Acero Hadfield

Integrantes: Sarai Infante Sebastin HerreraProfesor: Danny GuzmnAsignatura: Metalurgia Mecnica

Acero Hadfield

Universidad de AtacamaFacultad de IngenieraDepartamento de Metalurgia

HistoriaSir Robert Abbott Hadfield (1858 1940) fue un metalurgista, nacido en Sheffield, famoso porque en 1882 invent el acero al manganeso, uno de los primeros aceros aleados.

Robert descubri el acero al manganeso que fue endurecido por temple en agua a partir de una temperatura de 1000 C.

Contena alrededor de 1,2 % C y 12% de Mn, y fue denominado como acero Hadfield.

Este acero duro sera utilizado para la fabricacin de ruedas de tranva.

Robert Hadfield (padre) que era dueo de la Fundicin de Acero Hadfield en Sheffield y fue uno de los primeros que hizo piezas fundidas de acero. El hijo tom las riendas en 1888 y convirti la empresa en una de las mayores aceras del mundo.Continu llevando a cabo ms experimentos, en donde public ms de 200 artculos sobre sus investigaciones metalrgicas.

En la actualidad existen distintas variedades de aleaciones para satisfacer necesidades especificas, por lo que muchas veces se toma una mala seleccin de materiales, produciendo costos excesivos al elegir una aleacion innecesaria y cara. Es por ello que es importante conocer estos temas a la hora de elegir.

2ComposicinComposicin tpica:

Carbono: 1,2 a 1,6% Manganeso: 12 a 14% Silicio: mximo 2% de silicio.

Variaciones en la composicin:

CarbonoManganesoCromoNquelMolibdenoTitanioBismuto

Incluyen variaciones en el contenido de carbono y manganeso, con o sin elementos aleantes adicionales tales como cromo, nquel, molibdeno, vanadio, titanio y bismuto.

3Norma ASTM A128

Tabla 1: Rangos de composiciones estndares para aceros hadfield Existen una gama de grados para aplicaciones especficas con varios elementos de aleacin. Los ms usados son:A 128 Gr A; B2; B3 = (aplicacin) partes de desgaste en Trituradoras y molinosA 128 E= (aplicacin) Buenas propiedades de impacto / resistenciaA 128 C = (aplicacin)

Gr A, B, C, E-2 ampliamente usados en trituracin y molienda para conos, mndibulas, corazas, etc. 4Microestructura

Figura 1: Microestructura Acero Hadfield, atacada con picral 4% 200X-Estos carburos nuclean en los bordes de grano y en reas interdendrticas dentro de los granos de austenita, lo cual fragilizan el material.

-Los carburos interdendrticos pueden ser masivos, especialmente en los puntos triples, y algunas veces son rodeados por zonas de carburos laminares como se observa en la Figura.-Se observan carburos precipitados rodeados de carburos laminares.

5Microestructura

Figura 2: Microestructura acero Hadfield grado A, tratada trmicamente a 1065C y enfriada en agua, atacada con picral 4% 500X.-Estas aleaciones son no magnticas, sin embargo, debido a la perdida de carbono y algo de manganeso desde la superficie durante la solidificacin dentro del molde y durante el tratamiento trmico, algunas veces existe una capa magntica (martensita) sobre la superficie del metal como se observa en la Figura.

-Se observa la capa de martensita formada durante la deformacin, como resultado de la descarburacin de la austenita.

6Tratamiento trmicoConsiste en calentar el acero a una temperatura suficientemente alta (temperaturas de austenizacin, sobre 723C) para disolver los carburos, seguido por un enfriamiento rpido en agua a temperatura ambiente.

Figura 3: Tratamiento trmico

-Una vez mezclados los elementos qumicos adicionales, para otorgar al metal las caractersticas que se desean, se realiza un tratamiento trmico al acero aleado. (Temple).-Este material 100% austentico aumenta su dureza cuando es sometido a deformacin mecnica, mejorando su resistencia a la abrasin, y al desgaste. - Su dureza va desde 180 hasta 900 Brinell sin presentar transformacin martenstica (TRIP). 7Efecto del Mn sobre el Fe

Figura 4: Diagrama de Fase Fe-MnEl Mn extiende el campo austenitico, haciendolo mas estable a bajas T ,ya que no se convertira en nada. Por tanto la reaccin martensitica se desplaza a temperaturas criogenicas.

8Efecto del carbono y Manganeso

Figura 5: Efecto del carbono y ManganesoSe muestra el efecto del carbono y manganeso sobre la temperatura Ms (temperatura en la cual comienza la transformacin martensitica).

Se ve en la regin de el Acero hadfield estandar ( 12 a 14%Mn y 1.2 a 1.6% C), la conversin martensitica (Ms) es de -195c9Efecto del NitrgenoAcero CMnSiNHS1 y HS21,2212,890,260,020HS3 y HS41,0613,500,590,008HNS 10,7812,280,030,062HNS 20,5611,310,710,049Tabla 2: Contenidos de Nitrgeno en Acero HadfieldEl nitrgeno hace algunas dcadas era considerado perjudicial para el aceroPero en los ultimo aos se le ha dado mucho interes, ya que en la autenita la solubilidad del N es mayor que en la Ferrita Adems el Mn aumenta la solubilidad del N.

Trabajos recientes dicen que el efecto de endurecimiento por deformacin en Hadfield debe ser una combinacin de los elementos intersticiales C y N.Lo cual se comprob mediante un ensayo de compresin de acuerdo ala norma ASTM E9-87, para aceros hadfield con diferentes composicin de N%(tabla)10Efecto del Nitrgeno

Figura 6: ndice de endurecimiento.AceroPpm NnHS12000,51HS22000,52HS3800,36HS4800,34HNS 16200,69HNS 24900,71Tabla 3 :ndices segn tipo de acero -Se puede apreciar que los aceros que tenan mayor contenido de Nitrgeno, presentan un n (coef de endurecimiento) mas alto.-El hecho que el N sea una solucin slida intersticial en austenita, hace que este sea un mecanismo de endurecimiento de los Hadfield11Propiedades MecnicasTabla 4: Cuadro comparativo de las propiedades mecnicas ,entre el acero austentico y otros aceros. Designacin del materialCondicinResistencia a la tensin MPaResistencia a la fluencia MPaElongacin %Dureza Brinell HB1020Estirado en fro420352151221040Estirado en fro552490121601050Estirado en fro690579102001117Estirado en fro476352201381144Estirado en fro690621102001213Estirado en fro5173401015012L 13Estirado en fro48341410140ASTM A128 12%MnSolucin tratada61534028164Este material combina caractersticas de alta tenacidad y ductilidad, a la vez gran capacidad de endurecimiento por trabajo en fro y resistencia al desgaste, a la traccin y compresin, alta ductilidad y excelente resistencia al desgaste.

Posee alta resistencia al impacto cuando el acero se va endureciendo y son altamente resistentes a la abrasin. En las superficies sin golpes presenta una dureza menor que en las superficies endurecidas (400 a 500 HB).

Usualmente los esfuerzos de fluencia son entre 345 a 415 MPa lo que significa que son muy difciles de maquinar.

12Propiedades Mecnicas

Figura 7 : Comparacin de las curvas de traccin entre el acero Hadfield (AISI 304) y el acero ferritico-perlitico (F 1110)-Podemos aqu comparar un acero AISI 304 (acero austenitico) con un acero F1110 ( acero ferritico-perlitico).-Se puede apreciar que el acero austenitico admite mas deformacin antes de la roptura lo que indica que es muy tenaz.-Se puede apreciar que el acero austenitico posee menor resistencia de fluencia, y mayor resistencia a la tensin. Entonces su N ser mayor que el acero ferritico-perlitico. Lo cual convierte al acero austenitico en un acero mas factible para endurecer por deformacion.

13Propiedades Mecnicas

Figura8: ndice de endurecimiento en funcin de la deformacin En la curva se puede apreciar el ndice de endurecimiento en funcin de la deformacin.- La cual nos indica que a una misma deformacin , el acero autentico va a presentar un mayor ndice de endurecimiento.Entonces el acero austenitico es mas factible de endurecer por deformacin.

El ndice de endurecimiento es mayor, ya que durante el trabajo en fro, la superficie del material aumenta su dureza por la transformacin de la martensita y por la segregacin de carburos, lo cual bloquea el desplazamiento de las dislocaciones.

14Propiedades MecnicasDureza HBResistencia a la fluencia MPaResistencia a la tensin MPaElongacin %Charpy 20C (68F)-JValores22038094040112 JTabla 5:Tenacidad al impacto de un acero Hadfield Grado B2

Soldadura aceros al manganesoComposicin qumica del electrodo Indura 308/308H:

C= 0,03% ; Mn= 1,92%; Si=0,8% ; Cr= 23,8% ; Ni=13,3%Recomendaciones:

Realizar cordones cortos y rpidos.Distribuir, de forma alternada los cordones de soldadura, con el fin de evitar el calentamientolocal de la pieza.

Figura9: esquema de los cordones de soldadura

Figura 10: Soldadura del acero-El calentamiento de este tipo de acero es ms critico que en los aceros estructurales ordinarios, ya que, puede causar fragilizacin. Tan importante como la temperatura, es el tiempo que permanecer a la misma. -Una temperatura superior a 450C, es muy perjudicial, independientemente del tiempo que permanezca a la misma. Entre 260 y 450C, la fragilizacin depender de varios factores (volumen de la pieza, tiempo de exposicin, nmero de pasadas,etc.).16Aplicaciones

Figura 12:Muela chancador de mandibulaFigura 11:Manto cncavo para chancadores GiratoriosFigura 13:Revestimiento Molino de bolasFigura 14:Revestimiento Molino SagLos acero hadfield se utilizan en equipos o maquinarias que estn sometidos a un gran desgaste, impacto y abrasin.

-Desgaste por abrasin: Ocurre principalmente cuando el material es removido por otro produciendo ralladuras o virutas.-Desgaste por impacto: Ocurre debido al impacto generado por grandes cargas a las cual est sometida el material

- Generalmente para este tipo de piezas se utiliza un acero ASTM a128 Grado C.

17ConclusionesEn el acero Hadfield se genera una elevada dureza superficial mientras que internamente mantiene su tenacidad.

El Mn estabiliza la austenita retardando la transformacin martensitica.

El contenido de nitrgeno en aceros Hadfield es importante

Es un acero en el que hay que tener especial cuidado a la hora de soldar.

En operaciones donde el material se deforma superficialmente, ya sea martillando, presionando, laminado en fro o taladrando, se eleva la resistencia superficial de las piezas convirtindose en un material endurecido superficialmente con una estructura interna tenaz que adems es soldable.

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