Nique y Aleaciones de Niquel

ASOCIACIÓN ESPAÑOL A DE SOLDADURA SOLDA DURA Y TECNOLOGÍAS TECNOLO GÍAS DE UNIÓN

TEMA 2.22 NÍQUEL NÍQUEL Y AL A L EACIONES EACIONES DE NÍQUE NÍQUEL L

Ac A c t u ali al i zado zad o p o r : Rafael Rafael Martínez Ab bad

Jul io 2004 2004

-CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONAL EUROPEOS/INTERNACIONAL DE SOLDADURA-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA SOL DADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN

ÍNDICE 1. EL NÍQUEL Y SUS ALEACIONES 2. PROPIEDADES FÍSICAS 3. PROPIEDADES QUÍMICAS 4. SISTEMAS DE ALEACIÓN 5. SISTEMAS BINARIOS Y TERNARIOS 6. ALEACIONES INDUSTRIALES DE NÍQUEL 7. ALEACIONES NÍQUEL - COBRE FORJADAS 8. SOLDABILIDAD DE LAS ALEACIONES DE NÍQUEL

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Tema 2.22 -1-


ÍNDICE 1. EL NÍQUEL Y SUS ALEACIONES 2. PROPIEDADES FÍSICAS 3. PROPIEDADES QUÍMICAS 4. SISTEMAS DE ALEACIÓN 5. SISTEMAS BINARIOS Y TERNARIOS 6. ALEACIONES INDUSTRIALES DE NÍQUEL 7. ALEACIONES NÍQUEL - COBRE FORJADAS 8. SOLDABILIDAD DE LAS ALEACIONES DE NÍQUEL


Tema 2.22 -1-


1.- EL NÍQUEL Y SUS ALEACIONES AL EACIONES Las aleaciones de níquel, fueron conocidas por el hombre muchísimo tiempo antes de que este metal pudiese ser aislado y clasificado como un elemento químico. El empleo de las aleaciones Fe-Ni de origen meteorítico se remonta a los tiempos prehistóricos, siendo muy probable que la famosa espada de Damasco, fuese forjada a partir de un meteorito de hierro níquel ya que corrientemente se la describía como “enviada del cielo”. Las aleaciones de este metal con el cobre también fueron empleadas en fabricación de monedas y armas punzantes por los antiguos chinos de la edad media. El Níquel como metal puro fue finalmente aislado, clasificado y bautizado por el sueco Cronstedt en 1751 como níquel derivando este nombre del “Kupfernickel” “Kupfernickel” ó falso cobre. El níquel es un metal duro, tenaz y maleable de color blanco plateado que posee buenas características de resistencia frente a la corrosión y la oxidación. Sus principales aplicaciones están como elemento de aleación con otros metales como el hierro, cromo, cobalto, cobre, etc, para impartir resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, a la fragilización a bajas temperaturas a un sin fin de aleaciones férricas y no férricas. Este elemento junto con el hierro y el cobalto forman el grupo VIII de los metales de transición que además son magnéticos. El níquel es actualmente uno de los metales de mayor relevancia industrial, con una producción mundial de aproximadamente 600.000 Toneladas (1979) que se distribuye en los diversos campos de aplicación de la forma siguiente: ACEROS INOXIDABLES INOXIDABLES

43%

ALEACIONES NO FERRICAS

20%

PLAQUEADO ELECTROLÍTICO ELECTROLÍTI CO

12%

ACEROS ALEADOS ALEADOS

10%

PRODUCTOS DE FUNDICIÓN

8%

OTRAS APLICACIONES APLICACION ES

7%

La producción del níquel metálico se lleva a cabo a partiendo del tratamiento de sus menas que son del tipo oxido en un 40% y de sulfuros en un 60% ya que es totalmente desconocido en estado nativo, si bien aparece combinado con el hierro en los meteoritos, en proporción de un 15%. Los sulfuros son extraídos principalmente en Canadá, Finlandia, La URSS, Africa del Sur y el oeste de Australia, mientras que las Lateritas o menas de oxido tienen sus principales yacimientos Oregón (USA), Cuba, Rep, Dominicana, Guatemala, Brasil y Australia

2.- PROPIEDADES FÍSICAS El níquel metálico a temperatura ambiente presenta una estructura cristalina cubica centrada en la cara (FCC) con un parámetro de red de 0.35238 0.0003 nm y con un peso específico de 8,908 Kg/m 3. Su punto de fusión esta situado a 1453ºC y el de ebullición a 2910ºC.n y su temperatura temperatura de Curie esta en los 358ºC. -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -2-

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Posee un coeficiente de dilatación bastante bajo que oscila entre 13.3 X 10 -6 (de 20 a 100ºC) a 16.3 X 10 -6 (de 20 a 900ºC). y su conductividad térmica varia entre 0.210 cal/cm.s.ºC a 20º y 0.148 a 500ºC La resistividad eléctrica es una de las características que es más sensible en relación a su pureza. variando a T.A. desde 6.8 Ω.cm para 99.99% a 9.9 Ω.cm para 99.8%. El coeficiente de autodifusión entre 850ºC y 1,100ºC es D = 0.48 exp (-65,800/1.987 T)

3.- PROPIEDADES QUÍMICAS El Níquel es un elemento que no desplaza por si mismo al hidrogeno de los ácidos reductores mas comunes, siendo por tanto necesario para proceder a su corrosión, la presencia de un agente oxidante como puede ser aire en disolución. Las condiciones reductoras generalmente retardan la corrosión, mientras que las oxidantes la aceleran. El níquel posee la habilidad de protegerse contra la corrosión mediante la formación de una película de oxido pasivada muy protectora., por lo que en condiciones oxidantes la corrosión tampoco progresa apreciablemente. Corrosion Atmosférica.- En ambientes interiores es prácticamente inmune a la corrosión, y a la intemperie la situación depende de las condiciones ambientales, siendo el grado de corrosión bajísimo en ambientes rurales y marinos y más acusado en los ambientes industriales de alta polución, siendo los gases del azufre los más dañinos. Este elemento no es susceptible de los procesos de corrosión bajo tensión Agua.- Es prácticamente inmune a la acción del agua destilada y en agua de mar el índice puede alcanzar los 25 µm/año si la velocidad del agua excede de 1 µm/s. En condiciones de estanqueidad se pueden producir picaduras pero aún así el grado de corrosión sigue siendo bajo. A. Sulfúrico.- El índice de corrosión en ácido sulfúrico depende de la concentración, grado de aireación así como de la temperatura, siendo bastante resistente a este ácido en concentraciones inferiores al 80%. Los índices varían desde menos de 127µm/año en ácido desairado a 10 veces este valor en ácido saturado de aire a temperatura ambiente. El níquel es poco útil en contacto con disoluciones calientes del ácido en concentraciones superiores al 15%. A. Clorhídrico.- El níquel es atacado también lentamente, aumentando el índice de corrosión con la aireación. En concentraciones por debajo del 10% el grado de ataque a temperatura ambiente esta por debajo de 200 µm/año en ausencia de aire, mientras que este se multiplica por diez en disoluciones saturadas de aire. En concentraciones más altas, del 25 al 30%el índice sube de 1500 a 2000 µm/año resultando mucho menos afectado por la aireación. A. Fluorhídrico.- Este comportamiento no ha sido todavía muy estudiado pero el esquema es muy similar al del ácido clorhídrico. A. Fosfórico.- Ataca al níquel con bastante lentitud, siendo la temperatura el factor dominante y no la concentración. En disoluciones del 84% de P2O5 los índices de corrosión varían de 330 µm/a a 1220 al subir la temperatura de 60º a 120ºC.


Tema 2.22 -3-


A. Nít rico.- El níquel resulta rápidamente atacado por el nítrico, disolviéndose en nítrico diluido dando una disolución de nitrato. Se ha sabido que en concentraciones de 3.5 N la velocidad de disolución es proporcional a la raíz cuadrada de la concentración. En ácido concentrado, sin embargo el níquel puede pasivarse. Alcalis.- Este metal resulta fuertemente resistente al ataque de los álcalis cáusticos tanto en disolución acuosa como en estado fundido. Como ejemplo podemos citar que el índice de corrosión en solución de sosa cáustica hirviendo es solo de 25 µm/a. Esta inmunidad le conduce a muy importantes aplicaciones como evaporadores para la producción de álcalis y también como material de electrodos en baterías alcalinas. El hidróxido amónico sin embargo ataca al níquel en concentraciones superiores al 1%, mientras que permanece inmune a la acción del amoniaco anhidro. Sales.- El ataque de las sales al níquel esta generalmente restringido a las sales oxidantes como el cloruro férrico o los hipocloritos, y con estos el ataque puede resultar severo; sin embargo con las sales no oxidantes el ataque no suele sobrepasar las 100 µm/a. Materias Orgánicas.- En general, el níquel se considera inmune a prácticamente casi todos los compuestos orgánicos. Por esta razón ha sido muy difundido su empleo en el procesado de diferentes compuestos orgánicos principalmente en el campo de la alimentación, si bien en este campo tanto el níquel puro como sus aleaciones cúpricas están siendo cada día mas suplantados por los aceros inoxidables austeníticos. Gases.- La reacción del níquel con los gases esta condicionada a dos factores principales, aparte de la propia naturaleza del gas, y que son la temperatura y el contenido de humedad del gas. A temperaturas normales solamente la humedad puede tener incidencia apreciable en el ataque de los gases que pueden dar disoluciones ácidas como pueden ser los óxidos de nitrógeno, de azufre y de halógenos de forma similar a como lo hacen los ácidos de estos elementos. Oxígeno.- A temperaturas elevada, el grado de oxidación obedece a una ley parabólica de la forma x2=a·t en donde t es el tiempo y a la constante de la temperatura. Gases de azufre.- Por encima de 643ºC se produce un ataque fuerte por estos gases, pues esta temperatura coincide con el punto de fusión del eutéctico Ni- Ni3S2. Por debajo de esta temperatura el proceso de formación del sulfuro esta controlado por difusión. El ataque se presenta mas severo cuando se trata de gases como el sulfuro de hidrogeno pues los gases como el dióxido de azufre pueden llegar a formar capas protectoras. Monóxido de Carbono e Hidrocarburos.- A temperaturas normales no se forman compuestos químicos aunque si puede tener lugar un proceso de absorción de estos gases por el níquel sin llegar a formarse compuestos. A temperaturas elevadas sin embargo tanto los hidrocarburos como el monóxido pueden reaccionar difundiendo carbono y formándose carburos de níquel, aunque la inestabilidad de estos hacen que se descompongan durante el enfriamiento dejando una dispersión de grafito si bien en mucho menor grado que en el caso del hierro. Nitrógeno.- Este gas y el amoniaco son completamente inertes frente al níquel y no se conoce además que existan nitruros de níquel. Halógenos.- Es muy resistente al cloro seco hasta temperaturas de 500ºC, pasando a una penetración de 15000 µm/a al elevar la temperatura a 650ºC, aunque se ha observado la -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -4-


formación de películas de cloruro que protegen la superficie. Aunque el ataque del flúor no ha sido estudiado en profundidad, se tiene conocimiento también de la formación de películas protectoras de fluoruro de níquel como en el caso del cloro. Hidrógeno.- Tiene un alto poder de penetración por difusión dependiente de la temperatura. La solubilidad pasa de ser de 2 ppm en peso a 300ºC a 8 ppm a 900ºC.

4.- SISTEMAS DE ALEACIÓN El Níquel industrialmente es utilizado tanto en su denominación comercial de níquel puro como constituyente en un sinfín de aleaciones, de las que se van a tratar aquellas en las que actúa como componente principal. Los elementos principales que se asocian al níquel en estas aleaciones comerciales comprenden el hierro, cromo, cobre, molibdeno y cobalto como componentes principales habiendo otros elementos metálicos y no metálicos que se adicionan en menor proporción para actuar sobre las propiedades mecánicas. Como ya se ha citado en otra parte el níquel puro mantiene una estructura cristalina cúbica centrada en la cara, FCC, en todo el rango de temperaturas hasta su punto de fusión y conocida como fase “gamma” nombre que se hará extensivo a todas las disoluciones sólidas en las que entre el níquel como componente principal con esa estructura.

5.- SISTEMAS BINARIOS Y TERNARIOS

Point O C %Fe

A 1453 0

B 1535 100

C 1390 100

D 910 100

E 503 24

F 345 36

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO NIQUEL

G 345 47

J 345 93.2

K 612 ∼30

L 403 ----

M 765 ----

- HIERRO


Tema 2.22 -5-


Point O C %Co

A 1453 0

B 1495 100

C 353 0

D 1121 100

E 417 100

F 0 68

G 0 80

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO NIQUEL - COBALTO

Point O C %Au

A 1453 0

B 1063 100


C 950 82.5

D 812 ∼58

- ORO


Tema 2.22 -6-


Point O C %Mo

A 1453 0

B 1318 47

C 1318 40

D 910 32


E 875 26

F 875 28

G 910 35

- MOLIBDENO


Tema 2.22 -7-


Point O C %Cu

A 1453 0

B 1083 100

C 353 0


D -273 58

- COBRE


Tema 2.22 -8-


Point O C %Cr

A 1453 0

B 1880 100

C 1345 51

DIAGRAMAMA DE EQUILIBRIO NIQUEL

D 1345 47

E 1345 59

F 580 31

- CROMO


Tema 2.22 -9-


Point O C %Al

A 1453 0

B 1638 31.3

C 1385 12

D 1395 ----

E 600 5.2

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO NIQUEL - ALUMINIO

Point O C %C

A 1453 0

B 1318 2.2

C 1318 0.55

DIAGRAMAM DE EQUILIBRIO NIQUEL - CARBONO


Tema 2.22 -10-


Point O C %Ti

A 1453 0

B 1304 12.6

C 1304 11.6

D 1380 21.4

E 1118 34

F 1310 44.9

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO NIQUEL - TITANIO


– COBRE – ALU MINIO A 500ºC


Tema 2.22 -11-


DIAGRAMA DE EQUILIBRIO NIQUEL – COBRE – ALUMINIO A

750ºC

DIAGRAMA HIERRO – NIQUEL - COBALTO A 500 Y 800ºC


Tema 2.22 -12-


DIAGRAMA NIQUEL – HIERRO - CROMO A 650ºC

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO NIQUEL – HIERRO - MOLIBDENO A 1200ºC


Tema 2.22 -13-



- -HIERRO – ALUMINIO A 750ºC

6.- ALEACIONES INDUSTRIALES DE NÍQUEL ALGUNAS DE LAS ALEACIONES DE NIQUEL MAS COMUNES Térmicamente por Endurecimiento por No tratables termicamente Tratadas Precipitación Composición Monel Inc onel X Nimonic 80 Rene 41 Inconel 718 Incone quím ica K Nimonic 75 l (% peso) M onel

Níquel Carbono Chomo Molibdeno Hierro Cobalto Aluminio Titanio Columbio Manga nesio Silicio Cobre Boro

65 0.23 ------2.0 ------------1.5 0.5 Equilib ----

74 0.09 15 ---8.0 ---0.06 0.4 ---1.0 0.5 0.5 ----

75 0.10 20 ---3.5 ---0.06 0.4 ---0.7 0.8 0.5 ----

65 0.20 ------1.5 ---3.0 0.50 ---1.0 1.0 Equilib ----

73 0.04 15 ---7 ---0.9 2.5 0.9 0.7 0.3 0.5 ----

76 0.7 20 ---2.5 1.0 1.0 2.3 ---0.7 0.7 -------


55 0.1 20 10 0.7 10 1.5 3.0 ---2.5 0.3 ---0.01

54 0.05 20 3.0 Equilib ---0.75 0.80 5.0 0.5 0.75 0.75 ----

Tema 2.22 -14-


PROPIEDADES DEL NIQUEL

INCONEL 600 (75 NI-15.5Cr-8Fe) Nombres comerciales: • Inconel 600 • UNS N06600

Especificaciones: • AMS: 5540, 5665, 5687, 7332 • ANSI H34.3, H34.4, H34.10, H34.15, H34.25, H34.26, H34.42 • ASME: SB163, SB166, SB167, SB168 • ASTM: B163, B166, B167, B168, B366, B516, B517, B564 Apli cac iones : Usos más típicos : • El Inconel 600 se utiliza en una gran variedad de aplicaciones abarca ndo temperat uras desde las temperaturas criogénicas hasta los 1093ºC (2000ºF). Ejemplos: • Tubería y depósitos de procesos químicos, equipos de tratamientos térmicos, motores y componentes aeronaúticos, componentes electrónicos y reactores nucleares.

Composición química: Límites de composición • Ni + Co: 72% min, • Cr: 14 a 17%, • Fe: 6 a 10%, • C: 0,15 max, • Mn: 1% max, • S: 0,015 max, • Si: 0,50 max, • Cu: 0,50 max Propiedades mecánicas: • Resistencia mecánica:Ver tablas 1, 2 y 3 • Resistencia a la tracción: Ver tabla 2 • Dureza: Ver tabla 3 • Releción de coeficiente de poisson: 0,29 • Módulo elástico: 6 o Tensión 207Gpa (30x10 psi); 6 o Torsión 76 Gpa (11x10 ps i). • Reisitencia al impacto: Charpy (ojo de cerradura): o Chapa, 86,1J a 21ºC; 88,8J a -79ºC; 82,4J a -196ºC. • Resistencia al a fatiga o Probeta rotativa: Recocido: 269 Mpa Laminado en caliente: 279 Mpa Estirado en frio: 310 M pa 8 Todos los valores a 10 ciclos y 21ºC   

Estructura: • Estructura cristalina: Cúbica centrada en las caras (FCC) • Microestructura: El inconel 600 es una solución sólida estable. Las únicas fases de precipitados son los nitruros de titanio, carburos de titanio y carburos de cromo. Masa: • Densidad: 8,42 Mg/m 3 Propiedades térmicas: • Temperatura liquidus: 1415ºC • Temperatura solidus: 1355ºC • Calor específico:444j/kg·ºK a 21ºC Propiedades eléctricas: • Conductividad: Volumétriva 1,7% IACS a 21ºC • Resistividad: 1030nΩ·m a 21ºC Propiedades magnéticas: • Permeabilidad magnética: 1,010 con una intesidad de campo de 15,9kA/m. • Temperatura de Curie: -124ºC


Tema 2.22 -15-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN Propiedades químicas: • Comportamiento general de corrosión. El alto contenido en Ni del Inconel 600 confiere buena

•

resistencia a la corrosión bajo condiciones reductoras, y su contenido en cromo a la s condiciones oxidantes. Esta aleación es virtualmente immune al agrietamiento por corrosion bajo tensión en medios cloruros. Resistencia a los agentes corrosivos específicos. Inconel 600 tiene una práctica resistencia a muchas soluciones ácidas, (reductoras u oxidantes). Para lo valores de corrosion en ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico ver la tabla 4 y la figura 6.1 respectivamente. Estas aleaciones son resistentes al ácido clorhídrico diluido, no así en concentrado o en disoluciones a calientes. Es resistente a todas las concentraciones de fosfórico a temperature ambiente. Es poco resistente al ácido nítrico. El Inconel 600 tienen una excelente resistencia a los alcalis; La figura 6.2 representa los valores de corrosión en hidróxido de sodio hirviendo. Al Inconel 600 no le afectan la mayoría de las soluciones saladas, ya sean neutras o a lcaninas, y es muy resistente a las sales ácida s. Es uno de los pocos materials aptos para el uso en cloruro de magnesio, ya sea caliente o concentr ado, los valores de corrosión estan en torno a las 25 µm (1 mil) por año.

Caracteristicas de fabric ación: • Temperatura de rec ocid o. Aprox 1010ºC. • Temperatura de conform ado en caliente. 87 0 a 1230ºC.

TABLA 1 – PROPIEDADES MECÁNICAS (a) DEL INCONEL 600 Límite elastico (0,2% Carga de rot ura Forma y estado desplazado) MPa Ksi Mpa ksi Barra y varilla: Recocido 552-690 80-100 172-345 25-50 Estirado en frio 724-1034 105 -150 552-862 80-125 Acabado en caliente 586-827 85-120 241-621 35-90 Plancha: Laminado en caliente 586-758 85-110 241-448 35-65 Recocido 552-724 80-105 207-345 20-50 Chapa: Recocido 552-690 80-100 207-310 20-45 Endurecido 586-1034 120-150 621-862 90-125 Fleje: Recocido 552-690 80-100 207-310 30-45 Muelle templado 1000-1172 145-170 827-1103 120-160 Tub ería: Acabado en caliente 517-690 75-100 172-345 25-50 Estirado en frio y recocido 552-690 80-100 172-345 25-50 Hilo: Recocido 552-827 80-120 241-517 35-75 Muelle templado 1172-1517 170-220 1034-1448 150-210

Alargamiento % 55-35 30-10 50-30 50-30 55-35 55-35 15-2 55-35 10-2 55-35 55-35 45-20 5-2

(a) valores representados para los tamaños de sección más comunes. Generalmente los valores para secciones grandes no se puden obtener, y excepcionalmente secciones pequeñas o grandes pueden tener propiedades fuera de estos rangos.

TABLA 2 – LIMITES ELASTICOS TIPICOS DE TRACCIÓN Y COMPRESIÓN DEL INCONEL 600 Tracción Compresión Estado de material 0,02% despl. 0,2% despl. 0,02% despl. 0.2% despl. MPa ksi MPa ksi Mpa ksi Mpa Ksi Laminado en caliente y recocido 268 38.9 303 43.9 276 40.0 309 44.8 Estirado en frio y distensionado 552 80.0 619 89.8 513 74.4 605 87.7 Extruido (tuberia) 174 25.2 212 30.8 192 27.9 224 32.5 -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -16-


TABLA 3 – PROPIEDADES MECÁNICAS Y DUREZA DEL INCONEL 600 Carga de rotura Límite elestico (0,2% despl) Forma y estado Alargam. (%) MPa Ksi MPa ksi Barra: Laminado 672 97.5 307 44.5 46 Recocido 624 90.5 210 30.4 49 Plancha: Laminado 682 99.0 346 50.2 42 Recocido 639 92.7 199 28.9 µ 49 Tuberia: Estirado 993 144.0 916 132.8 8 Recocido 693 100.5 279 40.5 43

Dureza 86 HRB 75 HRB 87 HRB 75 HRB 34 HRC 83 HRB

TABLA 4 – VALORES DE CORROSIÓN DEL INCONEL 600 EN VARIAS CONCENTRACIONES DE ACIDO SULFURICO A TEMPERATURA AMBIENTE Y TEMPERATURA DE EBULLICION

Valores de corrosión Concentración de ácido (%) Temperatura ambiente mils/año mm/año 10 20 30 40 50 60 70 80 90 98

FIG.

0.081 0.051 0.064 0.046 0.041 0.048 0.058 0.566 0.013 0.188

3.2 2.0 2.5 1.8 1.6 1.9 2.3 22.3 0.5 7.4

Temperatura de ebullición mm/año 3.43 4.72 5.49 17.8 -------------------

mils/año 135 186 216 700 -------------------

6.1 – VALORES DE CORROSIÓN PARA EL INCONEL 600 EN ÁCIDO FLUORHÍDRICO A 75ºC (167ºF)


Tema 2.22 -17-


FIG.

6.2 – VALORES DE CORROSIÓN PARA EL INCONEL 600 EN HIDRÓXIDO DE SODIO HIRVIENDO

INCONEL 625 (61 Ni - 21Cr - 9Mo - 3.6Nb) Nombres comerciales: • Inconel 625 • UNS N06625

Especificaciones: • AMS: 5599, 5666, 5387 • ANSI H34.19, H34.20, H34.22 • ASME: SB443, SB444, SB446 • ASTM: B443, B444, B446 Composición química: Apli cacio nes : Usos típicos: Límites de composición: • Tubería y depósitos de proceso s químicos, S: 0,015% max, • Ni : 58% min • equipos de tratamientos térmicos, motores y P: 0,015% max, • Co: 1% max, • componentes aeronaúticos, partes de Si: 0,50% max, • Cr: 20 a 23%, • barcos y submarinos, componentes Ti: 0,40% max • Fe: 5% max, • electrónicos y reactores nucleares. Mo : 8 a 10% • Cb+Ta: 3,15 a 4,15% • C: 0,10 max, • Al: 0,40% max • Propiedades mecánicas: Propiedades eléctricas: Resistencia a la tracción: Ver tabla 2 • • Conductividad: Volumétriva 1,3% IACS a 21ºC • Resistividad: 1290nΩ·m a 21ºC Dureza: Ver tabla 3 • Releción de coeficiente de poisson: Propiedades magnéticas: • material recocido, 0,278 a 21ºC • Permeabilidad magnética: 1,006 con una intesidad de campo de 15,9kA/m. Módulo elástico: • 6 Tensión 208Gpa (30x10 psi) a 21ºC; • Temperatura de Curie: ( -196ºC a -320ºC) o 6 Torsión 81 Gpa (11,8x10 psi) a 21ºC. o Estructura: Reisitencia al impacto: chapa laminada • • Estructura cristalina: Cúbica centrada en las caras Chapa, Charpy (ojo de cerradura): 66J (FCC) o a 29ºC; 60J a -79ºC; 47J a -196ºC. • Microestructura: El inconel 625 es una solución Resistencia al a fatiga: ver fig 6.3 • sólida estable. Es una aleación con la matriz Masa: reforzada cuya microestructura contiene carburos. 3 La precipitación efervescente de la fase γ’ ocurre • Densidad: 8,44 Mg/m a 20ºC en exposiciones a temperaturas intermedias. La Propiedades térmicas: fase γ’ se transforma gradualmente a Ni 3Cb • Temperatura liquidu s: 1350ºC ortorómbico después de una exposición • Temperatura solidus: 1290ºC -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -18-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN prolongada. • Calor específico:410J/kg·ºK a 21ºC Propiedades químicas: • Comportamiento frente a la c orrosión. El alto contenido de aleantes en el Inconel 625 le permite

•

mantener se en un amplio rang o de medios corrosivos. Esta aleación es casi completamente resistente a medios suaves, como la atmosfera, el agua d ulce y el agua de mar, sales neutras y alcalinas medias. En muchos ambientes severos, la combinación del níquel y en cromo facilita la resistencia a los oxidantes químicos, y la combinación del níquel y en molibdeno facilita la resistencia a las condiciones reductoras. El contenido en molibdeno también hace a l Inconel 625, una aleación altamente resistente a la corrosión por pica duras y en resquicio. El columbio estabiliza la aleación contra la sensibilización, previniendo la corro sión intergranular. El alto contenido e n níquel lo libera del agrietamiento por corrosión bajo tensión en medios con contenidos en cloruros. Resistencia frente a los agents corrosivos. La tabla 5 representa los valores de corrosión en ácidos sulfurico y clorhídrico. La figura 6.4 representa la resistencia frente al ácido fosfórico. En ácido nítrico al 65% hirviendo, el Inconel 625 es corroido co n valores de 0.76 mm (30 mils) por año. En hidr óxido de sodio al 50% hirviendo, los valores de corrosión son de 0.13 mm (5.0 mils) por año.

Caracteristicas de f abricación: • Temperatura de recocido. 925ºC a 1205ºC • Temperatura de conformado en caliente. 1010ºC a 1175ºC .

TABLA 5 – VALORES DE CORROSIÓN DEL INCONEL 625 EN ACIDOS SULFURICOS Y CLORHIDRICOS PARA VARIAS CONCENTRACIONES Ácido sulfurico (a) Acido clorhídric o (b) Concen tracion,% Concentracion, % Valores de corrosión Valores de corrosión mm/año mils/año mm/año mils/año 15 0.188 7.40 5 1.803 71.0 50 0.432 17.0 10 2.057 81.0 60 0.711 28.0 15 1.651 65.0 70 1.626 64.0 20 1.270 50.0 80 2.286 90.0 25 0.965 38.0 30 0.864 34.0 Conc 0.381 15.0 (a) A 80ºC (176ºF), (b) A 66ºC (151ºF)


Tema 2.22 -19-


FIG.

6.3 – PROBETA ROTATIVA DE RESISTENCIA POR FATIGA DE UNA SOLUCIÓN TRATADA LAMINADA EN CALIENTE DE INCONEL 625 BARRA (15.9 MM DIAM [0.625-IN. DIAM ] A TEMPERATURA ELEVADA . TAMAÑO DE GRANO MEDIO, 0.10 MM (0.004 IN.)


Tema 2.22 -20-


FIG.

6.4– CORROSION PARA EL

INCONEL 625 EN UNA DISOLUCIÓN DE ACIDO FOSFÓRICO HIRVIENDO


Tema 2.22 -21-


INCONEL 617 (52 Ni - 48Cr) No mbr es comer ciales: Inconel 617 Composición química: Composición nominal: Cr: 46% C: 0,05% Ti: 0,35% Ni: resto

Ap l icacio nes : Usos típicos: • Equipamientos para centrals eléctricas como, carcasas de tubos de recalentadores, tubos de sopladores de hollín, placas antisalpicaduras en calderas, soportes y tubos separadores de caldera; recuperadores de alta temperatura y incineradoras de residuos; depositos a presión para la pirólisis de los licores de pulpa de sulfito empleados en la industria del papel.

Propied ades mec ánicas: Resistencia a la tracción: 862 MPa (125 ksi) • Dureza: 95 HRB • Módulo elástico: • Tensión: 83 MPa (70 ksi) (0.2% despl.) o Alargamiento: 25% • • Propiedades mecánica s vs temperatura: fig 6.5 • Caracteristicas de rotura por fluencia: tabla 6 Masa: 3 Densidad: 7,86Mg/m a 20ºC • Estructura: Estructura cristalina. Matriz: Cúbica •

Propiedades térmicas: • Temperatura liquidus: 1350ºC • Temperatura solidus: 1305ºC • Calor específico:456J/kg·ºK a 21ºC • Coeficiente de expansión térmica: o Lineal: 11,8 µm/m desde 26 a 93ºC; 12,8 µm/m desde 26 a 260ºC; 13,8 µm/m desde 26 a 538ºC; 15 µm/m desde 26 a 816ºC; 15,4 µm/m desde 26 a 1038ºC Propi edades eléctricas: • Conductividad: Volumétriva 2,0% IACS a 21ºC • Resistividad: 869nΩ·m a 21ºC     

centrada en las caras (FCC); fase α: cúbica centrada en el cuerpo (BCC).

•

Microestructura. El alto contenido en Cr sobrepasa el límite de solubilidad en el níquel, resultando una microestructura en dos fases. Propiedades químicas • Comportamiento frente a la corrosión. El Inconel 671, es una aleación 50/50 níquel-cromo, esta

•

diseñadas para usos en medios extremadamente corrosiv os. Otra característica es la resistencia a la corrosión a altas temperaturas, particularmente en atmosferas con contenidos en sulfuros y/o vanadio. Resistencia frente a los agentes corrosivos. La tabla 7 representa los valores de corrosión en mezclas de pentóxido de vanadio y sulfato de sodio.

Caracteristicas de fabricació n • Temperatura de recocido. 1205ºC (2200ºF).

TA BLE 6 – CARG A D E ROTURA DEL INCONEL 67 1 EN FUNCIÓN DE LA TEPERATURA Carga para romper en: Temperatura o

C 649 704 760 816 871 927 982

o

F 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

100 h

MPa 193 110 66 41 25 16 10

1000 h

ksi 28.0 16.0 9.5 6.0 3.6 2.3 1.5

MPa 97 57 34 21 12 9 6


Ksi 14.0 8.2 5.0 3.0 1.8 1.3 0.8 Tema 2.22 -22-


T ABLE 7 – CORROSION DEL INCONEL 671 EN MEZCLAS DE PENTOXIDO DE VANADIO Y SULFATO DE SODIO A 899ºC (1650ºF) Mezcla de ensayo Tiem po (h) Perdida d e peso (g/m 2) 16 972 80% V2O5, 20% Na2SO4 150 6136 300 7678 16 9.0 20% V2O5,80% Na2SO4 150 63.3 300 182.1

FIG.

6.5 – PROPIEDADES MECÁNICAS A ALTA TEMPERATURA DEL INCONEL 671 RECOCIDO (2200ºF/1 H, REFRIGERADO POR AIRE).


Tema 2.22 -23-


INCONEL 690 (60 Ni - 30Cr – 9.5Fe) Nombres comerciales: • Inconel 690 Composición química: Composición nominal: Ni: 60% C: 0,03% Cr: 30% Fe: 9,5%

Ap li cac iones : Usos típicos: • Aplicaciones donde e sta presente el ácido nítrico, o el ácido nítrico más fluorhídrico. Ejemplos: • Recalentadores itilizados en la producción de ácido nítrico calefactores de vapor, en disoluciones de ácido nítrico más fluorhídrico, utilizados para el decapado de los aceros inoxidables y el reprocesado de los combustibles nucleares. El Inconel 690 también se utiliza para gases con contenidos en sulfuros en servicios a alta temperatura . Propiedades mecánicas: Prop iedades térmic as: Resistencia a la tracción: Ver tabla 8 • • Temperatura liquidus: 1375ºC Dureza: Ver tabla 8 • • Temperatura solidus: 1345ºC Módulo elástico: • • Coeficiente de expansión térmica: Ver tabla 9 6 Tensión: 210 GPa (30,5x10 psi) o • Conductividad térmica: Ver tabla 9 Masa: Propiedades eléctricas: 3 Densidad: 8,14Mg/m a 20ºC • • Conductividad: Volumétrica 1,5% IACS a 21ºC Estructura: • Resistividad: Ver tabla 9 Estructura cristalina: Cúbica centrada •

en las caras (FCC).

Propiedades quím icas • Comportamiento frente a la corrosión. El alto contenido en Cr confie re al Inconel 690 una Buena

•

resistencia a la oxidación química como el ácido nítrico y los gases a alta temperatura con contenidos en sulfuros. Resistencia a los agentes corrosivos: La tabla 10 representa los valores de corrosión en disoluciones de a´cido nítrico y fluorhídrico.

Caracteristicas de fabricación • Temperatura de recocido. 980 a 1040ºC (1800 a 1900ºF). • Temperatura de conformado en caliente. 1040 a 1232ºC (1900 a 2250ºF).

TABLE 8 – TYPICAL TENSILE PROPERTIES AND HARDNESS OF INCONEL 690 Material conditi on Tensile strength Yield strength (0,2% offset) Elongation, Hardness, % HRB MPa ksi MPa ksi Tubo (recocido) 731 106 365 53 41 97 Fleje (recocido) 758 110 372 54 40 88 Varilla(laminada) 765 111 434 63 40 90 Varilla(recodida) 710 103 317 46 49 90 Chapa (laminada) 765 111 483 70 36 95


Tema 2.22 -24-


TABLE 9 – PROPIEDADES TÉRMICAS Y ELECTRICAS DEL INCONEL 690 EN FUNCION DE LA TEMPERATURA Temperatura Coef de expans ión lineal (a) Conductividad térmica Resistividad eléctrica o o C F W/m·K Bt u/ft·h·o F m/m·ºK in ./in.·oF n ·m 26 78 ------13.9 8.0 148 93 200 13.5 7.5 15.0 8.7 161 204 400 ------17.0 42.1 181 316 600 15.3 8.5 18.8 10.9 202 427 800 ------20.5 11.8 224 538 1000 ------22.8 13.1 238 649 1200 16.2 9.0 24.2 14.0 238 760 1400 ------26.0 15.0 245 871 1600 ------27.8 16.1 252 982 1800 17.6 9.8 29.5 17.0 263 1093 2000 ------31.2 18.0 277 1204 2200 ------32.8 18.9 292 (a) Desde 21ºC (70ºF) hasta la temperature representada.

TABLE 10 – VALORES DE CORROSIÓN PARA EL INCONEL 690 EN DISOLUCIÓN DE ACIDO FLUORHÍDRICO MAS NÍTRICO A 60ºC (140ºF) Valor de corros ión Disolución mm/año mils/año 10% HNO3, 3% HF 0.15 6.0 15% HNO3, 3% HF 0.25 10.0 20% HNO3, 3% HF 0.15 6.0

FIG.

6.6 – PROPIEDADES MECÁNICAS A ALTA TEMPERATURA DEL INCONEL 690 RECOCIDO A 1095ºC (2000ºF)


Tema 2.22 -25-


INCOLOY 800 (32.5 NI-21Cr-46Fe)-(B ASE HIERRO) Nombres comerciales: • Inconel 800 • UNS N08800

Composición química: Límites de composición

• • • • •

Ni: 30 a 35%, Cr: 19 a 23%, Fe: 39,5% min, C: 0,10 max, Mn: 1,5% max,

• • • • •

Especific aciones: • AMS: 5766, 5871 • ANSI H34.15, H34.39, H34.40, H34.41, H34.42 • ASME: SB163, SB407, SB408, SB409 • ASTM: B163, B366, B407, B408, B409, B514, B515, B564 Ap li cac iones : Usos más típicos : • Equipos de tratamientos térmicos, sistemas de S: 0,015 max, tubería para pirólisis en petroquím ica, Si: 1% max, revestimientos para elementos eléctricos en Cu: 0,75 max calentadores equipamientos para procesado de Al : 0,15 a 0,60% alimentos. Ti : 0,15 a 0,60%

Pro piedades mecán icas: • Resistencia mecánica:Ver tablas 11 y 12 • Resistencia a la comp resión: Ver tabla 11 • Releción de coeficiente de poisson: En material recocido; 0,339 a 24ºC • Módulo elástico: (material recocido) 6 Tensión 195Gpa (28,35x10 psi) a o 24ºC; 6 Torsión 73 Gpa (10,64x10 psi) a 24ºC; o • Reisitencia al impacto: (Chapa recocida) Charpy (ojo de cerradura): 122J a o 21ºC; 122J a -79ºC; 106J a -196ºC, 99J a -253ºC • Resistencia al a fatiga o Probeta rotativa: Recocido: 214 Mpa Laminado en caliente: 352 Mpa Estirado en frio: 228 Mpa 8 Todos los valores a 10 ciclos   

Estructura: • Estructura cristalina: Cúbica centrada en las caras (FCC) • Microestructura: El incoloy 800 es una aleación en disolución sólida. Las fases de precipitados que se encuentran normalmente en esta microestructura son los nitruros de titanio, carburos de titanio y carburos de cromo. Después de largas exposiciones atemperaturas del orden de 555 a 620ºC podemos encontrar pequeña s cantidades de fase γ’ . Masa: 3 • Densidad: 7,94Mg/m Pro p iedades térmicas: • Temperatura liquidus: 1385ºC • Temperatura solidus: 1355ºC • Calor específico:502J /kg·ºK a 21ºC Pro p iedades eléctricas: • Conductividad: Volumétriva 1,7% IACS a 21ºC • Resistividad: 989nΩ·m a 21ºC Propiedades magnéticas: • Permeabilidad magnética: 1,0092 con una intesidad de campo de 15,9kA/m. • Temperatura de Curie: -115ºC

Pro p iedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. El alto contenido en Ni del Incoloy 800 confiere buena

•

resistencia a la oxidación, También es resistente a muchos medios aquosos, y está relativamente liberada del agrietamiento por co rrosión bajo tensión. Resistencia a los agentes corrosivos específ icos. El Incoloy 800 tiene excelente resistencia al ácido nítrico en concentraciones por encima del 70%, y a temperaturas por encima del punto de ebullición. También tiene buena resistencia alos ácidos orgánicos , como el fórmico, el ácido acético, o el ácido propanóico. Es resistente a gran variedad de sales, tanto oxidantes como no oxidantes, no siendo así para sales de haluros. Los valores de corrosión vienen representados en la tabla 13.

Caracteristicas de f abricación: • Temperatura de recocido. Aprox 980 a 1150ºC. • Temperatura de conformado en caliente. 870 a 1205ºC.


Tema 2.22 -26-


TABLA 11 – PROPIEDADES MECANICAS (a) DEL INCOLOY 800 Carga de rotura Limi te eleasti co (0.2% despl.) Alargamiento Forma y estado % MPa ksi MPa ksi Barra y varilla: Recocido 517-690 75-100 207-414 30-60 60-30 Acabado en caliente 552-827 80-120 241-621 35-90 50-25 Estirado en frio 690-1034 100-150 517-862 75-125 30-10 Plancha: Laminado en caliente 552-758 80-110 207-448 30-65 50-25 Recocido 517-724 75-105 207-414 30-60 50-30 Chapa: Recocido 517-724 75-105 207-379 30-55 50-30 Fle je: Recocido 517-690 75-100 207-379 30-55 50-30 Tubería: Acabado en caliente 517-724 75-105 172-414 25-60 50-30 Estirado en frio, recocido 517-6 90 207-414 30-60 50-30 Hilo: Recocido 552-758 80-1 10 241-448 35-65 45-25 Muelle templado 965-1207 140-17 5 896-1172 130-170 5-2 ((a) valores representados para los tamaños de sección más comunes. Generalmente los va lores para secciones grandes no se puden obtener, y excepcionalmente secciones pequeñas o gra ndes pueden tener propiedades fuera de estos r angos.

TABL A 12 – PROPIEDADES DE TRACCION Y C OMPRESION DEL INCOLOY 800

Tracción Est ado del material Annealed bar As-extruded tube

Carga de rotura ksi MPa 616 479

89.3 69.5

Lim. elástico (0.02% despl.) MPa ksi 268 38.8 145 21.0

Compresión L i m. elástico (0.2% despl.) MPa ksi 283 41.1 190 27.5




Tema 2.22 -27-


TABLA 13 – VALORES DE CORROSIÓN PARA EL INCOLOY 800 EN VARIOS MEDIOS (ENSAYOS DE LABORA TORIO A 80ºC (176ºF) Duraci ón Valor de corrosión ensayo (d ias) mm/año Mils/año Resistencia a las picaduras Acido acético (10%) 7 0.0003 0.01 Sin picaduras Acido acético (10%) + aácido sulfúrico (0.5 %) 7 0.0006 0.02 Sin picaduras Acido acético (10%)+clo ruro de sodio (0.5% ) 42 Picaduras visibles a 30X después 42 dias 0.0008 0.03 Sulfato de aluminio (5%) Sin picaduras 7 0.0003 0.01 Cloruro de amonio (5%) 42 0.0006 0.02 Picaduras después de 42 dias Hidróxido de amonio (5%) 7 0.0003 0.01 Sin picaduras Hidróxido de amonio (10%) 7 0.0003 0.01 Sin picaduras Sulfato de amonio (5%) 7 0.00 0.00 Sin picaduras Cloruro de bario (10%) 42 0.0008 0.03 Picaduras después de 42 dias Agua de br omuro (satur ada) 42 0.19 7.6 Picaduras después de 7 dias Cloruro de calcio (5%) Picaduras después de 42 dias 42 0.0003 0.01 Acido crómico (5%) 7 0.041 1.6 Sin picaduras Acido cítrico (10%) 7 0.00 0.00 Sin picaduras Sulfato de cobre (10%) 7 0.00 0.00 Sin picaduras Cloruro férrico (5%) 42 11 420 Picaduras después de 7 dias Sulfato de a minio ferroso (5%) 7 0.002 0.08 Sin picaduras Acido láctico (10%) 7 0.001 0.04 Sin picaduras Metanol (absolute) Sin picaduras 7 0.00 0.00 Acido oxálico (5%) 7 0.003 0.12 Sin picaduras Acido oxálico (10%) 7 0.28 11.0 Sin picaduras Ferrocianuro de potasio (5%) 7 0.001 0.04 Sin picaduras Bisulfito de sodio (5%) 7 0.0008 0.03 Sin picaduras Carbonato de sod io 7 0.00 0.00 Sin picaduras Cloruro de sodio (10%) 42 0.0003 0.01 Picaduras visibles a 30X después 42 dias Cloruro de sodio (20%) Picaduras después de 7 d ias 42 0.0086 0.34 Hipoclorito de sodio (1%) 42 0.127 5.0 Picaduras después de 7 d ias Hipoclorito de sodio (5%) 42 0.2 8.0 Picaduras después de 7 d ias Sulfato de sodio (5%) 7 0.00 0.00 Sin picaduras Sulfato de sodio (10%) 7 0.0006 0.02 Sin picaduras Acido sulfuroso (5%) 7 1.09 43.0 Sin picaduras Acido tartárico (10%) 7 0.0006 0.02 Sin picaduras Cloruro de zinc (10%) 42 0.0003 0.01 Picaduras después de 42 dias

MED IO


Tema 2.22 -28-


INCOLOY 801 (32 Ni - 20.5Cr – 44.5Fe – 1.1Ti) Nombres comerciales: Especificaciones: • Incoloy 801 • AMS: 5552, 5742 • UNS N08801 Composición química: Apli cac iones : Límites de composición Usos más típicos : • Ni: 30 a 34%, • El Incoloy 801 es una modificación del Incoloy 800 con más alto contenido de titanio; es utilizado para hidro-desulfuración en procesos • Cr: 19 a 22%, petroquímicos y para otras aplicaciones en torno al ác ido politión ico. • C: 0,10 max, • Mn: 1,5% max, • S: 0,015 max, • Si: 1.0 max, • Cu: 0,50 max • Ti: 0,75 a 1,5% • Fe: resto Propiedades mecánicas: Estructura: • Resistencia a la tracción: Tubo extruido • Estructura cristalina: Cúbica centrada en las caras recocido (FCC) Carga de rotura: 514 MPa o • Microestructura: El Incoloy 801 es un material Límite elastico: 197 MPa (0,2% despl.) o austenítico que puede ser reforzado por Alargamiento: 53% o precipitación de la fase γ’ durante el tratamiento • Releción de coeficiente de poisson: 0,413 a térmico. Otras fases presentes son los nitruros de 26ºC titanio, carburos de titanio y carburos d e cromo. Masa: • Módulo elástico: 6 o Tensión 207Gpa (30x10 psi) a 26ºC; • Densidad: 7,94 Mg/m 3 6 o Torsión 73 Gpa (10,64x10 psi) a 26ºC. Propiedades térmicas: • Reisitencia al impacto: • Temperatura liquidus: 1385ºC o Charpy entalla en V: recocido, 324J; • Temperatura solidus: 1355ºC envejecido, 127J. • Calor específico:452 J/kg·ºK a 26ºC • Resistencia al a fatiga Propiedades eléctricas: Probeta rotativa recocida: 255MPa a o • Conductividad: Volumétriva 1,7% IACS a 26ºC 27ºC; 179MPa a 732ºC; 76MPa a • Resistividad: 1012nΩ·m a 26ºC 816ºC. Propiedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. En la mayoría de los medios la resistencia a la corrosión del

•

Incoloy 801 es similar a la del Incoloy 800. Sin embargo el Incoloy 801 tiene una gran resistencia a la corrosión intergranular, debido al alto contenido en titanio el cual estabiliza la aleación contra la sensibilización. Resistencia a los agentes corrosivos específicos. El Incoloy 801 es especialmente resistente al agrietamiento por corrosión bajo tensión en disoluciones de ácidos politiónicos.

Caracteristicas de f abricación: • Temperatura de recocido. 940ºC. • Temperatura de envejecimiento: 650 a 730ºC • Temperatura de conformado en caliente: 870 a 1205ºC.


Tema 2.22 -29-


INCOLOY 825 (42 Ni - 21.5Cr – 30Fe – 3Mo – 2.2Cu) Nombres comerciales: • Incoloy 825 • UNS N08825 Composición química: Límites de composición

• • • • •

Ni: 30 a 34%, Cr: 19 a 22%, C: 0,10 %max, Mn: 1,5% max, S: 0,015 % max,

• • • •

Si: 1.0 % max, Cu: 0,50 % max Ti: 0,75 a 1,5% Fe: resto

Esp ec if ic ac io nes : • ASME: SB163, SB423, SB424, SB425. • ASTM: B163, B423, B424, B425. Ap li cac iones : Usos más típicos : • Evaporadores de ácido fosfórico, equipos de decapado, tubería y depositos de procesos quím icos, recuperación de combustible nuclear usado, ejes de propulsores, tanque de camion es.

Propiedades mecánicas: Masa: • Resistencia mecánica:Ver tabla 14 • Densidad: 8,14 Mg/m3 a 20ºC • Resistencia a la compresión: Barra recocida Propiedades térmicas: con un límite elastico de 396 MPa. • Temperatura liquidus: 1400ºC Límite elastico: 423 MPa (0,2% despl.) o • Temperatura solidus: 1370ºC • Módulo elástico: • Coeficiente de expansión térmica: Ver tabla 15. 6 o Tensión 195Gp a (28,3x10 psi); • Conductividad térmica: Ver tabla 15. • Reisitencia al impacto: Propiedades eléctricas: Charpy (ojo de cerradura): o Chapa, • Conductividad: Volumétriva 1,5% IACS a 26ºC 107J a 20ºC; 106J a -79ºC; 91J a • Resistividad: Ver tabla 15. 196ºC; 92J a -253ºC. Propiedades magnéticas: Estructura: • Permeabilidad magnética: 1,005 a 21ºC con una • Estructura cristalina: Cúbica centrada en las intesidad de campo de 15,9kA/m. caras (FCC) • Temperatura de Curie: <-196ºC • Microestructura: El Incoloy 825 es una disolución sólida austenítica. Esta microestructura suele contener nitruros de titanio, carburos de titanio y carburos de cromo. Propiedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. El Incoloy 825 tiene una excepcional resistencia al agua de mar

•

y a los agentes químicos reductores como el ácido sulfúrico y el fosfórico. Debido a que esta estabilizado contra la sensibilización, el Inco loy 825 es resistente a la corrosión intergranular. Esta aleación tiene el suficiente contenido en níqu el como para resistir el agrietamiento por corrosión bajo tensión en medios con contenidos en cloruro s. El contenido en molibdeno facilita la resistencia a las picaduras. El cromo facilita la resistencia a los medios oxidantes como el ácido nítrico, los nitratos, y las sales oxidantes. Resistencia a los agentes corrosivos específicos. Los valores de corrosión en ácido sulfúrico se representan en la figura 6.7. Los resultados de los ensayos de corrosión realizados en planta, con disoluciones de ácido fosfórico y ácido nítrico se reflejan en las tablas 16 y 17. La tabla 18 refleja los valores de corrosión en ácido clorhídrico, y la tabla 19 refleja los valores de corrosión en varios ácidos orgánicos.

Caracteristicas de f abricación: • Temperatura de recocido: 925 a 980ºC. • Temperatura de conformado en caliente. 870 a 117 5ºC.


Tema 2.22 -30-


TABLE 14 – PROPIEDADES MECANICAS DEL INCOLOY 825 RECOCIDO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA Lim elástico (0,2% desplz.) Alargamiento (%) Temperatura Carga de rotura o o C F MPa Ksi MPa ksi 29 85 693 100.5 301 43.7 43 93 200 655 95.0 279 40.4 44 204 400 637 92.4 245 35.6 43 316 600 632 91.7 232 33.6 46 371 700 621 90.0 234 34.0 46 427 800 610 88.5 228 33.0 44 482 900 608 88.2 221 32.0 42 538 1000 592 85.9 229 33.2 43 593 1100 541 78.5 222 32.2 38 649 1200 465 67.5 213 30.9 62 760 1400 274 39.7 183 26.5 87 871 1600 135 19.6 117 17.0 102 982 1800 75 10.9 47 6.8 173 1093 2000 42 6.1 23 3.3 106

TABLE 15 – esis tivid a TERMICAS Y ELECTRICAS DEL INCOLOY 825 EN FUNCION DE LA TEMPERATURA esistivi esist media (a) Conductividad térmica esistivi dad eléctrica Temperatura o o Oc Of Btu/ft·h· F m/m·K in./in.· F W/m·K n ·m 26 78 11.1 6.4 1127 38 100 11.3 6.5 1130 14.0 7.7 93 200 12.3 7.1 1142 14.9 8.3 204 400 14.1 8.1 1180 15.3 8.5 316 600 15.8 9.1 1210 15.7 8.7 427 800 17.3 10.0 1248 15.8 8.8 538 1000 18.9 10.9 1265 16.4 9.1 649 1200 20.5 11.8 1267 17.1 9.5 760 1400 22.3 12.9 1272 17.5 9.7 871 1600 24.8 14.3 1288 ------982 1800 27.7 16.0 1300 1093 2000 ------1318 (a) From 27º C (80º F) to temperature shown


Tema 2.22 -31-


TABLE 16 – ENSAYOS DE CORROSIÓN EN PLANTA DEL INCOLOY 825 INMERSO EN UNA DISOLUCION DE A CIDO FOSFORICO EN PROCESO HUMEDO Temperatura Duración Corros ion rate o o Disolución de ensayo ensayo C F mm/yr mils/yr (dias) Recycle liquor from evaporator fume scrubber containing 15% H3PO4, 20% H2SiF6, 1% H2SO4 75-85 165-185 16 0.025 1.0 Solution containing 20% H3PO4 and 20% HF in 20-30 70-85 13 tank 0.036 1.4 Slurry in digester tank. Mixture contains 20% H3PO4, 2% H2SO4, 1% HF, 40% H2O, plus CaSO4 75-95 170-200 117 0.02 0.7 Slurry containing 37% H3PO4 (27% P2O5) in acid transfer tank. Velocity 3 ft/s 65-90 150-190 46 0.02 0.7 Slurry containing 31,4% H3PO4, 1.6% H2SO4, 1.5% H2SiF6, 0.12% HF, plus CaSO4 in filter tank 45-60 115-140 8.3 <0.003 <0.1 Thickerner in evaporated acid containing 54% H3PO4, 1.7% HF, 2% H2SO4, 2% CaSO4 50-65 125-150 51 0.01 0.5 Evaporator heated with hot gases in acid containing 53% H3PO4, 1-2% H2SO4, 1.5% HF plus Na2SiF6 120 250 42 0.15 6.0 In wet separator on top of concentrating drum in vapors from concentration of crude acid to 50-55% H3PO4 containing HF 105- 225-300 21 0.79 31.0 150 Defluorinator in acid containing 75-80% H 3PO4, 1% H2SO4, with some HF. Violent agitation 120- 250-315 8 3.048 120.0 155


Tema 2.22 -32-


TABLE 17 – PLANT CORROSION TESTS OF INCOLOY 825 IN NITRIC ACID MIXTURES Duración Valores Temperatura Test conditi ons (a) ensayo corrosión o o (dias) C F mm/yr mils/yr En evaporador durante una concentracion de disoluc ión de ácido nítrico, saturado con nitrato de potasio y contenidos en cloruros. Liquido: 40-70% HNO3, 0.2-0.02% Cl 105-115 220-240 4.2 0.10 4.0 Vapor: 50-10% HNO3, 0.05-1.5% Cl 105-115 220-240 4.2 0.279 11.0 En evaporador durante una concentracion de disolución al 35-45% de ácido nítrico, saturado con nitrato de zircinio y conteniendo un 10-35% de cristales de ZrO(NO3)2. Liquido 115-125 235-255 29 0.533 21.0 Vapor 115-125 235-255 29 0.660 26.0 En una disolución al 40% de ácido nítrico conteniendo algo de tetroxido de nitrógeno y ácido nitroso. Localizado en la torre de absorció n de N2O2 inmediatamente bajo el distribudor. 30-40 85-105 15 <0.003 <0.1 En evaporador durante una concentración al 20% de una disolución de ácido nítrico conteniendo un 6% de nitra tos de metal (hierro, magnesio, plomo y aluminio), 2% de sulfatos como sulfatos de metal. 70-90 160-190 52 0.01 0.4 Ensayo en laboratorio en ácido nítrico al 53% conteniendo ácido fluorhídrico al 1%. Liquido 80 176 7 5.080 200.0 Vapor 80 176 7 2.18 86.0 En vapor durante una concentración de una disolución de ácido nítrico conteniendo 35-45% de ácido nítrico, nitratos de metal 3-20% (principalmente zirconio). Liquido 115-125 240-260 21 0.330 13.0 Vapor 115-125 240-260 21 0.15 5.8 En evaporador durante una concentración al 36% de una disolución de ácido nítrico conteniendo un 30% de nitrato de sodio, algo de sodio, hierro, calcio y nitratos de magnesio, y un 0.05-0.10% de cloro como cloruro. Itermitentemente expuesto a líquido y vapor. 65-80 150-180 8 0.01 0.5 En evaporador durante una concentración de una disolución de ácido nítrico conteniendo nitratos de metal (la mayor parte zirconio) y pequeñas cantidades de cloruros. Líquido en el fondo de la columna (58% ácido nítrico, 5 ppm cloruros, 11-13% nitratos de metal) Líquido en la décima bandeja de la columna (2.21% ácido nítrico, 3-13 ppm cloruros, 0-25% nitratos de metal) 105-130 225-265 10 0.12 4.6 En evaporador durante una concentracion de disolución conteniendo un 30-40% de ácido nítrico y cloruros variables por encima de 2000 ppm Cl. Liquido 80(b) 175(b) 92 0.02 0.7 Vapor 80(b) 175(b) 92 0.028 1.1 (a) Los especimenes fueron inmersos en una disolución excepto los indicados de otro modo. (b) Media


Tema 2.22 -33-


TABLE 18 – VALORES DE CORROSION PARA EL INCOLOY 825 EN ACIDO CLORHIDRICO A TRES TEMPERATURAS Concentración de ácido (%) Temperatura Vaolores de corrosión o o C F mm/yr mils/yr 5 20 68 0.12 4.9 40 104 0.45 17.8 66 150 2.00 79 10 20 68 0.18 7.2 40 104 0.47 18.6 66 150 2.60 102 20 20 68 0.18(a) 7.3(a) 40 104 0.44 17.2 66 150 1.52 60 (a) Concentración de ácido (15%)

TABLE 19 –ENSAYO DE CORROSIÓN EN PLANTA DEL INCOLOY 825 EN ACIDOS ORGANICOS Duración Temperatura Corrosion rate Condiciones d e ensayo o o ensayo (dias) C F mm/yr mils/yr En vapor de ácido acético al 85%, anhídrido acético al 10%, agua al 5% y algo de acetona, acetonitrilo, en la línea de vapor justo antes del condensador 115-135 240-275 875 0.008 0.3 En ácido acético al 99,9%, menos del 0.1% de agua, estacionario. 105 225 40 0.006 0.2 Mezcla de 94% de ácido acético, 1% ácido fórmico, 5% esteres hirviendo. 125 260 465 0.02 0.7 Mezcla de ácido acético al 96.5-98%, a´c ido fórmico al1.5%, agua al 1-1.5%. 125 255 262 0.15 6.0 Mezcla de ácido acético al 91.5%, ácido fórmico al 1.5%, agua al 6%. 110-125 230-260 55 0.079 3.1 Mezcla de ácido acético al 91.5%, ácido fórmico al 1.5-3.0%, permanganato potásico al 0.5%, agua equilibrada. 110- 145 230-29 0 55 0.03 8 1.5 Mezcla de ácido acético al 40%, ácido propanóico al 6%, butano 20%, pentane al 5%, 8% acetato de etilo, 5% metil etil cetona, más otros esteres y cetonas. 175 345 217 0.051 2.0 En líquido, anhídr ido ftálico conteniendoácido ftálico, algo de agua, y pequeñas cantidades de ácido maleico, anhídrido maleico, ácido benzioco y naftaquinonas. En la placa de reflujo de anhídrido ftálico crudo estacionario. 165-260 330-500 70 0.20 8.0


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FIG.6.7 – VALORES DE CORROSIÓN EN LABORATORIO DEL INCOLOY 825 EN UNA DISOLUCIÓN DE ACIDO SULFURICO QUIMICAMENTE PURO


Tema 2.22 -35-


DS NIQUEL (98Ni – 2ThO2) Nombres comerciales: • DS Níquel • Dispersión de níquel reforzado • Torio dispersado en níquel Com posición química: Límites de composición

Especificaciones: • AMS: 5865.

Apli ca ciones : Usos más típicos : • Componentes en sistemas de combustión de • ThO2: 1,8 a 2,6 %, • Ti: 0,05 % max, motores de turbinas de gas avanzados, fijaciones • Co: 0,20 % max, • C: 0,02 % max para ensayos de tracción a alta temperatura; hornos • Cu: 0,15 % max, • S: 0,025 % max especializados en hornos y elementos térmicos. • Fe: 0,05 % max, • Ni: resto Precauciones de uso: • Cr: 0,05 % max, • Poco resistente a la oxidación, puede ser recubierto para estabilizar la superficie a altas temperaturas Consecuencia del exceso de límites de durante un largo tiempo. La resistencia depende de inpureza. Los contenidos de azufre en exceso su estructura metalúrgica, y de su estructura de por encima del límite, pueden causar fabricación, que puede ser retenida durante una agrietamiento, y “hot shortness” segunda fabricación. Al ser un poco radiactivo se necesita licencia para su manipulación. Propiedades mecánicas: Masa: • Resistencia mecánica:Ver tabla 20 • Densidad: 8,86 Mg/m 3 a 22ºC Propiedades térmicas: • Módulo elástico: 137 GPa a 21ºC; 137 GPa a 260ºC; • Punto de fusión: 1453ºC. o 99,3 Gpa a 538ºC; 92,4 a 816ºC ; 86,2 • Coef de expansión térmica: a 1093ºC. Temperatura m/m·K in./in.·oF o o C F • Coef de poison: 0,38 a 21ºC. 20-300 68-570 14.8 8.2 • Características de rotura por fluencia : Temperatura oC oF 649

1200

816

1500

982

1800

1093

2000

Tiempo h 100 1000 100 1000 100 1000 100 1000

Carga de rotura MPa 162 155 131 121 121 84.1 61.4 51.0

ksi 23.5 22.5 19.0 17.5 12.2 1 0.2 8.9 7.4

Estructura: • Estructura cristalina: Cúbica centrada en las caras (FCC)

20-600 20-900 20-1100 900-1100

•

68-1110 68-1650 68-2010 1650-2010

15.7 16.7 17.3 20.1

8.7 9.3 9.6 11.2

Conductividad térmica:

Temperatura Conductividad o o C F w/m·K Btu/ft·h·oF 260 500 55 32.1 538 1000 57.5 33.2 816 1500 62.4 36.1 1093 2000 69.5 40.2

Propiedades ó pticas: • Color plateado


Tema 2.22 -36-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN Pr opiedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. Requiere un recubrimiento para protegerse de la oxidación a

temperaturas por encima de los 870ºC.

Carac teristicas de fabricación: • Temperatura de recristalización: Los productos de fábrica son suministrados en la condición de

• • • • • •

recristalización. Esta estructura es muy estable y resiste la recristalización en tratamientos de deformación y recocido. Con el recocido solo c onseguimos un distensionado. Temperatura de recocido: 980 a 1090ºC e n una atmosfera no oxi dante, recomendado para el distensionado. Temperatura de trabajo en calien te: No es recomendable. Temperatura de hot shortness: 480 a 700ºC, si esta contaminado por el azufre. Reducción máxima entre recocidos: 20 al 25%. Métodos de conformado adecuados: Estirado, trefilado, estampación, doblado, mecanizado y embutición. La ductilidad se incrementa cuando crece el tamaño de grano. Métodos de unión adecuados: Fijacion es mecánicas, solsadura fuerte, soldadura por puntos, unión por difusión, soldadura fuerte por MAG usando hilo de NiCr bajo en carbono. Los métodos de soldadura tradicionales no son recomendables para aplicaciones sometidas a grandes esfuerzos y elevadas temperaturas.

TABLA 20 – PROPIEDADES MECANICAS DE CHAPA DE NIQUEL DS Límite elás ti co 0.2% Temperatura Caraga de rotura oF MP a ksi MPa ksi oC 21 871 982 1093 1260

70 1600 1800 2000 2300

491 157 137 121 95

71.2 22.8 19.8 17.5 13.8

333 148 129 118 88

Alargam ient o en 25m m (%)

48.3 21.5 18.7 17.1 12.8

14 4 4 4 3

TABLA 21 – PRPOPIEDADES MECANICAS MEDIAS PARA EL HASTELLOY B-2 Límite elásti co 0.2% Alargamiento Dureza Temperatura Caraga de rotura oC oF MPa ksi MPa Chapa 1.3 a 3 mm de espesor (a) RT RT 965 140 525 204 400 885 128 450 316 600 860 125 425 427 800 860 125 415 Plancha y chapa, 2.5 a 9 mm de espesor (a) RT RT 895 130 415 204 400 850 123 350 316 600 820 119 325 427 800 805 117 310 Plancha 9 a 50 mm de espesor (a) RT RT 905 131 405 204 400 870 126 360 316 600 840 122 340 427 800 820 119 315 (a) Disolución tratada a 1065ºC (1950ºF) y enfriada rapidamente

ksi

en 50 mm (%) Rockwell

76 65 62 60

53 50 49 51

22 HRC

60 51 47 45

61 59 60 60

95 HRB

59 52 49 46

61 60 60 61

94 HRB


Tema 2.22 -37-


HASTELLOY B-2 (68Ni – 28Mo) Nombres comerciales: • HASTELLOY alloy B-2 Composición química: Límites de composición

Ap li cac iones : Usos más típicos : • Adecuado para la mayoria de las aplicaciones de procesos químicos en condiciones soldadas. Muy adecuado para equipos de manipulación de ácido clorhídrico en distin tas concentraciónes y temperaturas. Resistente al HCl (gas) y al H 2S (gas), también al ácido fosfórico y acético. Principalmente en aplicaciones a alta temperatura donde se requiera un coeficiente de expansión térmica bajo. Precauciones de uso: • La exposición entre 540 y 815ºC debe ser evitada, ya que se reduce la ductilidad de la aleación. En gases oxidantes como el aire esta aleación se debe usar a temperaturas por encima de los 540ºC. En atmosferas reductoras o en el vacio, debe ser usada a temperaturas desde los 815ºC a muy altas temperaturas. El Hasteloy no debe ser utilizado con cobre o con hierro, en sistema donde este presente el ácido clorhídrico, ya que se formaran sales férricas y cúpricas.

• Mo: 26 a 30 %, • Fe: 2 % max, • Co: 1 % max, • Mn: 0,10 % max, • Cr: 1 % max, • Si: 0,10 % max, • P: 0,040 % max • S: 0,030 % max • C: 0,02 % max • Ni: resto Pro p iedades mecánicas: Masa: 3 • Resistencia mecánica:Ver tabla 21 • Densidad: 9,22 Mg/m a 22ºC • Dureza: Ver tabla 21 • Propiedades ópticas: Color plateado Propiedades térmicas Coeficiente de expansión térmica Calor específico Difusión térmica Tem peratura Coefficiente o o C F m/m·K 20-93 68-200 10.3 20-204 68-400 10.8 20-316 68-600 11.2 20-427 68-800 11.5 20-538 68-1000 11.7

Temperatura o o C F 0 32 200 390 400 750 600 1100

o

in./in.· F 5.7 6.0 6.2 6.4 6-5

Resistividad elétrica Temperatura oC oF 0 32 100 212 200 390 300 570 400 750 500 930 600 1100

Calor específico J/kg·K Btu/lb·oF 373 0.089 406 0.097 431 0.103 456 0.109

Temperatura oC oF 0 32 100 212 200 390 300 570 400 750 500 930 600 1100

Coeficiente de difusión 10-6m 2/s 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.5

Conductividad térmica Resistividad 1.37 1.38 1.38 1.39 1.39 1.41 1.46

·m

Temperatura o o C F 0 32 100 212 200 390 300 570 400 750 500 930 600 1100

Conductividad W/m·K Btu /ft·h·oF 11.1 6.4 12.2 7.1 13.4 7.75 14.6 8.5 16.0 9.25 17.3 10.0 18.7 10.8

Propiedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. Resistente a la formación de carburos en los límites de grano.

•

Resistente a la corrosión por picaduras, y al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Resistencia frente a agentes corrosivos: Las sales cúpricas o férricas pueden causar rápidos fallos de corrosión. Estas se desarrollan en contacto con el ácido clorhídrico. Los límites de ensayo indican que la resistencia al acorrosión en HCl al 20% hirviendo no se ve afectado en las reducciones de frio de más del 50%.


Tema 2.22 -38-


HASTELLOY C-276 (59Ni-15.5Cr-16Mo-3.75W-5.5Fe) Composición química:

Apli cacio nes : Usos más típicos :

Límites de composición

• • • • • •

Cr: 14.50 a 16.50%; Mo: 15 a 17%; Fe: 4.00 a 7.00%; W: 3.00 a 4.50%; Co: 2.50 %max; Mn: 1.00 %max;

•

•

•

•

•

•

•

V: 0.3 5 % ma x; P: 0.0 4 % ma x; S: 0.0 3 % ma x; Si:0. 08 % ma x; C: 0.0 2 % ma x; Ni: res to.

Resistente a la formación de precipitados en los bor des de grano en la zona afectada térmicamente de las soldaduras, y es adecuado para la mayoría de las aplicaciones de procesos químicos en condiciones de soldadura. Excelente resistencia a las picaduras, al agrietamiento por corrosion bajo tensión, y a las atmosferas oxidantes a 1040ºC (1900ºF).


Tema 2.22 -39-


Propiedades me cánicas Dureza media: Chapa: 90 HRB; • Propiedades mecánicas: Plancha: 87 HRB. • Media a temperatura ambiente para una disolución del material tratada a 1120ºC y Masa: templada. Chapa: Carga de rotura, 790 • Densidad: 8,89 Mg/m3 a 22ºC Mpa (115 ksi); Límite elastico 355 Mpa (52 • Propiedades ópticas: Color plateado ksi); Alargamiento, 61% en 50 mm. Plancha: Carga rotura, 785 Mpa (114 ksi); Propiedades eléctricas Límite elástico, 365 Mpa (53 ksi); Resistividad eléctrica. 1.300 µΩ·m a 24ºC • Alargamiento, 59% en 50 mm. (75ºF) Módulo elástico (media),

•

en tensión:

Estructura • Estructura cristalina: FCC

Temperatura Módulo o o C F GPa 106·oF RT RT 205 29.8 204 400 195 28.3 316 600 188 27.3 427 800 182 26.4 538 1000 176 25.5

Propiedad es térmicas de • Coeficiente térmica Temperatura o C 24-93 24-205 24-315 24-425 24-540 24-650 24-760 24-870 24-925

o

F 75-200 75-400 75-600 75-800 75-1000 75-1200 75-1400 75-1600 75-1700

expansión

Coeficiente µ m/m·K 11.2 12.0 12.8 13.2 13.4 14.1 14.9 15.9 16.0

in./in.oF 6.2 6.7 7.1 7.3 7.4 7.8 8.3 8.8 8.8

Tª líquidus: 1370ºC (2500ºF) Tª solidus: • 1325ºC (2415ºF) Calor específico • 427 J/kg·K (0.102 o Btu/lb· F) a temperatura ambiente •

•

Conductividad térmica

Temperatura o o C F -168 -270 -73 -100 -18 0 +38 +100 93 200 205 400 315 600 425 800 540 1000 650 1200 760 1400 870 1600 980 1800 1090 2000

Coeficiente W/m·K Bt u/ft·h·oF 7.2 4.2 8.6 5.0 9.4 5.4 10.2 5.9 11.1 6.4 13.0 7.5 15.0 8.7 16.9 9.75 19.0 11.0 20.9 12.1 23.0 13.3 24.9 14.4 26.7 15.4 28.2 16.3

Propiedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. Excepcional resistencia al cloruro férrico y al cloruro cúprico, a

•

los ácidos minberales contaminados en caliente, disolventes, cloro y cloro-contaminado, cloro seco, ácido fórmico, ácido acético, anhídrido acético, agua de mar y salmuera. Resistencia frente a agentes corrosivos: El C-276 es uno de los pocos materials resistentes al cloro gas húmedo, y disoluciones de hipoclorito y dioxidos de cloro.

Caracteristicas de f abricación: • Soldabilidad. Se pueden usar todos los métodos convencionales, aunque la soldadura con gas oxifuel

no es recommendable para construer piezas que sean usadas en servicios corrosivos. Se debe evitar el aporte térmico, especialmente utilizando soldadura con arco sumergido. Los fundentes que contienen carbono y silicio no deben ser utilizados en soldadura con arco sumergido.


Tema 2.22 -40-


HASTELLOY G Nombres comerciales: • HASTELLOY alloy G Composición química: Límites de composición

• • • • • • •

Cr: 21 a 23.5%; Fe: 18.0 a 21.0%; Mo: 5.5 a 7.5%; (Nb + Ta): 1.75 a 2.50%; Cu: 1.5 a 2.5%; Mn: 1.0 a 2.0%; Co: 2.5 %max;

• • • • • •

W: 1.% max; Si: 1.0 %max; C: 0.05% max; P: 0.04% max; S: 0.03% max; Ni: resto.

Propiedades mecánicas: • Resistencia mecánica:Ver tabla 2 2 • Propiedades de compresión. Límite elástico

Ap li cac iones : Usos más típicos : • Aplicaciones químicas, particularmete cuando están presentes los ácidos fosfórico y sulfúrico, operaciones de digestión de pulpa en papeleras, depósitos de disolventes y equipos encargados de disolver los combustibles nucleares gastados.

Masa: • Densidad: 8.31 Mg/m 3 a 22ºC

de compresión, Placa; 25-mm (1-in.) de espesor; 315 MPa (45.5 ksi); barra, 32 mm (1.25-in.). Diámetro: 355 MPa (51.1 ksi).

Propiedades químicas: • Resistencia frente a agentes corrosivos: Excepcional resistencia alos ácidos sulfúrico y fosfóricos

calientes en condición de soldadura. Resistente ta mbién a los ácidos mezclados, ácido fluosilicio, compuestos sulfatos, ácido nítrico contaminado, gases de chimenea y ácido clorhídrico.

Características de fabricación: • Comformabilidad. Puede ser forjado, recalcadura en caliente y extrusión. Han sido fabricados dentro

de tubería soldada y estirada con dificultad.Soldabilidad. Pueden ser soldados con gran variedad de métodos sin pérdida alguna de resistencia y ductilidad.

Dureza: Chapa: 0% reducción en frio, 84 HRB; reducción del 10%, 97 HRB; reduciión del 20%, 28 HRC; reducción de 30%, 31 HRC; reducción de 40%, 34 HRC; reducción del 50%, 36 HRC. En condición de envejecido.


Tema 2.22 -41-


Temperatura o

•

C Envejecido 1 h 650 705 760 815 Envejecido 4 h 650 705 760 815 Envejecido 16 h 650 705 760 815 Envejecido 50 h 650 705 760 815 Envejecido 100 h 650 705 760 815 Módulo elástico:

Temperatura o

C 21 93 205 315 425 540 650 760 •

o

o

F 70 200 400 600 800 1000 1200 1400

F

1200 1300 1400 1500

84 HRB 83 HRB 84 HRB 84 HRB

1200 1300 1400 1500

86 HRB 85 HRB 86 HRB 20 HRC

1200 1300 1400 1500

86 HRB 86 HRB 94 HRB 26 HRC

1200 1300 1400 1500

88 HRB 89 HRB 21 HRC 29 HRC

1200 1300 1400 1500

88 HRB 89 HRB 25 HRC 30 HRC

Módulo dinámico GP a 195 185 180 175 165 160 150 145

106p si 28 27 26 25 24 23 22 21

Resistencia al impacto:

Temperatura o

C Envejecido 16 h 650 705 760 815 Envejecido 100 h 650 705 760 815 •

Dureza

o

F

Charpy entalla en V Resistencia al impacto J

ft·lb

1200 1300 1400 1500

181 65 27 19

134 48 20 14

1200 1300 1400 1500

49 39 11 7

36 29 8 5

Resistencia a la fatiga: fatiga: Placa, 13-mm (0.5-in.) de espesor, disolución tratada, 330 Mpa (48 ksi) a 100 millones de ciclos.


Tema 2.22 -42-


Carga de rotura:

Temperatura o

C

o

F

Media inicial Tensión para romper MPa

ksi

10 h 650 760 870 980

1200 1400 1600 1800

385 195 90 41

56 28 13 6

650 760 870 980

1200 1400 1600 1800

310 145 62 28

45 21 9 4

650 760 870 980

1200 140 0 1600 1800

275 125 55 21

40 18 8 3

650 760 870 980

1200 1400 1600 1800

260 110 48 14

38 16 7 2

650 760 870 980 (a) Valores extrapolados

1200 1400 1600 1800

235 105(a) 41(a) 14(a)

34 15(a) 6(a) 2(a)

100 h

500 h

1000 h

2000 h

Propiedades térmicas Rango de punto nto de fusió sión. 126 1260 a 134 1340ºC (2300 to 2450ºF 50ºF)) • Ran •

Coeficiente de expans ion térmica. Lineal:

Temperatura o

C 21-93 21-205 21-315 21-425 21-540 21-650

o

F 70-200 70-400 70-600 70-800 70-1000 70-1200

Coe ficiente promedio µ m/m·K m/m·K 13.5 13.9 14.2 14.9 15.7 16.4


in./in.·oF 7.5 7.7 7.9 8.3 8.7 9.1

Tema 2.22 -43-


•

Calor específico:

Temperatura o

C 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 •

o

F 32 212 392 570 750 930 1110 1290 1470 1650 1830

Calor específico J/kg·K 390 455 480 502 520 535 553 570 586 603 620

B t u/lb·o F 0.093 0.109 0.115 0.120 0.124 0.128 0.132 0.136 0.140 0.144 0.148


Temperatura o

C 25 100 200 300 400 500 600 700 800 900

o

F 77 212 392 570 750 930 1110 1290 1470 1650

Conductividad W/m·K 10.1 11.2 12.8 14.3 15.9 17.5 19.2 20.8 22.4 24.0


Btu/ft·h·oF 5.8 6.5 7.4 8.3 9.2 10.1 11.1 12.0 12.9 13.9

Tema 2.22 -44-


Tabla 22 – Propiedades mecánicas de una disolución tratada de Hastelloy G Carga de rotu ra Temperatura Límite el astico o

o

C F MPa ksi Chapa, 3.1 mm (0.125 in.) de espeso r y menores ----320 840 122 ----150 795 115 21 70 705 102 93 200 670 97 205 400 625 91 315 600 605 88 425 800 585 85 540 1000 565 82 650 1200 525 76 760 1400 425 62 Placa, 9.5 a 16 mm (0.375 to 0.625 in.) de esp esor ----320 840 122 ----150 800 116 21 70 690 100 93 200 655 95 205 400 605 88 315 600 580 84 425 800 565 82 540 1000 525 76 650 1200 505 73 760 1400 415 60

Alargamiento

MPa

ksi

%

450 400 315 290 255 250 230 230 220 220

65 58 46 42 37 36 33 33 32 32

48 50 61 56 74 82 84 83 82 61

460 400 310 260 235 205 200 195 200 195

67 58 45 38 34 30 29 28 29 28

60 55 62 61 63 68 70 73 68 57

Tabla 23– Propiedades mécanicas del Hastelloy G-3 a temperature ambiente Lí mite elástico Clase Carga de rotura Alargamiento ksi MPa ksi % M Pa

Dureza HRB Chapa(a) 690 100 325 47 50 79 Chapa(b) 685 99 305 44 53 83 Placa(c) 740 107 365 53 56 87 Barra(d) 695 101 295 43 59 80 Metal soldado(e) 690 100 450 65 46(f) ---(a) 0.63 a 0.97 mm (0.025 to 0.038 in.) de espesor. (b) 1.4 a 4.8 mm (0.056 to 0.187 in.) de espesor. (c) 6.4 a 19 mm (0.25 to 0.75 in.) de espesor. (d) 13 a 25 mm (0.5 to 1.0 in.) de diámetro. (e) soldado con electrodo recubierto. (f) En 57 mm.


Tema 2.22 -45-


HASTELLOY G-3 Nombres comerciales: • HASTELLOY alloy G-3 Composición química: Composición nominal

• • • • • •

Fe: 19.5%; Mo: 7.0%; Co. 5.0% max; Cu: 1.9%; W: 1.5 %max; Mn: 0.8%;

• • • • • •

Si: 0.4%; Nb+Ta: 0.3%; P: 0.04% max; S: 0.03 %max; C: 0.015 %max; Ni: resto.

Ap li cac iones : Usos más típicos : • Aplicaciones químicas, particularmete cuando están presentes los ácidos fosfórico y sulfúrico, operaciones de digestión de pulpa en papeleras, depósitos de disolventes y equipos encargados de disolver los combustibles nucleares gastados.

Propiedades mecánicas: Masa: • Resistencia mecánica:Ver tabla 23 • Densidad: 8.31 Mg/m3 a 22ºC • Dureza: Ver tabla 24. • Propiedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. Excelent e resistencia alos ácidos sulfúricos y fosfóricos.

HASTELLOY S (68Ni-15Cr-15Mo) Composición química: Límites de composición

• • • • • •

Cr: 14.5 a 17.0%; Mo: 14.0 a 16.5%; Co: 2.0% max; Fe: 3.0% max; Si: 0.20 a 0.75%; Mn: 0.3 a 1.0%;

• • • • •

C: 0.02% max; Al: 0.10 a 0.50%; B: 0.015% max; La: 0.01 a 0.10% ; Ni: resto

Masa: • Densidad: 8.747 Mg/m3 a 22ºC Pro piedades óp ticas: • Color: plateado

A plicacio nes : Usos más típicos : • Desarrollado para aplicaciones bajo condiciones

de calor ciclico severo donde los components tienen que ser capaces de retener, su resistencia, ductilidad, estabilidad dimensional, y su integridad metalúrgica d espués de largos tiempos de exposición.

Propiedades eléctricas • Resistividad eléctrica: 1.28 µΩ·m a 25ºC (77ºF) para materials envejecidos durante 16 000 h a 650ºC (1200ºF).

Propiedades químicas: • Comportamiento frente a la corrosión. Excelente resistencia a la oxidación a 1090ºC (2000ºF) Car acter ísticas de fab ricación: • Soldabilidad. Métodos manuals y automáticos – incluyendo la soldadura por electrodo recubie rto, TIG

y M AG – son todos adecuados.

Propiedades mecánicas • Propiedades mecánicas: Media temperatura ambiente. Chapa: carga de rotura, 890 Mpa (129 ksi); límite elástico, 495 Mpa (72 ksi); Alargamiento, 51% en 50 mm. Placa: Carga de rotura, 850 Mpa (123 ksi); límite elástico, 385 Mpa (56 ksi); Alargamiento, 55% en 50 mm. • Dureza: Disolución tratada térmicamente; chapa, 52 HRA; placa, 57 HRA. • Módulo elástico medio, en tension , para una chapa tratada térmicamente a 1065ºC (1950ºF) y refrigerada por aire: -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -46-


Temperatura o

o

Módulo GPa

C F 24 75 360 675 540 1000 650 1200 760 1400 815 1495 925 1700 1090 2000 Características de rotura por fluencia. Ver tables 24 y 25.

212 194 182 174 166 161 151 132

106p si 30.8 28.2 26.4 25.2 24.1 23.3 21.9 19.2

Propiedades térm icas • Tª liquidus: 1380ºC (2516ºF). • Tª solidus 1335ºC (2435ºF). • Coeficiente de expansion térmica. Lineal:

Temperatura o

C 20-93 20-205 20-315 20-425 20-540 20-650 20-760 20-870 20-980 20-1090 •

o

F 68-200 68-400 68-600 68-800 68-1000 68-1200 68-1400 68-1600 68-1800 68-2000

Coeficiente µ m/m·K 11.5 12.2 12.8 13.1 13.3 13.7 14.4 14.9 15.5 16.0

in./in.·oF 6.4 6.8 7.1 7.3 7.4 7.6 8.0 8.3 8.6 8.9

Calor específico:

Temperatura o

C 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

o

F 32 212 390 570 750 930 1110 1290 1470 1650 1830 2010

Calor específico J/kg·K 398 427 448 465 477 490 498 594 590 594 599 603

Btu/lb·oF 0.095 0.102 0.107 0.111 0.114 0.117 0.119 0.142 0.141 0.142 0.143 0.144

•


Tema 2.22 -47-


•


Temperatura o

C 200 300 400 500 600 700 800 900 950 1000 •

Conductividad W/m·K

o

F 390 570 750 930 1110 1290 1470 1650 1740 1830

Btu/ft·h·oF 8.1 9.3 10.3 11.3 12.2 15.1 15.1 15.1 15.7 16.2

14.0 16.1 17.9 19.5 21.0 26.0 26.0 26.0 27.0 28.0

Difusividad térmica:

Temperatura o

C 100 200 300 400 500 600 700 800 900 950 1000

o

F 212 390 570 750 930 1110 1290 1470 1650 1740 1830

Coeficiente de difusión 10-6m 2/s 3.8 3.8 3.8 4.5 4.5 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.8


Tema 2.22 -48-


Table 24 Temperatura

Fluenc ia 10 h C F % MPa ks i Chapa, 1.1 a 1.6 mm (0.045 a 0.063 in.) de espesor 650 1200 0.2 310 45.0 0.5 345 50.0 1.0 390 56.5 730 1350 0.2 152 22.0 0.5 172 25.0 1.0 200 29.0 815 1500 0.2 70 10.2 0.5 81 11.8 1.0 95 13.8 Placa, 25 mm (1 in.) de espesor 650 1200 0.2 310 45.0 0.5 372 54.0 1.0 386 56.0 705 1300 0.2 165 24.0 0.5 200 29.0 1.0 234 34.0 760 1400 0.2 90 13.0 0.5 117 16.9 1.0 143 20.7 815 1500 0.2 54 7.8 0.5 69 10.0 1.0 86 12.5 870 1600 0.2 32 4.7 0.5 43 6.3 1.0 52 7.6 (a) Valores extrapolados. o

100 h

o

1000 h

MPa

ksi

MPa

Ksi

217 245 276 97 112 131 41 48 58

31.5 35.5 40.0 14.1 16.2 19.0 5.9 7.0 8.4

145 165 186 62 72 84 ----------

21.0 24.0 27.0 9.0 10.4 12.2 ----------

186 225 234 86 114 138 45 63 81 26 39 48 15 24 28

27.07.00 32.6 34.0 12.5 16.5 20.0 6.5 9.2 11.8 3.8 5.7 6.9 2.2 3.5 4.1

117(a ) 131 143 46(a) 62 83 23(a ) 33 46 13(a) 21 26 7.6(a) 13 15

17.0(a) 19.0 20.8 6.7(a) 9.0 12.0 3.3(a) 4.8 6.7 1.9(a) 3.0 3.8 1.1(a) 1.9 2.2

Tabl e 25 – Rotura por esfuerzo del Hastelloy S Vida media de la rotura por esfuerzo: Temperatura 10 h 100 h o

o

C F MPa ksi Chapa, 1.1 a 1.6 mm (0.045 a 0.063 in.) de espesor 650 1200 431 62.5 730 1350 269 39.0 815 1500 162 23.5 925 1700 66 9.6 Placa, 25 mm (1 in.) de espesor 650 1200 552 80.0 705 1300 386 56.0 760 1400 262 38.0 815 1500 172 25.0 870 1600 114 16.5

1000 h

MPa

ksi

MPa

ksi

345 194 103 40

50.0 28.2 15.0 5.8

262 139 68 ----

38.0 20.2 9.9 ----

400 262 169 110 68

58.0 38.0 24.5 16.0 9.8

269 172 107 66 37

39.0 25.0 15.5 9.6 5.4


Tema 2.22 -49-


HASTELLOY W (62Ni-24.5Mo-5Cr-5.5Fe) Nombres comerciales: • H ASTELLOY alloy W Composición química: Límites de composición: Barras y forja

• • • • • •

C: 0.12% max; Mo: 23 a 26%; Cr: 4 a 6%; Fe: 4 a 7%; V: 0.60% max; Co: 2.50% max;

• • • • •

Ap li cac iones : Usos más típicos : Es una aleación a alta temperatu re para •

aplicaciones estructurales por encima de los 760ºC (1400ºF). Como metal de aporte tiene excelentes caractyeristicas para unions de metales que tengan distintas temperaturas.

Mn: 1.00% max; Si: 1.00% max; P: 0.040% max; S: 0.030% max; Ni: resto.

Masa: Propiedades mecánicas 3 • Propieda des mecánic as medias a temperatu ra. • Densidad: 9,03 Mg/m a 22ºC Chapa, 0.109 in. de espesor: carga de rotu ra, Propiedades térmicas 850 Mpa (123 ksi); límite elástico, 370 Mpa (53.5 • Tª liquidus: 1316ºC (2400ºF). ksi); Alargamiento, 55% en 50 mm. M etal • Coeficiente de expansion térm ica Lineal: 11.3 o soldado: carga de rotura, 875 Mpa (127 ksi); µ m/m·K (6.28 µ in./in.· F) de 23 a 1000ºC (73 Alargamiento, 37% en 50 mm. Ver también tabla a 26.

•

1832ºF).

Propiedades químicas: • Resistencia frente a agentes corrosivos: Excepci onal resistencia alos ácidos sulfúrico y fosfóricos

calientes en condición de soldadura. Resistente también a los ácidos mezclados, ácido fluosilicio, compuestos sulfatos, ácido nítrico contaminado, gases de chimenea y ácido clorhídrico.

Características de fabricación: • Comformabilidad. Puede ser forjado, recalcadura en ca liente y extrusión. Han sido fab ricados den tro

de tubería soldada y estirada con dificultad.Soldabilidad. Pueden ser soldados con gran variedad de métodos sin pérdida alguna de resistencia y ductilidad.

Table 26 – Propiedades mecánicas de una disolución de H astelloy W tratad (chapa) Límite elástico Alargamient o en 50 mm. Temperatura Carga de rotura oC 425 650 730 815 900 980 1065

oF 800 1200 1350 1500 1650 1800 1950

MPa 725 ---465 405 353 ---180

ksi 105 ---67 59 52 ---26

MPa 260 255 ---250 220 135 ----

ksi 38 37 ---36 32 20 ----


% 56.0 29.5 16.0 17.0 14.5 14.5 34.0

Tema 2.22 -50-


HASTELLOY X (49Ni-22Cr-18Fe-9Mo) Composición química:

Apli cac io nes : Usos más típicos :

Límites de composición • • • • • • •

Co: 0.50 a 2.50%; Cr: 20.50 a 23.00%; Mo: 8.00 a 10.00%; W: 0.20 a 1.00%; Fe: 17.00 a 20.00%; C: 0.05 a 0.15%; Si: 1.00% max;

• • • • •

Mn: 1.00% max; B: 0.010% max; P: 0.040% max; S: 0.030% max; Ni: resto.

Propiedades mecánicas •

•

•

Propiedades mecánicas: Media a Tª ambiente para una chapa (disolución tratada) a 1175ºC (2150ºF) y enfriado rapidamente: Resistencia a tracción, 785 Mpa (114 ksi); límite elástico, 360 Mpa 852 ksi); Alargamiento, 43% en 50 mm. Dureza: Media para una chapa, (disolución tratada) a 1175ºC (2150ºF) y enfriada rapidamente: 89 HRB. Coef de poison 0.320 a 22ºC (72ºF); 0.328 a – 78ºC (-108ºF).

Excepcional resistencia, resistencia a la oxidación hasta los 1200ºC (2200ºF); utilizado en muchas aplicaciones de hornos industriales, ya que es resistente a la oxidación, y atmosferas neutras y carburizantes; también se utiliza para componentes en la aeronaútica como tubos de escape de motores post-quemadores, y para palas y álab.s de turbinas Precauciones en el uso: • Límite de inutilidad por encima de los 1200ºC (2200ºF). •

Masa: • Densidad: 8.22 Mg/m3 a 22ºC • Propiedades ópticas: Color plateado

Propiedades eléctricas • Resistividad eléctricas: 1.18 µΩ·m a 22ºC (72ºF). Propiedades magnéticas • Permeabilidad magnética: oersteds) 16 A/m

<1002

at

(200

Propiedades químicas: •

Comportamiento frente a la corrosión. Resistente al calor y a la oxidación; resistenta a las disoluciones acuosas a Tª ambiente.

Caracteristicas de f abricación: •

Coformabilidad. Chapa, tratada térmicamente a 1177ºC (2150ºF), enfriada rapidamente: típico fondo de taza erischen, 9.0 a 11.5 mm (0.35 a 0.45 in.).


Tema 2.22 -51-


Módulo elástico: A tensión (media), para una chapa, (disolución tratada) a 1175ºC (2150ºF) y enfriada rapidamente:

•

Temper atura o

C 25 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

o

F 76 212 390 570 750 930 1110 1290 1470 1650 1830

Módulo Gpa 196 193 185 179 172 164 158 150 143 134 126

106 psi 28.5 28.0 26.9 26.0 25.0 23.8 22.9 21.8 20.7 19.5 18.3

Resistencia al impacto: Charpy (entalla en V) , media para una chapa, (disolución tratada) a 1175ºC (2150ºF) y enfr iada rapidamente:

•

Temperatura o

o

Resistencia al impacto J

C F -196 -321 -157 -216 -78 -108 -29 -20 RT RT +815 +1500 Caracteristicas de rotura por fluencia: Ver tablas 27 y 28.

•

50 60 69 76 73 79

Ft·lb 37 44 51 56 54 58

13.8 14.9 15.3 15.7 16.0 16.3 16.6

in./in.·oF 7.7 8.4 8.6 8.8 8.9 9.1 9.2

Propiedades térmicas • Punto de fusion: 1260 a 1355ºC (2300 a 2470ºF) Coeficiente de expansion térmica. Lineal:

•

Temperatura o

C 26-100 26-500 26-600 26-700 26-800 26-900 26-1000 •

o

F 79-200 79-1000 79-1200 79-1350 79-1500 79-1650 79-1800

Coefciente µ m/m·K

Calor específico:

Temperatura o

C RT 315 650 870 1095

o

F RT 600 1200 1600 2000

Calor específico J/kg·K 486 498 582 699 858


Btu/lb·oF 0.116 0.119 0.139 0.167 0.205

Tema 2.22 -52-


Tabla 27 – Valores de fluencia media pa ra elHastelloy X Esfuerzo inic ial medio para producer rotura por fluencia: Fluenc ia 10 h 100 h 1000 h Temperatura o o C F % MPa ksi MPa ksi MPa Ksi Chapa, disolución tratada térmicamente (a) 1200 0.5 276 40 186 27 121 17.5 1.0 303 44 207 30 145 21 2.0 331 48 227 33 155 22.5 1400 0.5 114 16.5 72 10.5 45 6.5 1.0 131 19 90 13 62 9 2.0 145 21 103 15 74 10.8 1600 0.5 54 7.8 34 4.9 21 3.1 1.0 62 9 42 6.1 25 3.6 2.0 72 10.5 50 7.2 30 4.3 1800 0.5 21 3.1 12 1.7 6 0.9 1.0 25 3.6 13 1.9 7 1.0 2.0 29 4.2 15 2.2 8 1.1 2000 0.5 ------------------1.0 6 0.8 ------------2.0 8 1.1 ------------Placa y barra, disolución tratada térmicamente(b) 1200 1.0 331 48 220 32 151 22 5.0 441 64 296 43 200 29 1350 1.0 186 27 131 19 89 13 5.0 234 34 165 24 113 16.5 1500 1.0 103 15 71 10.4 50 7.3 5.0 124 18 89 13 62 9 1650 1.0 55 8 37 5.4 25 3.7 5.0 72 10.5 46 6.8 28 4.2 1800 1.0 28 4.2 17 2.6 11 1.6 5.0 37 5.4 22 3.3 14 2.0 (a) Basado en más de 10 0 ensayos. (b) B Basado en más de 90 ensayos para una fluencia del 1.0%; más de 60 ensayos para una fl uencia de 5.0%.

Table 28 – Valores de carga de roturapara el Hastelloy X Vida media de resistencia a la rotura para:: Temperatura 10 h 100 h 1000 h oC oF Mpa ksi Mpa ksi Chapa, disolución tratada térmicamente (a) 1200 462 67 331 48 1400 221 32 155 22.5 1600 117 17 73 10.6 1800 45 6.5 26 3.7 2000 17 2.4 8 1.2 Placa y barra, disolución tratada térmicamente (b) 1200 496 72 330 47.9 1350 248 36 172 25 1500 145 21 96 14 1650 83 12 52 7.5 1800 48 7.0 29 4.2 1950 26 3.7 13 1.9 2100 12 1.7 5 0.7 (a) Basado en más de 100 ensayos para chapa. (b) Más de Extrapolado.

Mpa

ksi

10000 h Mpa ksi

234 109 45 14 4

34 15.8 6.5 2.1 0.6

170 77 28 8 ----

24.6 11.1 4.0 1.2 ----

234 34 165 24 124 18 86 12.5 69 10 47 6.8 32 4.7 21 3.0 17 2.4 10 1.4 7 1.0(c) ------2 0.3(c) ------150 ensayos para placa y barra. (c)


Tema 2.22 -53-


7.- ALEACIONES NÍQUEL-COBRE FORJADAS Las aleaciones níquel-cobre forjadas pueden dividirse en dos grupos: las aleaciones 400, R-405, K-500 y 502, que contienen aproximadamente un 70% de níquel, y las aleaciones 401 y 404, que contienen 45-55% de níquel. Las primeras son aleaciones resistentes a la corrosión producida por una gran variedad de medios agresivos y poseen buenas propiedades mecánicas. Las últimas se utilizan principalmente por sus especiales carac terísticas eléctricas o magnéticas, pero también ofrecen buenas propiedades mecánicas y resist encia a la corrosión.


Tema 2.22 -54-


Propiedades típicas Aleación Aleación 400 NiCu30Fe

Ref. página 4

Propiedades de tracción Límite elástico del Resistencia a la Estado 0.2% tracción 2 2 MN/m Kgf/mm MN/m 2 kgf/mm2 Ni 66, Fe 2,5, Recocido, todas las Mn2 por ciento; formas 260 27 530 54 Cu resto Varilla-estirada en frío 530 54 700 71 Composición básica

Chapa y flejelaminado en frío, duro

700

71

760

77

Alambre-dureza para muelles

1010

103

1110

113

Aleación 401 CuNi45

11

Ni 43, Mn2, por ciento; Cu resto

Aleación 404 NiCu45

11

Ni 55 por Varilla-laminada ciento; Cu resto caliente

Aleación R-405 NiCu30S

14

Aleación K-500 NiCu30Al

16

Aleación 502 NiCu30AlC

23

en

Varilla-estirada en frío Ni 66, Fe 2,5, Varilla-recocida Mn 2, S 0,04 por ciento; Cu Varilla-estirada en resto frío Ni 66, Fe 2, Mn Recocido, todas las 1,5 Al 2,5, Ti formas 0,6 por ciento; Estirado Cu resto Varilla en frío y estirado Tubo en frío y envejecido dureza Fleje para y muelles alambre y envejecido Ni 66, Fe 2, Mn Varilla recocida 1,5 Al 3, C 0,1, laminado en caliente Ti 0,5 por o ciento Cu resto Estirado en frío y envejecido

210

21

480

49

430 220

44 22

540 530

55 54

490

50

690

70

340

35

690

70

630

64

830

85

880

90

1100

112

1100

113

1340

137

260

27

570

58

660

67

970

99

Otras características importantes Resistencia corrosión ductilidad soldabilidad

a

la

Pequeño coeficiente de temperatura de la resistividad Resistencia a la corrosión ductilidad No magnética fácil de unir por soldadura fuerte baja presión de vapor Fácil maquinabilidad resistencia a la corrosión Resistencia a la corrosión no magnética

Fácil maquinabilidad resistencia a la corrosión No magnética

1 – PROPIEADES Y ALEACIONES TÍPICAS DE LAS ALEACIONES NÍQUEL -COBRE


Tema 2.22 -55-


Aplicaciones típicas Aplicaciones típicas

Formas en que se fabrica Instalaciones químicas Varilla y barra, Vástagos de émbolos chapa gruesa, para válvulas chapa gruesa Accesorios de unión revestida, Remaches tubulares chapa fina y fleje, tubo, alambre Cintas para Alambre, calentamiento por Cinta resistencia Montajes de válvulas Varilla y barra, termoiónicas Fleje, Tubo, Alambre Tornillos, tuercas y Varilla y barra otros accesorios de unión La aleación R-405 es una versión de fácil maquinabilidad de la aleación 400 Ejes, tornillos y Varilla y barra, accesorios de unión Chapa gruesa, muelles, Chapa fina y plantas químicas fleje, Tubo, Alambre Tornillos y accesorios Varilla y barra de unión de alta resistencia La aleación 502 es una modificación de fácil maquinabilidad de la aleación K-500

Marcas comerciales típicas MONEL aleación 400 NICORROS SILVERIN SMINI 70 ISA-NICKEL METONEL NICKREL

Composición básica Ni 66, Fe 2,5, Mn 2 por ciento; Cu resto

Aleación

MONEL aleación 401

Ni 43, Mn 2, Aleación 401 Por ciento; Cu resto CuNi45

MONEL aleación 404

Ni 56, por ciento, Aleación 404 Cu resto NiCu45

Aleación 400 NiCu30Fe

MONEL aleación R-405 Ni 66, Fe 2,5, Mn 2, Aleación R-405 S 0,04 por ciento; NiCu30S Cu resto

MONEL aleación K-500 Ni 66, Fe 2, Mn 1,5, Aleación K-500 SILVERIN A Al 2,5, Ti 0,6 por NiCu30Al NICKREL K ciento; Cu resto MONEL aleación 502

Ni 66, Fe 2, Mn 1,5, Aleación 502 Al 3, C 0,1, Ti 0,5 NiCu30AlC por ciento; Cu resto

Aleación 400 NiCu30Fe La aleación 400 es la más conocida y más utilizada de las aleaciones níquel-cobre. Posee buena resistencia a la tracción y tenacidad hasta unos 450ºC, se comporta bien a temperaturas criogénicas y su resistencia a la corrosión por soluciones salinas, vapor y productos químicos no oxidantes, tales como el flúor, el cloro y el ácido sulfúrico es excelente. Su empleo en la construcción de estructuras plantea pocos problemas. La aleación 400 se fabrica en todas las formas, incluida chapa de acero revestida con ella. Entre las aplicaciones típicas se incluyen depósitos, recipientes de presión y tuberías en plantas químicas, husillos para válvulas de vapor, remaches tubulares y pasadores, vástagos de émbolo para bombas, plantas para destilación de agua de mar y cestas para decapado. En la página 79, en la sección “Datos de diseño adicionales”, se ofrencen algunos detalles referentes al tratamiento térmico y al empleo de este material en la construcción de estructuras.


Tema 2.22 -56-


Níquel 63,0-70,0

Cobr e resto

Hierro 2,50 máx.

Manganeso 2,00 máx.

Carbono 0,30 máx.

Si licio 0,50 máx.

Azufre 0,024 máx.

2.- ALEACIÓN 400. COMPOSICIÓN NOMINAL, % EN PESO (1)

BS

Forma Todas Barra y varilla Chapa fina y gruesa Fleje Tubo Alambre

DIN

---17743 ---2,4360 3076 NA 13 ---------3072 NA 13 ---------3073 NA 13 ---------3074 NA 13 ------3075 NA 13 -------

ASTM

AS ME

AMS

------B164 Clase A B127 ---B127 --- B163 B165

------SB164 Clase A SB127 ---SB127 ---SB163 SB165

------------4544

----

----

4544 4574 4575 4730 7233

F ederales Mi litales EE.UU EE.UU QQ-N-281* ---Clase A ------MIL-N-894C ---Clase A ------------------------MIL-T-1368 ---MIL-T-894C Clase A ----

* No incluye tubos.

Propiedades a temperatura ambiente Forma

Estado

Límite elástico del 0,2% MN/m 2 Kgf/mm 2

Varilla y barra Recocido 170-340 Acabado en caliente-excepto hexagonales de más de 54 mm y angulares 280-690 Acabado en caliente, hexagonales de más de 54 mm y angulares 210-380 Estirado en frío tratamiento de eliminación de tensiones 380-690 Chapa gruesa Laminado en caliente- bruto de laminación 280-520 Laminado en caliente, recocido 190-340 Chapa fina Laminado en frío, recocido 170-310 Laminado en frío, duro 620-760 Fleje Laminado en frío, recocido 170-310 Laminado en frío, dureza para muelles 620-900 Tubería Estirado en frío, recocido 170-310 Estirado en frío, tratamiento de eliminación de tensiones 380-690 Estirado en frío, totalmente duro 620-760 Alambre Estirado en frío, recocido 210-380 Estirado en frío, dureza para muelles 860-1170

Resistencia a la tracció n MN/m 2 Kgf/mm2

Alar gam iento %

Dureza Vickers

18-35

520-620

53-63

60-35

110-150

29-70

550-760

56-77

60-30

140-250

21-39

520-690

53-70

50-30

130-190

39-70

580-830

59-81

40-22

170-235

28-53 20-35

520-660 480-590

53-67 49-60

45-30 50-35

125-220 110-140

13-32 63-77

480-590 690-830

49-60 70-84

50-35 15-2

135 máx. 205 mín.

18-32

480-590

49-60

55-35

120 máx.

63-91

690-970

70-98

15-2

235 mín.

18-32

480-590

49-60

50-35

140 máx.

39-70 63-77

590-830 760-900

60-84 77-91

35-15 10-3

170-250 215

21-39 88-120

480-660 1000-1240

49-67 102-127

45-25 5-2

-------

4.- ALEACIÓN 400. PROPIEDADES MECÁNICAS (1)


Tema 2.22 -57-


5.

ALEACIÓN

1.

RESISTENCIA A LA TR ACCIÓN

2.

LÍMITE ELÁSTICO DEL

3.

DUREZA

4.

AL ARGAMIEN TO

0,5%

400. PROPIEDADES MECÁNICAS A TEMPERATURA AMBIENTE . INFLUENCIA DEL RECOCIDO


Tema 2.22 -58-


6.- ALEACIÓN 400. DUREZA A TEMPERATURA AMBIENTE . INFLUENCIA DEL TIEMPO Y DE LA TEMPERATURA DE RECOCIDO (2)


Tema 2.22 -59-


7.- ALEACIÓN 400. DUREZA. INFLUENCIA DE LA REDUCCIÓN EN FRÍO (2)

Límite elástico en compresión 0,01 por ciento 0,2 por ciento 2 2 Kgf/mm MN/m2 Kgf/mm 2 MN/m 230 23 260 27 400 41 560 57 130 13 190 20

Estado

Laminado en caliente Estirado en fríoa Recocidob a. Igualación de tensiones a 275ºC b. Recocido a 790ºC durante 3 h y enfriamiento en horno

8.- ALEACIÓN 400. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (1)

Estado Laminado en caliente y recocido

Resistencia al Espesor cizallamiento mm MN/m 2 Kgf/mm 2 1,1

340

Resistenci a a la tracción MN/m2 Kgf/mm 2

Relación resistencia al cizallamiento/ Resistencia a l a tracción

34

500

51

0,67

Laminado en frío y recocido 0,7 340 35 Ensayo de doble cizalla a temperatura ambiente

530

54

0,64

9.- ALEACIÓN 400. RESISTENCIA AL CIZALLAMIENTO DE CHAPA (1)


Tema 2.22 -60-


Propiedades de tracció n Límite elástico del 0,2%

Forma y estado

Propiedades de torsi ón

Resistencia a la tracción

MN/m 2 Kgf/mm2 MN/m 2 Alambre, 0,375 mm diámetro Estirado en frío, 75 por ciento ------1080 Estirado en frío, 75 por ciento, eliminación de tensiones ------1100 Varilla, 25 mm, diámetro, Laminada en caliente 260 27 590 Estirada en frío, 20 por ciento 740 75 790 Varilla, 50 mm, diámetro, Estirado en frío, 20 por ciento 700 72 780

Carga de rotur a

Kgf/mm2 MN/m 2 Kgf/mm2

Relaciones Carga de Límite Límite rotura en proporción proporcional Límite de torsión/ al en en torsión/ proporcionalidad Resistencia torsión/ Resistencia a la resistencia a la rotura tracción a la en torsión tracción MN/m 2 Kgf/mm2

110

760

77

470

43

0,70

0,43

0,61

112

720

74

450

46

0,66

0,41

0,62

60

460

46

160

16

0,76

0,26

0,34

81

500

51

320

33

0,63

0,41

0,66

79

490

50

310

32

0,64

0,40

0,63

10. ALEACIÓN 400. PROPIEDADES DE TORSIÓN DE ALAMBRE Y VARILLA (2)

Estado

Resistencia al choque Ángulo de torsión a g rados Kgfm/cm 2 J Laminado en caliente 46 15 102 Estirado en frío 53 17 98 Recocido 41 13 102 a Longitud entre puntos de la probeta de aprox. 5 mm, de diámetro 6,4 mm.

Dureza HV 145 205 125

11.- ALEACIÓN EN 400. RESISTENCIA DE VARILLAS EN TORSIÓN POR CHOQUE (1)

Estado Laminada en caliente Forjada Estirada en frío Recocido

Izo d J 136-163 102-156 102-156 122-163

Kgfm/cm 17-21 13-20 13-20 15,5-21

2

Charpy con entalla en U J Kgfm/cm2 298 61 ------203 41 292 59

12. ALEACIÓN 400. RESILIENCIA DE VARILLA (1)

Estado

Resistenci a a la fatiga a Resistencia a la tracción Relación resistencia 108 c iclos de la probeta a la fatiga/resistencia 2 2 2 2 a la tracción Kgf/mm NM/m Kgf/mm NM/m 140 15 520 53 0,27 170 17 530 54 0,32 190 20 580 59 0,34 270 27 870 89 0,30

Recocido ¼ duro ½ duro Duro Duro y con tratamiento de igualación de tensiones (275ºC durante 21 h) 280 29 920 94 Superficie en estado bruto de laminación. Ensayo en aire a temperatura ambiente. La longitud de la probeta paralela a la dirección de laminación. Tensiones totalmente invertidas.

0,31

13. ALEACIÓN 400. RESISTENCIA A LA FATIGA DE CHAPA Y FLEJE (1) -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -61-


Resistenci a a la fatiga a Resistencia a la tracción Relación resistencia 108 c iclos de la probeta a la fatiga/resistencia 2 2 2 2 a la tracción Kgf/mm NM/m Kgf/mm NM/m 230 24 570 58 0,41

Estado Varilla recocida Varilla laminada en caliente

290

29

610

62

0,49

Varilla estirada en frío-en estado en bruto

280

28

720

74

0,38

Varilla estirada en frío-con igualación de tensiones a

300

31

720

73

0,43

Varilla estirada en frío-con eliminación de tensiones b 260 26 670 68 Alambre estirado en frío, 75 por ciento 320 32 ------Ensayos rotativos de probetas pulidas en el aire a la temperatura ambiente y a 10.000 rpm. a. 3 horas a 275ºC b. 3 horas a 540ºC

0,40 ----

14. ALEACIÓN 400. RESISTENCIA A LA FATIGA DE VARILLA Y ALAMBRE (2)

Propiedades a bajas temperaturas

1.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

2.

LÍMITE ELÁSTICO DEL

3.

ALARGA MIENTO

0,2 %

15. ALEACIÓN 400. PROPIEDADES DE TRACCIÓN A BAJAS TEMPERATURAS DE BARRA FORJADA (2)


Tema 2.22 -62-


Estado

24ºC kgfm/cm 2 J Laminado en caliente 297 38 Estirado en frío, recocida 293 37 Soldada, bruta de soldadura 106 13,5

-29ºC J kgfm/cm2 ------287 37 -------

-78ºC J 289 297 ----

2

kgfm/cm 37 38 ----

-196º C J kgfm/cm2 266 34 287 37 99 12,5

16. ALEACIÓN 400. RESILIENCIA A BAJAS TEMPERATURAS . PROBETA CHARPY CON ENTALLA EN V (1)

Temperatura oC -253

-269

Tipo de entalla y situación de la probeta V, longitudinal V, transversal Ojo de cerradura, longitudinal Ojo de cerradura transversal V, longitudinal V, transversal Ojo de cerradura, longitudinal Ojo de cerradura, transversal

Resiliencia Charpy J kgfm/cm 2 191-297 24-38 287-293 36-37 110-118 22-24 98-102 20-21 No rompió No r ompió 232-262 30-33 167-198 34-40 123-157 25-32

17. ALEACIÓN 400. RESILIENCIA A MUY BAJAS TEMPERATURAS DE PLANCHA ACABADA EN CALIENTE (2)

1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2% 3. Alargamiento 18. ALEACIÓN 400. PROPIEDADES DE TRACCIÓN A TEMPERATURAS ELEVADAS DE MATERIAL LAMINADO EN CALIENTE (1)


Tema 2.22 -63-


Tensión para producir la rotura en: 1. 100 horas 2. 1.000 horas 3. 10.000 horas 19. ALEACIÓN 400. CAR ACTERÍSTICAS DE TENSIÓN HASTA ROTURA DE M ATERIAL ESTIRADO EN FRÍO Y RECOCIDO (1)

Tensión para producir la rotura en: 1. 100 horas 2. 1.000 horas 3. 10.000 horas -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -64-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN 20. ALEACIÓN 400. CARACTERÍSTICAS DE TENSIÓN HASTA ROTURA DE MATERIAL ESTIRADO EN FRÍO Y SOM ETIDO A ELIMINACIÓN DE TENSIONES (1)

Tensión para producir una velocidad de fluencia le nta de: 1. 0,1 % en 10.000 horas 2. 1,0 % en 10.000 horas 21. ALEACIÓN 400. PROPIEDADES DE FL UENCIA LENTA DE MATERIAL LAMINADO EN CAL IEN TE (1)

Tensión para producir una velocidad de fluencia lenta de: 1. 0,1 % en 10.000 horas 2. 1,0 % en 10.000 horas 22. ALEACIÓN 400. PROPIEDADES DE FLUENCIA L ENTA DE MATERIA L ESTIRADO EN F RÍO Y REOCIDO (1)


Tema 2.22 -65-


Tensión para producir una velocidad de fluencia lenta de: 1. 0,1 % en 10.000 horas 2. 1,0 % en 10.000 horas 23. ALEACIÓN 400. PROPIEDADES DE FLUENCIA LENTA DE MATERIAL ESTIRADO EN FRÍO Y SOMETIDO A ELIMINACIÓN DE TENSIONES (1)

Propiedades físicas o

Intervalo de fusión Peso específico Calor específico

C

Conductividad térmica a 20ºC Temperatura de Curie Resistividad eléctrica a 20ºC Relación de Poisson Módulo de elasticidad, tracción Módulo de elasticidad, compresión Módulo de elasticidad, torsión

J/kg K Cal/g oC W/m K Cal/cm s oC o C µΩ cm GN/m2 103 kgf/mm2 GN/m2 103 kgf/mm2 GN/m2 102 kgf/mm2

1300-1350 8,83 420 0,10 21,8 0,052 10-50 51 0,32 185 19 180 18 66 6,8

24. ALEACIÓN 400. RESUMEN DE PROPIEDADES FÍSICAS (1)


Tema 2.22 -66-


Calor específico

Temperatur a oC

Cal/g oC 0,05 0,08 0,10 0,11 0,11 0,11

J/kg K 210 350 430 440 460 480

-200 -100 20 100 200 300

25. ALEACIÓN 400. CALOR ESPECÍFICO . VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (1)

Conductividad térmica

Temperatura oC

Cal/cm s oC 0,033 0,047 0,052 0,058 0,066 0,073 0,080 0,088 0,095 0,102

W/m K 15,5 19,7 21,8 24,3 27,6 30,6 33,5 36,8 39,8 42,7

-200 -100 20 100 200 300 400 500 600 700

26. ALEACIÓN 400. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA. VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (1)

Temperatura oC 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Resistividad cm 51 54 56 58 59 60 62 64 66 68 69

27. ALEACIÓN 400. RESISTIVIDAD ELÉCTRICA . VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (1)

Temperatura oC -200 -100 100 200 300 400 500 600 700 800

Coeficiente medio de dilatación térmica entre 20º C y la temperatura indicada 10-6/K 10,9 12,0 14,1 15,5 15,8 15,9 16,2 16,6 16,9 17,4


Tema 2.22 -67-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN 28. ALEACIÓN 400. DILATACIÓN LINEAL . VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (1)

Aleación 401 CuNi4 5 La característica más importante de la Aleación 401 es el pequeño coeficiente de temperatura de su resistividad eléctrica. En lo que se refiere a los datos específicos de las propiedades eléctricas debe consultarse a los fabricantes. Las propiedades tecnológicas y la resistencia a la corrosión, aunque son buenas, tienen generalmente m enor importancia. Sus principales aplicaciones se encuentran en la fabricación de resistores y cintas de calentamiento con buena estabilidad térmica. Por tales razones, usualm ente esta aleación sólo se fabricaen forma de alambre y de cinta.

Níquel 40,0-45,0

Cobr e

Hierro

Manganeso

Carbono

Silicio

Azufre

Cobalto

Resto

0,75 máx

2,25 máx

0,01 máx

0,25 máx

0,015 máx

0,25 máx

29. ALEACIÓN 401. COMPOSICIÓN NOMINAL, % EN PESO (2)

Forma

Estado

Varilla

Recocido

Límite elástico del 0,2% Resistencia a la tracción MN/m 2 Kgf/mm 2 MN/m 2 Kfg/mm 2 130 14 440 45

Alargamiento %

Dureza HV

51

90

30. ALEACIÓN 401. PROPIEDADES MECÁNICAS A TEMPERATURA AMBIENTE (2) o


C

1220-1270 8,88 395 0,094 19,2 0,046 13 <-196 49

J/kg K cal/g oC W/m K cal/cm s oC 10-6/K OC µΩ cm

Conductividad térmica a 20ºC Dilatación térmica a 20ºC Temperatura de Curie Resistividad eléctrica a 20ºC

31. ALEACIÓN 401. RESUMEN DE PROPIEDADES FÍSICAS (2)

Aleación 404 NiCu45 La baja permeabilidad magnética es la característica más destacable de la aleación 404. Aun cuando también otros materiales poseen esta característica, en la aleación 404 va unida a sus excelentes propiedades para la soldadura fuerte, baja presión de vapor y buena resistencia a la corrosión. Conserva su resistencia mecánica a temperaturas elevadas, por ejemplo, a las empleadas para desgasificar las válvulas electrónicas. Su baja permeabilidad no se altera significativamente al ser sometido el material a operaciones de construcción. La aplicación principal de la aleación 44 se encuentra en las complejas válvulas teromiónicas, especialmente cuando el magnetismo inducido debe mantenerse al mínimo.

Níquel 52,0-57,0

Cobre

Hierro

Manganeso

Carbono

Silicio

Azufre

Aluminio

Resto

0,50 máx

0,10 máx

0,15 máx

0,10 máx

0,024 máx

0,05 máx

32. ALEACIÓN 404. COMPOSICIÓN NOMINAL, % EN PESO (2)


Tema 2.22 -68-


Estado Laminado en caliente Estirado en frío Estirado en frío, eliminación de tensiones

Límite elástico del 0,2% MN/m 2 Kgf/mm 2 210 22 430 440

44 46

Resistenci a a la tracción MN/m2 K gf /mm2 480 49 540 530

55 55

Alargamiento % 45

Dureza HV 130

28 28

170 165

33. ALEACIÓN 404. PROPIEDADES MECÁNICAS DE VARILLA A TEMPERATURA AMBIENTE (2)


Tema 2.22 -69-


Temperatura oC 20 50 100 150 200 250

Cizallamiento

Tracción GN/m 2 169 168 165 163 161 159

103 k gf/mm 2 17,2 17,1 16,9 16,7 16,4 16,2

GN/m 2 65 65 64 63 62 61

103 k gf/mm 2 6,7 6,6 6,5 6, 4 6,3 6,2

34. ALEACIÓN 404. MÓDULO ELÁSTICO. VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (2) Propiedades a temperatura ambiente

1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2 % 3. Alargamiento 35. ALEACI ÓN 404. PROPIEDADES DE TRACCIÓN. INFLUENCIA DE LA TEMPER ATURA (2) -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -70-



Tema 2.22 -71-


Propiedades físicas

Peso específico Calor específico Conductividad térmica a 20ºC Temperatura de Curie (forjada) Temperatura de Curie (recocida) Permeabilidad con H = 16.000 A/m a 20ºC (forjada) Permeabilidad con H = 16.000 A/m a 20ºC (recocida) Resistitividad eléctrica a 20ºC Relación de Poisson Módulo de elasticidad, tracción Módulo de elasticidad, cizallamiento

8,88 415 0,099 21,1 0,050 - 85 -79 1,0047 1,0017 50 0,295 170 17 65 6,6

J/kg K cal/g oC W/m K cal/cm s oC o C o C µΩ cm

GN/m2 103 kgf/mm2 GN/m2 103 kgf/mm2

36. ALEACIÓ N 404. RESUMEN DE PROPIEDADES FÍSICAS (2)

Coeficiente medio de dilatación térmica entre 20º C y la temperatura indicada 10-6/K 13,2 14,9 15,5 15,9 16,4 16,8 17,2 17,6

Temperatura oC 100 200 300 400 500 600 700 800

37. ALEACIÓN 404. DILATACIÓN LINEAL . VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (2)

Aleación R-405 NiCu30S La aleación R-405 es una versión de fácil mecanizado de la aleación 400. Para la mayoría de las aplicaciones tecnológicas, las dos aleaciones pueden considerarse comparables, aun cuando, generalmente, las propiedades de la aleación R-405 son ligeramente inferiores a las de la aleación 400. No se recomiendan las operaciones de deformación en caliente sobre la aleación R-405. En ciertos lugares, los fabricantes prefieren suministrar la aleación 414 (NiCu30C), cuyas propiedades son similares a las de la aleación R-405. El carbono se emplea en lugar del azufre para conseguir las características de “fácil mecanizado”.

Níquel 63,0-70,0

Cobre

Hierro

Manganeso

Carbono

Silicio

Azufre

resto

2,5 máx

2,0 máx

0,30 máx

0,50 máx

0,025-0,060

32. ALEACIÓN R -405. COMPOSICIÓN NOMINAL, % EN PESO (2)


Tema 2.22 -72-


Forma Barra y piezas forjadas Alambre

BS -------

DIN

ASTM

ASME

-------

B164 Clase B ----

SB164 Clase B ----

AMS

Federales EE.UU.

4674 QQ-N-281 Clase B 7234 QQ-N-281 Clase B

Militares EE.UU. ---MIL-N-894C Clase B

39. ALEACIÓN R -405. ESPECIFICACIONES Propiedades a temperatura ambiente Estado Recocido Acabado en caliente Estirado en frío, en estado bruto

Límite elástico del 0,2% MN/m2 Kgf/mm2 170-280 18-28 240-410 25-42 340-720 35-74

Resistencia a la tracci ón MN/m 2 Kgf/mm2 480-590 49-60 520620 53-63 590-790 60-81

Alargami ento % 50-35 45-30 35-15

Dureza HV 110-140 130-170 160-245

40. ALEACIÓN R -405. PROPIEDADES MECÁNICAS DE VARILA Y BARRA (2)

Estado

Límite elástico en compresión

0,01 por ciento 0,2 por ciento 2 Kgf/mm MN/m 2 Kgf/mm 2 MN/m Laminado en caliente 180 18 230 24 Estirado en fríoª 350 36 460 46 b Recocido 160 16 180 18 a) Igualación de tensiones a 275ºC después del estirado en f río. b) Estirado en frío y recocido a 790ºC durante 3 h; enfriamiento en horno 2

41. ALEACIÓN R -405. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE VARILLA (2)

Resistencia al choque Ángulo de torsión a Estado grados Kgfm/cm 2 J Laminado en caliente 41 13 101 b Estirado en frío, 24 por ciento 46 15 101 c Recocido 41 13 102 a) Longitud entre puntos de la probeta, unos 5 mm, diámetro 6,4 mm. b) Eliminación de tensiones c) 3 horas a 790ºC

Dureza HV 121 180 116

42. ALEACIÓN R -405. RESISTENCIA DE VARILLAS A LA TORSIÓN POR CHOQUE (2)

Estado

Resiliencia Izod

Charpy U 2 Kgfm/cm J Kgfm/cm2 J Laminado en caliente 130 17 254 52 Estirado en frío 134 17 190 39 Recocido 162 21 266 54 Ensayo a temperatura ambiente. Ninguna de las probetas rompió completamente 43. ALEACIÓN R -405. RESISTENCIA AL CHOQUE DE VARILLA (2)


Tema 2.22 -73-


Resistenci a a la fatiga a Resistencia a la tracción Relación resistencia a 108 c iclos la fatiga/resistencia a la Estado 2 2 2 2 tracción Kgf/mm MN/m Kfg/mm MN/m Recocido 210 21 520 53 0,40 Laminado en caliente 250 25 550 56 0,44 Estirado en frío 250 26 620 64 0,40 Estirado en frío, 280 28 660 67 0,43 igualación de tensiones a Probeta rotativa pulida, en el aire, a la temperatura ambiente. a) Igualación de tensiones durante 3 horas a 275ºC 44. ALEACIÓN R -405. RESISTENCIA A LA FATIGA DE VARILLA (2) Propiedades físicas

Coeficiente medio de dilatación térmica entre 20ºC y la t emperatura indi cada 10-6/K

Temperatura Oc 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100

13,7 15,1 15,6 16,0 16,4 16,7 17,1 17,5 17,8 18,2 18,7

45. ALE ACIÓN 405. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LA DILATACIÓN LIN EAL (2)

A leación K -500 NiCu30Al La aleación K-500 es una versión de alta resistencia de la aleación 400. En estado de tratamiento térmico completo, las propiedades mecánicas de la aleación K-500 son comparables a las de lo s aceros aleados de 90 kgf/mm2 y une a las mismas una excelente resistencia a la corrosión. Usualmente, la aleación se suministra en estado de tratamiento térmico de disolución y las piezas acabadas en estado de envejecimiento, a fin de elevar al nivel deseado las propiedades de tracción. Al contrario que la aleación 400, la aleación K-500 no es magnética. En la página 24, en la sección “Datos de diseño adicionales”, se ofrecen algunos detalles referentes al tratamiento térmico y al em pleo de la aleación en la construcción de estructuras. Entre las aplicaciones típicas de la aleación K- 500 se incluye la fabricación de ejes para bombas, árboles para hélices de embarcaciones, tornillos de alta calidad y otros elementos de unión p ara alta re sistencia mecánica y resistencia a la corrosión, ganchos para baños de decapado y muelles para uso en medios corrosivos. Cobre Hierro 63,0-70,0 resto 2,00 máx

Níquel

Manganeso 1,50 máx

Carbono Silicio Azufre Alumini o 0,25 máx 0,50 máx0,01 máx 2,30-3,15

Titanio 0,35-0,85

46. ALEACIÓN K -500. COMPOSICIÓN NOMINAL, % EN PESO (2) -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 2.22 -74-


Form a Todas

----

Barra y varilla Chapa fina y gruesa Fleje Tubo Alambre

17743 2,4374 ----

----

----

----

----

----

----

Federales EE.UU QQ-N-286* Clase A ----

----

----

----

----

----

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----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

----

DIN

BS 3076 NA 18 3072 NA 18 3073 NA 18 3074 NA 18 3075 NA 18

ASTM ASME

A MS

Militares EE.UU. MIL-N-1750 6 A* Clase A ----

* No se incluyen tubos 47. AL EACIÓN K -500. ESPECIFICACIONES

Propied ad es a t emperatu ra am b iente Límite elástico del 0,2% 2 MN/m Kgf/mm2 Varilla y barra Acabado en caliente ---280-760 28-77 envejecido 690-1030 70-105 recocido 280-410 28-42 recocido y envejecido 590-830 60-84 Estirado en frío ---480-860 49-88 envejecido 660-1100 67-112 recocido 280-410 28-42 recocido y envejecido 590-830 60-84 Chapa fina Laminado en frío Recocido 280-450 28-46 Fleje Laminado en frío Recocido 280-450 28-46 Recocido y en vejecido 620-830 63-84 Dureza para muelles ---900-1100 91-112 Envejecido 900-1340 91-137 Tubería Estirado en frío Recocido 280-450 28-46 Recocido y envejecido 590-830 60-84 Estriado en frío ---590-970 60-98 Envejecido 690-1380 70-141 Chapa gruesa Acabado en caliente ---280-760 28-77 Envejecido 690-930 70-95 Alambreb Estirado en frío Recocido 240-450 25-46 Recocido y envejecido 620-760 63-77 Dureza para muelles ---900-1240 91-127 Envejecido 970-1310 98-134 a) Valores previstos para diferentes dimensiones de los productos b) Valores para alambre de 1,2-6,4 mm. A otras dimensiones pueden corresponder valores diferentes Forma

Estad o d e forj a

Tr at am ien to t ér mi co

Resistencia a la tracc ión MN/m 2 Kgf/mm2 620-1070 63-109 970-1310 98-134 620-760 63-77 900-1140 91-116 690-970 70-93 930-1280 95-130 620-760 63-77 900-1310 91-1 34 6 20-720 63-74 620-720 63-74 900-1170 91-120 1000-1140 102-116 1170-1520 120- 155 620-760 63- 77 900-1240 91-1 27 760-1100 77- 112 970-1520 98-155 620-930 63- 95 970-1240 98- 127 550-760 56-77 830-1030 84-105 1010-1310 102-134 1100-1380 112-141

Alargami ento %

Dureza HV

45-20 30-20 45-25 35-20 35-13 30-15 50-25 30-20 45-25 45-25 25-15 8-3 10-5 45-25 30-15 15-2 25-3 45-20 30-20 40-20 30-15 5-2 8-3

135-335 275-365 140-190 250-335 180-270 265-395 140-190 260-335 170 máx 170 máx 250 mín 265 mín 325 mín 190 máx 250-345 215-310 275-382 140-270 275-355 -------------

48. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES MECÁNICAS (2) A


Tema 2.22 -75-


1. 2. 3. 4.

Resistencia a la tracción Límite elástico del 0,2% Alargamiento Dureza

49. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERI AL LA MINADO EN CAL IENTE. INFL UENCIA DE UN ENVEJ ECIMIENTO DE CORTA DURACIÓN A 590ºC (2)

1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2% 3. Alargamiento 4. Dureza 50. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERIAL LAMINADO EN FRÍO UN 20%. INFLUENCIA DE UN ENVEJECIMIENTO DE CORTA DURACIÓN A 540ºC (2)


Tema 2.22 -76-


1. 2. 3. 4.


51. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERIAL LAMINADO EN FRÍOUN 20%. INFLUENCIA DE UN ENVEJECIMIENTO DE CORTA DURACIÓN A 590ºC (2)

1. 2. 3. 4.


52. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERIAL LAMINADO EN FRÍO UN 50%. INFLUENCIA DE UN ENVEJECIMIENTO DE CORTA DURACIÓN A 540ºC (2)


Tema 2.22 -77-


1. Deformación en frío y endurecimiento por e nvejecimiento 2. Deformación en frío solamente 54. ALEACIÓN K -500. DUREZA. INFLUENCIA DE LA DEFORMACIÓN EN FRÍO Y DEL ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO (2)

Estado Bruto de caliente

laminación

Laminado en envejecido

en

caliente

y

Propiedades de compr esión Límite elástico del Límite elástico del 0,01% 0,2% MN/m 2 Kgf/mm2 MN/m 2 Kgf/mm2 230 24 280 28

Propiedades de tracció n (para comp aración) Límite elástico del Resistencia a la Alargami ento % 0,2% tracción MN/m 2 Kgf/mm2 MN/m 2 Kgf/mm2 320 33 690 70 42

Dureza HV 167

660

67

830

85

770

78

1040

106

30

316

Bruto de estirado en frío

380

39

520

53

590

60

730

75

26

210

Estirado en frío y envejecido

700

72

830

85

830

84

1090

111

22

336

55. ALEACIÓN K -500. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE VARILLA (2)

670

69

1050

107

1280

130

Relación resistencia a la tracción con entalla/ resistencia a la tracción 1,22

Varilla 92 mm Laminado en Envejecido caliente

820

84

1140

116

1460

149

1,28

22

Varilla 76 mm Estirado frío

840

86

1110

113

1480

151

1,33

22

Forma

Estado de forja

Varilla 67 mm Estirado frío

Tratamiento térmico

en Recocido y envejecido

en Envejecido

Límite elástico del 0,2% MN/m 2 Kgf/mm2

Resistencia a la tracción MN/m 2 Kgf/mm2

Resistencia a la tracción con entalla MN/m 2 Kgf/mm2

Alargami ento % 25

56. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES DE TRACCIÓN CON ENTALLA (2) Estado

Máxima resistencia al cizallamiento

MN/m 2 Kgf/mm2 Recocido 450 46 Recocido y envejecido 670 68 Dureza para muelles 620 63 Dureza para muelles y envejecido 680 69 Ensayos en probetas de doble cizallado de 1,3 x 6,4 mm

Flecha en la máxima resistencia al cizallamiento mm 2,0 1,5 1,0 1,0

Resistencia a la tracción MN/m 2 670 1010 1040 1160

Kgf/mm2 69 103 107 118

Alargamiento %

Dureza HV

49,0 29,0 16,5 12,5

165 290 320 355

57. ALEACIÓN K -500. RESISTENCIA AL CIZALLAMIENTO (2)


Tema 2.22 -78-


Propiedades de tracci ón Límite elástico del 0,2% MN/m 2 Kgf/mm2

Forma y estado

Alambre de 0,375 mm diámetro Estirado en frío, 50% -------

Estirada frío, 20%

Resistencia a la Resistencia al a Límite tracción rotura proporcional MN/m 2 Kgf/mm2 MN/m 2 Kgf/mm2 MN/m 2 Kgf/mm2

Resistencia a la rotura en torsión/ resistencia a la tracción

Relaciones Límite proporcional en torsión/ resistencia a la tracción

Límite proporcional en torsión/ resistencia a la rotu ra en tracción

1120

115

740

75

470

48

0,66

0,41

0,63

----

1360

139

940

96

520

53

0,69

0,38

0,54

32

680

69

480

49

120

13

0,70

0,18

0,25

----

----

----

----

----

----

430

44

----

----

----

710

72

920

94

550

56

310

32

0,60

0,33

0,56

860

88

1070

109

700

72

340

35

0,66

0,32

0,48

Estirado en frío, 50% y ---envejecido Varilla de 25 mm diámetro Laminada en cal. 310 Laminada en caliente y envejecida

Propiedades de torsión

en

Estirada en frío, 20% y envejecida

58. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES DE TORSIÓN DE ALAMBRE Y VARILLA (2)

Estado Chapa gruesa, acabado en caliente

Trat amiento térmico ----

Recocida

1 h a 980ºC, TA

Envejecida

16 h a 590ºC, EA

Envejecida

16 h a 590ºC, EH a 8ºC/h hasta 480ºC

Recocida y envejecida

1 h a 980ºC, TA 16 h a 590ºC, EH a 8ºC/h hasta 480ºC

Varilla, estirada en frío

Situación de la probeta Longitudinal Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal Transversal

Resiliencia Charpy con entalla en ojo de cerradura J Kgfm/cm 2 100 20 69 14 102 21 65 13 53* 11* 31* 6,5* 34* 7* 27* 5,5*

Longitudinal Transversal Longitudinal

52* 30* 54

11* 6* 11

Recocida

1 h a 980º C, TA

Longitudinal

122

25

Envejecida

16 h a 590ºC, EA

Longitudina

35*

7*

Envejecida

16 h a 590ºC, EH a 8ºC/h hasta 480ºC

Longitudinal

27*

5,5*

Recocida y envejecida

1 h a 980ºC, TA 16 h a 590ºC, EH 8ºC hasta 480ºC

Longitudinal

62

13*

* Probeta totalmente rota 59. ALEACIÓN K -500. RESILIENCIA

Diámetro mm 31,8 31,8 22,2 25,4

Límite elástico del 0,2% MN/m 2 Kgf/mm 2 670 68 640 65 750 77 760 78

Resilienci a Charpy con entalla en V J Kgfm/cm 2 73 9 98 12 61 8 52 7


Tema 2.22 -79-


Recocida durante ½ h a 980ºC: envejecida durante 16 h a 590ºC; enfriada en horno durante 6 h hasta 540ºC; enfriamiento en horno durante 6 h hasta 480ºC; enfriamiento al aire. Cada uno de los diámetros procede de una colada diferente 60. ALEACIÓN K -500. LÍMITE ELÁSTICO CONVENCIONAL Y RESILIENCIA DE VARILLA LAMINADA EN CALIENTE (2)

Límite elástico del 0,2% Resilienci a Charpy con entalla en V 2 2 mm MN/m Kgf/mm J Kgfm/cm 2 31,8 640 65 103 13 20,6 710 72 60 8 17,5 760 78 54 7 Recocida durante ½ h a 1040ºC; envejecida durante 16 h a 590ºC; enfriada en horno durante 6 h hasta 540ºC; enfriada en horno 6 h hasta 480ºC; enfriada en aire. Cada diámetro procede de una colada diferente

Diámetro

61. ALEACIÓN K -500. LÍMITE ELÁSTICO CONVENCIONAL Y RESILIENCIA DE VARILLA ESTIRADA EN FRÍO (2)

Forma y estado Varilla, recocida Laminada en caliente Laminada en caliente y envejecida Estirada en frío Estirada en frío y envejecida Fleje, recocido Dureza para muelles, envejecido

Resistenci a a la fatiga (108 c iclos) MN/m2 Kgf/mm 2 260 27 300 30 350 36 310 32 320 33 190 260

29 26

Resistenci a a la Relación resistencia a tracción la fatiga/resistencia a la tracción MN/m2 Kgf/mm 2 610 62 0,43 680 70 0,43 1070 109 0,33 830 84 0,37 1170 120 0,28 610 1050

62 108

0,31 0,24

62. ALEACIÓN K -500. RESISTENCIA A LA FATIGA A TEMPERATURA AMBIENTE DE VARILLA Y FLEJE (2)

1. Aleación K-500 con igualación de tensiones 2. Aleación K-500 endurecida por envejecimiento 63. ALEA CIÓN K-500. RESISTENCIA A LA FATIGA :

Estado

Acabado superficial

Laminada en caliente, envejecida

Pulido Oxidado

CURVAS TENSIÓN-Nº DE CICLOS PARA ALAMBRE

Resistenci a a la tracción 2 MN/m2 Kgf/mm 1180 120 1190 121

Resistenci a a la fatiga (108 ciclos) MN/m 2 Kgf/mm2 340 35 270 28


Relación resistencia a la fatiga/ resistencia a la tracción 0,29 0,23 Tema 2.22 -80-


Estirada en frío, Pulido envejecida oxidado Probetas rotativas según R.R. Moore

1200 1150

123 118

390 270

40 28

0,33 0,24

64. ALEACIÓN K -500. RESISTENCIA A LA FATIGA . INFLUENCIA DEL ACABADO SUPERFICIAL (2)


Tema 2.22 -81-


Propiedades a baja temperatura

1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2% 3. Alargamiento 65. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES DE TRACCIÓN A BAJ A TEMPERATURA DE CHAPA RECOCIDA

1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2% 3. Alargamiento 66. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES DE TRACCIÓN A BAJA S TEMPERA TURAS DE CHAPA RECOCIDA Y ENDURECIDA POR ENVEJECIMIEN TO


Tema 2.22 -82-


Resiliencia Charpy con entalla en V Kgfm/c m 2 J Ambiente 50 6,4 -79 46 5,5 -196 42 5,4 Envejecida durante 21 h a 590ºC; 8 h a 540ºC; enfriada al aire Temperatura oC

67. ALEACIÓN K -500. RESILIENCIA A BA JAS TEMPERATURAS DE 19 MM ENVEJECIDA (2)

Tensión para una duración de fatiga de Temperatura C 10 ciclos 10 6ciclos 10 7 c iclos Kgf/mm 2 MN/m2 Kgf/mm 2 MN/m2 Kgf/mm 2 MN/m2 21 620 63 380 39 260 26 -78 680 70 460 47 -------196 720 74 480 49 -------253 990 101 700 71 ------Ensayo de flexión (R = -1) a 1800 c/s (ensayo a -253ºC a 3450 c/s) o

5

68. ALEACIÓN K -500. RESISTENCIA A LA FATIGA A BAJA TEMPERATURA DE CHAPA FINA LAMINADA EN FRÍO Y ENVEJECIDA Propiedades a temperaturas elevadas

1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2% 3. Alargamiento 69. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES DE TRACCIÓN DE VARILLA LAMINADA EN CALIENTE (BRUTA DE LAMINACIÓN). INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LAS PROPIEDADES A TEMPERATURA AMBIENTE (2)


Tema 2.22 -83-


1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2% 3. Alargamiento 70. ALEAC IÓN K -500. PROPIEDADES DE MATERIAL ACABADO EN CALIENTE , ENDURECIDO POR ENVEJECIMIENTO. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LAS PROPIEDADES A TEMPERATURA AMBIENTE (2)

1. Resistencia a la tracción 2. Límite elástico del 0,2% 3. Alargamiento 71. ALEACIÓN K -500. PROPIEDADES DE TRACCIÓN DE MATERIAL RECOCIDO Y ENDURECIDO POR ENVEJECIMIENTO . INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LAS PROPIEDADES A TEMPERATURA AMBIENTE (2)


Tema 2.22 -84-


Tensión para producir u n régimen de fluen cia lenta d e: 1. 0,1% en 10.000 h 2. 1,0% en 10.000 h 72. ALEAC IÓN K-500. PROPIEDADES DE FLUENCIA LENTA DE MA TERIAL ESTIRADO EN FRÍO Y ENVEJECIDO

Tensión necesaria para producir la rotura en: 1. 100 h 2. 1.000 h 3. 10.000 h 73. ALEACIÓN K -500. CARACTERÍSTICAS DE TENSIÓN HASTA LA ROTURA DE MATERIAL ACABADO EN CALIENTE Y ENVEJECIDO


Tema 2.22 -85-


Temperatura oC

Estado Acabado en caliente, envejecida

27 540 27 540

Estirada en frío, envejecida

Resistenci a a la fatiga (108 c iclos) Kgf/mm 2 MN/m2 320 32 300 30 360 37 330 34

74. ALEA CIÓN K-500. RESISTENCIA A LA FATIGA . VARIACIÓN CON L A TEMPERATURA (2) Propiedades físicas


o

1315-1350 8,46 420 0,10 17,5 0,042

o

C C

-210 -130

------µΩ cm ---GN/m2 103 kgf/mm2 GN/m2 103 kgf/mm2

1,0011 1, 0019 62 0,32 180 18 66 6,7

C ---J/kg K Cal/g oC W/m K Cal/cm s oC

Conductividad térmica a 20ºC Temperatura de Curie Recocido, templado Estirado en frío, 50% y endurecido por envejecimiento Permeabilidad a H = 16.000 A/m a 20ºC Recocido, templado Estirado en frío, 50% y endurecido por envejecimiento Resistividad eléctrica a 20ºC Relación de Poisson Módulo de elasticidad, tracción Tors ión

o

75. ALEACIÓN K -500. RESUMEN DE PROPIEDADES FÍSICAS (2)

Temperatura oC -100 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Calor específico J/kg K 340 420 450 480 490 500 510 520 540 590 690

Cal/g oC 0,08 0,10 0,11 0,11 0,12 0,12 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16

76. ALEACIÓN K -500. CALOR ESPECÍFICO. VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (2)


Tema 2.22 -86-


Temperat ur a oC -100 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Conductividad térmica W/m K 14,0 17,5 19,8 22,4 15,2 27,8 30,6 33,3 36,1 40,2 42,8

Cal /cm s oC 0,033 0,042 0,047 0,054 0,060 0,066 0,073 0,080 0,086 0,096 0,102

77. AL EACIÓN K -500. CONDUCTIVIDAD TÉR MICA DE M ATERIAL RECOCIDO. VA RIACIÓN CON LA TEM PERATURA (2)

Tem per atura oC -196 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Resistividade léc trica cm 55 61,5 62 63 64 64,5 65 65,5 66 67 68

78. ALEACIÓN K -500. RESISTIVIDAD ELÉCTRICA . VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (2)

Temperatura oC -196 -100 100 200 300 400 500 600 700 800

Coeficiente medio de dilatación térmica entre 20ºC y la t emperatura indi cada 10-6/K 11,2 12,6 13,7 14,5 14,9 15,3 15,7 16,1 16,5 16,9

79. ALEACIÓN K -500. DILATACIÓN LINEAL . VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA (2)

Aleación 502 NiCu30AlC La aleación 502 es una modificación de fácil mecanizado de la aleación K-500. Existe enf horma de varilla y de barra y es de aplicación en aquellos casos en que es preciso mecanizar formas complicadas o caundo se puede recurrir ventajosamente a velocidades de mecanizado superiores.


Tema 2.22 -87-


Níquel 63,0-70,0

Cobre resto

Hierro Manganeso Carbono 2,00 máx 1,50 máx 0,10 máx

Silicio 0,5 máx

Azufre Aluminio 0,010 máx 1,50-3,50

Titanio 0,50 máx

80. ALEACIÓN 502. COMPOSICIÓN NOMINAL, PESO POR CIENTO (2)

Diámetro mm 100

95

19

Límite elástico del 0,2% NM/m 2 Kgf/mm2 260 26

Estad o Laminada en caliente

Resistencia a la tracci ón MN/m 2 Kgf/mm 2 590 60

Alar gamien to % 47

Dureza HV 135

Laminada en caliente, endurecida por precipitación

630

65

970

99

28

250

Laminada en caliente, recocida

240

24

570

58

48

130

660

67

990

101

27

260

380

39

600

61

42

160

Estirada en frío y endurecida por precipitación

650

66

970

98

25

265

Estir ada en frío y recocida

260

27

560

57

49

135

Estriada en frío y reocida y endureci da por precipitación Estirada en frío

640

66

950

97

26

260

490

50

640

65

37

185

Estirada en frío y recocida

340

35

590

60

43

165

Estirada en frío, reocida y endurecida por precipitación

680

69

970

99

28

----

Laminada en calie nte, recocida endurecida por precipitanción Estirada en frío

y

81. ALEACIÓN 502. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA VARILLA A TEMPERATURA AMBIENTE


Tema 2.22 -88-


Datos de diseño adicionales Número de Especific ación aleación

Estado y dimensi ones

Barra, varilla, perfiles y piezas forjadas SB-164 400 y R-405 Recocido, todas las dimensiones y productos SB-164 400 Acabado en caliente, todas las dimensiones, excepto hexagonal de más de 54 mm SB-164 400 Acabado en caliente, hexagonal de más de 54 mm SB-164 R-405 Acabado en caliente, redondo de hasta 75 mm inclusive con SB-164 400 eliminación a tensiones, 100 a 300 mm diámetro inclusive, con SB-164 400 eliminación de tensiones, más de 300 mm de diámetro Tornillería SB-164 400 y R-405 Recocido SB-164 400 Acabado en caliente, todas las dimensiones, excepto hexagonal de más de 54 mm SB-164 400 Acabado en caliente, hexagonal de más de 54 mm SB-164 R-405 Acabado en caliente, redondo de hasta 75 mm inclusive estirado SB-164 400 en frío con eliminación de tensiones, todas las dimensiones SB-164 400 Estirado en frío y con igualación de tensiones, redondos de hasta 90 mm inclusive SB-164 400 Estirado en frío y con igualación de tensiones, todas las dimensiones excluyendo redondo de hasta 90 mm inclusive SB-164 400 Estirado en frío, todas las dimensiones SB-164 R-405 Estirado en frío, todas las dimensiones Tubos de condensador SB-163 400 Recocido, todas las dimensiones hasta 75 mm inclusive SB-163 400 Con eliminación de tensiones, todas las dimensiones Tubería SB-165 400 Recocido, 130 mm e inferiores SB-165 400 Recocido, superiores a 130 mm SB-165 400 Con eliminación de tensiones, todas las dimensiones Chapa gruesa, chapa fina y fleje SB-127 400 Recocido SB-127 400 Laminado en calient e

Límite elástico del 0,2% mínimo especificado 103lbf/pulg 2

Resistencia a la tracción mínima esepcificada 103lbf/pulg 2

25

70

40 30 35 40 40

80 75 75 80 75

25

75

40 30 35 50

80 75 75 84

70b

90b

55b 55b 50b

85b 85b 85b

28 55c

70 85c

28 25 55b

70 70 85b

28 40d

70 75d

82. ALEACIONES 400 Y R-405. VALORES MÁXIMOS DE TENSIÓN ADMISIBLES EN TRACCIÓN , PARA RECIPIENTES A PRESIÓN (CONTINUA EN LA SIGUIENTE PÁGINA )


Tema 2.22 -89-


100

200

3

2

3

Para temperaturas del m etal que no excedan de oF 400 500 600 650 700 750

300 2

3

2

3

2

2

3

2

3

2

3

2

3

800 2

3

850 2

3

900

10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf /p ul g 10 l bf/p ul g 10 lbf/pulg 2

Barra, varilla, perfiles y piezas forjadas 16,6 14,6 13,6 13,2

3

2

3

13,1

13,1

13,1

13,1

13,0

12,7

11,0

8,0

20,0 18,7 18,7 20,0 18,7 Tornillería 6,2

20,0 18,7 18,7 20,0 18,7

20,0 18,7 18,7 20,0 18,7

20,0 18,0 18,0 20,0 18,7

20,0 17,8 18,7 20,0 18,7

20,2 17,4 18,7 20,0 18,7

20,0 17,0 18,7 20,0 18,7

19,2 17,0 18,0 19,2 18,0

18,5 16,8 17,2 17,5 17,2

14,5 14,5 14,5 14,5 14,5

8,5 8,5 8,5 8,5 8,5

4,0 4,0 4,0 4,0 4,0

5,7

5,2

5,0

4,9

4,9

----

4,9

----

4,9

----

4,7

10,0 7,5 8,8 12,5

9,6 7,4 8,5 11,9

9,4 7,1 8,3 11,5

9,0 6,8 7,9 11,3

8,5 6,5 7,6 11,3

8,5 6,5 7,6 ----

-------------

8,5 6,4 7,5 ----

-------------

8,3 6,2 7,3 ----

-------------

4,0 4,0 4,0 ----

17,5

16,9

16,2

15,5

15,4

----

----

----

----

----

----

----

----------

----------

----------

----------

----------

----------

----------

14,7 21,0

14,7 20,6

14,7 20,1

14,6 18,0

14,2 12,7

11,0 c

8,0 c

14,7 13,1 a

14,7 13,1 ----

14,7 13,1 ----

14,6 13,0 ----

14,5 12,7 ----

11,0 11,0 ----

8,0 8,0 ----

14,7 18,7

14,7 18,7

14,7 18,0

14,6 17,2

14,2 14,2

11,0 8,2

8,0 4,0

13,7 13,0 12,6 12,4 12,3 13,7 13,0 12,6 12,4 12,3 12,5 12,0 11,5 11,1 11,1 Tubos de condensador 17,5 16,4 15,4 14,8 14,7 21,2 21,2 21,2 21 ,0 21,0 Tubería 17,5 16,4 15,4 14,8 14,7 16,6 14,6 13,6 13,2 13,1 21,2 21,2 21,2 21,0 21,0 Chapa gruesa, chapa fina y fleje 18,6 16,4 15,4 14,8 14,7 18,7 18,7 18,7 18,7 18,7 NOTAS: Véase pie de la tabla 83 y para valores métricos

Del Código ASME para calderas y recipientes a presión, edición 1968 (Adenda invierno 1969). Sección 8, división 1, tabla UNF-23.3. Veáse Par. UW-12(c) para recipientes construidos según Par . UW, que incluyan uniones soldadas que no se puedan radiografiar en su totalidad ni examinarse r adiográficamente por zonas. CONTINUACIÓN 82. ALEACIONES

400 Y R-405. VALORES MÁXIMOS DE TENSIÓN ADMISIBLES EN TRACCIÓN , PARA RECIPIENTES A PRESIÓN


Tema 2.22 -90-


Número de Especificación aleación Estado y dimensi ones Barra, varilla, perfiles y piezas forjadas SB-164 400 y R-405 Recocido, todas las dimensiones y productos SB-164 400 Acabado en caliente, todas las dimensiones, excepto hexagonal de más de 54 mm SB-164 400 Acabado en caliente, hexagonal de más de 54 mm SB-164 R-405 Acabado en caliente, redondo de hasta 75 mm inclusive con SB-164 400 eliminación a tensiones, 100 a 300 mm diámetro inclusive, con SB-164 400 eliminación de tensiones, más de 300 mm de diámetro Tornillería SB-164 400 y R-405 Recocido SB-164 400 Acabado en caliente, todas las dimensiones, excepto hexagonal de más de 54 mm SB-164 400 Acabado en caliente, hexagonal de más de 54 mm SB-164 R-405 Acabado en caliente, redondo de hasta 75 mm inclusive estirado SB-164 400 en frío con eliminación de tensiones, todas las dimensiones SB-164 400 Estirado en frío y con igualación de tensiones, redondos de hasta 90 mm inclusive SB-164 400 Estirado en frío y con igualación de tensiones, todas las dimensiones excluyendo redondo de hasta 90 mm inclusive SB-164 400 Estirado en frío, todas las dimensiones SB-164 R-405 Estirado en frío, todas las dimensiones Tubos de condensador SB-163 400 Recocido, todas las dimensiones hasta 75 mm inclusive SB-163 400 Con eliminación de tensiones, todas las dimensiones Tubería SB-165 400 Recocido, 130 mm e inferiores SB-165 400 Recocido, superiores a 130 mm SB-165 400 Con eliminación de tensiones, todas las dimensiones Chapa gruesa, chapa fina y fleje SB-127 400 Recocido SB-127 400 Laminado en caliente TABLA

Límite elástico del 0,2% mínimo especificativo MN/m 2 Kgf/mm2 172

17,6

276 207 241 276 276

28,1 21,1 24,6 28,1 18,1

172

17,6

276 207 241 345b

28,1 21,1 24,6 35,2b

483b

49,2b

379b 379b 345b

38,7 38,7b 35,2b

193 379c

19,7 38,7c

193 172 379b

19,7 17,6 38,7b

193 276d

19,7 28,1d

83 (CONTINUA EN LA SIGUIENTE PÁGINA )


Tema 2.22 -91-


Resistencia a la tracción mín ima 40 especificada MN/m 2 Kg f/mm 2 MN/m 2 Kgf/mm2 Barra, varilla, perfiles y piezas forjadas 483 49,2 114 11,7 552 517 517 552 517 Tornillería 517

100

Para temperaturas del m etal que no excedan de oC 200 300

400

380

MN/m 2

Kgf/mm2

MN/m 2

Kgf/mm 2

MN/m 2

Kgf/mm2

MN/m 2

Kgf/mm2

MN/m 2

Kgf/mm2

100

10,2

91

9,3

90

9,2

90

9,2

55

5,6

56,2 52,7 52,7 56,2 52,7

138 129 129 138 129

14,1 13,1 13,1 14,1 13,1

138 129 129 138 129

14,1 13,1 13,1 14,1 13,1

138 124 129 138 129

14,1 12,6 13,1 14,1 13,1

138 121 129 138 129

14,1 12,3 13,1 14,1 13,1

128 116 119 121 119

13,0 11,8 12,1 12,3 12,1

28 28 28 28 28

2,8 2,8 2,8 2,8 2,8

52,7

112

11,4

39

4,0

34

3,5

34

3,4

34

3,4

32

3,3

552 517 517 579

56,2 52,7 52,7 59,1

69 52 61 86

7,0 5,3 6,2 8,8

66 51 59 82

6,7 5,2 6,0 8,3

62 47 54 78

6,3 4,8 5,6 7,9

59 45 52 ----

6,0 4,6 5,3 ----

58 43 51 ----

5,9 4,4 5,2 ----

28 28 28 ----

2,8 2,8 2,8 ----

621

63,3

121

12.3

116

11,8

107

10,9

----

----

----

----

----

----

586 59,8 ---94 9,6 90 9,1 85 8,7 ---------------586 59,8 94 9,6 90 9,1 85 8,7 ------------------586 59,8 86 8,8 82 8,4 77 7,8 ------------------Tubos de condensador 483 49,2 121 12,3 112 11,4 102 10,4 101 10,3 101 10,3 55 5,6 586 59,8 146 14,9 146 14,9 145 14,8 145 14,8 124 12.6 c c Tubería 483 49,2 121 12,3 112 11,4 102 10,4 101 10,3 101 10,3 55 5,6 483 49,2 114 11,7 100 10,2 91 9,3 90 9,2 90 9,1 55 5,6 586 59,8 146 14,7 146 14,9 145 14,8 b b ------------Chapa gruesa, chapa fina y fleje 483 49,2 128 13,1 112 11,4 102 10,4 101 10,3 101 10,3 55 5,6 517 52,7 129 13,1 129 13,1 129 13,1 129 13,1 119 12,1 28 2,8 NOTAS: Los valores de tensión de esta tabla se pueden interpolar para determinar los valores de temperaturas intermedias. Los valores de tensión en cizallamiento constreñido, como algunos tipos de pernos, remaches o piezas similares, en las que el miemb ro en cizallamiento está tan constreñido que la sección considerada fallaría sin estricción, serán 0,80 veces los valores que se indican en la precedente tabla. Los valores de tensión en apoy os serán 1,60 veces los de la tabla. a.

b. c. d.

Debido al relativamente bajo límite elástico de estos materiales, estos valores más elevados de la tensión se establecieron a temperatura s a las que las propiedades en tracción de corta duración influyen de tal manera que permiten el empleo de esta aleación cuando es aceptab le una deformación ligeramente superior. Estos valores más altos de la tensión exceden del 62,5 por ciento, pero no superan al 90 por cie nto del permanente. Estos valores de tensión nos on recomendables para las bridas de unión con empaquetaduras u otras aplicaciones en l as que pequeñas cantidades de distorsión pueden producir fugas o defectos de funcionamiento. La temperatura de trabajo máxima se establece arbitrariamente en 260ºC porque el grado más alto de acritud afecta negativamente a la tensión de diseño en el intervalo de temperatura de rotura en fluencia lenta. 1,4 kgf/mm2 (0,19 tonf/pulg2) a 480ºC; utilícese el estado de recocido por encima de 425ºC Sólo para chapa gruesa.

Del Código ASME para calderas y recipientes a presión, edición 1968 (Adenda invierno 1969) sección 8, división 1, Tabla UNF-23.3. Véase Par. UW-12(c) para recipientes construidos según Par. UW, que inluyan uniones soldadas que no puedan radiografiar en su total idad ni examinarse radiográficamente por zonas. TABLA

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Tema 2.22 -92-


Procedimi ento Tratamiento de Acr it ud y diámetro de endurecimiento arrollamiento después Muelles, 16 mm e En frío 540ºC/10 h, inferioresb enfriamiento en aire

Tensión para una temperatura del metal a Hasta Hast a 200ºC 200-230ºC 230-260ºC MN/m 2 Kgf/mm2 MN/m 2 Kgf/mm 2 MN/m 2 Kgf/mm2 450 46 450 46 340 35

Laminado en En caliente 590ºC/8 h, 450 46 450 46 340 35 caliente 13 mm y enfriamiento al superioresb aire a. Todos los valores incluyen el factor de corrección de curvatura Wahl y se basan en un máximo del 5 por ciento de relajación a tensión y temperatura, después después de siste días. Las tensio nes a temper temperatu atura ra están están ajusta ajustadas das a los módulo móduloss G a esa temper temperatu atura. ra. b. La selección de intervalos en dimensiones para arrollam iento en caliente o en frío, está gobernada en gran parte por el índice de recuperación elástica

84. ALEACIÓN K -500. TENSIÓN DE DISEÑO PARA MUELLES (2)

Tr at am i ento térmico des pués del arrollado en frío

Propiedades del alambre

Resitencia a la tracción 2 Kgf/mm 2 MN/m En estado bruto 1120 114 de estirado Igualación tensiones 275ºC/1 h

Resistenci a a la rotura por torsión MN/m 2 Kgf/mm 2 730 75

Límite proporcional de torsión MN/mm2 Kgf/mm 2 470 47

de

1180

121

740

75

470

47

Endurecido a 525ºC/6 h, más 480ºC/6 h

1360

138

950

96

510

52

Endurecido a 525ºC/6 h, más 480ºC/6 h

Resistencia Resistencia a la fatiga o i ntervalo de tensiones de los muelles (incluido el f actor de corrección de curvatura) 6 10 ciclos 10 7ciclos 10 8 c iclos Tensión inicial Kgf/mm 2 MN/m 2 Kgf/mm 2 MN/mm2 Kgf/mm 2 MN/mm2 Kgf/mm 2 MN/m2 70 140

7 14

380 410

39 42

300 350

31 36

270 320

28 33

85. ALEA CIÓN K-500. PROPIEDADES DE MUELL ES HELICOI DALES FAB RICADOS CON ALAMBRE DE 3,75 MM DE D IÁMETRO , CON DUREZA DEM UE L L E, REDUCIDO UN 66%( 2) Tensión de diseño

En las tablas 82-85 se dan las tens tensio ione nes de diseñ iseño o espe especí cífifica cass para para cald calder eras as y rec recip ipie ient ntes es de presión construidos con aleación 400, y las tensiones de diseño sugeridas para muelles fabricados con aleación K500. Resistencia Resistencia a la corro sión

Las aleaciones 400 y K-500 son bien conocidas por su resistencia a la corrosión, en agua dulce o de mar en flujo libre o por su comportamiento, excepcionalmente bueno, en agua de mar en flujo rápido. En la atmósfera, la corrosión se limita a une empeñado superficial sin que se produzca pérdida de resistencia. Las -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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aleaciones se usan en la manipulación en planta de una amplia gama de productos químicos no oxidantes como, por ejemplo, cloro, flúor, ácido fluorhídrico y ácido sulfúrico. También son resistentes a la erosión y a la corrosión por vapor y la aleación 400 se puede usar a temperaturas de hasta 450ºC. En común con la mayor parte de la aleaciones de base níquel y base cobre, las aleaciones níquel-cobre sufren un rápido ataque por el azufre y los compuestos de azufre a temperaturas elevadas. Esto puede producir fragilización permanente. permanente. En consecuencia, antes de calentar estas aleaciones deben tomarse toda clase de precauciones para asegurarse de que no estén contaminadas. Deben eliminarse todos los restos de aceites de corte y lubricantes, así como las grasas, puesto que tales productos pueden contener azufr e. Otras fuentes de azufre son las marcas de los dedos, cuando son grasientas, los trazos de lapiceros marcadores y los gases de los hornos. Pueden hallarse datos más amplios sobre la resistencia a la corrosión de las aleaciones cobre-níquel, solicitándolos a los fabricantes y en las siguientes publicaciones de Internacional Nickel: -

4156. La resistencia a la corrosión de las aleaciones con contenido de níquel en ácido fosfórico.

-

4155. La resistencia a la corrosión de las aleaciones con contenido de níquel en ácido fluorhídrico.

-

4228. La resistencia a la corrosión de níquel y de las aleaciones al níquel, en ácido sulfúrico.

Conformación y curvado

Las aleaciones níquel-cobre pueden ser conformadas en frío según las técnicas usuales. Estas aleaciones se comportan generalmente como acero de baja aleación, pero, como sus límites elásticos son más elevados, se necesita más potencia. Con excepción de las aleaciones R-405 y 414, todas las aleaciones níquel-cobre se pueden trabajar en caliente, para darles las mismas formas que se pueden dar al acero de baja aleación. Debe seguirse la práctica de calentamiento correcta. El intervalo de temperaturas recomendado para la forja intensa de la aleación 400, es el de 1.180 a 930ºC; la forja ligera puede continuar hasta los 650ºC. La aleación K-500 se debe forjar a 1.150-870ºC, pero para una deformación intensa, debe mantenerse la temperatura por encima de 1.040ºC. La aleación K-500 no se debe dejar enfriar lentamente durante el intervalo de temperaturas del endurecimiento por envejecimiento, sino que debe templarse a partir de los 800ºC o a temperatura superior. No se debe intentar aumentar la resistencia mecánica de la aleación K-500 trabajándola a temperaturas inferiores a la recomendada para su forja. En la literatura de los fabricantes se ofrecen detalles de las técnicas de construcción. Unión

Para la aleación 400, se pueden aplicar la mayoría de los procedimientos procedimientos de unión usuales. Los procesos que se utilizan más frecuentemente, dentro de la especialidad de soldeo por arco, son : soldeo por arco en atmósfera inerte con electrodo fusible y soldeo por arco en atmósfera gaseosa con electrodo de volframio, pero también se puede recurrir a técnicas de soldeo con gas, soldadura blanda y soldadura fuerte. Deben utilizarse los metales de aportación y fundentes apropiados y llevamos la atención del lector al párrafo que se refiere a la fragilización por azufre. Las piezas a unir por soldadura fuerte deben ser aliviadas de tensiones antes de la unión y se dben utilizar materiales exentos de fósforo. La aleación K-500 requiere un -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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cuidado especial y sólo se debe soldar en estado de recocido. Debe solicitarse el consejo del fabricante antes de realizar cualquier operación de soldeo. En la literatura de los fabricantes pueden encontrarse encontrarse datos más amplios sobre técnicas de unión. Mecanizado

Las aleaciones níquel-cobre se pueden mecanizar fácilmente, pero, a causa de su gran tenacidad, las velocidades de corte y de avance son algo inferiores a las del acero suave. Las aleaciones R-405 (y 414) y 502 son los tipos maquinables maquinables de las aleaciones 400 y K-500, respectivamente. Debe consultarse la literatura de los fabricantes sobre mecanizado y amolado. Tratamiento Tratamiento térmico

Aleaciones 400, 400, R-405 y 414 -

Recocido aproximado a 900ºC

-

Igualación de tensiones 275ºC

Aleaciones K-500 K-500 y 502 -

Recocido 750-950ºC

Tratamiento térmico de disolución 975-1040ºC Endurecimiento Endurecimiento por precipitación. precipitación. Estado: -

Recocido blando 16 h a 580-590ºC

-

Deformación en frío ligera (190-260 HV) 8-16 h a 580-590ºC

-

Deformación en frío intensa (260-320 HV) 6-10 h a 530-540ºC

Cuando se requiere la máxima resistencia mecánica en las aleaciones endurecidas por precipitación, el enfriamiento hasta 480ºC desde la temperatura de endurecimiento por envejecimiento, debe efectuarse al a velocidad controlada de 10-15ºC por hora o, en etapas de 50ºC, manteniendo el horno en cada etapa durante 4-6 h. Por debajo de 480ºC cualquier velocidad de enfriamiento es aceptable. Véase párrafo sobre contaminación, baja el epígrafe “Resistencia a la Corrosión”.

8. SOLDABILIDAD SOLDAB ILIDAD DE LAS LA S ALEACIONES AL EACIONES DE NÍQUEL NÍQUEL El uso que se hace de las aleaciones base níquel hace que en la mayoría de los casos se requiera que estas sean fácilmente fácilmente soldables. Las Las operaciones operaciones de soldeo requieren verdadera importancia en en la fabricación aeroespacial aeroespacial y de armamento, industria petroquímica, y nuclear. Bajo el punto de vista de su soldabilidad las aleaciones de níquel tienen que dividirse en dos grandes grupos, que son las tratables térmicamente (endurecimiento (endurecimiento por precipitación) y las no tratables, estando las más usuales listadas en la tabla adjunta. Las aleaciones tratables, o de endurecimiento por precipitación, -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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aumentan su resistencia mecánica mediante las dos clásicas etapas como son el tratamiento de disolución a alta temperatura, seguido del enfriamiento más o menos rápido para formar la disolución sólida sobresaturada DSS, y posteriormente el tratamiento de envejecimiento con el fin de controlar la precipitación del soluto en sus primeros estadios. Por el contrario las aleaciones no tratables cons iguen sus propiedades mecánicas por deformación en frío (acritud) y por endurecimiento por disolución sólida. Ambos grupos tienen una composición química complicada con una gran variedad de propiedades que pueden ser variadas mediante tratamientos térmicos. Cualquier operación de soldadura en las aleaciones de níquel debe ser cuidadosamente ajustada en lo relativo a aporte térmico dada su gran influencia en las propiedades finales de la unión soldada. Los elementos de aleación poseen en cada estructura un efecto muy definido en la soldabilidad, y el conocimiento de esta influencia en nuestro caso es de suma importancia a la hora de determinar los procedimientos de soldadura, a continuación se define la influencia que tienen varios elementos en la soldabilidad de las aleaciones base níquel. Aluminio . Elemento constituyente de las aleaciones envejecible cuando su contenido es alto conduce a agrietamiento en caliente. Boro. Su efecto es muy perjudicial, produce agrietamiento intergranular (hot shortness) y se adiciona en muy pequeñas dosis para mantener las propiedades a alta temperatura. Carbono. En las aleaciones que exentas de cromo produce fragilización por gratificación por encima de 370ºC tanto en la zona de soldadura como en la afectada térmicamente. En estos casos se dbe mantener por debajo de 0.02%, y si hay cromo puede estar con mayor contenido sin más problemas. Cromo. Tiene efecto variable, mejora la soldabilidad pero si el silicio es alto, existe riesgo de agrietamientoe en caliente. Este problema se puede corregir estabilizando el baño de Ni-Cr con Niobio o Columbio. Cobalto. Su efecto no resulta apreciable. Niobio. Como ya se ha indicado, su efecto es beneficioso contrarrestando el efecto del silicio en presencia del cromo cuando aquel es muy alto, se recomienda una proporción de 4,5%/1% de Nb/Si. Cobre. Este elemento no tiene marcado efecto en la soldabilidad. Hierro. De comportamiento similar al cobre. Plomo. Muy perjudicial por agrietamiento intergranular en caliente. Magnesio. Beneficioso debido a que reduce el “Hot Shortness” mediante la neutralización del azufre formando sulfuros. Manganeso. Su efecto es poco notable, cuanso se prevén fuertes tensiones en la soldadura, se añade al metal de aporte para evitar el riesgo de agrietamiento. Molibdeno. Si el contenido se mantiene por debajo del 20% no suele presentar problemas, por encima de este contenido aparece una segunda fase que produce agrietamiento.


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Fósforo. Muy perjudicial, produce agrietamiento intergranular en caliente. Silicio. Su efecto esta muy condicionado al tipo de aleación y al proceso de soldadura pero generalmente se le considera perjudicial debido a su tendencia a producir agrietamiento sobre todo en las aleaciones de altos contenidos en Ni-Cr. Azufre. De todos los elementos perjudiciales este es el peor ya que es el mayor inductor al “Hot shortness”, para evitar el azufre es esencial entre otras precauciones, la de mantener una gran limpieza. Titanio. De efecto similar al aluminio. Pequeñas diferencias composicionales resultan críticas en la fabricación soldada. Incluso cuando dos aleaciones se consideran de la misma familia, pequeñas variaciones pueden ocasionar diferentes comportamientos metalúrgicos. Por ejemplo, mucho silicio en una aleación de níquel puede producir agrietamiento en caliente, demasiado titanio puede provocar agrietamiento por exceso de deformación. Este tipo de efectos son muy corrientes en otras familias de aleaciones. Existen otros factores además que afectan a la soldadura como son tratamientos térmicos anteriores, deformación o acritud inicial, configuración de la soldadura, limpieza y procesos a emplear. La soldadura de la familia de aleaciones no tratables, no se considera difícil de realizar cuando se emplean los procedimientos apropiados. Por ejemplo, se puede afirmar que como estas aleaciones no admiten templado, no resulta necesario el precalentamiento. La soldadura sin precalentamiento también esta recomendada cuando el material base se halla en estado recocido para prevenir el agrietamiento. El agrietamiento puede en algunos casos resultar del enfriamiento excesivamente lento entre ciertos rangos de temperatura que provocan perdida de ductilidad en la aleación. En los procedimientos que emplean gas como protección, estos deben ser totalmente inertes por tanto las posibilidades de elección se reducen al argón y al helio de alta pureza o a mezclas de ambos. En algunos casos ha sido empleado el argón con un 2.5% de CO 2 para mejorar la penetración pero el riesgo de contaminación en este caso es bastante alto. Para la soldadura de las aleaciones de níquel los procesos de soldadura que más se emplean son el TIG y el electrodo manual, y en la soldadura de grandes piezas algunas veces el arco sumergido. El proceso MIG con gas inerte también va ocupando lugares más destacados si bien su empleo esta restrigido en piezas de responsabilidad que requieran un riguroso control de calidad. En general para este tipo de aleaciones, la aplicación de los procedimientos hay que forzarla a que sea muy rigurosa. Variables tales como el diseño de la junta, proceso a emplear, técnica de limpiza, metal de aporte y tipo de protección deben ser definidas en cada caso pues de lo contrario resultara muy difícil obtener una soldadura libre de porosidad, sin grietas y exenta de inclusiones. La soldadura de las aleaciones tratables resulta más compleja debido a que este grupo de aleaciones dependen de complejas reacciones metalúrgicas encaminadas a proporcionar las propiedades deseadas. La solubilización y envejecimiento resultan procesos muy complicados y los tratamientos recomendados para este fin suelen entrar en conflicto con los procesos de soldadura más convenientes. Las consecuencias del no tener en cuenta los aspectos del comportamiento metalúrgico siempre será el -CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

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agrietamiento en la zona de soldadura, la afectada térmicamente o en ambas. Las reglas o precauciones que, con carácter general deben observarse en la soldadura de estas aleaciones son las siguientes: 1. Extremada limpieza. La presencia de aceites, grasas y otro tipo de suciedad introduce elementos fragilizantes como el fósforo, azufre y plomo. 2. Intentar soldar en estado recocido o en extremo en estado solubilizado. 3. No precalentar. 4. Emplear aportes térmicos muy bajos. 5. Diseñar juntas con bajo riesgo de deformación. 6. Evitar que las piezas a soldar estén tensionadas. 7. Cuando sea posible distensionar entre pasadas. Un típico ejemplo de la necesidad de estar alerta durante el proceso de soldeo, se presenta en la aleación envejecible INCONEL X. Esta aleación puede ser soldada por la mayoría de los procesos convencionales. Siempre debe ser soldada en estado recocido o por el contrario en el de disolución, y no debe procederse con la soldadura si la dureza es muy alta. Una dureza alta significa baja ductilidad en particular cuando se pasa por el rango de temperatura comprendido entre 1200ºF y 1500ºF (650 y 815ºC). Las tensiones de enfriamiento son aquí suficientes para ocasionar agrietamiento. Además, calentamientos muy rápidos por esta región de baja ductilidad son siempre recomendables con el fin de reducir las oportunidades de que la zona afectada por el calor retrase el agrietamiento. El precalentamiento no es recomendable debido a que resulta deseable minimizar el tiempo que se esté en la región conflictiva, y bajos aportes térmicos son importantes por la misma razón. Resulta de gran importancia el mentalizarse que las aleaciones de níquel están afectadas por muchos factores interconectados y que además pueden ser modificados y manipulados por el tratamiento térmico. Una buena comprensión de los mecanismos que actúan en el endurecimiento puede sin duda ser de gran ayuda a la hora de determinar los procedimientos de soldadura apropiados.

ALEACIONES ENDURECIBLES POR PRECIPITACIÓN Aleaciones de metal base Metal base: Níquel Hierro 17-4 PH 17-7 PH PH 15-7 Mo AM 350 19-9 DL A 286

Inconel X Rene 41 Udimet 500 Waspaloy Inconel 700 M 252

Aluminio 2014 2024 6061 7002 7039 7075


Magnesio AZ 80 A ZK 60 A HM 21 A ZE 41 A ZH 62 A EZ 33 A

Titanio 6Al-4V 4Al-3Mo-1V 16V-2.5Al 6Al-6V-6Sn 13V-11Cr-3Al

Tema 2.22 -98-


SISTEMA DE ALEACIONES QUE EXPERIMENTAN UNA REACCIÓN DE DISOLUCIÓN Y PRECIPITACIÓN EN UN TRATAMIENTO TÉRMICO


Tema 2.22 -99-


CAMBIOS MICROESTRUCTURALES EN UNA ALEACIÓN ENDURECIBLE POR ENVEJECIMIENTO DURANTE UNOS SEVEROS ESTADOS EN EL TRATAMIENTO TERMICO


Tema 2.22 -100-


( A) Tª DE ENVEJECIMIENTO PARA UNA ALEACIÓN DADA ; ( B ) ENVEJECIMIENTO RESULTANTE DE UNA ALEACIÓN HIPOTÉTICA . NOTA LA DUREZA EN EL ESTADO DE RECOCIDO REPRESENTAD EN EL EJE IZQUIERDO ES MENOR QUE LA DUREZA EN ESTADO SOLUBILIZADO REPRESENTADO EN EL EJE PARALELO .


Tema 2.22 -101-



Tema 2.22 -102-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN COMPORTAMIENTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL ALUMINIO 6061

DISTRIBUCIÓN DE LA TEMPERATURA EN UNA SOLDADURA DE UNA ALEACION ENDURECIBLE POR PERCIPITACIÓN . ( A ) SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA SOLDADURA DE LA ALEACIÓN X ; ( B ) PERFIL DE TEMPERATURA MÁXIMA DE LA SOLDADURA ; ( C) TEMPERATURA DE LA ZONA AFECTADA TERMICAMENT DIBUJADA EN EL DIAGRAMA DE FASES DE LA ALEACIÓN X


.

Tema 2.22 -103-


VARIACIONES DE LA DUREZA EN UNA ALEACIÓN ENDURECIBLE POR PRECIPITACIÓN ; ALEACION SOL DADA EN TOTAL CONDICION DE TRATAMIENTO TERMICO.


Tema 2.22 -104-

Nique y Aleaciones de Niquel

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