Los Aceros y sus Características. Aceros al Carbono

1.

Aceros: MicroestructuraDiagrama Hierro-Carbono, Fases Clasificación de aceros al Carbono en referencia al eutectoideMicroestructuras de los aceros al carbonoTemperaturas críticas en el diagrama Fe-CTratamientos térmicosDiagramas TTT

2. Clasificación de las aleaciones ferrosas3. Designación de aceros al Carbono:

Por su composición químicaPor sus propiedades mecánicas en tracción

4. Propiedades mecánicas de aceros al carbono5. Aplicaciones de los aceros al carbono

Generalidades

Microestructuras

Microestructura

Características estructurales de una aleación observadas

a nivel microscópico. La microestructura es descrita

mediante la identificación de los tipos de fases presentes

y la descripción de su tamaño, forma y distribución.

Aleación/Fases

Aleación metálica: material que tiene propiedades metálicas que está formado por varios elementos

Ej. Acero al carbono ( Fe y C ) , Acero inox ( Fe, C , Cr , Ni)

Fase: porción físicamente homogénea1. La misma estructura o arreglo atómico2. La misma composición aproximada3. Una interfaz definida entre esta y las que la rodean4. Porción del sistema con iguales propiedades y

composición y físicamente distinguibles de las otras partes de la sistema.

Diagrama Hierro-Carbono

Describe las fases y sus composiciones hasta un contenido de C de 6,67%, así

como las transformaciones de fases que ocurren durante el enfriamiento o calentamiento en condiciones de equilibrio.

Fases presentes en el Diagrama Fe-C

Ferrita: La ferrita es hierro alfa α Fe, hierro casi puro que puede contener en solución pequeñas cantidades de silicio, fósforo.

Austenita- γ: Es una solución sólida de carbono o carburo de hierro en hierro gamma γ Fe. Todos los aceros se encuentran formados por cristales de austenita cuando se calienta a temperatura superior a las criticas

Cementita- Fe3C : Compuesto de carburo de Fe

Composición eutectoide

Fe-0,83% peso de CT: 723C

Austenita

Ferrita + Cementita = Perlita

Clasificación de los aceros con referencia al eutectoide

Clasificación de los aceros con referencia al eutectoide

Hipoeutectoides: Contenido de C<0.78%)(Fases: Ferrita + Perlita)

Eutectoides: Contenido de C=0,78%( Fases: Perlita)

Hipereutectoides: Contenido de C>0,78% hasta 2,00%C(Fases: Cementita + Perlita)

Microestructura acero hipoeutectoide

(Perlita)

Microestructura de acero eutectoide

Estructura Perlítica

Microestructura acero hipereutectoide

CementitaPerlita

Temperaturas criticas en el diagrama Fe-C

Temperaturas criticas en el diagrama Fe-C

Temperatura Critica Superior (Punto A3): es la temperatura por debajo de la cual se inicia la formacion de ferrita en aceros hipoeutectodides.

Temperatura critica (Punto ACM): es la temperatura , por debajo de la cual comienza la formación de cementita en aceros hipereutectoides

Temperatura critica inferior, (punto A1): es la temperatura de transformacion de austenita a perlita (transformacion eutectoide). Por debajo de esta temperatura no hay austenita.

Temperatura de transformacion magnetica (A2): es la temperatura por debajo de la cual la ferrita se vuelve magnética.

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Son los procesos claves para modificar las propiedades de los aceros, lográndose la obtención de

las propiedades más diversas

de los aceros y sus aleaciones. Con un tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

Tratamientos térmicos

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Tratamientos térmicos

Constituye uno de los procesos básicos de modificar las propiedades de los metales y aleaciones. La modificación tiene su origen en un cambio en la microestructura , cambio que puede ir acompañado o no de un cambio de fase.

Variables :

Material: Composición química, Estructura previa, geometría, espesor

Tratamiento Térmico: forma de calentamiento, y enfriamiento, la colocación de la pieza.

Tratamientos térmicos

Modifica propiedadesCalentamientoMantenimiento a temperatura

Enfriamiento controlado

Aleaciones metálicas

Tipos de tratamientos térmicos

Recocido, para mejorar la ductilidad y tenacidad, para reducir dureza y remover carburos. Normalizado, para mejorar la resistencia con apropiada ductilidad. Temple y revenido, para aumentar la dureza o mejorar la resistencia.Austemperizado, para producir estructuras bainíticas de alta resistencia con algo de ductilidad y buena resistencia al desgaste. Endurecimiento superficial, para mejorar resistencia al desgaste.

Tratamientos térmicos

Tiempo

AustenizadoEnfriamiento en aire

Tem

pera

tura

Normalizado. Calentamiento del acero a unos 50°C por encima de la temperatura crítica Ac ó

Acm y mantenimiento a esta

temperatura por un tiempo determinado, seguido de un enfriamiento al aire. Se aplica para destruir una microestructura gruesa después de calentamientos de piezas a elevadas temperaturas, después de la forja, etc.

Tratamientos térmicosRecocido: Produce una microestructura de baja dureza y alta ductilidad. Dependiendo de la temperatura de calentamiento se definen: Recocido completo, intercrítico y subcrítico.Modalidad de enfriamiento: Continuo, Transformación isotérmica

Recocido de regeneración: Se aplica después de la forja o laminación para posteriormente mecanizar el acero con contenidos de C entre 0,35% a 0,6% en las mejores condiciones posibles.Recocido de ablandamiento: Para reducir la dureza de los aceros al carbono.Recocidos de alivio de tensiones. Se emplea para aceros de bajo contenido de carbono (inferior a 0,30%) endurecidos por deformación después de laminado en frío o estirado para continuar con el proceso de deformación. Se aplica calentando el acero a temperaturas inferiores a la A1 por cortos tiempos.Recocido de esferoidización: Para esferoidizar la cementita en la perlita, mediante el calentamiento durante largos tiempos a temperaturas entre 700°C y 740°C y luego enfriar lentamente para lograr una extraordinaria ductilidad.

Tratamientos térmicos

Temple: Para endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. La pieza se calienta a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior A3 (entre 900-950 ºC) y se enfría luego rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.

Revenido: Para disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada.

Tratamientos térmicos

Temperaturas recomendadas en los distintos tratamientos térmicos

Tratamientos térmicos

Microestructura en función del enfriamiento desde la T austenitica

Endurecimiento superficial del acero

Carburización o cementación: Consiste en el calentamiento

de las piezas a unos 900 ºC en un medio en el que el carbono

penetre en la superficie del acero en función del tiempo. Se

puede efectuar este procedimiento con medios sólidos o por

medios gases. Este último procedimiento es el más utilizado

ya que permite un control más apropiado de la profundidad de

la capa endurecida.

Nitruración: La adición de nitrógeno a la superficie se

denomina nitruración, dicho procedimiento consiste en el

enriquecimiento de nitrógeno en la superficie manteniendo

el acero, sea en baño de sales o en una atmósfera de

amoniaco, durante un tiempo determinado. Temperaturas de

calentamiento entre 400-525ºC

Endurecimiento superficial del acero

Diagramas TTT

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Acero de composición eutectoideDiagrama TTT: tiempo, temperatura y transformación

Resume para una composición dada , la evolución en % de la transformación de una fase determinada sobre unos ejes temperatura-tiempo.Progreso de las transformaciones controladas por difusión

Transformación de la austenita a mezclas de ferrita y cementita

Diagramas TTT aceros hipoeutectoides

Diagramas TTT para aceros hipereutectoides

Diagramas CTT

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN Y REQUISITOS ADICIONALES DE MATERIALES PARA “SOUR SERVICE”

Clasificación de las aleaciones ferrosas

Diferencias entre aceros y fundiciones de Fe

La diferencia fundamental entre ellos es que los aceros

son por su ductilidad, fácilmente deformables en caliente

bien por forja, laminación o extrusión, mientras que las

fundiciones se fabrican por moldeo

Clasificación de los aceros al carbono según su producción

Aceros Efervescentes: Se elimina solamente una pequeña cantidad de oxígeno durante el proceso de solidificación. La superficie queda con muy bajo contenido de C, es muy dúctil y su conformado en frío es muy fácil.Aceros Calmados: Aceros que se les extrae gran cantidad de oxígeno. Acero completamente desoxidado antes de colarlo, mediante la adición de manganeso, silicio o aluminio. Se obtienen lingotes perfectos, no hay producción de gases durante la solidificación. El contenido de C en estos aceros es mayor al de los efervescentes. Aceros semicalmados: Propiedades mecánicas entre los efervescentes y calmadosAceros tapados: Características mecánicas entre

los semicalmados y efervescentes.

Designación de Aceros: Generalidades

American Iron and Steel Institute (AISI) y Society of Automotive Engineers (SAE).Otras organizaciones que representan usuarios específicos de aceros han desarrollado sus propias especificaciones. Estas incluyen:

American Petroleum Institute (API),Steel Founders Society of America(SFSA), Aerospace Material Specifications (AMS), American National Standard Institute (ANSI), American Society of Mechanical Engineers (ASME), American Society for Testing and Materials (ASTM), American Welding Society (AWS) Military Specifications (MIL)

Muchos países del mundo tienen su propias sistemas de especificaciones y designaciones de aceros, ejemplo

Normas venezolanas COVENIN, Normas Alemanas DIN.

Sistema Unificado de numeración (Unified Numbering System, (UNS):

Agrupa las especificaciones para sistemas de especificaciones de aceros similares.

El sistema UNS es alfanumérico, con una letra de prefijo que describe la clase de acero y los dígitos pueden incorporar los dígitos SAE y otras características de las aleaciones.

Designación de Aceros: Generalidades

Especificaciones UNS

Designación UNS DescripciónDxxxxx Aceros con especificación en propiedades

mecánicasFxxxxx Fundiciones de hierroGxxxxx Aceros al Carbono SAE y AISIHxxxxx Aceros AISI endurecidosJxxxxx Fundiciones de acerosKxxxxx Aleaciones ferrosasSxxxxx Aceros resistentes al calor y la corrosiónTxxxxx Aceros para herramientasWxxxxx Material de aporte para soldaduras,

electrodos recubiertos y tubulares clasificados por la composición del depósito de soldadura

Aceros al carbono clasificación por su composición

Aceros de bajo carbono: (C < 0.25%)

Aceros de medio (C =0.25% a 0.55%)

Aceros de alto carbono: (C > 0.55%).

Designación de los Aceros al carbono

Existen dos formas de identificarlos

La primera: a través de su composición

química.

La segunda: través de su resistencia mecánica en

tracción

Designación de aceros al carbono por su composición química

“American Iron and Steel Institute”

(AISI) junto con con

“Society of Automotive Engineers”

(SAE) han establecido

un sistema de designación de aceros de 4 dígitos.

SAE/AISI 1XXX

Designación de aceros : cont.

PRIMER DIGITO: 1 X X X

DEFINE EL TIPO DE ACERO

1: ACEROS AL C2 al 9: ACEROS ALEADOS

SEGUNDO DIGITO: 1 X X X

INDICA MODIFICACIÓN DEL ACEROO–

Acero al carbono sin modificación

1 –

Resulfurizado: Acero al carbono al que se le ha añadido sulfuro para mejorar la maquinabilidad

2 –

Resulfurado y refosforado: Acero al carbono al que se le ha añadido sulfuro y fósforo para mejorar la maquinabilidad.

5 –

No resulfurado, con contenidos de Mn >1.0%

Designación de aceros : cont.

ULTIMOS DOS DÍGITOS: 1 X X X

Indica CONTENIDO DE C en el acero en 0.01%.

Designación de aceros : cont.

EJEMPLO

SAE 1 0 3 0 significa:

Acero al carbono no modificado con un contenido de C de 0,30%.

Acero al C

No modificado

Con 0,30% C

Designación de aceros : cont.

SAE/AISI %C, % Mn % P max %Smax grade1006 0.08 max 0.35 max 0.04 0.05 1010 0.08-0.13 0.30-0.60 0.04 0.05 1020 0.17-0.23 0.30-0.60 0.04 0.05 1030 0.27-0.34 0.60-0.90 0.04 0.05 1045 0.42-0.50 0.60-0.90 0.04 0.05 1070 0.65-0.76 0.60-0.90 0.04 0.05 1090 0.85-0.98 0.60-0.90 0.04 0.05 1117 0.14-0.20 1.10-1.30 0.04 0.08-0.13 1547 0.43-0.51 1.35-1.65 0.04 0.05

Designación de aceros :

Designación de aceros de acuerdo a la resistencia mecánica en tracción

Primera cifra: Indica la resistencia a la tracción en kg/mm2

Segunda cifra: Indica la resistencia a la fluencia en kg/mm2.

A XX - XX XXX

Acero Rmax.

kg/mm2Ry

kg/mm2Uso

A37-24ES Acero Estructural Soldable, con un esfuerzo de tracción de 37 kg/mm2

y

esfuerzo de fluencia de 24 kg/mm2

A63-42ESH Acero Hormigon Estructural Soldable, con un esfuerzo de tracción de 63 kg/mm2

y esfuerzo de fluencia de 42

kg/mm2

EJEMPLO

Designación de aceros de acuerdo a la resistencia mecánica en tracción

Propiedades Mecánicas del acero 1045 con distintos tratamientos térmicos

Recocido

NormalizadoEstado de entrega

Templado

Propiedades mecánicas: aceros al carbono

El contenido de C en aceros al carbono, determinan su resistencia y ductilidad.

Mientras mayor es el contenido de C mayor es la resistencia y menor la ductilidad.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE ALGUNOS ACEROS

Nº SAE o AISI

Resistencia a la tracción

Rmax.

Límite de fluencia

Ry

Alargam.

en 50 mm

Dureza Brinell

Kgf / mm2 Mpa Kgf/mm2 Mpa %

1010 40,0 392,3 30,2 292,2 39 1091015 42,9 420,7 32,0 313,8 39 126

1020 45,8 449,1 33,8 331,5 36 1431025 50,1 491,3 34,5 338,3 34 1611030 56,3 552,1 35,2 345,2 32 1791035 59,8 586,4 38,7 377,5 29 190

1040 63,4 621,7 42,2 413,8 25 2011045 68,7 673,7 42,2 413,8 23 215

1050 73,9 724,7 42,2 413,8 20 2291055 78,5 769,8 45,8 449,1 19 235

1060 83,1 814,9 49,3 483,5 17 2411065 87,0 853,2 51,9 509,0 16 254

1070 90,9 891,4 54,6 535,4 15 2671075 94,7 928,7 57,3 560,9 13 280

1080 98,6 966,9 59,8 586,4 12 293

Grados del

Acero

Resistencia a la tracción

Rmax.

Límite de fluencia

Ry

Alargam. en 50 mm

Kgf/mm2 MPa Kgf/mm2 MPa %

A37-24ES 37 363 24 235 22A42-27ES 42 412 27 265 20A52-34ES 52 510 34 324 18

A44-28H 44,9 440 28,6 280 16A63-42H 64,2 630 42,8 420 (*)

Propiedades y Aplicaciones

Material Propiedades Aplicaciones

Aceros de bajo C (C < 0.25%)

Buena formabilidad, baja resistencia, bajo costo

Partes por embutido profundo, cadenas, tubos, alambres, algunas partes de máquina

Aceros de Medio C (C =0.25% a 0.55%)

Buena tenacidad y ductilidad, buena

resistencia mecánica y pueden ser endurecidos

por temple

Bobinas, ejes, tornillos, cilindros cigüeñales,

partes mecánicas tratadas térmicamente.

Aceros de alto C (C > 0.55%)

Alta resistencia mecánica, dureza y resistencia al desgaste ductilidad moderada.

Rodillos de laminación, martillos, destornilladores, hojas para cuchillos, rachees.

Propiedades de aceros (Smith)

Nº SAE o AISI Aplicaciones típicas

1010

Planchas y flejes para trefilado, cables, clavos, tornillos, bielas, barras

para reforzamiento de hormigón

1020Láminas y secciones estructurales,

ejes y engranajes

1040Ejes, clavos, tuberías de alta

resistencia a la tracción, engranajes

1060Alambres para resortes, troqueles de

forja, ruedas de ferrocarril

1080

Alambres para música, resortes helicoidales, troqueles de forja,

cinceles

1095

Troqueles, cuchillas, cizallas, hojas de tijeras, cables de alta resistencia a la

tracción

Aceros Aleados

Contenido1. Clasificación2. Designación por composición química3. Aceros inoxidables: designación

Clasificación por su microestructuraComposición química:-

Aceros martensíticos

-

Aceros ferríticos-

Aceros austeníticos

-

Aceros inoxidables PH-

Aceros duplex

6. Aceros para herramientas7. Aceros resistentes al calor8. Superaleaciones

GeneralidadesClasificaciónAplicación

Aceros Aleados: Clasificación

Aceros de baja aleación:

Elementos aleantes < 8%.

Aceros de alta aleación:

Elementos aleantes > 8%.

Aceros Aleados: Designación por composición química

De acuerdo a la clasificación de 4 dígitos del sistema SAE-AISI XXXX:

El primer digito indica la clase de acero aleado.

2 Aceros al NÍQUEL (Ni)

3 Aceros al NÍQUEL (Ni)-CROMO (Cr)

4 Aceros al MOLIBDENO (Mo)

5 Aceros al CROMO (Cr)

6 Aceros al CROMO (Cr)-VANADIO (V)

7 Aceros al TUNGSTENO (W)-CROMO (Cr)

9 Aceros al SILICIO (Si)-MANGANESO (Mn)

Aceros Aleados

SEGUNDO DIGITO: Indica la concentración del principal elemento de aleación en 1%

ÚLTIMOS DOS DÍGITOS: Indica la concentración de C en 0,01%.

EJEMPLO

SAE 5130Significa aceros al Cr con 1% of Cr y 0.30 % of C.

Aceros Aleados

1.

Clasificación

2.

Características y Soldabilidad: Aceros Martensíticos, Ferríticos, Austeníticos, Duplex

3.

Composición, Propiedades mecánicas

4.

Fundamentos de Soldadura Disímiles: Dilución, Porcentaje (%) de elementos en una junta diluida, Conductividad Térmica , Expansión Térmica, Resistencia a la corrosión.

5.

Procesos de Soldadura de metales Disímiles

6.

Cladding de Aceros: Procesos de Soldadura más utilizados, Materiales de Aporte

7.

Procesos más utilizados

Aceros Inoxidables

Aleaciones base hierro.

Contenido de Cromo superior al 11% wt

Presencia de otros elementos aleantes tales como:

Carbono, Níquel, Nitrógeno y Molibdeno.

Se caracterizan por la formación de una película de oxido

de cromo pasiva, compacta, adherente e invisible.

Son utilizados en ambientes de alta exigencia,

considerando la presencia de mecanismos de degradación

asociados a corrosión y a alta temperatura.

Aceros Inoxidables

ACEROS INOXIDABLES FORJADOS (AWS)AMERICAN IRON STEEL INSTITUTE (AISI)

De acuerdo a su aleación

ClasificaciClasificacióón AISIn AISI Tipo de AleaciTipo de Aleacióónn

2XX2XX CrCr--NiNi--MnMn--NN

3XX3XX CrCr--NiNi

4XX4XX CrCr

Clasificación

ACEROS INOXIDABLESACEROS INOXIDABLES

GRADOSCOMUNES

GRADOS ESPECIALES

Martensíticos Ferríticos

Austeníticos Endurecidos porPrecipitación

Duplex Súperausteníticos

SúperDuplex

Hyper Duplex

Súperferríticos

De

acuerdo a su microestructura

CLASIFICACIÓN

Martens

Martens íí tico

tico

Tipo C Mn Si Cr Ni P S Otros

AISI 403 0.15 1.00 0.50 11.5-13.0 -- 0.04 0.03 --

AISI 422 0.20-0.25 1.00 0.75 11.0-13.0 0.5-1.0 0.025 0.025 1Mo,1.25W,V

AISI 440 0.95-1.20 1.00 1.00 16.0-18.0 -- 0.04 0.03 0.75Mo

CA-40 0.20-0.40 1.00 1.50 11.5-14.0 1.0 0.04 0.03 0.5Mo

FerrFerr íí tico

tico

AISI 405 0.08 1.00 1.00 11.5-14.5 -- 0.04 0.03 0.10 Al

AISI 430 0.12 1.00 1.00 16.0-18.0 -- 0.04 0.03 --

AISI 446 0.20 1.50 1.00 23.0-27.0 -- 0.04 0.03 0.25N

CB-30 0.30 1.50 1.00 18.0-21.0 2.0 0.04 0.04 --

Austen

Austen íí tico

tico

AISI 201 0.15 5.5-7.5 1.00 16.0-18.0 3.5-5.5 0.06 0.03 0.25N

AISI 202 0.15 7.5-10.0 1.00 17.0-19.0 4.0-6.0 0.06 0.03 0.25N

AISI 304 0.08 2.00 1.00 18.0-20.0 8.0-10.5 0.045 0.03 --

AISI 316 0.08 2.00 1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 0.045 0.03 2-3Mo

AISI 316L 0.03 2.0 1.0 16.0-18.0 10.0-14.0 0.045 0.03 2-3Mo

CF-3M 0.03 -- 1.5 17.0-21.0 9.0-13.0 -- -- 2-3Mo

Endurecido Endurecido por Precip.por Precip.

17-4PH 0.04 0.30 0.60 16.0 4.2 -- -- Cu, Nb

PH13-8Mo 0.04 0.03 0.03 12.7 8.2 2.2Mo

PH15-7Mo 0.07 0.50 0.30 15.2 7.1 -- -- 2.2Mo

A-286 0.05 0.50 0.50 14.75 25 -- -- Mo, Al

Composición química

Tipo C Mn Si Cr Ni P S Otros

SS úú per Ferrper Ferr íí tico

tico

E-BRITE 0.010 0.4 -- 25-27 0.30 -- -- 1Mo,0.01N, Nb

MONIT 0.025 1.0 -- 24.5-26 3.4-4.5 -- -- 4Mo,0.03N, Ti

AL 29-4 0.010 0.3 -- 28.0-30.0 0.020 -- -- 4Mo,0.02N

AL-29-4C 0.030 1.0 -- 28.0-30.0 0.045 -- -- 4.2Mo,0.04N

SS úú per Austen

per Austen íí tico

tico

20 Cb3 0.07 2.0 1.0 19.0-21.0 32-38 0.045 0.035 3Mo,4Cu

Sanicro 28 0.03 2.5 1.0 26.0-28.0 29-32 0.03 0.03 4Mo,1.4Cu

904L 0.02 2.0 1.0 19.0-23.0 23-28 0.045 0.035 5Mo,2Cu

317LM 0.03 2.0 0.75 18.0-20.0 13-17 0.045 0.030 4-5Mo

Duplex

Duplex

329 0.08 -- -- 23.0-28.0 2.5-5.0 -- -- 1-2Mo

2205 0.03 -- -- 21.0-23.0 4.5-6.5 -- -- 3.5Mo, <0.2N

2304 0.03 -- -- 21.5-24.5 3.0-5.5 -- -- <0.6Mo,<0.2N

2507 0.03 -- -- 24.0-26.0 6.0-8.0 -- -- 3-5Mo,<0.32N

Hyper

Hyper

2707 0.03 --- --- 27.0 6.5 ---- ---- 5Mo, 0.4N

Composición química

Composición química

Composición química

Composición química

Composición química

Composición química

Composición química

Composición química

Adición de Cr Aleación Fe-C-12%CrAleación Fe-C

Acero al carbono Acero Martensítico

Mayor estabilidad de la fase ferrita α, característicos de los martensiticos y ferriticosMayor contenido de C que los ferriticos (0,12 a 1,2%) y su contenido de Cr varia entre 12% 17%. El más usado es el 410, (su composición típica es: 11.5 a 13.5 %

Cr y 0.15 %C como

máximo).La resistencia a la corrosión es relativamente pobre en comparación con los austeníticos y ferríticosEl acero 440C es utilizado en la fabricación de herramientas de corte que requieren cierta resistencia a la corrosión

Aceros martensíticos, serie 4xx

Son los únicos aceros inoxidables que se pueden endurecer por tratamientos térmicos, tras lo cual adquieren una estructura típica de martensita

Pueden ser templados y revenidos para lograr resistencia de fluencia en el rango de 550 a 1860 MPa. El contenido de Cr les da gran templabilidad, esto permite que puedan ser templados al aire, aún en secciones grandes.

Calentando a T> 790°C se obtiene martensita casi a cualquier velocidad de enfriamiento.

T>1010°C microestructura 100% martensítica, mediante el temple.

Aceros martensíticos, serie 4xx

Son soldables, siempre y cuando se tengan en cuenta algunos factores. El contenido de C influye en la ZAC y su susceptibilidad al agrietamiento por Hidrogeno.

Pueden ser soldados en condición de recocido, revenido, endurecido, con tratamiento de alivio de tensiones.

La soldabilidad puede mejorarse utilizando material de aporte de tipo austenítico (E309 o E308), se cuida la limpieza previa, se usan procesos de bajo hidrogeno y se evitan altas restricciones mecánicas.

Soldabilidad aceros martensíticos, Serie 4xx

Proceso CaracterísticasAW Solo existen electrodos de acero inoxidable martensítico tipo 410,410Ni/Mo y 420.

Los electrodos tipo 410 se utilizan para soldar aceros tipo 403,410,414 y 420. Los electrodos tipo 410Ni/Mo se utilizan para soldar aceros fundidos y así evitar la formación de ferrita en

la soldadura.Los electrodos tipo ER420 se utilizan para soldar aceros 420 cuando se quiere que el contenido de

carbono coincida.La mayoría de las soldaduras por arco tienen baja tenacidad en la zona de fusión.Se pueden utilizar electrodos de acero inoxidable austenítico como el 308 o 309 para mayor tenacidad en

la zona de fusión.Se deben realizar tratamientos de precalentamiento y temperatura de interpases para evitar el

agrietamiento en frío. Aplicar postcalentamiento para lograr mayor tenacidad.Tomar en cuanta las diferencias en los coeficientes de expansión térmica cuando se utilizan electrodos

de acero inoxidable austeníticos.RW (SW)

-

Se pueden soldar aceros recocidos, endurecidos o con temple y revenido.-

Independientemente de la dureza inicial del metal base, la ZAC adyacente a la zona de fusión se templa produciendo martensita.-

La dureza de la zona de fusión y la ZAC depende del contenido de carbono. La tendencia al agrietamiento también se incrementa con el contenido de carbono.-

La soldadura de aceros martensíticos con mas de 0.15%C requiere obligatoriamente tratamientos térmicos postsoldadura (tipos 420,422 y 431).

RW(FW)

-

se produce una ZAC muy endurecida. Revenido o por tratamientos

postsoldadura.-

Se requiere un preciso control de los parámetros de soldadura para evitar el atrapamiento de óxidos en la interfase de la soldadura.

Otros Procesos de Soldadura: Electron Beam Welding, Laser Welding, Plasma Arc Welding, Friction Welding y High Frequency Welding

Procesos de soldadura

%C Precalentamiento Mínimo (°C)

Tratamiento Térmico

Post Soldadura

Tipo de Acero

Tratamiento PostSoldadura (°C)

Recocido Total(°C)

<0.05 121 Opcional 403,410,416 649-760 829-885

0.05-0.15 204 Recomendado 414 649-732 N/R

>0.15 316 Necesario 420 677-760 829-885

431 621-704 N/R

440A, B, C 677-760 843-899

CA-6NM 593-621 788-816

CA-15 621-649 843-899

Tratamiento de precalentamiento y post-soldadura

Aleaciones del Sistema Fe-Cr-C Contenido de Cr > 17%

Elementos estabilizadores de la ferrita (Al, Nb, Mo, Ti)

Tratamientos Térmicos Postsoldadura

De primera generación(Tipos 430 y 446).

Susceptibilidad de presentar corrosión intergranular luego de la

soldadura.

De segunda generación (Tipos Al 405 y Ti 409)

Disminuyen la cantidad de C en solución sólida.

Obtiene una estructura ferrítica con algo de martensita

Aceros inoxidables ferríticos

Los aceros inoxidables al Cr con contenidos de alrededor de 12% de Cr o más y a veces también con Mo. El % Cr se extiende desde el 10,5% Cr (Tipo 409) hasta el 30% Cr (Tipo 447 y 448). Debe limitarse el %C para que no se transformen, en Aceros Inoxidables Martensiticos.

Tienen una microestructura constituida básicamente por ferrita. No pueden ser endurecidos por tratamientos térmicos y tienen propiedades mecánicas de bajo nivel.

Son más resistentes a la corrosión que los martensiticos. Tienen una resistencia excelente a la picadura y a la “Crevice Corrosion” inducida por cloruros y a la Corrosión bajo tensión (SCC).

Aceros inoxidables ferríticos

Los Aceros Inoxidables ferriticos tienen tres problemas que pueden acentuarse más o menos según sea la aplicación:

Excesivo crecimiento de grano

Sensibilización

Presencia de fase Sigma

Casi la mitad de este tipo de acero es producido en planchas, las que se terminan con laminados en frío. Son más baratos que los Aceros Inoxidables austeníticos

Aceros inoxidables ferríticos

No son atractivos desde el punto de vista de soldabilidad por poseer baja tenacidad.

Presentan susceptibilidad a la precipitación de fases intermetálicas.

Presentan una transición dúctil-frágil a temperaturas mayores a la temperatura ambiente

Los de segunda generación presentan muy buena soldabilidad y no requieren de cuidados especiales en la mayoría de los casos.

Los de primera generación tienden a experimentar crecimiento de grano en la ZAC por lo disminuye su tenacidad.

Soldabilidad de los aceros ferríticos

Proceso CaracterísticasSMAW -

El único electrodo disponible para este proceso es el E430.-

Cuando se suelda con un electrodo de acero inoxidable austenítico, éste debe mayor contenido de Cr+Ni que el metal base para mantener la estabilidad de la austenita durante la dilución.

GTAW -

Debe soldarse con DCEN-

No se recomienda utilizar CA-

Utilizar He, Ar o su mezcla como gas de protección.

GMAW -

Se utiliza DCEP-

Mezcla de Argón con 1%O2

con transferencia tipo spray o spray pulsado-

Mezcla He-Ar con 2.5 CO2 con transferencia corto circuito-

La transferencia tipo spray permite una mayor dilución en la soldadura. Además permite mayor control del pool de soldadura.-La transferencia mediante corto circuito suministra menos calor y así

se evita el excesivo crecimiento de grano en la ZAC. Sin embargo se puede tener fusión incompleta.

SAW -

La soldadura se puede hacer en una o varias pasadas-

La eficiencia de transferencia de Cr y Mo a través del arco depende del gas utilizado. El gas y el tipo de electrodo deben seleccionarse adecuadamente para mantener la composición de Cr y Mo en la soldadura.-

La dilución puede variar entre 30 y 50%. Se debe tener en cuenta esto a la

hora de seleccionar el electrodo.

RW(SW, FW)

-

No se recomienda cuando la ductilidad es un factor crítico.-

Debe tenerse en cuenta el crecimiento de grano y la falta de tenacidad de las soldaduras de aceros ferríticos al diseñar el procedimiento de soldadura.

Otros Procesos de Soldadura: Electron Beam Welding, Laser Welding, Plasma Arc Welding, Friction Welding y High Frequency Welding.

Procesos de soldadura Procesos de soldadura

Tratamiento de precalentamiento /materiales de aporte

PRECALENTAMIENTOPRECALENTAMIENTO

1era Generación 300 º

F (149 º

C)

2da Generación 300 º

F (149 º

C) solo si hay restricción

MATERIALES DE APORTEMATERIALES DE APORTE:

Materiales con similar composición (Único 430)

Acero Inoxidable austenítico (Mayor Cr y Ni), casi siempre E309, aunque también se usa E308 y algunos casos E312 y E310.

Aleaciones de Níquel

Adición de Ni Aleación Fe-18%Cr-8%NiAleación Fe-C

Acero al carbono Acero Austenítico

Aceros Austeniticos

Mayor rango estabilidad de la austenitaPresentan un gran contenido de elementos que estabilizan la austenita en un amplio rango de temperaturas (Ni,C y N), además de otros que se añaden con propósitos especiales. La adición de Ni expande el dominio de la fase gamma.Excelentes propiedades de tenacidad, ductilidad y resistencia a la corrosión y soldabilidad.

No se endurecen por tratamiento térmico, sino por deformación en frío o en caliente. El níquel estabiliza a la austenita a temperatura ambiente.

Son los mas usados por su ductilidad lo que los hace ideales para ser soldados.

Estos aceros tienen también tres problemas asociados a las altas temperaturas ya sea de servicio o durante la fabricación (soldadura):

Sensibilización

Fisuración en Caliente

Formación de Fase Sigma

Aceros Austeniticos

También puede incrementar las propiedades mecánicas, pero puede resultar desfavorable al disminuir la resistencia a la corrosión y permite la formación de la fase σ.Si la austenita solidifica como fase primaria, la soldadura será austenítica con un poco de ferrita (ferrita eutéctica) además de tener varias morfologías que dependen de la composición.

La presencia de ferrita δ

en la soldadura del acero austenítico entre 5 y 10% es beneficiosa reduce la tendencia a la microfisuración por licuefacción y es producto de la solidificación y la secuencia de las transformaciones de fase.

Ferrita Ferrita δ

en aceros Austenen aceros Austenííticosticos

Precipitados y fases intermPrecipitados y fases interméétalicastalicas: Durante la soldadura, hay una región del metal base que puede permanecer durante un tiempo prolongado en un intervalo de temperaturas dentro del cual pueden producirse dos mecanismos que pueden influir en el comportamiento en servicio:

Precipitación de elementos intersticialesFormación de fases intermetálicas

Soldabilidad de aceros Soldabilidad de aceros austenaustenííticosticos

PrecipitaciPrecipitacióón de n de elementos intersticiales elementos intersticiales

Cr, Ti y Nb tienen la Cr, Ti y Nb tienen la propiedad de combinarse propiedad de combinarse con elementos con elementos intersticiales como el C y intersticiales como el C y N.N.

FormaciFormacióón de Carburos, n de Carburos, carbonitruros y nitruros carbonitruros y nitruros que se localizan en los que se localizan en los bordes de grano y ocurre bordes de grano y ocurre cuando el material se cuando el material se encuentra entre 500 y encuentra entre 500 y 800800ººC.C.

Produce: Produce: DisminuciDisminucióón de la resistencia a la corrosin de la resistencia a la corrosióón general, por n general, por picaduras.picaduras.ApariciAparicióón de Corrosin de Corrosióón Intergranularn IntergranularDisminuciDisminucióón de la ductilidadn de la ductilidadDisminuciDisminucióón de la tenacidadn de la tenacidad

1. Tratamiento térmico de solubilización: Calentar entre 1025 y 1120ºC (En este intervalo la austenita actúa como disolvente de los carburos ). Se enfría rápidamente para impedir que los carburos precipiten de nuevo. No es aplicable para grandes componentes.

2. Seleccionar aceros con bajos contenidos de carburos: Si %C es inferior a 0.03% no es suficiente para precipitar carburos (Ejm.

304L,316L). También se disminuyen las propiedades mecánicas.

3. Seleccionar aceros inoxidables estabilizados: La presencia de Ti o Nb en el acero inoxidable evita la formación de carburos de Cr ya que estos reaccionan mas fácilmente que el Cr con el C formando así

carburos, carbonitruros y nitruros que también precipitan en los bordes y en el interior de los granos.Esto puede ocasionar corrosión intergranular en la línea de fusión en medios nítricos concentrados y calientes, además disminuyen la tenacidad y la ductilidad y se incrementa la resistencia a la cedencia a altas temperaturas.

Soluciones

Proceso CaracterísticasSMAW -La distorsión es un problema serio en los aceros austeníticos. Esto debido al alto coeficiente de

expansión térmica y la baja conductividad del acero.-Generalmente se añaden aleantes al recubrimiento o al núcleo del electrodo para cambiar la composición de la soldadura o aumentar la taza de deposición.-La corriente aplicada a los electrodos de acero inoxidable es 10

a 15% menor respecto a los electrodos de acero al carbono (alta resistividad).-La eficiencia de deposición es del 75%.-Los electrodos generalmente contienen fluoruros para eliminar los óxidos de cromo de la soldadura.

GMAW -Poca pérdida de elementos aleantes en el arco si se utiliza el gas apropiado.-95% de transferencia utilizando Ar.-Transferencia tipo spray o corto circuito-Protección del arco con Ar, Ar-O2

, Ar-He y He-Ar-CO2

GTAW -Se puede soldar en todas las posiciones y espesores.-Taza de deposición baja proceso mas costoso-Se puede soldar utilizando DCEN-Protección del Arco con Ar, He y mezclas de ambos. -

Es apropiado para realizar el primer cordón si se quiere penetración completa.FCAW -Se puede soldar sin utilizar gas protector o con una mezcla Ar-CO2

-La composición química de los electrodos permite controlar el contenido de ferrita

en la soldadura.-

No usar bajas corrientes con altos voltajes atrapamiento de excesivo de NSAW -Se puede utilizar en soldadura heterogénea.

-Genera mas calor que otros procesos menor velocidad de enfriamiento mayor dilución, segregación de elementos aleantes y engrosamiento de la microestructura.-

Se puede soldar con corriente AC y DC. -El control de la dilución es el factor más importante. En el metal base la dilución puede llegar a ser de hasta 75%.

Otros Procesos de Soldadura: Plasma Arc Welding, Resistance Welding, Electroslag Welding

Aceros austenAceros austenííticosticos

Los aceros duplex son acero austeno-ferríticos. Ferrita 30-50% , Austenita 70- 50% mixta (α + γ ). El resultado es una combinación de estas dos fases, la austenita confiere ductilidad y la ferrita resistencia a SCC. El Mo hace mas resistente a la capa pasivante y mejora la resistencia al pitting.

Buenas propiedades de tenacidad y ductilidad, intermedias a los ferríticos y los austeníticos.

Son de excelente resistencia a la corrosión.

No se endurecen por tratamiento térmico, pero si por deformación en frío.

Tienen mejor soldabilidad que los ferríticos, pero inferior a la de los austeníticos

Aceros duplexAceros duplex

Durante la soldadura , el calor de aporte es importante para evitar un rápido enfriamiento.

La microestructura de la zona de fusión se controla mediante la composición del electrodo. La microestructura del metal base se controla mediante la composición del metal base.

Normalmente no requiere de precalentamiento ni tratamiento térmico postsoldadura y se limita entre pases a un máximo de 300ºF (149ºC).

Son usados en las más severas condiciones de temperatura y contenido de cloruros donde los inoxidables austeniticos sufren SCC, Pitting y Crevice Corrosión. Los Aceros inoxidables Duplex son aceros con más Cr y menos Ni para aumentar el contenido de ferrita con el objeto de aumentar la resistencia a SCC en medios con cloruros a alta temperatura.

Estos Aceros tienen mas tenacidad que los ferriticos, debido a ello se los consigue en forma de chapa, pe, para fabricar la placa-tubo de los intercambiadores de calor.

Aceros duplexAceros duplex

Proceso Características

SMAW -

El material de aporte tiene mayor cantidad de Ni respecto al metal base para garantizar un balance ferrita/austenita si no se va a realizar algún tratamiento postsoldadura.-

Si se realiza un tratamiento de solución, el electrodo puede tener la misma composición del metal base.-

Debe evitarse la soldadura autógena cuando no se vayan a realizar tratamientos PS.

GTAW -

Existen electrodos para soldar cada tipo de acero duplex en particular.-

Es apropiado para realizar pases de raíz.-

El gas mas utilizado es una mezcla de Ar-N. La adición de N compensa las pérdidas en el arco. Su uso en exceso produce un aumento en la cantidad de austenita.

GMAW -

Es apropiado si se requieren altas velocidades de deposición.-

El modo de transferencia puede ser tipo spray o pulsado-

Los gases empleados son Ar, Ar-O2

, Ar-He-O2

. La adición de He mejora la fluidez en el pool de soldadura.

SAW -

Existen electrodos para soldar cada tipo de acero duplex en particular.-

Proceso con alta velocidad de deposición-

Buenas propiedades mecánicas al utilizar fundentes básicos y neutros.

Otros Procesos de Soldadura: Flux Cored Arc Welding

Procesos de soldaduraProcesos de soldadura

Están clasificados por UNS en las series 100, 350, 360, 450 y 455. Son aceros entre un 12-18 % de Cr y 4 -9 % de Ni además de los aleantes que producen el endurecimiento por precipitación que suelen ser Mo, Ti, N, Cu, Al, Ta, Nb, B, y V.

Los hay de estructura austenitica, martensitica y semiaustenítica. Los martensíticos y semiausteníticos son austeniticos a alta temperatura. Los martensíticos templan a Ms entre 100ºC y150ºC. En los austeniticos para inducir la transformación martensitica se puede templar hasta -100ºC, deformar plásticamente enfrío o calentar a 650ºC/850ºC para precipitar carburos de los aleantes y así disminuir la cantidad de estabilizantes de la fase austenitica y elevar Ms.

Su uso es limitado, el fabricante lo entrega con el tratamiento térmico ya realizado. Se les utiliza en ciertas aplicaciones a alta temperatura como intercambiadores de calor y tubos del sobrecalentador de calderas de vapor y en hornos de reformación.

Aceros PH aceros inoxidables endurecidos por precipitación

Al soldar estos aceros se debe realizar un ciclo completo de tratamientos térmicos siempre que sea posible. Esto incluye tratamientos de solubilización.

No requieren precalentamiento pues no presentan problemas de agrietamiento en caliente, excepto los tipo austeníticos que resultan difíciles de soldar.

Luego de la soldadura, las máximas propiedades se logran mediante un tratamiento de solución seguido de un tratamiento de envejecimiento.

Aceros PH aceros inoxidables endurecidos por precipitación

Proceso Características

SMAW -

Se utilizan electrodos con composición similar a la del metal base-

La longitud del arco debe ser corta para evitar la oxidación y pérdida de Cr.-

Debe evitarse que los electrodos absorban humedad del medio-

La soldadura desarrollará

una resistencia adecuada luego de un tratamiento postsoldadura

GTAW -

Generalmente se emplea CDEN. -

Protección del arco con Ar, He o He-Ar.

GMAW -

Para soldar secciones gruesas se utiliza transferencia tipo spray-

El gas utilizado es Ar-2%O2

para estabilizar el arco.-

Puede ocurrir una pérdida de Al o Ti debido a la oxidación.

SAW --

Si no se requiere una alta resistencia, utilizar electrodos de

acero inoxidable austenítico--

Si no se utilizan fundentes especiales, la soldadura no responderá

a los tratamientos térmicos.-- V, I y vp

influyen sobre la cantidad de fundente que se funde en el baño composición

Otros Procesos de Soldadura: Resistance Welding

Aceros PH aceros inoxidables endurecidos por precipitación

304 (18-8)Fe-18Cr

-8Ni

ENDURECIDOPOR

PRECIPITACIÓN

DUPLEX

SUPERAUSTENÍTICO

SUPERFERRÍTICO

ALEACIÓNNi-Cr-Fe

317

317L

304L

321

403,410,420

201,202

303,303Se

316

347

316L

430

309,310,314,330

Cr, Ni para mayortenacidad y resistencia

contra la oxidación

Ti parareducir

sensitización

Mo para mayorresistencia a la

picadura

Mo pararesistencia a la

picadura

Cu,Ti,Al,menos Niendurecimiento

por precipitación

Sin Ni,bajo Cr

martensítico

Ni,Mo,Nresistencia ala corrosión

Mn,N, sustituye Nimayor tenacidad

Menos C parareducir

sensitización

Nb+Tareducir

sensitización

Sin Niferrítico

Cr,Mo Ni para resistenciaa la corrosión

altas temperaturas

Mas Cr, menos Nimayor tenacidad

S o Se paramaquinabilidad

304 (18-8)Fe-18Cr

-8Ni

ENDURECIDOPOR

PRECIPITACIÓN

DUPLEX

SUPERAUSTENÍTICO

SUPERFERRÍTICO

ALEACIÓNNi-Cr-Fe

317

317L

304L

321

403,410,420

201,202

303,303Se

316

347

316L

430

309,310,314,330

Cr, Ni para mayortenacidad y resistencia

contra la oxidación

Ti parareducir

sensitización

Mo para mayorresistencia a la

picadura

Mo pararesistencia a la

picadura

Cu,Ti,Al,menos Niendurecimiento

por precipitación

Sin Ni,bajo Cr

martensítico

Ni,Mo,Nresistencia ala corrosión

Mn,N, sustituye Nimayor tenacidad

Menos C parareducir

sensitización

Nb+Tareducir

sensitización

Sin Niferrítico

Cr,Mo Ni para resistenciaa la corrosión

altas temperaturas

Mas Cr, menos Nimayor tenacidad

S o Se paramaquinabilidad

Efecto de los aleantes

Aceros Inoxidables Comunes

Aceros Inoxidable Endurecidos por

PrecipitaciónNuevos Aceros Inoxidables Otros Materiales

Propiedad Mart. Ferrit. Aust.Mart y SemiAustt.

Aust. Súper Aust.

Súper Ferríti. Duplex Acero al

Carbono Al Cu

Densidad[Mg/m3] 7.8 7.8 7.8-8.0 7.8 7.9 8.0-8.3 7.8 7.8-8.0 7.8 2.8 8.93

Módulo Elástico

[GPa]200 200 193-

200 200 200 186-197 200-214 193-200 200 70 117

Coef. Exp. Term

(0-58°C)[mm/m°C]

11.6- 12.1

11.2- 12.1

17.0- 19.2 11.9 16.5 16.0-17.0 10.3-

11.213.3- 13.7 11.7 ~24 ~17.5

Cond. Térmica(100°C)[W/mK]

28.7 24.4- 26.3

18.7- 22.8 21.8-23.0 14.2 11.8-16.8 15.2-

17.316.2- 19.0 60 237 401

Resist. Eléctrica

nΩ.m

550- 720

590- 670

690- 1020 770-1020 910 800-1080 520-720 770-

1000 120 26.5 17.2

Punto Fusión[°C]

1480- 1530 ~1530 1400-

14501400- 1440 1370-1430 1320-

14001430- 1510 ~1440 1538 660 1080

Propiedades de los aceros SSPropiedades de los aceros SS

Soldadurade metales disímiles

Soldadura que une a dos materiales de diferentes composiciones

y microestructura utilizando un material de aporte compatible a ambos. Incluye también la soldadura de metales de la misma composición y microestructura con un material de aporte compatible que tiene una composición diferente

Ha sido usado en ambientes corrosivos severos y en recientes años debido a fallas, estrictas limitaciones se han implantado en todos los ambientes. Se requiere una revisión profunda de la metalurgia de la soldadura y de los mecanismos de corrosión potenciales.

Su aplicación depende dependes de la morfología del material en la intercara, limites de dilución , propiedades mecánicas y químicas composición química del metal soldado y microsegregación. Estos factores deben ser evaluados en conjunto con las condiciones de proceso, temperatura, configuración de la soldadura, régimen de esfuerzos, fatiga resistencia a la Termofluencia y mecanismos de corrosión.

Soldaduras disimiles DMW Soldaduras disimiles DMW

Método para determinar la cantidad de dilución del metal base en la junta de una placa de soldadura

DILUCIÓN: Se define como el cambio en la composición del metal de aporte en el cordón de soldadura causado por una mezcla del metal base o el metal previo a la soldadura en la junta del cordón.

DiluciDilucióónn

DiluciDilucióónn

Proceso de soldadura de Arco Manual

GMAW (gas metal arc welding) o Soldadura MIG (metal inert gas)

GTAW (gas tugsten arc welding)

Soldadura por arco sumergico

DiluciDilucióónnPREDICCIÓN DE LA COMPOSICIÓN Y MICROESTRUCTURA DESPUES DE LA

DILUCIÓN CON EL METAL BASE

Indica la composiciIndica la composicióón del metal de la junta n del metal de la junta basbasáándose en Ni y Cr equivalente que ndose en Ni y Cr equivalente que puede desarrollar una indeseable puede desarrollar una indeseable fragilidad o agrietamiento. La zona fragilidad o agrietamiento. La zona delimitada es la regidelimitada es la regióón mas adecuada para n mas adecuada para diversas condiciones de servicio.diversas condiciones de servicio.

Con el diagrama se puede estimar Con el diagrama se puede estimar la microestructura del metal de la la microestructura del metal de la junta cuando se solda un acero junta cuando se solda un acero inoxidable con un acero al carbono inoxidable con un acero al carbono o de baja aleacio de baja aleacióón.n.

Materiales disimilesMateriales disimiles

CONSIDERACIONES DE CONSIDERACIONES DE SERVICIOSERVICIO

••

Propiedades mecPropiedades mecáánicas nicas y y ffíísicassicas

•• Estabilidad MicroestructuralEstabilidad Microestructural

•• Resistencia a la corrosiResistencia a la corrosióónn

MATERIALES DE MATERIALES DE APORTEAPORTE

•• Compatibilidad metalCompatibilidad metalúúrgicargica

•• Propiedades MecPropiedades Mecáánicasnicas

•• Propiedades FPropiedades Fíísicassicas

••

Resistencia a la corrosiResistencia a la corrosióón o n o acople galvacople galváánico.nico.

RANGOS DE TEMPERATURA DE FUSIRANGOS DE TEMPERATURA DE FUSIÓÓN:N:

La cantidad de calor que fluye en el metal base de la zona fundida es una función de la temperatura y de la conductividad térmica del metal base.

Cuando se solda materiales disímiles, la pérdida de calor en el metal base puede ser balanceada un tanto precalentando selectivamente el metal con una alta conductividad térmica. La dilución es más uniforme con un calentamiento balanceado.

Precalentando el metal con una alta conductividad térmica reduce la tasa de enfriamiento del metal fundido y del metal base.

CONDUCTIVIDAD TCONDUCTIVIDAD TÉÉRMICA:RMICA:

SERIE GALVSERIE GALVÁÁNICA DENICA DEVARIOS METALES YVARIOS METALES Y

ALEACIONES ENALEACIONES ENAGUA DE MARAGUA DE MAR

Resistencia a la corrosiResistencia a la corrosióónn

ACERO INOXIDABLES CON ACERO AL CARBONO O DE

BAJA ALEACION

Combinaciones de metales Combinaciones de metales disimiles:disimiles:

Los aceros inoxidables se soldan fácilmente con aceros de baja y media aleación usando un metal de aporte que pueda tolerar la dilución en ambos materiales sin formar grietas en la junta.

El tipo de material de aporte depende las condiciones de servicio y aplicaciones.

Consideraciones importantes• Metales de aporte del tipo austeníticos.• Rol de la ferrita en este tipo de aceros.• Metales de aporte base Níquel.• Migración de Carbono

Acero inoxidable con aceros Acero inoxidable con aceros de baja y media aleacide baja y media aleacióónn

SOLDADURA DE ACERO AL CARBONO CON ACERO INOXIDABLE AUSTENITICO:

Se puede emplear un material de aporte Austenítico (E309 y E308) o aleación de Níquel (Inconel, ENiCrFe).

ENMANTEQUILLADO:

1.Se requiere unir acero al carbono con acero inoxidable Austenítico.

2.Se aplican pases de soldadura de E309 en la cara del bisel.

3.Se prepara nuevamente el bisel

4.Se completa la soldadura con E308

Acero al Acero al CarbonoCarbono

Enmantequillado Enmantequillado o butteredo buttered

VENTAJAS:VENTAJAS:

1.

Control de la dilución.

2.

Previene el Agrietamiento

3.

Disminuye los esfuerzos residuales

4.

Evita el precalentamiento

ACEROS INOXIDABLES AL CROMO CON ACEROS

•Para soldar un acero al cromo a otro con un alto contenido de cromo, el metal de aporte debe contener una cantidad igual de Cromo.

•Para soldar aceros al cromo con un acero de media aleación utilizar un metal de aporte de la misma composición del metal de baja aleación

•Para soldar aceros al cromo con aceros al carbono, puede utilizarse un acero al carbono como material de aporte. También se puede utilizar un acero al Cr pero es preferible utilizar uno de bajo costo y menos endurecibles.

•También se utilizan materiales de aporte del tipo austenítico para soldar aceros al cromo a otro o a cualquier otro acero.

•También se utilizan materiales de aporte del tipo NiCr y NiCrFe ya que proporcionan un buen coeficiente de expansión térmica.

ALEACIONES DE ALUMINIO CON ACEROS

•El aluminio puede ser unido a los aceros al carbono e inoxidables por soldadura si el acero posee una capa de metal compatible con el mismo así

como también utilizando un adecuado metal de aporte.

•El aluminio, la plata, el estaño y el recubrimiento de zinc puede ser utilizado, pero el más común es el aluminio. El recubrimiento puede ser aplicado sumergiendo el acero en un baño que opera entre 690 y 704 ºC con o sin fundente. El acero puede también ser recubierto por electrodeposición.

•Luego de recubierto la pieza puede ser unida a una pieza de aluminio utilizando GTAW y como material de aporte una aleación de aluminio.

•El esfuerzo de la junta esta relacionado con:El metal utilizado como recubrimientoEl espesor del recubrimientoEl esfuerzo de doblado entre el recubrimiento y la superficie del acero.

Estos materiales se soldan por proceso de soldadura en estado sólido: fricción, presión y explosión welding.

Combinaciones de metales disimiles:Combinaciones de metales disimiles:

Proporciona una mejor resistencia a la abrasión y a la corrosión.

Aunque se aplica únicamente sobre una superficie es utilizado sobre ambos lados.

Entre los métodos de producción de cladding tenemos cladding por laminación, cladding por explosión y por soldadura.

La principal ventaja es su bajo costo comparado con materiales de aleaciones sólidas.

Los espesores varían entre el 5 al 50% del espesor total, pero en la mayoría de las aplicaciones es generalmente de un 10 a 20%.

Cladding de aceros:Cladding de aceros:

SMAW: No es muy común, la cantidad de dilución se modifica ajustando la técnica de soldadura, dilución por debajo al 25%.

GTAW: Similar al SMAW

GMAW: Dilución cercana entre el 10 y 50%.

SAW: La penetración puede ser mayor, dependiendo de la polaridad resultando en más dilución.

EB (Electron Beam) y LBW (Laser Beam Welding): Un haz de alta densidad que proporciona juntas muy estrechas con una mínima fusión del metal base.

Procesos de soldadura mas Procesos de soldadura mas utilizados:utilizados:

Los aceros martensíticos y ferríticos, pueden ser soldados a si mismos con un acero inoxidable austenítico o un metal de aporte NiCrFe para mantener la baja ductilidad.

Cuando no es posible se utiliza como material de aporte, un acero inoxidable al cromo precalentado alrededor de los 300 ºF (149 ºC). En estos casos se permite un alivio de tensiones y se asegura una buena resistencia a la corrosión y una buena ductilidad del cladding.

El tipo 430 puede ser calentado entre los 1600 y 1600 ºF (871-889 ºC) y enfriado al aire. Esto transforma cualquier borde de grano martensítico y estabiliza el acero al carbono, incrementando la ductilidad del cladding de acero inoxidable. Para estabilizar la resistencia optima a la corrosión se sigue con un tratamiento a 1250 ºF (676 ºC).

Cladding de aceros inoxidables ferríticos y martensíticos sobre aceros:

El mejor método para soldar Cu y aleaciones de Ni –Cu es GSAW.

Para espesores por encima de 1/8 in (3.2 mm),se recomienda un precalentamiento por encima de los 300ºF (148ºC) o más alta cuando la superficie del electrodo consumible es mas pequeña que 1/16 in de diámetro. Cuando se precalientan piezas con pequeños espesores, la primera capa debe ser removida previa a la deposición de la segunda capa para controlar la baja dilución del acero y mantener la resistencia a la corrosión.

Cuando el cladding es menor que 3/32 in (2.4 mm) de espesor, el cu puede ser depositado directamente sobre el acero con mucho cuidado para ello se utilizan procesos semiautomáticos de GMAW.

Es ventajoso cubrir el acero con una capa (buttering) de un cladding níquel-cobre. Los metales de aporte Ni-Cu y base níquel son más tolerantes en la dilución del hierro que los metales Cu o Cu–Ni desoxidados. Esta capa evita que el cobre penetre en los limites de grano del acero, lo que podría causar agrietamiento.

Cladding de cobre y aleaciones de cobre sobre aceros:

Aceros para Herramientas

Son aceros utilizados para formar y mecanizar a otros materiales y son por lo tanto diseñados para proporcionarles alta dureza y durabilidad bajo condiciones de servicio.

Clasificación de aceros para herramientas

Aceros al carbono: Sin elementos de aleación con % de carbono entre 0,50 a 1,40. La máxima dureza se logra con temple en agua.Aceros rápidos: Conservan su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas a 600ºC sin disminuir su rendimiento. Composiciones típicas son: C = 0,75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0,75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1,25%.Aceros indeformables: no presentan cambios en sus dimensiones después del temple y revenido. Esto se consigue empleando Cr y Mn o como elementos de aleación. Estos aceros templan con enfriamiento al aire o en aceite. Composiciones típicas: 2% C y 12%Cr; 1%C y 5%Cr y 1% C 1% y Mn.Aceros no rápidos: agrupan aceros aleados, principalmente con Cr y W empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones forzadas. Pueden considerarse como una calidad intermedia entre los aceros rápidos y los aceros al carbono. La mayoría de las herramientas fabricadas con ellos suelen quedar con durezas comprendidas entre 60 y 66 Rockwell C.

Aceros para HerramientasSistema de designación AISI/SAE de una letra en combinación con un numero. Las letras representan la forma de endurecimiento, uso o

la

composición química

Las letras significan: •

W –

Aceros al C para herramientas endurecido por temple en agua (Water);

•

O –

Acero de aleación trabajado en frío enfriado en aceite (Oil)•

A –

Acero de aleación trabajado en frío endurecido al aire (Air)

•

D -

Acero de aleación trabajado en frío endurecido por precipitación •

(Difusión);

•

S –

Aceros para herramienta de bajo C resistente al impacto (Shock) •

T –

Aceros de herramienta al W de alta velocidad (High speed Tungsten

•

tool steels) ;•

M –

Aceros de herramienta al Mo de alta velocidad (High speed

•

Molybdenum tool steels);•

H –

Aceros para herramientas trabajados en caliente (Hot work tool steels);

Tratamientos térmicos

Composición química

Elementos de aleación. %

Elemento C Mn Si Cr V W Mo Co NiAISI UNS

Aceros templados en aguaW1 T72301 0,6-1,4 ….. …. ….. …. …

..….. ….. …

W2 T72302 0,6-1,4 ….. …. ….. 0,25 … ..

…. ….. …

W5 T72305 1.,10 ….. …. O,5 …. … .

….. …. …

Aceros resistentes al choqueS1 T41901 0.90 1,0S2 T41902 0.90 1,6S5 T31506 1,45 0,8 1,0 …. …. …

..0,25 …. …

Aceros resistentes al calor

•

Las condiciones de servicio de estos materiales son muy severos y representan uno de los grandes desarrollos tecnológicos.

•

Hay una gran variedad de aceros resistentes al calor, los cuales en su mayoría tienen estructuras bainíticas y martensíticas.

SUPERALEACIONES

Superaleaciones: Generalidades

Son aleaciones metálicas para servicios a elevadas temperaturasCreep y resistencia a la oxidación son los primeros requerimientos.Las superaleaciones más comunes son a base Ni, Co y Fe.Los aleantes en superaleaciones base Ni son Al y/o Ti, con una concentración total inferior al 10% atómico. Se genera una microestructura de equilibrio de dos fases, que consisten de una fase gamma (γ ) y gamma-prima (γ´ ').

Superaleaciones: Generalidades

•

Fase γ´ es la principal responsable de la resistencia a altas temperaturas de estos materiales y su increíble resistencia a la deformación por creep. La cantidad de γ´

depende de su composicón química y temperatura.

SUPERALEACIONES BASE Ni

Superaleaciones: Generalidades

•

Las superaleaciones policristalinas contienen elementos endurecedores del borde de grano, lo cual ayuda a la resistencia al creep y a contrarrestar la decohesión.

•

Contienen elementos formadores de carburos (C, Cr, Mo, W, C, Nb, Ta, Ti and Hf). Los carburos tienden a precipitar en los bordes de grano y reducen su tendencia al deslizamiento. Elementos como Co, Fe, Cr, Nb, Th. Mo, W, V y Ti son también endurecedores por solución sólida, ambos en γ

and γ'.

Métodos de fabricación

•

Monocristales

•

Solidificación unidireccional: Granos columnares

•

Solidificación no direccional: Policristalinas granos equiaxiales

Clasificación

•

Las superaleaciones monocristalinas son frecuentemente clasificadas en primera, segunda y tercera generación.

•

La segunda y tercera generación contiene 3 wt% y 6wt% de rhenium, respectivamente. Rhenium es un elemento costoso y mejora significativamente la resistencia al creep.

Aplicaciones

Alabes de turbina (Turbina blades)Alabes Monocristalinas para parte de aviones.

•

Alabes de turbinas producidas por solidificación unidireccional con estructura de granos columnares.

•

Estos últimos tienen granos gamma, γ, pero los bordes son paralelos al principal eje de tensiones. El desempeño de estos no son tan buenos como los monocristales pero son mucho mejores que los policristales equiaxiales.

Aplicaciones

•Discos de turbinas para avionesLas propiedades requeridas de los discos para turbinas de máquinas de aviones son diferentes a la de los álabes de turbinas porque están expuestas a menores temperaturas. El disco debe soportar fractura y fatiga. Ellos son policristalinos

Otras aleacionesOtras aleaciones

AluminioConstituyen uno de los grupos de materiales mas utilizados en el mundo moderno, por la variedad de aplicaciones en las que pueden ser utilizados.

El aluminio tiene la capacidad de alearse con una gran cantidad sistemas de aleación. Dependiendo de las condiciones de aleación, cada sistema tendráo no respuesta al tratamiento térmico. Estos sistemas pueden ser endurecidos por los mecanismos básicos de deformación y por precipitación (envejecimiento) de elementos.

Designación de las aleaciones de aluminio:1XXX (Al comercialmente puro)2XXX (Al-Cu)3XXX (Al-Mn)4XXX( Al-Si)5XXX (Al-Mg)6XXX (Al-Mg-Si)7XXX( Al-Zn)

Cobre

Son un grupo de aleaciones utilizadas ampliamente por su capacidad para la transferencia de calor y de resistencia a la corrosión en algunos medios corrosivos como el agua de mar. Los sistemas mas utilizados son los latones, los bronces y las aleaciones Cu-Ni.

Para el manejo y selección de estos materiales, por medio de bases de datos, es necesario rrecurrir a la literatura especializada que presenta sus características bajo diversas condiciones de servicio.

Designación de las alecciones de cobre:C10100 (Cu comercialmente puro)C17200 (Alto Cu)C63000 (Al-Bronce)C70600( Cu-Ni)C74500 (Cu-Plata)C81500 (Cu-Cr)C90300 (Estaño-Bronce)

Aplicaciones

CostosCostos