Aceros aleados

Metalurgia Mecánica

Aceros Aleados

Cat.: Ing. César Tejaxún

Universidad Mariano Gálvez de Guatemala Ingeniería Mecánica

ACEROS ALEADOS

Un acero aleado se define como aquel cuyas características especiales se deben a la adición de un elemento de aleación diferente del carbono. Un acero al carbono se caracteriza por contener un bajo porcentaje de Carbono y su suavidad que se incrementa con la temperatura. Sin embargo las limitaciones del acero al carbono pueden vencerse usando elementos de aleación. La mayoría de aceros al carbono se caracterizan por contener pequeñas cantidades de manganeso (0.90%) y silicio (0.30%) pero esto no los convierte exactamente en aceros aleados.

INTRODUCTION HERE

PROPIEDADES QUE MEJORAN CON LAS ALEACIONES

• Templabilidad
• Mejor resistencia a temperaturas comunes
• Mejores propiedades tanto a altas como a bajas temperaturas
• Mayor tenacidad a cualquier dureza o resistencia mínima
• Mayor resistencia al desgaste
• Resistencia a la corrosión
• Mejores propiedades magnéticas

CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN Grupo 1, elementos que se disuelven en ferrita Grupo 2, elementos que se combinan con carbono para formar carburos simples o complejos.

Grupo 1: Elementos que se disuelven en ferrita Estos elementos se disuelven en la matriz de hierro alfa (ferrita) sin formar compuestos con el carbono. Entre ellos se incluyen: Cromo (Cr): Aumenta la resistencia a la corrosión y la dureza del acero Níquel (Ni): Mejora la tenacidad y la resistencia a la corrosión. Manganeso (Mn): Aumenta la dureza y la resistencia a la tracción. Silicio (Si): Mejora la dureza y la resistencia al desgaste. Molibdeno (Mo): Incrementa la resistencia a la corrosión y la dureza a altas temperaturas. Grupo 2: Elementos que se combinan con carbono para formar carburos simples o complejos Estos elementos forman compuestos con el carbono, denominados carburos, que contribuyen a la dureza y resistencia del material. Entre ellos se incluyen:

Titanio (Ti): Forma carburos de titanio, que son extremadamente duros y mejoran la resistencia al desgaste. Vanadio (V): Forma carburos de vanadio, aumentando la dureza y la resistencia al desgaste. Tungsteno (W): Forma carburos de tungsteno, mejorando la dureza y la resistencia a altas temperaturas. Cobalto (Co): Mejora la dureza a altas temperaturas y la resistencia al desgaste. Cromo (Cr): Aunque también se disuelve en ferrita, en cantidades mayores puede formar carburos de cromo, aumentando la resistencia al desgaste.

Ejemplo de Mejora: Grupo 1: Elementos que se disuelven en ferrita Cromo (Cr): Disuelto en ferrita, aumenta la resistencia a la corrosión y la dureza del acero. Níquel (Ni): Aumenta la tenacidad y la resistencia a la corrosión. Manganeso (Mn): Mejora la dureza y la resistencia a la tracción, actuando también como desoxidante. Silicio (Si): Mejora la dureza, resistencia al desgaste y actúa como desoxidante durante la fabricación del acero. Molibdeno (Mo): Incrementa la resistencia a la corrosión y la dureza a altas temperaturas, formando soluciones sólidas con el hierro.

Ejemplo de Mejora: Grupo 2: Elementos que se combinan con carbono para formar carburos simples o complejos Titanio (Ti): Forma carburos de titanio, mejorando la dureza y resistencia al desgaste. Vanadio (V): Forma carburos de vanadio, aumentando la dureza y resistencia al desgaste. Tungsteno (W): Forma carburos de tungsteno, mejorando la dureza y la resistencia a altas temperaturas. Cobalto (Co): Mejora la dureza a altas temperaturas y la resistencia al desgaste, formando soluciones sólidas y carburos en aceros y aleaciones. Cromo (Cr): En mayores cantidades, forma carburos de cromo, aumentando la resistencia al desgaste y la dureza del acero.

EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LA FERRITA Casi todos los elementos pueden disolverse en la ferrita, por lo que ciertos elementos que deberían combinarse con carbono como el niquel , el silicio, el cobalto, aluminio y cobre se hallan totalmente disueltos en ferrita. En ausencia de carbono, se encuentran disueltos en ferrita grandes proporciones de elementos del grupo 2.

Efecto de endurecimiento del hierro alfa por la presencia de elementos aleantes.

EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL CARBURO Los carburos son lentos de disolver y no pueden disolverse en austenita tienden a reducir la templabilidad del acero en general. Aunque todos los carburos encontrados en el acero son por lo general duros y frágiles, los carburos de cromo y vanadio resultan excepcionales en dureza y resistencia al desgaste. La resistencia al desgaste y la dureza de los aceros ricos en carburos las determinan en gran medida la cantidad, el tamaño y la distribución de estas partículas duras. Estos factores a su vez están controlados por la composición química, el método de fabricación y el tratamiento térmico. Al introducir un tercer elemento en la composición del acero, el diagrama hierro carbono deja de ser un diagrama de fases o de equilibrio. Los elementos aleantes tienen a cambiar el intervalo crítico, la posición del punto eutectoide y la localización de los campos alfa y gamma indicados en el diagrama de fases hierro carbono.

ACEROS AL CARBONO Estos aceros contienen carbono como elemento principal de la aleación, y sólo pequeñas cantidades de otros elementos (lo normal es alrededor de 0.5% de manganeso). La resistencia de los aceros simples al carbono se incrementa con el contenido de éste. De acuerdo con un esquema de nomenclatura creado por el American Iron and Steel Institute (AISI) y la Society of Automotive Engineers (SAE), los aceros simples al carbono se especifican por medio de un sistema numérico de cuatro dígitos: 10XX, donde el 10 indica que el acero es al carbono simple, y XX señala el porcentaje de carbono en centésimas de puntos porcentuales. Por ejemplo, un acero 1020 contiene 0.20% de C. Es común que los aceros simples al carbono se clasifiquen en tres grupos, de acuerdo con su contenido de carbono:

1. Aceros al bajo carbono. Contienen menos del 0.20% de C y son por mucho los más utilizados. Las aplicaciones normales son en las piezas automotrices de lámina, placa de acero para la fabricación y vías férreas. Es relativamente fácil dar forma a estos aceros, lo cual los hace de uso muy difundido en aplicaciones que no requieren una resistencia elevada. Por lo general, también los aceros fundidos caen en este rango de carbono. 2. Aceros al medio carbono. Su contenido de carbono varía entre 0.20% y 0.50%, y se especifican para aplicaciones que requieren una resistencia mayor que las de los aceros al bajo carbono. Las aplicaciones incluyen componentes de maquinaria y piezas de motores tales como cigüeñales y rodillos de transmisión. 3. Aceros al alto carbono. Contienen carbono en cantidades superiores a 0.50% y se especifican para aplicaciones que necesitan resistencias aún mayores y también rigidez y dureza. Algunos ejemplos son resortes, herramientas y hojas de corte y piezas resistentes al desgaste. El contenido creciente de carbono da resistencia y dureza al acero, pero reduce su ductilidad. Asimismo, los aceros al alto carbono pueden ser tratados para formar martensita, lo que los hace muy duros y fuertes

ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Son aleaciones de hierro carbono que contienen elementos adicionales en cantidades que totalizan menos de 5% del peso. Debido a estas adiciones, los aceros de baja aleación tienen propiedades mecánicas superiores a las de los simples al carbono para aplicaciones dadas. Las propiedades superiores por lo general significan más resistencia, dureza, dureza en caliente, resistencia al desgaste, tenacidad y combinaciones más deseables de éstas. Es frecuente que se requiera tratamiento térmico para lograr propiedades mejoradas. Los elementos comunes de aleación que se agregan al acero son cromo, manganeso, molibdeno, níquel y vanadio, a veces en forma individual pero por lo general en combinaciones. Es frecuente que estos elementos formen soluciones sólidas con hierro y compuestos metálicos con carbono (carburos), lo que supone que hay suficiente carbono presente para efectuar la reacción. Los efectos de los ingredientes principales de la aleación se resumen como sigue:

➣ El cromo (Cr) mejora la resistencia, dureza, resistencia al desgaste y dureza en caliente. Es uno de los ingredientes de aleación más eficaces para incrementar la templabilidad. En proporciones significativas, el Cr mejora la resistencia a la corrosión. ➣ El manganeso (Mn) mejora la resistencia y dureza del acero. Cuando éste se encuentra caliente, la templabilidad mejora con el aumento de manganeso. Debido a estos beneficios, el manganeso es un ingrediente que se usa mucho en las aleaciones de acero. ➣ El molibdeno (Mo) incrementa la tenacidad y dureza en caliente. También mejora la templabilidad y forma carburos que dan resistencia al desgaste. ➣ El níquel (Ni) mejora la resistencia y la tenacidad. Incrementa la dureza pero no tanto como los otros elementos de las aleaciones del acero. En cantidades significativas mejora la resistencia a la corrosión y es el otro ingrediente principal (además del cromo) de ciertos tipos de acero inoxidable. ➣ El vanadio (V) inhibe el crecimiento de granos durante el procesamiento a temperaturas elevadas, lo cual mejora la resistencia y tenacidad del acero. También forma carburos que incrementan la resistencia al desgaste.

Designaciones AISI-SAE de los aceros de baja aleación

Aceros aleados representativos

Aceros estándar representativos

ACEROS AL NIQUEL

Aceros serie 2XXX Estos aceros son altamente adecuados para aceros estructurales de gran resistencia para aplicaciones de laminado, o para grandes forjas y aplicaciones no templadas. Los aceros al 5% de níquel (serie 25XX) proporcionan mucha tenacidad y tiene aplicaciones de trabajo pesado, como engranajes para camiones y autobuses, levas y cigüeñales. Los aceros al niquel de 3.5% (serie 23XX) con bajo contenido de carbono se usan ampliamente en la carburización de engranajes de transmisión, tornillos de biela, pernos y seguros. El níquel tiene poco efecto en la templabilidad de los aceros pero tiene gran importancia para mejorar la tenacidad.

ACEROS AL CROMO

ACEROS AL NIQUEL-CROMO

ACEROS AL MANGANESO

ACEROS AL MOLIBDENO

VIDEO

En este video se refuerzan los conceptos de aceros aleados y la clasificación de los mismos.

VIDEO

Resumen del tema de aceros inoxidables.

THANKS!