Welding, Laser Welding, Plasma Arc Welding, Friction Welding y High Frequency Welding
Tratamiento de precalentamiento y post-soldadura
%C
Precalentamiento Mínimo (°C)
Tratamiento Térmico Post Soldadura
Tipo de Acero
Tratamiento Post Soldadura (°C)
Recocido Total (°C)
<0.05
121
Opcional
403,410,416
649-760
829-885
0.05-0.15
204
Recomendado
414
649-732
N/R
>0.15
316
Necesario
420
677-760
829-885
431
621-704
N/R
440A, B, C
677-760
843-899
CA-6NM
593-621
788-816
CA-15
621-649
843-899
Aceros inoxidables ferríticos
Aleaciones del Sistema Fe-Cr-C Contenido de Cr > 17% Elementos estabilizadores de la ferrita (Al, Nb, Mo, Ti) De primera generación (Tipos 430 y 446). Susceptibilidad de presentar corrosión intergranular luego de la soldadura. De segunda generación (Tipos Al 405 y Ti 409) Disminuyen la cantidad de C en solución sólida.
Tratamientos Térmicos Postsoldadura
Obtiene una estructura ferrítica con algo de martensita
Aceros inoxidables ferríticos 9Los aceros inoxidables al Cr con contenidos de alrededor de 12% de Cr o más y a veces también con Mo. El % Cr se extiende desde el 10,5% Cr (Tipo 409) hasta el 30% Cr (Tipo 447 y 448). Debe limitarse el %C para que no se transformen, en Aceros Inoxidables Martensiticos. 9Tienen una microestructura constituida básicamente por ferrita. No pueden ser endurecidos por tratamientos térmicos y tienen propiedades mecánicas de bajo nivel. 9 Son más resistentes a la corrosión que los martensiticos. Tienen una resistencia excelente a la picadura y a la “Crevice Corrosion” inducida por cloruros y a la Corrosión bajo tensión (SCC).
Aceros inoxidables ferríticos ¾ Los Aceros Inoxidables ferriticos tienen tres problemas que pueden acentuarse más o menos según sea la aplicación: Excesivo crecimiento de grano Sensibilización Presencia de fase Sigma ¾Casi la mitad de este tipo de acero es producido en planchas, las que se terminan con laminados en frío. Son más baratos que los Aceros Inoxidables austeníticos
Soldabilidad de los aceros ferríticos 9 No son atractivos desde el punto de vista de soldabilidad por poseer baja tenacidad. 9 Presentan susceptibilidad intermetálicas.
a
la
precipitación
de
fases
9 Presentan una transición dúctil-frágil a temperaturas mayores a la temperatura ambiente 9 Los de segunda generación presentan muy buena soldabilidad y no requieren de cuidados especiales en la mayoría de los casos. 9 Los de primera generación tienden a experimentar crecimiento de grano en la ZAC por lo disminuye su tenacidad.
Procesos de soldadura Proceso
Características
SMAW
- El único electrodo disponible para este proceso es el E430. - Cuando se suelda con un electrodo de acero inoxidable austenítico, éste debe mayor contenido de Cr+Ni que el metal base para mantener la estabilidad de la austenita durante la dilución.
GTAW
- Debe soldarse con DCEN - No se recomienda utilizar CA - Utilizar He, Ar o su mezcla como gas de protección.
GMAW
- Se utiliza DCEP - Mezcla de Argón con 1%O2 con transferencia tipo spray o spray pulsado - Mezcla He-Ar con 2.5 CO2 con transferencia corto circuito - La transferencia tipo spray permite una mayor dilución en la soldadura. Además permite mayor control del pool de soldadura. -La transferencia mediante corto circuito suministra menos calor y así se evita el excesivo crecimiento de grano en la ZAC. Sin embargo se puede tener fusión incompleta.
SAW
- La soldadura se puede hacer en una o varias pasadas - La eficiencia de transferencia de Cr y Mo a través del arco depende del gas utilizado. El gas y el tipo de electrodo deben seleccionarse adecuadamente para mantener la composición de Cr y Mo en la soldadura. - La dilución puede variar entre 30 y 50%. Se debe tener en cuenta esto a la hora de seleccionar el electrodo.
RWÆ (SW, FW)
- No se recomienda cuando la ductilidad es un factor crítico. - Debe tenerse en cuenta el crecimiento de grano y la falta de tenacidad de las soldaduras de aceros ferríticos al diseñar el procedimiento de soldadura.
Otros Procesos de Soldadura: Electron Beam Welding, Laser Welding, Plasma Arc Welding, Friction Welding y High Frequency Welding.
Tratamiento de precalentamiento /materiales de aporte
PRECALENTAMIENTO 1era Generación
300 º F (149 º C)
2da Generación
300 º F (149 º C) solo si hay restricción
MATERIALES DE APORTE: APORTE Materiales con similar composición (Único 430) Acero Inoxidable austenítico (Mayor Cr y Ni), casi siempre E309, aunque también se usa E308 y algunos casos E312 y E310. Aleaciones de Níquel
Aceros Austeniticos Acero al carbono
Aleación Fe-C
Acero Austenítico
Adición de Ni
Aleación Fe-18%Cr-8%Ni
Mayor rango estabilidad de la austenita Presentan un gran contenido de elementos que estabilizan la austenita en un amplio rango de temperaturas (Ni,C y N), además de otros que se añaden con propósitos especiales. La adición de Ni expande el dominio de la fase gamma. Excelentes propiedades de tenacidad, ductilidad y resistencia a la corrosión y soldabilidad.
Aceros Austeniticos ¾No se endurecen por tratamiento térmico, sino por deformación en frío o en caliente. El níquel estabiliza a la austenita a temperatura ambiente. ¾Son los mas usados por su ductilidad lo que los hace i deales para ser soldados. ¾ Estos aceros tienen también tres problemas asociados a las altas temperaturas ya sea de servicio o durante la fabricación (soldadura): Sensibilización Fisuración en Caliente Formación de Fase Sigma
Ferrita δ en aceros Austeníticos También puede incrementar las propiedades mecánicas, pero puede resultar desfavorable al disminuir la resistencia a la corrosión y permite la formación de la fase σ. Si la austenita solidifica como fase primaria, la soldadura será austenítica con un poco de ferrita (ferrita eutéctica) además de tener varias morfologías que dependen de la composición. La presencia de ferrita δ en la soldadura del acero austenítico entre 5 y 10% es beneficiosa reduce la tendencia a la microfisuración por licuefacción y es producto de la solidificación y la secuencia de las transformaciones de fase.
Soldabilidad de aceros austeníticos Precipitados y fases intermétalicas: talicas Durante la soldadura, hay una región del metal base que puede permanecer durante un tiempo prolongado en un intervalo de temperaturas dentro del cual pueden producirse dos mecanismos que pueden influir en el comportamiento en servicio: 9Precipitación de elementos intersticiales 9Formación de fases intermetálicas
Precipitación de elementos intersticiales
Cr, Ti y Nb tienen la propiedad de combinarse con elementos intersticiales como el C y N.
Formación de Carburos, carbonitruros y nitruros que se localizan en los bordes de grano y ocurre cuando el material se encuentra entre 500 y 800ºC.
Produce: Disminución de la resistencia a la corrosión general, por picaduras. Aparición de Corrosión Intergranular Disminución de la ductilidad Disminución de la tenacidad
Soluciones 1. Tratamiento térmico de solubilización: Calentar entre 1025 y 1120ºC (En este intervalo la austenita actúa como disolvente de los carburos ). Se enfría rápidamente para impedir que los carburos precipiten de nuevo. No es aplicable para grandes componentes.
2. Seleccionar aceros con bajos contenidos de carburos: Si %C es inferior a 0.03% no es suficiente para precipitar carburos (Ejm. 304L,316L). También se disminuyen las propiedades mecánicas.
3. Seleccionar aceros inoxidables estabilizados: La presencia de Ti o Nb en el acero inoxidable evita la formación de carburos de Cr ya que estos reaccionan mas fácilmente que el Cr con el C formando así carburos, carbonitruros y nitruros que también precipitan en los bordes y en el interior de los granos. Esto puede ocasionar corrosión intergranular en la línea de fusión en medios nítricos concentrados y calientes, además disminuyen la tenacidad y la ductilidad y se incrementa la resistencia a la cedencia a altas temperaturas.
Aceros austeníticos Proceso SMAW
Características -La distorsión es un problema serio en los aceros austeníticos. Esto debido al alto coeficiente de
expansión térmica y la baja conductividad del acero. -Generalmente se añaden aleantes al recubrimiento o al núcleo del electrodo para cambiar la composición de la soldadura o aumentar la taza de deposición. -La corriente aplicada a los electrodos de acero inoxidable es 10 a 15% menor respecto a los electrodos de acero al carbono (alta resistividad). -La eficiencia de deposición es del 75%. -Los electrodos generalmente contienen fluoruros para eliminar los óxidos de cromo de la soldadura. GMAW
-Poca pérdida de elementos aleantes en el arco si se utiliza el gas apropiado.
-95% de transferencia utilizando Ar. -Transferencia tipo spray o corto circuito -Protección del arco con Ar, Ar-O2, Ar-He y He-Ar-CO2 GTAW
-Se puede soldar en todas las posiciones y espesores.
-Taza de deposición baja Æ proceso mas costoso -Se puede soldar utilizando DCEN -Protección del Arco con Ar, He y mezclas de ambos. - Es apropiado para realizar el primer cordón si se quiere penetración completa. FCAW
-Se puede soldar sin utilizar gas protector o con una mezcla Ar-CO2
-La composición química de los electrodos permite controlar el contenido de ferrita en la soldadura. - No usar bajas corrientes con altos voltajes Æ atrapamiento de excesivo de N SAW
-Se puede utilizar en soldadura heterogénea. -Genera mas calor que otros procesos Æ menor velocidad de enfriamiento Æ mayor dilución, segregación de elementos aleantes y engrosamiento de la microestructura. - Se puede soldar con corriente AC y DC. -El control de la dilución es el factor más importante. En el metal base la dilución puede llegar a ser de hasta 75%.
Otros Procesos de Soldadura: Plasma Arc Welding, Resistance Welding, Electroslag Welding
Aceros duplex
Los aceros duplex son acero austeno-ferríticos. Ferrita 30-50% , Austenita 70- 50% mixta (α + γ ). El resultado es una combinación de estas dos fases, la austenita confiere ductilidad y la ferrita resistencia a SCC. El Mo hace mas resistente a la capa pasivante y mejora la resistencia al pitting. Buenas propiedades de tenacidad y ductilidad, intermedias a los ferríticos y los austeníticos. Son de excelente resistencia a la corrosión. No se endurecen por tratamiento térmico, pero si por deformación en frío. Tienen mejor soldabilidad que los ferríticos, pero inferior a la de los austeníticos
Aceros duplex Durante la soldadura , el calor de aporte es importante para evitar un rápido enfriamiento. La microestructura de la zona de fusión se controla mediante la composición del electrodo. La microestructura del metal base se controla mediante la composición del metal base. Normalmente no requiere de precalentamiento ni tratamiento térmico postsoldadura y se limita entre pases a un máximo de 300ºF (149ºC). Son usados en las más severas condiciones de temperatura y contenido de cloruros donde los inoxidables austeniticos sufren SCC, Pitting y Crevice Corrosión. Los Aceros inoxidables Duplex son aceros con más Cr y menos Ni para aumentar el contenido de ferrita con el objeto de aumentar la resistencia a SCC en medios con cloruros a alta temperatura. Estos Aceros tienen mas tenacidad que los ferriticos, debido a ello se los consigue en forma de chapa, pe, para fabricar la placa-tubo de los intercambiadores de calor.
Procesos de soldadura Proceso
Características
SMAW
- El material de aporte tiene mayor cantidad de Ni respecto al metal base para garantizar un balance ferrita/austenita si no se va a realizar algún tratamiento postsoldadura. - Si se realiza un tratamiento de solución, el electrodo puede tener la misma composición del metal base. - Debe evitarse la soldadura autógena cuando no se vayan a realizar tratamientos PS.
GTAW
- Existen electrodos para soldar cada tipo de acero duplex en particular. - Es apropiado para realizar pases de raíz. - El gas mas utilizado es una mezcla de Ar-N. La adición de N compensa las pérdidas en el arco. Su uso en exceso produce un aumento en la cantidad de austenita.
GMAW
- Es apropiado si se requieren altas velocidades de deposición. - El modo de transferencia puede ser tipo spray o pulsado - Los gases empleados son Ar, Ar-O2, Ar-He-O2. La adición de He mejora la fluidez en el pool de soldadura.
SAW
- Existen electrodos para soldar cada tipo de acero duplex en particular. - Proceso con alta velocidad de deposición - Buenas propiedades mecánicas al utilizar fundentes básicos y neutros.
Otros Procesos de Soldadura: Flux Cored Arc Welding
Aceros PH aceros inoxidables endurecidos por precipitación ¾ Están clasificados por UNS en las series 100, 350, 360, 450 y 455. Son aceros entre un 12-18 % de Cr y 4 -9 % de Ni además de los aleantes que producen el endurecimiento por precipitación que suelen ser Mo, Ti, N, Cu, Al, Ta, Nb, B, y V. ¾ Los hay de estructura austenitica, martensitica y semiaustenítica. Los martensíticos y semiausteníticos son austeniticos a alta temperatura. Los martensíticos templan a Ms entre 100ºC y150ºC. En los austeniticos para inducir la transformación martensitica se puede templar hasta 100ºC, deformar plásticamente enfrío o calentar a 650ºC/850ºC para precipitar carburos de los aleantes y así disminuir la cantidad de estabilizantes de la fase austenitica y elevar Ms. ¾ Su uso es limitado, el fabricante lo entrega con el tratamiento térmico ya realizado. Se les utiliza en ciertas aplicaciones a alta temperatura como intercambiadores de calor y tubos del sobrecalentador de calderas de vapor y en hornos de reformación.
Aceros PH aceros inoxidables endurecidos por precipitación ¾ Al soldar estos aceros se debe realizar un ciclo completo de tratamientos térmicos siempre que sea posible. Esto incluye tratamientos de solubilización. ¾ No requieren precalentamiento pues no presentan problemas de agrietamiento en caliente, excepto los tipo austeníticos que resultan difíciles de soldar. ¾ Luego de la soldadura, las máximas propiedades se logran mediante un tratamiento de solución seguido de un tratamiento de envejecimiento.
Aceros PH aceros inoxidables endurecidos por precipitación Proceso
Características
SMAW
- Se utilizan electrodos con composición similar a la del metal base - La longitud del arco debe ser corta para evitar la oxidación y pérdida de Cr. - Debe evitarse que los electrodos absorban humedad del medio - La soldadura desarrollará una resistencia adecuada luego de un tratamiento postsoldadura
GTAW
- Generalmente se emplea CDEN. - Protección del arco con Ar, He o He-Ar.
GMAW
- Para soldar secciones gruesas se utiliza transferencia tipo spray - El gas utilizado es Ar-2%O2 para estabilizar el arco. - Puede ocurrir una pérdida de Al o Ti debido a la oxidación.
SAW
-- Si no se requiere una alta resistencia, utilizar electrodos de acero inoxidable austenítico -- Si no se utilizan fundentes especiales, la soldadura no responderá a los tratamientos térmicos. -- V, I y vp influyen sobre la cantidad de fundente que se funde en el baño Æ composición
Otros Procesos de Soldadura: Resistance Welding
Efecto de los aleantes SUPER FERRÍTICO Cr,Mo
Ni para resistencia a la corrosión altas temperaturas
430 347 Nb+Ta reducir sensitización
321
304L 316L
Sin Ni ferrítico
Ti para reducir sensitización
Menos C para reducir sensitización
309,310,314,330 Cr, Ni para mayor tenacidad y resistencia contra la oxidación
304 (18-8) Fe-18Cr -8Ni Mo para resistencia a la picadura
316 Mo para mayor resistencia a la picadura
317L SUPER AUSTENÍTICO
303,303Se
ALEACIÓN Ni-Cr-Fe
Ni,Mo,N resistencia a la corrosión
317
S o Se para maquinabilidad
DUPLEX
Mas Cr, menos Ni mayor tenacidad
Cu,Ti,Al,menos Ni endurecimiento por precipitación
ENDURECIDO POR PRECIPITACIÓN
Mn,N, sustituye Ni mayor tenacidad
201,202 Sin Ni, bajo Cr martensítico
403,410,420
Propiedades de los aceros SS Aceros Inoxidables Comunes
Aceros Inoxidable Endurecidos por Precipitación
Nuevos Aceros Inoxidables
Otros Materiales
Propiedad
Mart.
Ferrit.
Aust.
Mart y Semi Austt.
Densidad [Mg/m3]
7.8
7.8
7.8-8.0
7.8
7.9
8.0-8.3
7.8
7.8-8.0
7.8
2.8
8.93
Módulo Elástico [GPa]
200
200
193200
200
200
186-197
200-214
193-200
200
70
117
Coef. Exp. Term (0-58°C) [mm/m°C]
11.612.1
11.212.1
17.019.2
11.9
16.5
16.0-17.0
10.311.2
13.313.7
11.7
~24
~17.5
Cond. Térmica (100°C) [W/mK]
28.7
24.426.3
18.722.8
21.8-23.0
14.2
11.8-16.8
15.217.3
16.219.0
60
237
401
Resist. Eléctrica nΩ.m
550720
590670
6901020
770-1020
910
800-1080
520-720
7701000
120
26.5
17.2
Punto Fusión [°C]
14801530
~1530
14001450
14001440
1370-1430
14301510
~1440
1538
660
1080
Aust.
Súper Aust.
Súper Ferríti.
Duplex
Acero al Carbono
Al
Cu
13201400
Soldadura de metales disímiles
Soldaduras disimiles DMW Soldadura que une a dos materiales de diferentes composiciones y microestructura utilizando un material de aporte compatible a ambos. Incluye también la soldadura de metales de la misma composición y microestructura con un material de aporte compatible que tiene una composición diferente Ha sido usado en ambientes corrosivos severos y en recientes años debido a fallas, estrictas limitaciones se han implantado en todos los ambientes. Se requiere una revisión profunda de la metalurgia de la soldadura y de los mecanismos de corrosión potenciales. Su aplicación depende dependes de la morfología del material en la intercara, limites de dilución , propiedades mecánicas y químicas composición química del metal soldado y microsegregación. Estos factores deben ser evaluados en conjunto con las condiciones de proceso, temperatura, configuración de la soldadura, régimen de esfuerzos, fatiga resistencia a la Termofluencia y mecanismos de corrosión.
Dilución Método para determinar la cantidad de dilución del metal base en la junta de una placa de soldadura
DILUCIÓN: Se define como el cambio en la composición del metal de aporte en el cordón de soldadura causado por una mezcla del metal base o el metal previo a la soldadura en la junta del cordón.
Dilución
Proceso de soldadura de Arco Manual GMAW (gas metal arc welding) o Soldadura MIG (metal inert gas)
GTAW (gas tugsten arc welding) Soldadura por arco sumergico
Dilución PREDICCIÓN DE LA COMPOSICIÓN Y MICROESTRUCTURA DESPUES DE LA DILUCIÓN CON EL METAL BASE
Indica la composición del metal de la junta basándose en Ni y Cr equivalente que puede desarrollar una indeseable fragilidad o agrietamiento. La zona delimitada es la región mas adecuada para diversas condiciones de servicio.
Con el diagrama se puede estimar la microestructura del metal de la junta cuando se solda un acero inoxidable con un acero al carbono o de baja aleación.
Materiales disimiles • Propiedades
mecánicas y
físicas CONSIDERACIONES DE SERVICIO
• Estabilidad Microestructural • Resistencia a la corrosión
• Compatibilidad
MATERIALES DE APORTE
metalúrgica
• Propiedades Mecánicas • Propiedades Físicas • Resistencia a la corrosión o acople galvánico.
RANGOS DE TEMPERATURA DE FUSIÓN:
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: La cantidad de calor que fluye en el metal base de la zona fundida es una función de la temperatura y de la conductividad térmica del metal base. Cuando se solda materiales disímiles, la pérdida de calor en el metal base puede ser balanceada un tanto precalentando selectivamente el metal con una alta conductividad térmica. La dilución es más uniforme con un calentamiento balanceado. Precalentando el metal con una alta conductividad térmica reduce la tasa de enfriamiento del metal fundido y del metal base.
Resistencia a la corrosión
SERIE GALVÁNICA DE VARIOS METALES Y ALEACIONES EN AGUA DE MAR
Combinaciones de metales disimiles: ACERO INOXIDABLES CON ACERO AL CARBONO O DE BAJA ALEACION
Los aceros inoxidables se soldan fácilmente con aceros de baja y media aleación usando un metal de aporte que pueda tolerar la dilución en ambos materiales sin formar grietas en la junta. El tipo de material de aporte depende las condiciones de servicio y aplicaciones.
Consideraciones importantes • Metales de aporte del tipo austeníticos. • Rol de la ferrita en este tipo de aceros. • Metales de aporte base Níquel. • Migración de Carbono
Acero inoxidable con aceros de baja y media aleación Acero al Carbono
Enmantequillado o buttered
SOLDADURA DE ACERO AL CARBONO CON ACERO INOXIDABLE AUSTENITICO: Se puede emplear un material de aporte Austenítico (E309 y E308) o aleación de Níquel (Inconel, ENiCrFe).
ENMANTEQUILLADO: VENTAJAS: 1. Control de la dilución. 2. Previene el Agrietamiento 3. Disminuye los esfuerzos residuales 4. Evita el precalentamiento
1.Se requiere unir acero al carbono con acero inoxidable Austenítico. 2.Se aplican pases de soldadura de E309 en la cara del bisel. 3.Se prepara nuevamente el bisel 4.Se completa la soldadura con E308
Combinaciones de metales disimiles: ACEROS INOXIDABLES AL CROMO CON ACEROS
ALEACIONES DE ALUMINIO CON ACEROS
•Para soldar un acero al cromo a otro con un alto contenido de cromo, el metal de aporte debe contener una cantidad igual de Cromo.
•El aluminio puede ser unido a los aceros al carbono e inoxidables por soldadura si el acero posee una capa de metal compatible con el mismo así como también utilizando un adecuado metal de aporte.
•Para soldar aceros al cromo con un acero de media aleación utilizar un metal de aporte de la misma composición del metal de baja aleación
•El aluminio, la plata, el estaño y el recubrimiento de zinc puede ser utilizado, pero el más común es el aluminio. El recubrimiento puede ser aplicado sumergiendo el acero en un baño que opera entre 690 y 704 ºC con o sin fundente. El acero puede también ser recubierto por electrodeposición.
•Para soldar aceros al cromo con aceros al carbono, puede utilizarse un acero al carbono como material de aporte. También se puede utilizar un acero al Cr pero es preferible utilizar uno de bajo costo y menos endurecibles. •También se utilizan materiales de aporte del tipo austenítico para soldar aceros al cromo a otro o a cualquier otro acero. •También se utilizan materiales de aporte del tipo NiCr y NiCrFe ya que proporcionan un buen coeficiente de expansión térmica.
•Luego de recubierto la pieza puede ser unida a una pieza de aluminio utilizando GTAW y como material de aporte una aleación de aluminio. •El esfuerzo de la junta esta relacionado con: El metal utilizado como recubrimiento El espesor del recubrimiento El esfuerzo de doblado entre el recubrimiento y la superficie del acero. Estos materiales se soldan por proceso de soldadura en estado sólido: fricción, presión y explosión welding.
Cladding de aceros: 9 Proporciona una mejor resistencia a la abrasión y a la corrosión. 9 Aunque se aplica únicamente sobre una superficie es utilizado sobre ambos lados. 9 Entre los métodos de producción de cladding tenemos cladding por laminación, cladding por explosión y por soldadura. 9 La principal ventaja es su bajo costo comparado con materiales de aleaciones sólidas. 9 Los espesores varían entre el 5 al 50% del espesor total, pero en la mayoría de las aplicaciones es generalmente de un 10 a 20%.
Procesos de soldadura mas utilizados: SMAW: No es muy común, la cantidad de dilución se modifica ajustando la técnica de soldadura, dilución por debajo al 25%. GTAW: Similar al SMAW GMAW: Dilución cercana entre el 10 y 50%. SAW: La penetración puede ser mayor, dependiendo de la polaridad resultando en más dilución. EB (Electron Beam) y LBW (Laser Beam Welding): Un haz de alta densidad que proporciona juntas muy estrechas con una mínima fusión del metal base.
Cladding de aceros inoxidables ferríticos y martensíticos sobre aceros: 9Los aceros martensíticos y ferríticos, pueden ser soldados a si mismos con un acero inoxidable austenítico o un metal de aporte NiCrFe para mantener la baja ductilidad. 9Cuando no es posible se utiliza como material de aporte, un acero inoxidable al cromo precalentado alrededor de los 300 ºF (149 ºC). En estos casos se permite un alivio de tensiones y se asegura una buena resistencia a la corrosión y una buena ductilidad del cladding. 9El tipo 430 puede ser calentado entre los 1600 y 1600 ºF (871-889 ºC) y enfriado al aire. Esto transforma cualquier borde de grano martensítico y estabiliza el acero al carbono, incrementando la ductilidad del cladding de acero inoxidable. Para estabilizar la resistencia optima a la corrosión se sigue con un tratamiento a 1250 ºF (676 ºC).
Cladding de cobre y aleaciones de cobre sobre aceros: 9El mejor método para soldar Cu y aleaciones de Ni –Cu es GSAW. 9Para espesores por encima de 1/8 in (3.2 mm),se recomienda un precalentamiento por encima de los 300ºF (148ºC) o más alta cuando la superficie del electrodo consumible es mas pequeña que 1/16 in de diámetro. Cuando se precalientan piezas con pequeños espesores, la primera capa debe ser removida previa a la deposición de la segunda capa para controlar la baja dilución del acero y mantener la resistencia a la corrosión. 9Cuando el cladding es menor que 3/32 in (2.4 mm) de espesor, el cu puede ser depositado directamente sobre el acero con mucho cuidado para ello se utilizan procesos semiautomáticos de GMAW. 9Es ventajoso cubrir el acero con una capa (buttering) de un cladding níquelcobre. Los metales de aporte Ni-Cu y base níquel son más tolerantes en la dilución del hierro que los metales Cu o Cu–Ni desoxidados. Esta capa evita que el cobre penetre en los limites de grano del acero, lo que podría causar agrietamiento.
Aceros para Herramientas
Son aceros utilizados para formar y mecanizar a otros materiales y son por lo tanto diseñados para proporcionarles alta dureza y durabilidad bajo condiciones de servicio.
Clasificación de aceros para herramientas ¾ Aceros al carbono: Sin elementos de aleación con % de carbono entre 0,50 a 1,40. La máxima dureza se logra con temple en agua. ¾ Aceros rápidos: Conservan su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas a 600ºC sin disminuir su rendimiento. Composiciones típicas son: C = 0,75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0,75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1,25%. ¾ Aceros indeformables: no presentan cambios en sus dimensiones después del temple y revenido. Esto se consigue empleando Cr y Mn o como elementos de aleación. Estos aceros templan con enfriamiento al aire o en aceite. Composiciones típicas: 2% C y 12%Cr; 1%C y 5%Cr y 1% C 1% y Mn. ¾ Aceros no rápidos: agrupan aceros aleados, principalmente con Cr y W empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones forzadas. Pueden considerarse como una calidad intermedia entre los aceros rápidos y los aceros al carbono. La mayoría de las herramientas fabricadas con ellos suelen quedar con durezas comprendidas entre 60 y 66 Rockwell C.
Aceros para Herramientas Sistema de designación AISI/SAE de una letra en combinación con un numero. Las letras representan la forma de endurecimiento, uso o la composición química Las letras significan: • W – Aceros al C para herramientas endurecido por temple en agua (Water); • O – Acero de aleación trabajado en frío enfriado en aceite (Oil) • A – Acero de aleación trabajado en frío endurecido al aire (Air) • D - Acero de aleación trabajado en frío endurecido por precipitación • (Difusión); • S – Aceros para herramienta de bajo C resistente al impacto (Shock) • T – Aceros de herramienta al W de alta velocidad (High speed Tungsten • tool steels) ; • M – Aceros de herramienta al Mo de alta velocidad (High speed • Molybdenum tool steels); • H – Aceros para herramientas trabajados en caliente (Hot work tool steels);
Tratamientos térmicos
Composición química Elementos de aleación. % Elemento AISI
C
Mn
Si
Cr
V
W Mo
Co
Ni
UNS
Aceros templados en agua W1
T72301
0,6-1,4
…..
….
….. ….
… ….. ..
…..
…
W2
T72302
0,6-1,4
…..
….
….. 0,25
… …. ..
…..
…
W5
T72305
1.,10
…..
….
O,5
….
… ….. .
….
…
1,0
….
….
… 0,25 …. ..
…
Aceros resistentes al choque S1
T41901
0.90
1,0
S2
T41902
0.90
1,6
S5
T31506
1,45
0,8
Aceros resistentes al calor • Las condiciones de servicio de estos materiales son muy severos y representan uno de los grandes desarrollos tecnológicos. • Hay una gran variedad de aceros resistentes al calor, los cuales en su mayoría tienen estructuras bainíticas y martensíticas.
SUPERALEACIONES
Superaleaciones: Generalidades ¾ Son aleaciones metálicas para servicios a elevadas temperaturas ¾ Creep y resistencia a la oxidación son los primeros requerimientos. ¾ Las superaleaciones más comunes son a base Ni, Co y Fe. ¾ Los aleantes en superaleaciones base Ni son Al y/o Ti, con una concentración total inferior al 10% atómico. ¾ Se genera una microestructura de equilibrio de dos fases, que consisten de una fase gamma (γ ) y gamma-prima (γ´ ').
Superaleaciones: Generalidades
• Fase γ´ es la principal responsable de la resistencia a altas temperaturas de estos materiales y su increíble resistencia a la deformación por creep. La cantidad de γ´ depende de su composicón química y temperatura.
SUPERALEACIONES BASE Ni
Superaleaciones: Generalidades • Las superaleaciones policristalinas contienen elementos endurecedores del borde de grano, lo cual ayuda a la resistencia al creep y a contrarrestar la decohesión. • Contienen elementos formadores de carburos (C, Cr, Mo, W, C, Nb, Ta, Ti and Hf). Los carburos tienden a precipitar en los bordes de grano y reducen su tendencia al deslizamiento. Elementos como Co, Fe, Cr, Nb, Th. Mo, W, V y Ti son también endurecedores por solución sólida, ambos en γ and γ'.
Métodos de fabricación • Monocristales • Solidificación unidireccional: Granos columnares • Solidificación no direccional: Policristalinas granos equiaxiales
Clasificación • Las superaleaciones monocristalinas son frecuentemente clasificadas en primera, segunda y tercera generación. • La segunda y tercera generación contiene 3 wt% y 6wt% de rhenium, respectivamente. Rhenium es un elemento costoso y mejora significativamente la resistencia al creep.
Aplicaciones Alabes de turbina (Turbina blades) Alabes Monocristalinas para parte de aviones. • Alabes de turbinas producidas por solidificación unidireccional con estructura de granos columnares. • Estos últimos tienen granos gamma, γ, pero los bordes son paralelos al principal eje de tensiones. El desempeño de estos no son tan buenos como los monocristales pero son mucho mejores que los policristales equiaxiales.
Aplicaciones •Discos de turbinas para aviones Las propiedades requeridas de los discos para turbinas de máquinas de aviones son diferentes a la de los álabes de turbinas porque están expuestas a menores temperaturas. El disco debe soportar fractura y fatiga. Ellos son policristalinos
Otras aleaciones
Aluminio ¾ Constituyen uno de los grupos de materiales mas utilizados en el mundo moderno, por la variedad de aplicaciones en las que pueden ser utilizados. ¾El aluminio tiene la capacidad de alearse con una gran cantidad sistemas de aleación. Dependiendo de las condiciones de aleación, cada sistema tendrá o no respuesta al tratamiento térmico. Estos sistemas pueden ser endurecidos por los mecanismos básicos de deformación y por precipitación (envejecimiento) de elementos. ¾Designación de las aleaciones de aluminio: 1XXX (Al comercialmente puro) 2XXX (Al-Cu) 3XXX (Al-Mn) 4XXX( Al-Si) 5XXX (Al-Mg) 6XXX (Al-Mg-Si) 7XXX( Al-Zn)
Cobre ¾ Son un grupo de aleaciones utilizadas ampliamente por su capacidad para la transferencia de calor y de resistencia a la corrosión en algunos medios corrosivos como el agua de mar. Los sistemas mas utilizados son los latones, los bronces y las aleaciones Cu-Ni. ¾ Para el manejo y selección de estos materiales, por medio de bases de datos, es necesario rrecurrir a la literatura especializada que presenta sus características bajo diversas condiciones de servicio. ¾ Designación de las alecciones de cobre: C10100 (Cu comercialmente puro) C17200 (Alto Cu) C63000 (Al-Bronce) C70600( Cu-Ni) C74500 (Cu-Plata) C81500 (Cu-Cr) C90300 (Estaño-Bronce)
Aplicaciones
Costos
