Aceros Aleados

Aceros Aleados Propiedades y temas afines

Introducción • Se denomina acero a una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composición, dependiendo del grado. • Es un compuesto intersticial • Su templabilidad baja limita la resistencia que puede obtenerse excepto en secciones delgadas. • La mayoría de limitaciones pueden superarse mediante el uso de elementos de aleación.

Definición • Un acero aleado es aquel cuyas propiedades características se deben a algún elemento en cantidades en peso del 1,0 % al 50 % para mejorar sus propiedades mecánicas.

Propósito de la aleación • Aumentar la templabilidad • Mejorar la resistencia a temperaturas comunes • Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas temperaturas como a bajas temperaturas • Aumentar la tenacidad a cualquier dureza o resistencia mínima • Aumentar la resistencia al desgaste • Aumentar la resistencia a la corrosión • Mejorar las propiedades magnéticas

• Grupo 1: Elementos que se disuelven en ferrita.

• Grupo 2: Elementos que se combinan con carbono para formar carburos simples o complejos.

Efecto de los elementos de aleación en ferrita • La mayoría de elementos son solubles en ferrita. • La tendencia hacia la ferrita es mayor. • Cualquier elemento disuelto en ferrita aumenta su dureza y resistencia.

Efecto de los elementos de aleación en el carburo • Su efecto en las propiedades tensiles a temperatura de ambiente es análoga sin importar la composición específica. • Influyen en la temperatura de endurecimiento y tiempo necesario para un calentamiento total y uniforme. • Los carburos son lentos de disolver y tienden a no disolverse en austenita • La dureza y resistencia al desgaste las determinan el tamaño y la distribución de las partículas duras del carbono.

Influencia de los elementos de aleación sobre el diagrama Hierro-Carburo de hierro • Se puede modificar el diagrama Hierro–Carbono de hierro por la presencia de elementos diferentes del carbono • El cambio en temperatura crítica producido por la presencia de elementos de aleación es importante en el tratamiento térmico de aceros aleados.

Efecto de los elementos de aleación en el proceso de revenido • Se suavizan mediante recalentamiento. • Retardar la rapidez de suavizamiento. • Las curvas de suavizamiento para los aceros aleados mostrarán un intervalo en el cual la dureza puede aumentar realmente al incrementarse la temperatura del revenido. • Dureza secundaria.

Aceros al níquel (Serie 2xxx) • El níquel es uno de los elementos más viejos y el más fundamental de todos los elementos de aleación de los aceros. • Disminuye las temperaturas críticas del acero, amplía el intervalo de temperatura para un tratamiento térmico exitoso. • La estructura de los aceros no endurecidos al níquel contiene mayor porcentaje de perlita que los aceros al carbono tratados de manera similar.

• Resistencia con inferiores contenidos de carbono, incrementando de esta manera la tenacidad, la plasticidad y la resistencia a la fatiga.

 Los aceros al 3.5% de níquel (serie 23xxx) • Carburizar engranes de transmisión, tornillos de bielas, pernos y seguros (chavetas).  Los aceros al 5% de níquel (serie 25xxx) • proporcionan mayor tenacidad y se utilizan para aplicaciones de trabajo pesado, como engranes para camiones y autobuses, y cigüeñales.

Aceros al cromo (Serie 5xxx) • El cromo es un elemento de aleación menos costoso que el níquel y forma carburos simples o carburos complejos. Estos carburos tienen alta dureza y buena resistencia al deterioro. • En cantidades que exceden al 5%, las propiedades a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión del acero se ven ampliamente mejoradas. • Aumenta la resistencia al desgaste de la superficie endurecida, pero la tenacidad en la parte interna no es tan alta como en los aceros al níquel.

Aceros al níquel–cromo (serie 3xxx) • La razón de níquel a cromo es de aproximadamente 2 ½ partes de níquel por una parte de cromo. • El efecto de 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 1.5% de níquel y 0.60% de cromo (serie 31xxx) • Engranes helicoidales, pernos para pistón, etc.  Aceros al 3.5% de níquel y 1.5% de cromo (serie 33xxx) • Trabajo pesado, engranes para avión, flechas y levas.

Aceros al manganeso (serie 31xx) • Elementos de aleación menos costosos y está presente en todos los aceros como desoxidador. • Reduce la tendencia a la fragilidad en caliente (fragilidad al rojo), permitiendo de ese modo que el metal se trabaje en caliente. • Es notable por su poder para combinarse con el azufre, y el sulfuro de hierro eutéctico. • Se conserva sólido a temperaturas de laminación y tiene un efecto menos adverso sobre las propiedades de trabajo en caliente de acero.

• Contribuye marcadamente a la resistencia y a la dureza. Tiene un efecto moderado sobre la templabilidad. • Acero Hadfield al manganeso: suele contener 12% de manganeso. Después de un tratamiento térmico adecuadamente controlado, este acero se caracteriza en general por su alta resistencia, gran ductibilidad y excelente resistencia al desgaste. • Poca resistencia y ductibilidad.

Aceros al molibdeno (serie 4xxx) • El molibdeno es un elemento de aleación relativamente costoso, ejerce un fuerte efecto sobre la templabilidad y, de manera semejante al cromo, aumenta la dureza y resistencia a alta temperatura de los aceros. • Menos susceptibles al fragilizado, debido al revenido, que los demás aceros aleados. • Mejora la resistencia al desgaste de la superficie endurecida y la tenacidad de la porción interna.

• Aceros ordinarios al molibdeno (series 40xx y 44xx) se carburizan y se emplean para flechas ranuradas, engranes de transmisión y aplicaciones similares en que no son tan severas las condiciones de servicio. • Los aceros al níquel – molibdeno (serie 41xxx) son algo baratos. Tienen endurecido profundo, ductibilidad y de capacidad para soldarse. • Los aceros al níquel – molibdeno series (46xxx y 48xxx) presentan alta resistencia y ductibilidad. • Aceros al níquel – cromo – molibdeno (series 43xx y 47xx) tienen alta templabilidad.

Aceros al tungsteno • Tiene un marcado efecto sobre la templabilidad, es un fuerte formador de carburo y retarda el suavizamiento de la martensita en el revenido • Es similar al del molibdeno • Es relativamente costoso y se necesita grandes cantidades para obtener un efecto apreciable

Aceros al vanadio • Es el más costoso de los elementos comunes de aleación. Es un potente desoxidador y un fuerte formador de carburo. • Las adiciones del vanadio de 0.05% producen una pieza de fundición sin defectos, uniformes y de grano fino. • Tiene un marcado efecto sobre la templabilidad y proporciona altas propiedades mecánicas al enfriamiento con aire.

• Los aceros al cromo – vanadio al bajo carbono (61xx) se utiliza en la condición de endurecimiento superficial en la manufactura de pernos y cigüeñales. • Los aceros al cromo – vanadio de medios carbono tienen alta tenacidad y resistencia y se emplean en ejes y resortes.

Aceros al silicio (serie 92xx) • Está presente en todos los aceros como un desoxidador barato. • No es un formador de carburo, se disuelve en ferrita aumentando la resistencia y la tenacidad • Acero naval (contiene 1 a 2% de silicio) se utiliza para aplicaciones estructurales que requieren un alto punto de cedencia. • Acero Hadfield al silicio: tiene excelentes propiedades magnéticas

Aceros inoxidables • Tienen aplicaciones resistentes a la corrosión y al calor. • Un sistema de numeración de tres números se utilizan para identificar los aceros inoxidables. • Las propiedades de resistencia a la corrosión se debe a una película delgada, adherente, estable del óxido de cromo o de óxido de níquel que protege efectivamente al acero contra muchos medios corrosivos.

Aceros martensíticos inoxidables • Son magnéticos, pueden trabajarse en frío sin problemas, especialmente con bajo contenido de carbono. • Pueden maquinarse satisfactoriamente y tienen buena tenacidad. • Gran resistencia a la corrosión atmosférica y a algunos agentes químicos, y se trabajan fácilmente en caliente. • Su óptima resistencia a la corrosión cuando se endurecen desde la temperatura recomendada.

• El proceso de tratamiento térmico es esencialmente el mismo que para los aceros simples al carbono o aceros de baja aleación • La principal diferencia es que el alto contenido de aleación de los grados de acero inoxidable hace que la transformación sea tan lenta y la templabilidad tan alta. • Los aceros inoxidables clasificados como grupos son más difíciles de maquinar que los aceros al simple carbono. • El uso de selenio ejerce menor efecto en reducir la resistencia a la corrosión que el azufre. • La adición del 2% de níquel a los aceros aleados de bajo carbono al 16 a 18% de cromo (tipo 431) extiende la región de austenita y los hace térmicamente tratables.

Aceros ferríticos inoxidables • No se pueden endurecer por tratamiento térmico sino solo moderadamente mediante trabajo en frío. • El recocido es el único tratamiento térmico aplicado a aceros verdaderamente ferríticos. • La resistencia medida al impacto por la prueba de muescas es la más adversamente afectada.

Aceros austeníticos inoxidables • Son los aceros inoxidables al cromo – níquel (tipo 3xx) y al cromo –níquel – manganeso (tipo 2xx), que resultan austeníticos. • Son esencialmente no magnéticos en la condición de recocido y no endurecen por tratamiento térmico. • Se pueden trabajar fácilmente en caliente o en frío. • El trabajo en frío les desarrolla una amplia variedad de propiedades mecánicas.

• Son muy resistentes al impacto y difíciles de maquinar. • Estos aceros tienen la mejor resistencia a altas temperaturas y resistencia a la formación de escamas de los aceros inoxidables. • Su resistencia a la corrosión suele ser mejor que la de los aceros martensíticos o ferríticos. • Aunque todos los aceros inoxidables se pueden endurecer hasta cierto punto por trabajo en frío el resultado llega a ser significativo en los aceros austeníticos.

Aceros inoxidables endurecibles por precipitación • Este nuevo grupo de aceros inoxidables se diseñó con características de endurecimiento por precipitación. • Tienen menor contenido de níquel, reduciendo de esta manera la estabilidad de la austenita. • Estos aceros pueden tener también elementos como cobre y aluminio que tienen a formar precipitados aleados coherentes.

Aceros marenvejecibles • Estos aceros tienen bajo contenido de carbono con 18 a 25% de níquel, junto con otros elementos de endurecimiento. • Se considera que son martensíticos en el estado de recocido y alcanzan una ultra alta resistencia al ser envejecidos en las condiciones o martensítica. • Una razón importante para tal interés es su superior tenacidad a la fractura, comparada con la de los aceros al medio carbono templados y revenidos de ultra alta resistencia.

Ausformado • Se diseñó un nuevo tipo de aceros de muy alta resistencia recientemente como resultado de la formación austenítica. • La técnica consiste en deformar austenita inestable de aceros moderadamente aleados entre las reacciones de perlita y bainita. • Las piezas estructuras para aviones y muelles de automóvil sometidas a grandes esfuerzos son aplicaciones particularmente atractivas para la ausformación.

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