Aceros y Aleaciones Ferrosas

ACEROS Y ALEACIONES FERROSAS

1.

NOMENCLATURA DE LOS ACEROS.-

Introducción

Existe una gran variedad en la forma de identificar y clasificar a los aceros. Sin embargo, la mayoría de los aceros utilizados industrialmente presentan una designación normalizada expresada por medio de cifras, letras y signos. Hay dos tipos de designaciones para cada tipo de material, una simbólica y otra numérica. La designación simbólica expresa normalmente las características físicas, químicas o tecnológicas del material y, en muchos casos, otras características suplementarias suplementarias que permitan su identificación de una f orma más precisa. Por otro lado, la designación numérica expresa una codificación alfanumérica que tiene un sentido de orden o de clasificación de elementos en grupos para facilitar su identificación. identificación. En este caso, la designación no tiene un sentido descriptivo descriptivo de características del material. Restringiéndonos solo al sistema americano, son relevantes la influencia de instituciones como: ASTM (American Society for Testing and Materials) AlSl (American lron and Steel Institute), ASME (American Society of Mechanical Engineers) SAE (Society of Automotive Automotive Engineers) ANSI (American National

Standards Institute) Los aceros y sus normas de fabricación para diferentes productos. Normas ASTM

• Fue establecida en 1898, y es una de las mayores organizaciones del mundo que

desarrolla normas aplicables a materiales, productos, sistemas y servicios. • ASTM desarrolla, publica, y distribuye estándares para materiales, productos,

sistemas y servicios para aproximadamente 100 sectores del mercado El sistema del ASTM para metales metales consta de una letra (A para materiales materiales ferrosos, B para materiales no ferrosos), seguido por un número arbitrario asignado de forma secuencial. Los estándares que pueden ser suministrados en unidades Métricas ASTM tienen un sufijo M. Ejemplo: De ASTM A 516 / A 516M-90 (2001) Grado 70 - corresponde a: Placas (Laminas) para recipientes recipient es a presión, de acero al carbono, de moderada y baja temperatura temperatur a de servicio: • La "A" describe que es metal ferroso, pero lamentablemente no lo sub -clasifica como hierro fundido, acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable.

• 516 es un número secuencial, sin ninguna relación con las propiedades del metal. • La "M" indica que el estándar A 516M está escrito en las unidades del

sistema Internacional Internac ional SI (la ( la "M" viene de la l a palabra "Métrico"), por lo tanto, t anto, conjuntamente A 516 / A 516M utiliza tanto pulgada-libra y unidades del SI. • El 90 indica el año de la adopción o la úl tima revisión. • (2001) el número entre paréntesis indica el año de su última aprobación. • El grado 70 indica la resistencia a la tracción mínima en ksi, 70 ksi o 70.000 psi. Normas AISI / SAE

El sistema de designación AISI / SAE utiliza cuatro dígitos para designar los aceros al carbono y aceros aleados. Las dos últimos dígitos indican el contenido, de carbono en centésimas de porcentaje. Para aceros al carbono el primer dígito es 1. Los aceros al carbono corrientes se designan lOxx (ejemplo 1045 es acero al carbono con 0.45% de carbono). En los aceros aleados los dos primeros dígitos indican los principales elementos de aleación y sus rangos. A veces se intercalan letras después de los dos primeros dígitos para indicar otra característica (B indica Boro, L indica Plomo). También pueden usarse prefijos ( M indica calidad corriente, E indica horno eléctrico, H indica endurecible) |Aceros al Carbono |Descripción | |1OXX |no-resulfurado, |no-resulfurado, 1.00 Mn máx | |IlXX |resulfurado | |12XX |resulfurado y refosforizado | |15XX |no-resulfurado, sobre 1.00 Mn máx | |Aceros aleados | | |13XX |1.75 Mn | |40XX |0.20 o 0.25 Mo, o 0.25 Mo + 0.042 S | |41XX |0.50, 0.80 o 0.95 Cr + 0.12, 0.20 o 0.30 Mo | |43XX |1.83 Ni, 0.50-0.80 Cr, 0.25 Mo | |46XX |0.85 o 1.83 Ni + 0.20 o 0.25 Mo | |47XX |1.05 Ni, 0.45 Cr, 0.20 o 0.35 Mo | |48XX |3.50 Ni + 0.25 Mo | |51XX |0.80, 0.88, 0.93, 0.95 o 1.00 Cr | |51XXX |1.03 Cr | |52XXX |1.45 Cr | |61XX |0.60 o 0.95 Cr + 0.13 o 0.15 V min | |86XX |0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.20 Mo | |87XX |0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.25 Mo | |88XX |0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.35 Mo | |92XX |2.00 Si o 1.40 Si + 0.70 Cr | |50BXX |0.28 o 0.50 Cr, 0.0005 - 0.003 B | |51BXX |0.80 Cr, 0.0005-0.003 B | |81BXX |0.30 Ni, 0.45 Cr, 0.12 Mo, 0.0005 - 0.003 B | |94BXX |0.45 Ni, 0.40 Cr, 0.12 Mo, 0.0005 - 0.003 B |

Sistema EN (europeo) El Sistema EN trata de unificar los productos en el mercado común europeo, por lo cual se debe disponer de un sistema único de nomenclatura para los aceros y aleaciones. La nueva forma de designar los aceros está contemplada en el Standar EN 10027,: que consta de dos partes. La parte 1 se refiere a los nombres de los aceros. La parte 2 se refiere a los números únicos de los aceros. Mediante el uso de este doble sistema de designación se pretende evitar las confusiones. Nombres Los nombres de los aceros se clasifican en dos grupos. En el grupo 1Los aceros son designados de acuerdo a su aplicación y propiedades mecánicas y físicas. Se usa una o más letras relacionadas a la aplicación, seguida de un número relacionado a alguna propiedad relevante a su uso. S Acero estructural P Acero para precisión L Acero para línea de cañería E Acero para ingeniería B Acero para reforzar concreto Y Acero para concreto pretensado R Acero para rieles H Acero plano laminado en frío o de gran resistencia para forjado en frio D Productos planos para forjado en frío T Acero para embalaje M Acero eléctrico Ejemplo S185 es un acero estructural con límite elástico Y = 185 N/mm2. En el grupo 2 los aceros son designados de acuerdo a su composición química y se subdividen en cuatro subgrupos según el elemento de aleación: Subgrupo1  Aceros sin aleación aleación (excepto acero acero rápido) Mn< 1%.Se designan con la letra C seguida de un número que es 1OOxCarbono%. Subgrupo2  Aceros sin aleación aleación Mn >10~, aceros aceros de corte, aceros aleados aleados (excepto (excepto acero rápido) rápido) con cada aleante.

DIN

DIN es el Instituto Alemán para la Estandarización (Deustcher Industrie Normen  – Normas de la Industria Alemana) y si bien existen otros organismos de este tipo a nivel mundial, en la actualidad la mayoría de las normas -especialmente en Europa- se basan en las normas de estandarización DIN. Y si bien nació el 22 de diciembre de 1917 como Normenausschuss der deutschen Industrie (NADI), desde 1975 esta organización es reconocida en Alemania como el cuerpo de estándares nacional. El Deutsches Institut für Normung, con sede en Berlín, es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la

ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad. El DIN representa los intereses alemanes en las organizaciones internacionales de normalización. DIN también ha sido interpretado como Deutsche Industrie Norm y Das Ist Norm.  A través de la metodología empleada en la elaboración de las normas se pretende garantizar que sus contenidos correspondan con el estado de la ciencia. La editorial Beuth-Verlag, relacionada con el DIN, se encarga de la venta y distribución de las normas editadas por el DIN y de las normas de otros organismos de normalización, tanto nacional como extranjera. Una norma DIN de uso habitual es la DIN 476, que define los formatos (o tamaños) de papel y que ha sido adoptada por la mayoría de los organismos nacionales de normalización de Europa.

ISO

La familia de normas ISO 9000 son normas de "calidad" y "gestión continua de calidad", establecidas por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) que se pueden aplicar en cualquier tipo de organización o actividad sistemática, que esté orientada a la producción de bienes o servicios. Se componen de estándares y guías relacionados con sistemas de gestión y de herramientas específicas. Su implantación en estas organizaciones, aunque supone un duro trabajo, ofrece una gran cantidad de ventajas para las empresas. Los principales * Mejorar la * Mejorar continuamente los

beneficios satisfacción procesos relacionados

del con

la

son: cliente Calidad.

Otros beneficios adicionales son: * Reducción de rechazos e incidencias en la producción o prestación del servicio * Aumento de la productividad La familia de normas apareció por primera vez en 1987 teniendo como base una norma estándar británica (BS), y se extendió principalmente a partir de su versión de 1994, estando actualmente en su versión 2000. La principal norma de la familia es actualmente la: ISO 9001:2000 -Sistemas de Gestión de la Calidad - Requisitos. Otra norma vinculante a la anterior: ISO 9004:2000 - Sistemas de Gestión de la Calidad - Guía de mejoras del funcionamiento. Las normas ISO 9000 de 1994 estaban principalmente pensadas para organizaciones que realizaban proceso productivo y, por tanto, su implantación en las empresas de servicios era muy dura y por eso se sigue en la creencia de que es un sistema bastante burocrático. Con la revisión de 2000 se ha conseguido una norma bastante menos burocrática para organizaciones de todo tipo, y además se puede aplicar sin problemas en empresas de servicios e incluso en la Administración Pública.

Para verificar que se cumple con los requisitos de la norma, existen unas entidades de certificación que dan sus propios certificados y permiten el sello. Estas entidades están vigiladas por organismos nacionales que les dan su acreditación. IRAM

Clasificación  Acero aleado al cromo molibdeno para temple, de mediana templabilidad. Efectos de los elementos de aleación Cromo (Cr): El cromo es un elemento de aleación menos costoso que el níquel y forma carburos simples (Cr7C3 y Cr4C) o carburos complejos [(FeCr)3C]. Éstos carburos tienen alta dureza y buena resistencia al deterioro. El cromo es soluble hasta 13% en hierro gamma y tiene solubilidad ilimitada en ferrita alfa. En los aceros de bajo carbono, el Cr tiende a entrar en solución incrementando de esta manera, la resistencia y la tenacidad de la ferrita. Molibdeno (Mo): El molibdeno es un elemento de aleación relativamente costoso, tiene una solubilidad limitada en hierros gamma y alfa, y es un fuerte formador de carburos.  Además ejerce un fuerte efecto de templabilidad y, de manera semejante al cromo, aumenta la dureza y resistencia a alta temperatura de los aceros. Los aceros con molibdeno son menos susceptibles al fragilizado debido al revenido, que los demás aceros aleados. Los aceros al Cromo-Molibdeno (serie 41xx) son relativamente baratos y poseen buenas características de endurecido profundo, de ductilidad y de capacidad para soldarse. Forma de suministro Palanquillas y barras para forja, barras en estado laminado, estirado, pelado y/o tratado térmicamente y en rollos.  Aplicaciones Se ha empleado ampliamente para recipientes sujetos a presión, partes estructurales de los aviones, ejes de automóviles, piezas forjadas y/o mecanizadas que se usan en estado templado y revenido, como por ejemplo, bulones de alta resistencia. Propiedades físicas Punto crítico superior Ac3 = 793 ºC.

Punto crítico inferior Ac1 = 749 ºC. Coeficiente de dilatación térmica en estado recocido (promedio x 10-6 ºC-1) Entre: 0 y 100º C = 11,2 0 y 300º C = 12,4 0 y 500º C = 13,6 Propiedades tecnológicas Maquinabilidad En estado: • Estirado en frío = 66% • Laminado en caliente y recocido = 56%

Soldabilidad Carbono equivalente máximo = 0,89% Propiedades de templabilidad Templabilidad: Bainítica. Diámetro crítico ideal 99% M = 60,9 mm Diámetro crítico ideal 50% M = 106,9 mm Diámetro crítico real H = 0,5 (aceite) 99% M = 29 mm 50% M = 67 mm Diámetro crítico real H = 1,0 (agua) 99% M = 39 mm 50% M = 85 mm Composición química (colada) en % del peso • Carbono (C): 0,38 – 0,43 • Manganeso (Mn): 0,75 – 1,00 • Silicio (Si): 0,20 – 0,35 • Azufre (S): 0,040 máximo • Fósforo (P): 0,035 máximo • Cromo (Cr): 0,80 – 1,10 • Molibdeno (Mo): 0,15 –0,25

Tratamiento: Temperaturas (ºC)

Forja: 1000 – 1200 Normalizado: 870  – 925 Recocido: 815  – 870 Recocido de globulización: 755 Templado: 830 – 860 Enfriado en aceite Revenido: Según características requeridas. Características mecánicas orientativas Rp 0,2 Rm Dureza Alargamiento Tratamiento MPa Mpa HB HRC % Laminado en caliente 680 1030 311 33 15 Normalizado 670 1020 311 33 17 Recocido 380 650 192 25 Rp 0,2: Límite de fluencia al 0,2% de alargamiento. Rm: Resistencia a la tracción. Proceso de Certificación

Con el fin de ser certificado bajo la norma ISO 9000, las organizaciones deben elegir el alcance de la actividad profesional que vaya a registrarse, seleccionar un registro, someterse a la auditoría, y después de completar con éxito, tener una visita anual de inspección para mantener la certificación. En el caso de que el registrador / auditor  encuentre áreas de incumplimiento, la organización tiene un plazo para adoptar  medidas correctivas, sin perder la vigencia de la certificación o la continuidad en el proceso de certificación (dependiendo de que ya hubiera o no obtenido la certificación). Una organización que cumple con la ISO 9001:2000 sólo cumple con los requisitos básicos en cuanto a normas de "calidad". Si quiere ir más allá y lograr la excelencia, debería cumplir requisitos adicionales ($). La ISO 9004:2000 establece estos requisitos adicionales ($). En vez de normar y asegurar la calidad bajo una conceptualización estática, como ocurría en la versión de 1994, en la nueva versión se propone complementarla con una visión integral y dinámica de mejora continua, orientada a que el cliente se pueda sentir obligadamente satisfecho. Conclusión

Puedo concluir que las normas DIN, AISI e ISO sirven para normalizar e interpretar los distintos aceros en el mundo y en sus distintos usos ya sea construcción de estructuras, herramientas, etc. Y así Facilitar la interpretación de las personas que usamos esto.

2.

PROPIEDADES DE LOS ACEROS.-

Propiedades mecánicas:

Resistencia: Es la oposición al cambio de forma y a la fuerzas externas que pueden presentarse como cargas son tracción, compresión, cizalle, flexión y torsión. Elasticidad: Corresponde a la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar  de actuar la fuerza que lo ha deformado Plasticidad: Es la capacidad de deformación de un metal sin que llegue a romperse si la deformación se produce por alargamiento se llama ductilidad y por compresión maleabilidad. Fragilidad: Es la propiedad que expresa falta de plasticidad y por lo tanto tenacidad los metales frágiles se rompen en el limite elástico su rotura se produce cuando sobrepasa la carga del limite elástico. Tenacidad: Se define como la resistencia a la rotura por esfuerzos que deforman el metal; por lo tanto un metal es tenaz si posee cierta capacidad de dilatación. Dureza: Es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una fuerza determinada. Existen dos Dureza física y dureza técnica. Ductilidad: Es la capacidad que tienen los materiales para sufrir deformaciones a tracción relativamente alta, hasta llegar al punto de fractura. Resilencia: Es la capacidad que presentan los materiales para absorber energía por  unidad de volumen en la zona elástica. Propiedades Físicas:

Propiedades de los cuerpos: encontramos entre otras Materia, Cuerpo, Estado de agregación, Peso, Masa, Volumen, Densidad, peso específico (m/v) Propiedades Térmicas: están referidas a los mecanismos de calor existen tres mecanismos: Conducción: Se produce cuando la fuente emisora está en contacto directo con el que se desea aumenta Tº Convección: para que ocurra transferencia de calor por convección es necesario que exista un fluido quien sea el encargado de transmitir el calor de la fuente emisora hacia el cuerpo o ambiente

Radiación: Se produce porque la fuente de calor se encuentra en contacto en forma directa con el ambiente. Esta fuente emisora genera rayos infrarrojos que sirven de medio de transferencia de calor. Propiedades Eléctricas: Están relacionadas con la capacidad de conducir la corriente eléctrica. Propiedades Ópticas: Están referidos a la capacidad que poseen los materiales para reflejar o absorber el calor de acuerdo a las siguientes características: Color-BrilloPulido. Propiedades Magnéticas: Están referidas a la capacidad que poseen los materiales metálicos para inducir o ser inducidos por un campo electromagnético, es decir actuar  como imán o ser atraídos por un imán.

3.

ACEROS ALEADOS PARA CEMENTACION.-

La cementación es un tratamiento termoquímico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta carbono a la superficie mediante difusión, que se impregna modificando su composición. Objeto:

La cementación tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificar su núcleo, originando una pieza formada por dos materiales: la del núcleo de acero (con bajo índice de carbono) tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie (de acero con mayor concentración de carbono)l 0,2% de carbono. Consiste en recubrir  las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, y someter  la pieza durante varias horas a altas temperaturas (típicamente, 900 °C). En estas condiciones, el carbono penetra en la superficie que recubre a razón de 0,1 a 0,2 mm por hora de tratamiento. El conglomerado es un tipo de roca sedimentaria, la sal gema y la arcilla.  A la pieza cementada se le da el tratamiento térmico correspondiente, temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono. La cementación se aplica en todas aquellas piezas que deben poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones, levas, ejes, etc.

 ALGUNOS ACEROS ALEADOS PARA CEMENTACION 15Cr3

-Para partes de construcción de tamaño pequeño. -Puede subsistir los aceros al Cr, Ni, Mo, cuando no se requieren grandes características de tenacidad en el núcleo. -Es aconsejable seguir un recocido de estabilización a las piezas, antes de realizar la cementación, con el fin de prevenir deformaciones durante el temple. -Se recomienda el doble temple. 16MnCr5

-Para partes de alta resistencia al desgaste y expuestas a esfuerzos elevado. Por  ejemplo: ruedas dentadas, ruedas para cadenas, etc. -El doble temple es aconsejable. 3415

-Para partes de maquinas que exijan una superficie muy dura y un núcleo de alta tenacidad, como por ejemplo ruedas dentadas en engranajes de alto rendimiento, eje de levas, etc. -En este tipo de acero se aconseja el recocido de estabilización antes de la cementación.El doble temple es aconsejable para piezas complicadas y para los casos en que la profundidad de cementación sea mayor de 1 mm. -Las piezas sencillas pueden templarse directamente desde el horno de cementación. 4320

-Este tipo de acero se emplea para piezas cementadas de medio y gran espesor. -Combina una gran dureza superficial a un corazón muy tenaz y durante el temple se deforma muy poco. -Es aconsejable dar un recocido de estabilización antes de ejecutar la cementación. -También es aconsejable el doble temple. 8620

-Ofrece muy buena dureza superficial y buenas propiedades del corazón.

-Tiene aceptable profundidad de temple, ausencia de zonas no duras en la parte cementada y baja distorsión .-Usos: Ejes ranurados, pasadores de pistón, bujes, piñones para cajas y transmisión de automotores, etc. -Es aconsejable un recocido de estabilización antes de efectuar la cementación. -Se aconseja el segundo temple de dureza desde 810/840ºC. 4130

-Es un acero con buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad hasta temperaturas de más o menos 400ºC. -Tiene una elevada resistencia al deslizamiento en caliente y no presenta fragilidad de revenido. -Para piezas que necesitan una dureza superior se debe usar 4140 o 4150. 4140

-Es un acero de buena penetración de temple y con buenas características de estabilidad en caliente hasta 400ºC. -Sin fragilidad de revenido, muy versátil y apto para esfuerzos de fatiga y torsión. -Piezas templadas a inducción pueden dar una dureza de 57-69 Rockwell C. -Tiene amplia aplicación en construcción de vehículos por ejeplo para cigüeñales, brazos de ejes, bielas, pernos, ejes de contramarcha, ejes de bombas y engranajes. -Muy utilizado en piezas forjadas como herramientas, llaves de mano, destornilladores, etc. -Se usa también para espárragos y tornillos den la construcción de plantas que trabajen a temperatura entre 150ºC y 300ºC, como calderas, turbinas de vapor, plantas químicas, etc. 4150

-Sirve para los mismos usos del 4140 cuando se requieren durezas superiores. -Piezas templadas a inducción de 4150 pueden dar una dureza superficial de 60-62 HRC.

4340

-Tiene los mismos usos del 9840 y es usado cuando se requiere una dureza superior y mejor resistencia al impacto. -Piezas templadas a inducción de 4340 pueden dar una dureza superficial de 60-62 Rockwell C. -Sirve para tornillos prisioneros de bloques motores, ejes traseros de transmisión, mandriles porta-herramientas, ejes y excéntricas para cizallas, ejes de transmisión de grandes dimensiones, etc. 5135

-Para piezas de buena tenacidad y que no requieran una profundidad de temple muy alta. -Se usa en partes para vehículos, tractores, pasadores, tornillos y tuercas de alta resistencia. 5160

-Este acero esta especialmente indicado para la construcción de resortes para automóviles y camiones, sea en ballestas, sea para resortes helicoidales y también para barras de torsión. 6150

-Se usa este acero para la construcción de resortes de muy alta resistencia, resortes helicoidales y barras de torsión para automóviles. 9260

-Este es el tipo de acero más usado y más económico entre los aceros aleados para la construcción de resortes, particularmente para automóviles y camiones. -Se templa muy fácilmente y tiene buena penetración de temple. -Puede también usarse para la construcción de herramientas para maquinas agrícolas y otros implementos de la misma índole. 9840

-Este acero tiene una buena penetración de temple y buena tenacidad. -Se puede usar en construcción de piezas de tamaño medio que estén sometidas a esfuerzos de torsión. -Por su contenido en Mo no esta expuesto a la fragilidad de revenido.

4.

ACEROS INOXIDABLES.-

Clasificación de los aceros inoxidables  Aceros inoxidables martensíticos  Aceros inoxidables ferríticos  Aceros inoxidables austeniticos Usos de los aceros inoxidables

Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles. La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus característcas: · Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas. · Propiedades mecánicas del acerol · Características de los procesos de transformación a que será sometido. · Costo total (reposición y mantenimiento) - Disponibilidad del acero. Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosión natural que se forma automáticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criógenicas. Son fáciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia estética, que puede variarse sometiendo el acero l a diferentes tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado, etc. Volver 

CLASIFICACION DE LOS ACEROS. Los aceros inoxidables no son indestructibles, sin embargo con una selección cuidadosa, sometiéndolos a procesos de transformación adecuados y realizando una limpieza periódica, algún integrante de la familia de los aceros inoxidables resistirá las condiciones corrosivas y de servicio más severas. Serie 400

 Aceros Inoxidables Martensíticos Son la primera rama de los aceros inoxidables, llamados simplemente al Cromo y fueron los primeros desarrollados industrialmente (aplicados en cuchillería). Tienen un contenido de Carbono relativamente alto de 0.2 a 1.2% y de Cromo de 12 a 18%. Los tipos más comunes son el AISI 410, 420 y 431 Las propiedades básicas son: Elevada dureza (se puede incrementar por tratamiento térmico) y gran facilidad de maquinado, resistencia a la corrosión moderada. Principales aplicaciones: Ejes, flechas, instrumental quirúrgico y cuchillería. Serie 400

 Aceros Inoxidables Ferríticos También se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo <0.2%. Los tipos más comunes son el AISI 430, 409 y 434 Las propiedades básicas son: Buena resistencia a la corrosión. La dureza no es muy alta y no pueden incrementarla por tratamiento térmico. Principales aplicaciones: Equipo y utensilios domésticos y en aplicaciones arquitectónicas y decorativas. Serie 300

Los Aceros Inoxidables Austeníticos. Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la estructura cristalina del material se transforma en austenita y de aquí adquieren el nombre. El contenido de Cromo varía de 16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%. Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317. Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por  tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas.

Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso doméstico, hospitalario y en la industria alimentaria, tanques, tuberías, etc.  ALGUNOS USOS DE LOS ACEROS INOXIDABLES. Los aceros inoxidables ofrecen resistencia a la corrosión, una adecuada relación resistencia mecánica - peso, propiedades higiénicas, resistencia a temperaturas elevadas y criogénicas y valor a largo plazo. Son totalmente reciclables y amigables con el medio ambiente. Los aceros inoxidables son ampliamente utilizados en varios sectores, desde la más sofisticada aplicación industrial hasta los utensilios domésticos. Contribuyen, de manera indirecta, a satisfacer las necesidades humanas básicas tales como alimentación, salud, construcción, medio ambiente, transporte y energía.  Algunos ejemplos de productos fabricados con aceros inoxidables son los equipos de procesos químicos y petroquímicos, equipos de proceso de alimentos y bebidas, equipos farmacéuticos, cámaras de combustión, sistemas de escape y filtros automotrices, vagones de ferrocarril, aplicaciones arquitectónicas y estructurales, mobiliario urbano, paneles de aislamiento térmico, intercambiadores de calor, tanques y recipientes, barriles de cerveza, instrumentos quirúrgicos, agujas hipodérmicas, monedas, tarjas, ollas y sartenes, cubiertos, lavadoras, lavavajillas y utensilios de cocina. En la industria química y petroquímica, los aceros inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosión y excelentes propiedades mecánicas así como un bajo costo de mantenimiento. En la industria de alimentos y bebidas y en la industria farmacéutica, proveen excelentes condiciones de higiene además de su resistencia a la corrosión y duración a largo plazo.

5.

MICROESTRUCTURA DE LOS ACEROS.-

Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como único constituyente. También pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos, sulfuros y aluminatos. El análisis de las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama metaestable Hierro-carburo de hierro o Cementita.

Diagrama Fe-C Las microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al carbono son:

FERRITA (Hierro a) Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 °C.

Micro estructura del acero al carbono, cristales blancos de ferrita La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la tracción de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se observa al microscopio como granos poligonales claros. En los aceros, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas circulares orientados en la dirección de los planos cristalográficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstatten. La ferrita también aparece como elemento eutectoide de la perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita, en la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glóbulos de cementita, figura 9, en los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer  mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado.

En aceros recocidos V.1.1. Ferrita Es una solución sólida de pequeñísimas cantidades de C en Feα. La máxima

solubilidad, a los 723º C, es de 0,025% de C. Debido a que este valor es despreciable, se considera a la ferrita como Feα casi puro.

También puede disolver bajas cantidades de Si, P y otras impurezas (en aceros al carbono), y Ni, Mn, Cr, Al, N, etc. (en aceros aleados). En la microestructura se presenta de las siguientes maneras. V.1.1.1. Como elemento que acompaña a la perlita: ferrita proeutectoide o libre. a) En aceros con < 0,40% C  Aparece en forma de granos mezclados entre los de perlita. Las áreas oscuras, en las imágenes a, b y c, de la Fig. V.1, son de perlita y las claras de ferrita. b) En aceros con 0,40 % < C > 0,80 %  Aparece en forma de redes rodeando a los granos de perlita, Fig. V.1d. V.1.1.2. Dentro de la perlita: ferrita eutectoide. Como una matriz sobre la que se disponen en forma más o menos ordenada, láminas de cementita. (Fig. V.2) V.1.1.3. En estructura de Widmanstatten Es una estructura acicular, grosera, típica de los aceros en bruto de colada; proporciona fragilidad y, por lo tanto es indeseable. La ferrita aparece rodeando los granos y a partir de ella se desarrollan las agujas o ramificaciones características de dicha estructura. Se originan por altas temperaturas de coladas, en el aporte y zonas afectadas por el calor en soldaduras, o durante transformaciones en estado sólido, cuando la velocidad de enfriamiento es demasiado alta para permitir la formación de ferrita intergranular. (Fig. V.3a). V.1.1.4. En aceros de menos de 0,8% C templados sin llegar a la austenización completa Durante el tratamiento con enfriamiento rápido denominado temple, la austenita se transforma en martensita. Si la temperatura de calentamiento es insuficiente, queda ferrita sin austenizar, que se mantiene hasta temperatura ambiente.

V.1.1.5. En aceros con recocidos de globalización Son tratamientos que se realizan oscilando la temperatura alrededor de Ar1 (723º C). La cementita de la perlita se contrae en forma de glóbulos, quedando inserta en una matriz de ferrita. Este tratamiento, como se verá más adelante, se realiza para mejorar ciertas propiedades tecnológicas del acero, como la maquinabilidad y la deformabilidad. En la Fig. V.3b, se observan glóbulos de cementita dispersos en una matriz blanca de ferrita, en un acero SAE 1064.

V.1.1.6. En aceros de extra bajo carbono, < 0,035% C Prácticamente es Fe casi puro, de red cristalina cúbica de cuerpo centrado (Fig. V.3c), magnética a temperatura ambiente. Las propiedades mecánicas de la ferrita pura son: t = 275 MPa  A = 35 % HB 90 V.1.2. Cementita Es el compuesto metaestable CFe3, con 6,67% C. Cristaliza en un sistema ortorrómbico de grandes dimensiones, 4,5 x 5 x 6,7 A. Las propiedades mecánicas de la cementita son: t = 2.940 MPa  A = 0 % HRc 68 Es magnética hasta 218º C. Las formas en que se presenta son las siguientes: V.1.2.1. En aceros con C > 0.8 % (hiperectectoides) La cementita proeutectoide aparece en forma de retículos, rodeando a los granos de perlita, Fig. V.4a. En la observación metalográfica, se puede confundir con la ferrita. Para reconocerlas se debe pulir la probeta con abrasivos en fondo de goma. Esto desbasta las partes duras pero no las blandas; las primeras, lisas por ser menos atacadas por  los reactivos químicos, reflejarán la luz del microscopio (si la iluminación es vertical) llegando al ocular. En cambio, las partes blandas más atacadas por el reactivo, más rugosas, reflejarán la luz incidente fuera del microscopio y del ojo del observador. Como la cementita es muy dura y la ferrita muy blanda, la primera se verá clara, iluminada, mientras que la última se verá oscura. Sin embargo, cuando la ferrita aparece en forma reticular, no es atacada por el reactivo. Por lo tanto, cuando se observa una red blanca con un ataque común, no se puede determinar si es ferrita o cementita. Para ello se realiza un ataque diferencial, con picrato de sodio en caliente (60º C) durante media hora. Si la retícula se ve clara, es de ferrita y se trata de un acero hipoeutectoide. Si la retícula se ve oscura elacero es hipereutectoide ya la fase es cementita. Las dos micrografías de la Fig. V.4b, corresponden al mismo acero de 1,2 % de C normalizado. En la primera, la probeta fue atacada con Nital 2 (ácido nítrico al 2% en alcohol). Se observa la red blanca de cementita, pues se conoce el porcentaje de carbono y el tratamiento térmico que tuvo. De no tener estos datos, el ataque con picrato de sodio revelará una imagencomo si fuera un negativo de la primer  fotomicrografía: cementita oscura y perlita clara.

V.1.2.2. Dentro de la perlita En este caso se llama cementita perlítica o eutectoide. Tiene la apariencia de láminas insertas en una matriz de ferrita, Fig. V.2. V.1.2.3 En aceros con recocidos de globulización En forma de nódulos, glóbulos o esferoides dentro de una matriz de ferrita, Fig. V.3b. V.1.2.4. En aceros con más de 0,8 % C templados, sin llegar a la austenización completa.  Aparece rodeada por martensita o por otros constituyentes intermedios.

V.1.2.5. Precipitada de la ferrita en aceros con C < 0.25% En este caso se denomina CFe3 terciaria. En aceros con más de 0,25% la cementita 3ria se confunde con la cementita de la perlita. La imagen de la Fig. V.4c muestra los granos de ferrita rodeados de cementita en un acero completamente ferrítico. V.1.2.6 Agujas en aceros cementados: Se observa en la Fig. V.4d, y se presenta para enfriamientos más acelerados.

V.1.3 Perlita Es un constituyente formado por láminas intercaladas de cementita y ferrita, Fig. V.2, cuya composición química es 0,8 % C y 99,2 % Fe (12,4 % CFe3 y 87,6 % Fe).  Aparece siempre que haya un enfriamiento lento, por debajo de los 720º C. Según la velocidad de enfriamiento estas láminas aparecen más o menos separadas. Dentro de su normal lentitud, a mayor velocidad de enfriamiento, menor distancia interlaminar.

Las propiedades mecánicas de la perlita son: t = 780 MPa  A = 15 % HB 190 a 300 V.2. Estructuras típicas del temple V.2.1. Austenita da a los 1130º C. Está presente en los aceros a temperaturas superiores a Ac1. Por encima de Ac3 o  Acm, los aceros comunes son completamente austeníticos. Se la incluye dentro de las estructuras de temple pues a partir de ella, cuando el enfriamiento es suficiente rápido para impedir la difusión del carbono, se forma la estructura típica del temple, martensita. En aceros aleados o hipereutectoides, se encuentra a temperatura ambiente ya que no alcanzan a transformar completamente a martensita durante el temple; en este caso se la denomina “austenita retenida”. También se encuen tra a temperatura ambiente en aceros inoxidables de alto níquel, denominados austeníticos, y en los indeformables de alto Mn (12 %). La diferente tonalidad de los granos de austenita en la Fig. V.5, se debe al ataque del reactivo empleado (10 ml HNO3 + 10 ml ácido acético + 15 ml HCl + 2 gotas de glicerol). La orientación espacial de los cristales en los distintos granos es la causa de ese ataque diferencial y de la dispar rugosidad en los mismos. A consecuencia de esto, la luz proyectada por el microscopio se perderá en algunos casos y se reflejará sobre el ocular en otros, resultando distintas tonalidades. Es paramagnética, resistente al desgaste, dúctil, tenaz. Es el constituyente más denso de los aceros. Las propiedades mecánicas de la austenita son:

t = 860 a 1030 MPa  A = 30 a 60 % HB 300 V.2.2.Martensita Se obtiene por enfriamiento rápido de la austenita, sin que actúe la difusión. Es una solución sólida sobresaturada de C en hierro α, por lo que la estructura cristalina es tetragonal centrada. Su elevada dureza aumenta con el porcentaje de C; no obstante, cuando se supera el 0,75% C queda algo de austenita sin transformar, y el promedio de dureza decrece ligeramente. La Fig. V.6a muestra su aspecto metalográfico de agujas en zig-zag en una matriz de austenita. Cuando la transformación de la austenita es completa, la observación es más difícil, como se muestra la Fig. V.6b correspondiente a un acero de medio contenido de carbono. Si la temperatura de temple es correcta, las agujas muy finas de martensita exigen 1000 x de aumento o más, para su interpretación.

Por calentamiento a baja temperatura (encima de 150º C), la retícula tetragonal inestable de la martensita tiende a transformarse en cúbica, precipitando el C en f orma de pequeñísimas partículas submicroscópicas. Este tratamiento se denomina revenido. Para diferenciar las, se denomina α´ a la primer  Ésta se ve como agujas ennegrecidas, a diferencia de las agujas más claras de martensita α´, Fig. V.6c. A medida que aume nta la temperatura, sin llegar a Ac1 la precipitación es cada vez más intensa. La velocidad de enfriamiento alta (alrededor de 120º/hora) es fundamental para la aparición de martensita. En piezas de secciones grandes, esa velocidad se logra sólo en algunos sectores; en esos casos aparecerá martensita acompañada con otras estructuras intermedias de menor dureza: toostita, sorbita y bainita. Las propiedades mecánicas de la martensita son: t = 1.800 a 2.450 MPa  A = 2,5 a 0,5 % HRc 48 a 68 para 0,35 y 0,9 % C respectivamente. V.2.3. Bainita

Es un constituyente intermedio entre la austenita y la martensita, propio del tratamiento isotérmico denominado Austempering. Se trata de un agregado de cementita y ferrita, el último constituyente descubierto por Bain.

Se forma cuando la estructura previamente austenizada se mantiene un tiempo suficiente a temperatura constante, que puede variar entre 250 y 600º C aproximadamente. Si la temperatura está entre 500 y 550ºC, se obtiene la bainita superior o plumosa, de aspecto arborescente, constituida por una matriz ferrítica conteniendo carburos (cementita en los aceros al C) en delgadas partículas, con orientación paralela a la dirección de las agujas de la propia bainita. En la micrografía de la Fig. V.7b se observa bainita superior o plumosa, en una matriz de martensita (blanca) a 500x. La Fig. V.7e corresponde a bainita obtenida a 450ºCen un acero SAE 4350, con un aumento de 1500x; se puede apreciar  la orientación de las partículas de carburo dentro de la bainita. La bainita inferior, Fig. V.7a y c, tiene un aspecto acicular, formándose por  transformación isotérmica a una temperatura comprendida entre 250 y 400ºC. Las agujas están formadas por ferrita con partículas de carburos más delgadas y juntas que en el caso anterior y que además tienen una orientación a 60º respecto a las agujas matrices de ferrita. La dureza de la bainita aumenta cuando disminuye la temperatura del austempering, debido a que decrece el tamaño y distribución de los carburos, de modo similar a lo que ocurre con la perlita.

Las propiedades mecánicas de la bainita son: t = 1.770 MPa  A = 5% HRC 50 Promedio Z = 46,4 % (estricción relativa) V.2.4. Sorbita Es un agregado fino de cementita e hierro α. Se obtiene, como el cas o anterior, por 

transformación de la austenita a temperatura constante entre 600 y 650º C; el constituyente resultante es también intermedio entre la austenita y la martensita. Sólo con grandes aumentos se puede definir su forma de pequeños "gusanillos" o como granos blancos muy finos sobre un fondo oscuro, separados a 100  – 250 µm. A veces se confunde con la perlita, pero su aspecto es menos definido. Sus propiedades mecánicas son: t = 870 a 1.400 MPa HB 250 a 400 (HRc 25 a 40)  A = 10 a 20 % V.2.5. Troostita En un agregado extremadamente fino de cementita e hierro α. Se produce por 

enfriamiento de la austenita a una velocidad ligeramente inferior a la denominada "crítica de temple" o por transformación isotérmica de la austenita a temperatura comprendida entre 500 y 600º C. Fig. V.8. Su forma es nodular oscura, con estructura radial y aparece acompañando a la martensita, situándose en los bordes de grano austeníticos. Observada a grandes aumentos revela laminillas similares a la perlita, orientadas hacia un nódulo central. La distancia interlaminar es de 100 µm. Sus propiedades mecánicas son: t = 1.400 a 1.700 MPa  A = 5 a 1º % HB 400 a 500 (HRc 40 a 50)

V.3. Carburos Son fases muy duras que se forman al combinarse el C con algunos elementos aleantes. Pueden ser: a) Carburos simples: formados por un elemento especial combinado con el C. b) Carburos dobles: formados por un elemento especial e hierro con C. c) Carburos compuestos: formados por mezclas de carburos simples con carburos de hierro. Los carburos de elementos de aleación, como el Cr, Ni, Mo, Mn, W, V, etc, se ponen de manifiesto como "lagunas blancas" al microscopio. Tienen puntos de fusión bajos; sin embargo, una vez solidificados, tienen una gran dureza (70 -80 HRC) siendo las estructuras más duras que se encuentran en los aceros, superando a la martensita. Cuando se trata de aceros indeformables (12 - 13 % Cr y 2 % C) o aceros rápidos (18 %Wy4% Cr), que contienen alto Cr y es necesario que los carburos se encuentren muy bien distribuidos, se lleva al material a muy alta temperatura (aproximadamente 1300º C) y se deja el tiempo necesario para que los carburos se disocien, y difundan sus elementos en la matriz. Luego, cuando se enfría (aprox. 800º C) el carburo precipita en forma de partículas, más pequeñas y mejor distribuidas. Una de las propiedades más importantes de los aceros con carburos es la facultad que poseen de conservar su dureza cuando son calentados a temperaturas relativamente elevadas, mientras que los aceros al C templados, de estructura martensítica, se ablandan mucho más rápidamente. Por  eso se los utiliza para fabricar herramientas que conservan su poder cortante aún trabajando casi al rojo. V.4. Distribución y efecto de los elementos aleantes La presencia de elementos de aleación: Cr, Ni, Mo, W, etc. no se puede determinar en el examen microscópico, porque las estructuras perlíticas, bainíticas, martensítica, etc,

son exactamente iguales en un acero al C común o en aceros aleados. En cambio, después de idénticos tratamientos térmicos, las estructuras finales obtenidas serán distintas. Por ejemplo, un acero de 0,30 % C calentado a 850º C y enfriado al aire, da una estructura perlítica; en cambio, en un acero con 0,30 % C, 1,25 % Cr, 5 % Ni, 0,60 % Mo, con el mismo tratamiento, resultará martensita como estructura final. No obstante, examinadas aisladamente, no se puede distinguir si esas estructuras provienen de un acero al C o de uno aleado. Los diferentes elementos aleantes se pueden encontrar en los aceros recocidos, en alguna de estas formas: a) Disueltos en la ferrita, como Ni, Cr, Mn, Cu, Al, Si, P. b) Combinados con el C: tienen tendencia a formar carburos, simples, dobles o compuestos; como Cr  Mo, Mn, W y V. c) Combinados con otros elementos: formando inclusiones no metálicas. El Si y el Al forman silicatos y aluminatos o silicoaluminatos de Ca, Fe, Mn y Cr. El titanio forma OTi, carburos, nitruros y cianonitruros de Ti. El Mn forma silicatos y sulfuros. d) Dispersos formando fases raras, como el Cu cuando su porcentaje supera el 0,75 %. V.5. Inclusiones no metálicas Interrumpen la continuidad de la estructura y disminuyen la resistencia de los aceros. Pueden ser de tres tipos: sulfuros, óxidos y silicatos. Dentro de los sulfuros (Fig. V.10a), el más importante es el SMn, que es plástico, de color gris paloma y se deforma y alarga por forja y laminación (Fig. V.10b y c). Es menos perjudicial que los óxidos y silicatos. Los óxidos provienen de una oxidación muy intensa y el exceso de desoxidantes (Fig. V.10d y e). La alúmina (Al2O3) es consecuencia de un exceso de Al agregado como desoxidante. Los óxidos constituyen las inclusiones más comunes; la Al2O3, es muy dura y frágil, se rompe y dispersa con la forja y la laminación. Los silicatos (Fig. V.10f y g) provienen de escorias no muy fluidas, por temperatura insuficiente del horno, lo que provoca su emulsión en el resto de la masa líquida. Son las inclusiones más peligrosas porque reducen las buenas características del acero. Se alargan y rompen por laminación y forja. Hay elementos, como el hidrógeno, que no se distinguen, pero que aparecen en todos los aceros,disminuyendo sus propiedades mecánicas. En algunos casos forma puntos brillantes llamados "ojos de pescado" (fish eyes), que confieren mucha fragilidad a la estructura.

El fósforo en exceso, forma un eutéctico llamado steadita, que está compuesto por  CFe3 y PFe3 en matriz ferrítica, es muy frágil. (Fig. V.10h)