EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓNLa mayoría de las limitaciones de los aceros al carbono se pueden solucionar mediante el uso de elementos de aleación. Un acero aleado puede definirse como aquel cuyas propiedades características se deben a algún elemento diferente del carbono. Aunque todos los aceros al carbono contienen moderadas cantidades de manganeso (hasta del 0.9%) y silicio (hasta 0.3%) no se consideran aleados, porque la función principal del manganeso y del silicio es actuar como desoxidadores. Ellos se combinan con el oxígeno y con el azufre, para reducir el efecto nocivo de dichos elementos. Los elementos de aleación se agregan a los aceros para ? Proporcionar endurecimiento por solución só lida de la ferrita ? Mejorar la resistencia a la temperatura ? Mejorar las propiedades mec ánicas tanto a altas como a bajas temperaturas ? Causar la precipitación de carburos de aleación en vez de Fe3C ? Mejorar la resistencia al impacto. ? Mejorar la tenacidad a cualquier dureza o resistencia m ínima. ? Aumentar la resistencia al desgaste ? Mejorar las propiedades magnéticas. ? Mejorar la resistencia a la corrosión ? Los aceros aleados se pueden templar en aceite, incluso al aire y adquieren su máxima dureza ? La estructura martensítica formada en los aceros aleados es m ás resistente y estable a los efectos del revenido. ? Mejorar la templabilidad Los aceros que tienen una alta templabilidad forman martensita incluso con enfriamiento lento. .Templabilidad Se refiere a la facilidad con la cual se puede templar un acero para formar martensita. por lo que. En aceros gruesos no es posible producir martensita. para producir sólo martensita.se requieren velocidades de enfriamiento muy grandes. ACERO EUTECTOIDE ACERO 1050 ACERO 10110 En secciones de acero delgadas. la nariz de la curva TTT y TEC ocurre en tiempos muy cortos. . el templado rápido produce distorsión y grietas.En los aceros al carbono. Analicemos el caso de un acero 4340 Se tiene un acero al níquel-cromo-molibdeno con 0.Los aceros aleados tienen alta templabilidad e incluso.4% de C . el enfriamiento al aire produce martensita. La curva TTT para un acero 4340 . La curva TTT para un acero 4340 11 s 200 s 3.3min 5x104 s ? 14 h . pero debido a su bajo contenido de carbono dicha martensita no es dura.La templabilidad no se refiere a la dureza del acero. Un acero de bajo carbono y de alta aleación puede formar martensita fácilmente. . la posición del punto eutectoide y la localización de los campos alfa y gamma indicados por el diagrama binario.Efecto sobre el diagrama de fases Cuando un tercer elemento se añade al acero. . La presencia de los elementos de aleación cambiara el intervalo crítico. el diagrama binario no representa ya las condiciones de equilibro. Efecto de 6% de Mn sobre la porción eutectoide del diagrama de fases Fe-Fe3C Si se aumentan las cantidades de níquel y manganeso se puede disminuir la temperatura crítica lo suficiente para evitar la transformación de la austenita durante el enfriamiento lento. estos elementos se conocen como estabilizadores de la fase austenita. .Ni Mn Tienden a disminuir la temperatura crítica A 1 durante el calentamiento. alfa o delta. Los elementos aleantes reducen el contenido de carbono al cual ocurre la reacción eutectoide y modifican las temperaturas A 1. A3 y Acm . Ciertos elementos de aleación como el molibdeno. en cantidades mayores. el cromo. tienden a contraer la región pura austenítica y a aumentar el campo en el cual se encuentra la ferrita. el silicio y el titanio.Mo Al Cr Si W V Tienden a aumentar la temperatura crítica. Forma del diagrama TTT Los elementos de aleación pueden introducir una región de tipo “ensenada” en el diagrama TTT . Forma del diagrama TTT Los elementos de aleación pueden introducir una región de tipo “ensenada” en el diagrama TTT Curva TTT para un acero 4340 . Las curvas TEC también se ven afectadas por los elementos de aleación Curva TEC para un acero 4340 . MARTEMPLADO El MARTEMPLADO es una modificación del proceso de temple que se usa para minimizar en los aceros la distorsión y agrietamiento que pueden desarrollarse durante el enfriamiento no uniforme del material tratado en caliente. . El proceso de martemplado consta de los siguientes pasos: 1. El acero se austenitiza. 2. un templado posterior permitirá que se toda la pieza se transforme en martensita al mismo tiempo. Se templa a una temperatura en la región de la ensenada hasta uniformizar la temperatura del material 3.Para evitar la formación de grietas de templado se debe enfriar la pieza justo por encima de Ms y mantener hasta que en todo el acero la temperatura sea igual. Se detiene antes de la transformación en bainita. 4. Se enfría a velocidad moderada hasta temperatura ambiente . Para un acero al carbono . Para un acero 4340 ? 2h 5x104 s ? 14 h . en comparación con aceros al carbono.Revenido Los elementos de aleación reducen la rapidez del revenido. Efecto de los elementos de aleación en las curvas de revenido de los aceros. Este efecto puede permitir a los aceros de aleación funcionar mejor a temperaturas mayores que los aceros al carbono. . Determinación de la templabilidad . el tiempo es prácticamente el de enfriamiento al aire. Se produce todo un rango de velocidades de enfriamiento: muy rápido templado.Para muchos aceros no existen los diagramas TEC. en el extremo . se utiliza la prueba Jominy. y en el opuesto. Para poder comparar la templabilidad de estos aceros. ? La barra de acero es austenitizada ? Se rocía con agua en uno de sus extremos. Después de la prueba. a fin de obtener una curva de templabilidad. se hacen mediciones de dureza a lo largo de la muestra y se grafican. Esta distancia está relacionada con la velocidad de enfriamiento. La distancia desde el extremo templado se denomina distancia Jominy. . A distancias Jominy mayores.Curvas de templabilidad Cualquier acero se transforma en martensita en el extremo templado Es por esto que la dureza a una distancia Jominy=0 queda determinada únicamente por el contenido de carbono del mismo. Un acero al carbono tiene una curva que cae con rapidez. . La templabilidad queda determinada en primer término por el contenido de aleación del acero. Un acero de aleación con alta templabilidad mantiene una curva de templabilidad bastante plana. hay más probabilidad que se formen bainita o perlita en vez de martensita. Relación entre la rapidez de enfriamiento y la distancia Jominy . Relación entre la rapidez de enfriamiento y la distancia Jominy . Las curvas de templabilidad se pueden utilizar para seleccionar o reemplazar aceros. es decir. Si dos aceros diferentes se enfrían a una misma velocidad. . si se templan en condiciones similares se pueden establecer condiciones de selección para su aplicación. . se desgasta con excesiva rapidez. Seleccione un acero apropiado para esta aplicación.EJERCICIO Un engrane fabricado con acero 9310. Las pruebas han mostrado que en ese punto crítico se requiere una dureza de templado de por lo menos 50HRC. que en una posición crítica tiene una dureza al templado de 40HRC. EJERCICIO Un engrane fabricado con acero 9310. . que en una posición crítica tiene una dureza al templado de 40HRC. Las pruebas han mostrado que en ese punto crítico se requiere una dureza de templado de por lo menos 50HRC. Seleccione un acero apropiado para esta aplicación. se desgasta con excesiva rapidez. Para un acero 9310 una dureza de 40HRC distancia Jominy de 10/16 de pulgada. . se desgasta con excesiva rapidez. que en una posición crítica tiene una dureza al templado de 40HRC.EJERCICIO Un engrane fabricado con acero 9310. Seleccione un acero apropiado para esta aplicación. Las pruebas han mostrado que en ese punto crítico se requiere una dureza de templado de por lo menos 50HRC. EJERCICIO Un engrane fabricado con acero 9310. se desgasta con excesiva rapidez. Seleccione un acero apropiado para esta aplicación. A esta distancia Jominy le corresponde una velocidad de enfriamiento de 10°C/s . que en una posición crítica tiene una dureza al templado de 40HRC. Las pruebas han mostrado que en ese punto crítico se requiere una dureza de templado de por lo menos 50HRC. Para un acero 9310 una dureza de 40HRC corresponde a una distancia Jominy de 10/16 de pulgada. . en este caso una dureza de por lo menos 50HRC.Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. en este caso una dureza de por lo menos 50HRC. .Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. .Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. en este caso una dureza de por lo menos 50HRC. . en este caso una dureza de por lo menos 50HRC.Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. . en este caso una dureza de por lo menos 50HRC. Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. . en este caso una dureza de por lo menos 50HRC. Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. en este caso una dureza de por lo menos 50HRC. . Se observa que los aceros que cumplen con el requisito de dureza son el 8640 y el 4340 . en este caso una dureza de por lo menos 50HRC.Se busca un acero que para la misma distancia Jominy (velocidad de enfriamiento) tengan las propiedades solicitadas. .Si revisamos la tabla de composición de aceros podemos observar: que los aceros de la serie 86xx tienen un contenido de aleantes menor que la serie 43xx por lo que el acero 4340 podrí a ser más costoso. Si consideramos que se enfría primero la superficie de la pieza y al final el centro podemos entender la naturaleza de estas variaciones.Templabilidad en función del tamaño de la pieza Para piezas de un mismo acero pero de diferentes tamaños. . Con estas gráficas se determina la distancia Jominy en el centro de la barra y por tanto determinar la dureza a partir de la curva de templabilidad del acero para diferentes medios. se pueden tener variaciones en las propiedades dependiendo de la severidad del medio de templado. Se puede evaluar la severidad del templado en el centro de una barra utilizando la gráfica de Grossman. GRÁFICA DE GROSSMAN . de di ámetro.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1. .5 plg. 5 plg.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1. . de di ámetro. 5 plg.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1. . de di ámetro. podemos asociar un coeficiente H aproximado para cada uno de ellos y estimar la distancia Jominy en el centro de la barra. . de di ámetro. Si consultamos la tabla de medios de templado.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1.5 plg. Medio Aceite (sin agitar) Aceite (agitar) H2O (sin agitar) agitar) H2O (agitada) Salmuera (sin agitar) Salmuera (agitada) Coeficiente H 0.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1.0 2.0 5.0 Rapidez de enfriamiento en el centro de una barra de 1 plg (°C/s) 18 45 45 190 90 230 Si consultamos la tabla de medios de templado.0 4.0 1.5 plg. de di ámetro.25 1. podemos asociar un coeficiente H aproximado para cada uno de ellos y estimar la distancia Jominy en el centro de la barra. . 0 1. .0 Rapidez de enfriamiento en el centro de una barra de 1 plg (°C/s) 18 45 45 190 90 230 Si consultamos la tabla de medios de templado. podemos asociar un coeficiente H aproximado para cada uno de ellos y estimar la distancia Jominy en el centro de la barra.0 2.25 1.0 5.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1. Medio Aceite (sin agitar) Aceite (agitar) H2O (sin agitar) agitar) H2O (agitada) Salmuera (sin agitar) Salmuera (agitada) Coeficiente H 0.0 4.5 plg. de di ámetro. 25 1. Medio Aceite (sin agitar) Aceite (agitar) H2O (sin agitar) agitar) H2O (agitada) Salmuera (sin agitar) Salmuera (agitada) Coeficiente H 0.0 Rapidez de enfriamiento en el centro de una barra de 1 plg (°C/s) 18 45 45 190 90 230 Si consultamos la tabla de medios de templado.0 2.0 1. de di ámetro. podemos asociar un coeficiente H aproximado para cada uno de ellos y estimar la distancia Jominy en el centro de la barra.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1. .0 4.0 5.5 plg. 0 5.0 4. Medio Aceite (sin agitar) Aceite (agitar) H2O (sin agitar) agitar) H2O (agitada) Salmuera (sin agitar) Salmuera (agitada) Coeficiente H 0. podemos asociar un coeficiente H aproximado para cada uno de ellos y estimar la distancia Jominy en el centro de la barra.0 Rapidez de enfriamiento en el centro de una barra de 1 plg (°C/s) 18 45 45 190 90 230 Si consultamos la tabla de medios de templado.0 1.0 2. de di ámetro.5 plg.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1. .25 1. 25 1.0 2. de di ámetro. Medio Aceite (sin agitar) Aceite (agitar) H2O (sin agitar) agitar) H2O (agitada) Salmuera (sin agitar) Salmuera (agitada) Coeficiente H 0. .0 Rapidez de enfriamiento en el centro de una barra de 1 plg (°C/s) 18 45 45 190 90 230 Si consultamos la tabla de medios de templado.0 5.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1.0 1. podemos asociar un coeficiente H aproximado para cada uno de ellos y estimar la distancia Jominy en el centro de la barra.0 4.5 plg. podemos asociar un coeficiente H aproximado para cada uno de ellos y estimar la distancia Jominy en el centro de la barra.0 2.0 5.25 1. Medio Aceite (sin agitar) Aceite (agitar) H2O (sin agitar) agitar) H2O (agitada) Salmuera (sin agitar) Salmuera (agitada) Coeficiente H 0.5 plg. de di ámetro.0 1.Ejercicio Diseñ e un proceso de templado para producir una dureza mínima de 40 HRC en el centro de una barra de acero 4320 de 1. .0 4.0 Rapidez de enfriamiento en el centro de una barra de 1 plg (°C/s) 18 45 45 190 90 230 Si consultamos la tabla de medios de templado. . 30 39 39 44 39 46 . 30 39 39 44 39 46 . 30 39 39 44 39 46 . 30 39 39 44 39 46 . 30 39 39 44 39 46 . . El medio más recomendable es el agua agitada debido a que es menos corrosiva que la salmuera.30 39 39 44 39 46 Se busca tener una dureza mínima de 40HRC por lo que los medios recomendables son agua agitada y salmuera agitada. Elementos que se combinan con carbono para formar carburos simples o complejos. Elementos que se disuelven en ferrita y Grupo 2. .Los elementos de aleación pueden clasificarse de acuerdo con la forma en que se distribuyen en los dos constituyentes principales de un acero recocido. Grupo 1. . y la tendencia relativa de ciertos elementos a exi stir en ambos grupos.La siguiente tabla muestra el comportamiento de los elementos individuales. Si.Efecto de los elementos de aleación en la ferrita Desde el punto de vista t écnico. Al. . hay alguna solubilidad de todos los elementos en la ferrita. pero hay ciertos elementos como es el caso del Ni. Cu y Co que se hallan ampliamente disueltos en la ferrita. . por tanto.En ausencia de carbono. Cualquier elemento disuelto en ferrita aumenta su dureza y su resistencia de acuerdo con los principios generales de endurecimiento por solución sólida. la tendencia a formar carburos se da solo cuando hay gran cantidad de carbono. se encontrarán disueltas en ferrita grandes proporciones de elementos del grupo 2. La presencia de elementos que forman carburos influyen en la temperatura de endurecimiento y el tiempo necesarios para obtener un calentamiento total y uniforme.Efecto de los elementos de aleación en el carburo Todos los carburos encontrados en los aceros son duros y frágiles. . Ambos efectos tienen a reducir la templabilidad. ?Los carburos no disueltos también actúan para reducir el crecimiento de grano. los elementos formadores de carburo favorecen grandemente el endurecimiento profundo. Cuando est án disueltos en austenita. .? Los carburos se disuelven con mucha lentitud y tienden a no disolverse en austenita por lo que disminuyen los contenidos de carbono y aleación en la austenita a una cantidad por debajo de la que tiene el acero en general. Aunque todos los carburos encontrados en el acero son compuestos duros y frágiles. Esta dureza queda determinada en gran medida por la cantidad. los carburos de cromo y vanadio resultan excepcionales en dureza y resistencia al desgaste. por la composición química. Estos factores son controlados a su vez. el método de manufactura y el tratamiento térmico. . el tamaño y la distribución de estas partículas duras. Aceros especiales . Existen muchas clases especiales de acero: ? Aceros para herramienta ? Aceros de baja aleación y alta resistencia ? Los microaleados ? Los de fase dual y ? Aceros al níquel muy bajos en carbono . . dados para fundición a presión. Sus aplicaciones incluyen herramientas de corte para operaciones de maquinado. dureza. al alto carbono y obtienen gran dureza mediante un tratamiento térmico de templado y revenido. y para conformación.? Aceros para herramienta Son por lo general. Los elementos de aleación mejoran la templabilidad y la estabilidad a alta temperatura de los aceros para herramienta. adem ás de otros usos donde se requiere una combinaci ón de gran resistencia. tenacidad y resistencia a la temperatura. ? Aceros de baja aleación y alta resistencia (HSLA) y los microaleados Son aceros al bajo carbono. En los microaleados. . un procesamiento cuidadoso permite la precipitación de carburos y nitruros de Co. Ti o Zr lo que da endurecimiento por dispersión y un tamaño fino de grano. que contienen pequeñ as cantidades de elementos de aleación. V. la segunda se enriquece de carbono.000 a 145.? Aceros de fase dual Tiene una distribución uniforme de ferrita y de martensita dispersa. lo que da la templabilidad necesaria.000 psi. sólo la porción de austenita se transformará en martensita. Son aceros al carbono que no contienen suficientes elementos de aleación para tener buena templabilidad mediante procesos de templado normales. la cual proporciona límites el ásticos de 60. Pero cuando se calienta el acero a la regi ón ferrita más austenita del diagrama de fases. martensita ferrita . Durante el templado. Cuando la martensita es envejecida a aproximadamente 500°C.? Aceros al níquel.3% C. Son austenitizados y templados para producir una martensita blanda que contenga menos de 0. . el Fe2Mo y el Ni3Mo. se precipitan compuestos intermet álidos como el Ni3Ti. de carbono muy bajo Estos aceros están altamente aleados. . usualmente para conseguir una buena protección contra la corrosión. el acero emplomado está recubierto con plomo y otros aceros se recubren con aluminio o estaño. El acero galvanizado está recubierto con un delgada película de zinc.Muchos aceros también se recubren. Aceros inoxidables . .Se utilizan por su excelente resistencia a la corrosión y al calor. lo que permite que se forme una capa protectora de óxido de cromo al exponer al acero al oxígeno. Para que presenten esta resistencia se necesita que tengan de 10 a 12% Cr. El mínimo permisible es de un 4% en cromo y algunas veces se usan niveles tan altos como un 30%. El cromo es un elemento estabilizador de ferrita por lo que hace que se contraiga la regi ón de austenita. . en tanto que la regi ón de ferrita aumenta de tamañ o. De acuerdo con su estructura cristalina y mecanismo de endurecimiento los aceros inoxidables se clasifican en: ? ? ? ? ? ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS ACEROS INOXIDABLES AUSTEN ÍTICOS ACEROS INOXIDABLES ENDURECIDOS POR PRECIPITACI ÓN (PH) ACEROS INOXIDABLES DUPLEX . . Poseen la estructura CC de la fase ferrita. Este tratamiento sirve sobre todo para eliminar tensiones por soldadura o trabajo en frío. no se pueden endurecer por tratamiento térmico Tienen buena resistencia mec ánica y una ductilidad moderada. derivadas del endurecimiento por solución s ólida y endurecimiento por deformación. Debido a su bajo contenido de carbono. El recocido es el único tratamiento t érmico aplicado a aceros verdaderamente ferríticos.? ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS Contienen de 14 hasta un 30% Cr y menos de 0.12% C. pero alcanzan su máxima suavidad. Debido a que pueden formarse fácilmente en frío se utilizan para estampados profundos de piezas como recipientes para industrias químicas y alimenticias y para adornos arquitectónicos y automotrices. ductilidad y resistencia a la corrosión en la condición de recocido.Tienen excelente resistencia a la corrosión. una conformabilidad moderada y son relativamente económicos. Son magnéticos y pueden trabajarse en frío o en caliente. . . lo que genera martensita con diferentes durezas.5 y 18% Cr.1 hasta 1. el campo de austenita se hace tan pequeño que se requiere un control muy estricto de la temperatura de austenitizado dependiendo del contenido de carbono. Si se usan bajas cantidades de cromo es posible variar el contenido de carbono de aprox. se utilizan tratamientos térmicos muy similares a los empleados para los aceros no aleados y los templados generalmente se hacen al aire o en aceite. de lo contrario. Esta cantidad de aleación estabiliza la fase austenita que al templarse se transforma en martensita que posteriormente es revenida para producir alta resistencia y dureza.0%.? ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS Su contenido está solo entre 11. 0. Los aceros martensíticos pueden trabajarse en frío sin dificultad, especialmente con bajo contenido de carbono; se maquinan satisfactoriamente; tienen buena tenacidad, gran resistencia a la corrosión atmosférica y a algunos agentes químicos; se trabajan fácilmente en caliente; y tienen propiedades magnéticas. Esta combinación de propiedades los hace útiles para usos como cuchillería de alta calidad, cojinetes y válvulas. ? ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS Estos son aceros inoxidables al cromo-níquel y al cromo-níquel-manganeso. El níquel, es un estabilizador de la fase austenita, entra en solución sólida sustitucional e incrementa el tamaño del campo de austenita, eliminando prácticamente la ferrita de las aleaciones hierro-cromocarbono. 18%Cr-8%Ni El contenido total de níquel y cromo es de por lo menos 23%. Si el contenido de carbono queda por debajo de 0.03%, no se forman carburos y el acero estará conformado prácticamente todo de austenita a temperatura ambiente. Tienen la estructura CCC de la austenita, presentan excelente ductilidad, conformabilidad (se pueden trabajar f ácilmente en caliente o en frío) y su resistencia a la corrosión suele ser mejor que la de los aceros martensíticos y ferríticos. Tienen excelentes propiedades al impacto a baja temperatura, puesto que no tienen temperatura de transición. Son esencialmente no magnéticos en su condición de recocido. Estas aleaciones son costosas debido al alto contenido de aleantes. La resistencia mecánica se obtiene mediante un endurecimiento por solución sólida y por trabajado en frío. Nb o Ta que tienden a formar precipitados coherentes. pueden contener elementos como Cu. por envejecimiento y por la transformación martensítica. Al.? ACEROS INOXIDABLES ENDURECIDOS POR PRECIPITACIÓN (PH) Tienen menor contenido de níquel lo que reduce la estabilidad de la austenita. se envejecen para alcanzar el valor de dureza y resistencia deseados. por deformación. Sus propiedades son consecuencia de endurecimiento por solución sólida. . Estos aceros generalmente se tratan con un recocido en la acería y se surten en esa condición. Después de formados. Esta combinación proporciona un conjunto de propiedades mecánicas.? ACEROS INOXIDABLES DUPLEX Son aceros inoxidables en lo que se introduce deliberadamente una mezcla de fases austenita+ferrita mediante un control apropiado de la composición y del tratamiento térmico. conformabilidad y soldabilidad. resistencia a la corrosión. . que no se obtiene en ningún otro de los aceros inoxidables normales.