Aceros Aleados

Metalurgia Mecánica ACEROS ALEADOS

Aceros ACEROS AL CARBONO

Combinación o aleación de hierro con pequeñas cantidades de carbono (alrededor del 0.05% hasta menos de un 2%). Pueden existir impurezas, pequeñas cantidades de otros elementos

ACEROS ALEADOS

Aceros a los que se les agrega de manera intencional ciertos elementos de aleación tales como Cr, Mo, Ni, W, V, Mn, Si sin que la suma de estos excedan del 5%. Mayor a 5% son aceros de alta aleación

Aceros al carbono Los aceros al carbono que contienen azufre y fósforo se conocen como aceros al carbono resulfurizados (serie 11xx) y como aceros al carbono refosforizados y resulfurizados (serie 12xx)

Clase

%C

SERIE

0-0.30

11XX

Medio carbono

0.30-0.60

12XX

Alto Carbono

0.60-0.90

13XX

Bajo carbono

Inconvenientes del acero al carbono • Corrosión: Principal inconveniente del acero, cuando se encuentra en la intemperie éste se corroe con gran facilidad, por esto se trata de proveerle un recubrimiento. • Endotérmico: Las estructuras en acero o en partes en acero, propagan fácilmente el calor debido a las propiedades física de éste material. • Susceptibilidad al pandeo: Es decir entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo.

Propósitos de la aleación • Aumentar la templabilidad (propósito básico) • Mejora la resistencia a temperaturas comunes

• Mejoras las propiedades mecánicas a altas y bajas temperaturas • Mejora la tenacidad a cualquier dureza o resistencia mínima • Aumentar la resistencia a la corrosión y al desgaste • Mejorar las propiedades magnéticas

Elementos de aleación frecuentes Al: En pequeñas cantidades, actúa como desoxidante.

Cr: Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistencia al desgaste y la corrosión. Mg: Desoxidante y neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando operaciones de trabajo en caliente. Aumenta la penetración al temple y contribuye a su resistencia y dureza.

Elementos de aleación frecuentes Ni: Mejora las propiedades del tratamiento térmico reduciendo la temperatura de endurecimiento y distorsión al ser templado. Con Cr aumenta dureza y resistencia al desgaste. Si: Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación. Ti: Como desoxidante y para inhibir el crecimiento granular. Aumenta también la resistencia a altas temperaturas.

Elementos de aleación frecuentes W: Se emplea en muchos aceros de aleación para herramientas, impartiéndoles una gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas. V: Imparte dureza y ayuda a la formación de granos de tamaño fino. Aumenta la resistencia a los impactos y también la resistencia a la fatiga.

Elementos de aleación Los elementos de aleación pueden clasificarse de acuerdo con la forma en que se distribuyan en los dos constituyentes principales de un acero recocido: • Grupo 1: Elementos que se disuelven en ferrita • Grupo 2: Elementos que se combinan con carbono para formar carburos simples o complejos

Designación de aceros simples y aleados La identificación de los aceros se lleva a cabo por normatividad. De acuerdo a las normas AISI-SAE-NOM se tienen las siguientes designaciones C – 1XXX

Cr-V – 6XXX

Ni – 2XXX

W-Co – 7XXX

Cr-Ni – 3XXX

Cr-Ni-Mo – 8XXX

Cr-Mo – 4XXX

Cr-Si – 9XXX

Cr – 5XXX

Designación de aceros simples y aleados Ejemplo NOM 1020

NOM 4140

1  Carbono

4  Acero aleado

0  Acero original

1  Acero modificado de otro acero

20  0.2% de carbono

40  0.4% de carbono

Aceros al Níquel (serie 2XXX) Es uno de los más viejos y el más fundamental de los elementos de aleación los aceros • Disminuye las temperaturas críticas del acero, amplía el intervalo de temperatura para un tratamiento térmico exitoso. • Permite obtener ciertos niveles de resistencias con inferiores contenidos de carbono, incrementando de esta manera la tenacidad, la plasticidad y la resistencia a la fatiga.

Aceros al Níquel (serie 2XXX) • Los aceros al Níquel son altamente adecuados para aceros estructurales de gran resistencia, los cuales se utilizan en la condición de laminado o para grandes forjas no adaptables al templado.

Aunque los aceros al níquel de la serie 2xxx se han eliminado de la clasificación AISI-SAE de aceros aleados estándar, no significa que no se manufacturen.

Aceros al Níquel (serie 2XXX) Los aceros en esta serie se han reemplazado ampliamente en muchas aplicaciones por los aceros más económicos, de triple aleación, de la serie 86xx.

Aceros al Cromo (serie 5XXX) El Cromo es un elemento de aleación menos costoso que el Níquel y forma carburos simples (Cr7Cr3, Cr4C) o carburos complejos [(FeCr)3C]. Estos carburos tienen alta dureza y buena resistencia al deterioro.

Aceros al Cromo (serie 5XXX) • En los aceros de bajo carbono, el cromo tiende a entrar en la solución incrementando de esta manera la resistencia y la tenacidad de la ferrita. • Cuando el cromo está presente en cantidades que exceden el 5%, las propiedades a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión del acero se ven ampliamente mejoradas.

Aceros al Cromo (serie 5XXX) • Los aceros al como de la seria 51xx contienen entre 0.15 y 0.64% de carbono y de 0.70 a 1.15% de cromo. • Un tipo especial de acero al cromo con 1% de carbono y de 2 a 4% de cromo tiene excelentes propiedades magnéticas y se emplea para imanes permanentes. • Los aceros al alto cromo que contienen más de 10% de cromo son notables por su alta resistencia a la corrosión.

Aceros al Níquel - Cromo (serie 3XXX) • En estos aceros, la razón de níquel a cromo es de aproximadamente 2.5 partes de níquel por una parte de cromo. • El efecto del níquel de aumentar la tenacidad y la ductilidad se combina con el efecto del cromo de mejorar la templabilidad y la resistencia al desgaste.

Aceros al Níquel - Cromo (serie 3XXX) • Se utilizan para formar engranes helicoidales, pernos para pistón, bielas automotrices y flechas de transmisión. • Los aceros de esta serie también fueron eliminados de la clasificación AISI-SAE. En muchos casos, estos aceros se han reemplazado por los aceros de triple aleación de las series 87xx y 88xx, debido a su costo menor.

Aceros al Manganeso • El manganeso es uno de los elementos de aleación menos costosos y está presente en todos los aceros como desoxidador. • Reduce la tendencia a la fragilidad caliente, resultante de la presencia de azufre, permitiendo de ese modo que el metal se trabaje. • Aumenta la dureza y resistencia a alta temperatura de los aceros

Aceros al Manganeso • Los aceros con manganeso son menos susceptibles al fragilizado, debido al revenido, que los demás aceros aleados. • Este elemento se utiliza más a menudo en combinación con níquel, cromo o ambos.

Aceros al molibdeno SERIE 40XX 44XX

• Con bajo contenido de carbono

• Con alto contenido de carbono

Aleaciones con Molibdeno Cromo-Molibdeno 41xx

Níquel-Molibdeno 46xx 48xx

Son relativamente baratos y poseen buenas características de endurecido profundo, de ductilidad y de capacidad para soldarse

Tienen la ventaja de la resistencia y ductilidad níquel, combinada templabilidad profunda maquinabilidad mejorada proporciona el molibdeno

alta del con y la que

CROMO-MOLIBDENO

NÍQUEL-MOLIBDENO

Aceros Níquel-Cromo-Molibdeno (43xx 47xx) Tienen todas las ventajas de los aceros níquel cromo conjuntamente con la alta templabilidad brindad por el molibdeno.

Aceros al Tungsteno El tungsteno tiene un marcado efecto sobre la templabilidad, es un fuerte formador de carburo retarda el suavizamiento de la martensita en el revenido Se requieren mayores cantidades. Aproximadamente 2 a 3 % de tungsteno equivale a 1% de molibdeno

Aceros al Vanadio 61xx ACERO AL VANADIO • El vanadio es el más costoso de los elementos comunes de aleación. • Es un potente desoxidador y un fuerte formador de carburo, el cual inhibe el crecimiento de grano • Las adiciones de vanadio al 0.05% producen una pieza de fundición sin defectos, uniforme y de grano fino

CROMO VANADIO • Los aceros al cromo-vanadio de medio carbono tiene alta tenacidad y resistencia y se emplean para ejes y resortes. • Los grados con alto carbono, gran dureza y resistencia al desgaste se emplean en cojinetes y herramientas

Aceros al Silicio (92xx) • El silicio, como el manganeso, está presente en todos los aceros como un desoxidador barato. • Una combinación de manganeso y silicio adecuadamente balanceada produce un acero con alta resistencia poco común y con buena ductilidad y tenacidad.

ACEROS INOXIDABLES

Estos aceros tienen aplicaciones resistentes a la corrosión y al calor. Un sistema de numeración de tres números se utiliza para identificar los aceros inoxidables. Los últimos 2 dígitos no tienen significado, pero el primero indica el grupo correspondiente de la siguiente manera

Aceros inoxidables La propiedad de resistencia a la corrosión se debe a una película delgada de óxido de cromo o de óxido de níquel que protege efectivamente al acero contra muchos medios corrosivos. esta propiedad no es visible en los aceros anteriores debido a la poca participación del cromo ya que es menor al 10%

Martensiticos Austeniticos Ferriticos

ACEROS INOXIDABLE MARTENSICOS Estos aceros son principalmente aceros con solo entre 11.5 y 18% de cromo. Las aleaciones más conocidas son las tipas 410 y 416

ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS

Son esencialmente no magnéticos en la condición de recocido y no endurecen por tratamientos térmicos. El contenido total de níquel y cromo es de por lo menos 23%.

ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS Los Ferríticos son esencialmente aleaciones con cromo. El contenido de cromo es usualmente de 10.5 a 30%, pero contenidos limitados de carbono del orden de 0.08%. Algunos grados pueden contener molibdeno, silicio, aluminio, titanio y niobio que promueven diferentes características.

Los aceros en México La primer empresa más importante de aceros en el S XX fue la Fundidora de Fierro y Acero de Monterrey, (FUMOSA) empresa que modificaría drásticamente la forma de fabricar acero en el territorio nacional.

La compañía tenía como objetivo la adquisición y explotación de minas de hierro y carbón, así como la fundición y el procesamiento del metal para la elaboración de objetos diversos. Es interesante hacer notar que en 1900 el consumo per. cápita de acero en México apenas y llegaba a seis kilogramos (hoy en día es de aproximadamente 250 kg)

En aquellos años, todos los aceros aleados para la fabricación de maquinaria y herramientas eran de importación, por lo que la empresa decidió fabricarlos aquí en México, y el primer acero que obtuvieron fue uno al alto carbono con contenidos muy reducidos de fósforo y azufre y después obtuvieron aceros de alta aleación, esto es, además de carbono, silicio y manganeso, contenían cromo, níquel, molibdeno, vanadio y tungsteno en porcentajes estrictamente controlados para proporcionarles sus características especiales

La producción de acero por su parte, se ubicó en 16.3 millones de toneladas para 2006, posicionándolo como el segundo más alto de los últimos cinco años, Actualmente las dos empresas que comparten el desarrollo principal de aceros en México son Arcellor Mittal Mexico, AHMSA y Deacero quienes tiene plantas y distribuyen a nivel nacional e internacional.

Bibliografía • Sydner H. Avner., Introducción a la metalurgia física., 2da edición Mexico 1988.

• Kalpanjian S., Schmid S. R., Manufactura, ingeniería y tecnología., 5ª Edicion Pearson educación Mexico 2008.