Universidad nacional de Jaén.

Docente : MARCO ANTONIO AGUIRRE CAMACHO

Facultad DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Curso : CIENCIA DE LOS MATERIALES

Tema : ACEROS ESPECIALES E INOXIDABLES

Integrantes:

Jiménez Díaz CleynerCastillo Vásquez LeninLa Torre santos EdinsonNonalaya Córdova JhairDávalos Pongo JavierSaavedra Córdova HeinyPérez Campos Dimar

ALEACIÓN: ACEROS

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%; normalmente y algunos aceros especiales pueden alcanzar valores por encima del 4%.

La resistencia ultima a tención y a compresión de los aceros comunes es aproximadamente quince veces la resistencia a la compresión del concreto estructural común y más de 100 veces la resistencia a tención.

Los aceros están conformados por conglomerados de átomos unidos por enlaces covalentes por lo que tiene un comportamiento físico que se puede explicar a nivel atómico. Si un elemento es cargado y puede recuperar su forma inicial se conoce como deforma elástica la cual se da cuando no se rompe el equilibrio de las fuerzas internas entre átomos y estas pueden regresan a su punto de equilibrio. El modulo de elasticidad a nivel atómico está directamente relacionada con la separación máxima entre átomos, siendo los materiales con enlaces fuertes los que presentan módulos elásticos con mayor capacidad.

El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas.

Clasificación de los aceros

Dada la gran variedad de aceros existentes, y de fabricantes, ha originado el surgir de una gran cantidad de normativa y reglamentación que varía de un país a otro.

En España, la clasificación de los aceros está regulado por la norma UNE-EN 10020:2001, que sustituye a la anterior norma UNE-36010, mientras que específicamente para los aceros estructurales éstos se designan conforme a las normas europeas EN 10025-2: 2004 y EN-10025-4: 2004.

No obstante, existen otras normas reguladoras del acero, con gran aplicación internacional, como las americanas AISI (American Iron and Steel Institute) y ASTM (American Society for Testing and Materials), las normas alemanas DIN, o la ISO 3506.

• Aceros no aleados

• Aceros aleados

ACEROS ESPECIALES

Existen muchas clases especiales de aceros, incluyendo aceros parea herramienta, aceros libres de intersticios, aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA por sus siglas en inglés) aceros bifásicos y aceros martensíticos envejecibles.

Los aceros para herramientas son por lo común aceros de alto carbono que alcanzan una elevada dureza mediante un tratamiento térmico de templado y revenido. Entre sus aplicaciones se incluyen las herramientas de corte en operaciones de combinado, los dados para la fundición a presión, los dados para conformado mecánico y otros usos en los cueles se requiere una combinación de levada resistencia, dureza, tenacidad y resistencia a la temperatura.

Los aceros de baja aleación y alta resistencia (HSLA) son aceros bajo carbono que contienen pequeñas cantidades de elementos de aleación. HSLA se especifican en función de su resistencia a la cedencia, con grados de hasta 80000psi; los aceros contienen el mínimo de elementos de aleación que cause la resistencia a la cedencia adecuada sin tratamiento térmico.

En estos aceros, un procesamiento cuidadoso permite la precipitación de carburos y nitruros de Nb, V, Ti o Zr, mismos que producen endurecimiento por dispersión además de un tamaño de grano fino.

Los aceros martensíticos envejecibles son aceros bajo carbono muy altamente aleados. Estos aceros se austenitizan y se templan para producir una martensita blanda que contiene menos de 0.3% C. cuando se envejece la martensita aproximadamente 500°C, se precipitan compuestos intermetálicos como Ni3Ti, Fe2Mo y Ni3Mo.

Los aceros libres de intersticios contienen Nb y Ti. Pueden reaccionar con C y son S para formar precipitados de carbono y de sulfuro. Por lo tanto, virtualmente no queda nada de carbono en la ferrita. Estos aceros son de fácil conformados y atractivos para la industria automotriz.

Los aceros de grano orientado que contienen silicio se utilizan como materiales magnéticos blandos y se incorporan en los núcleos de los transformadores eléctricos. Para la fabricación de materiales magnéticos, se utiliza polvo de hierro prácticamente puro (conocido como carbolino de hierro), que se obtienen al descomponer el pentacarbonilo de hierro (Fe(CO)5) y a veces un tratamiento térmico reductor usado para fabricar materiales magnéticos. También es utilizado bajo el nombre de hierro reducido como un aditivo para complementos alimenticios en los cereales del desayuno y en otros productos alimenticios fortificados con hierro.

Los aceros inoxidables son aquellos que presentan una aleación de hierro con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa exterior pasivadora, evitando así la corrosión del hierro en capas interiores. Sin embargo, esta capa exterior protectora que se forma puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas.

Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes, como puedan ser el níquel y el molibdeno.

ACEROS INOXIDABLES

ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables se seleccionan en función de su excelente resistencia a la corrosión Harry Brearly estaba trabajando sobre su aleación con 0.35% de carbono y 14% de cromo (ahora conocido como acero inoxidable 420). Buscaba una forma de “atacar” la muestra utilizando ácidos con la finalidad de poder ver la microestructura. Tuvo dificultades para encontrar un agente químico adecuado para lograr lo anterior. Aunque otros investigadores ya habían experimentado este “problema”, Mr. Brearly vio la oportunidad de aprovechar un material que era ¡residente a la corrosión!

Todos los aceros inoxidables verdaderos contienen un mínimo de aproximadamente 11% Cr, lo que permite la formación de una delgada capa superficial de óxido de cromo cuando el acero queda expuesto al oxígeno.

Acero

% C

% Cr

%Ni

Otros

Resistencia la tención

(psi)

Resistencia a la

cedencia (psi)

% de

elongación

Condición

Austenístico 201 0.15 17 5 6.5% Mn 95000 45000 40 Recocido 304 0.08 19 10 75000 30000 30 Recocido 185000 140000 9 Trabajo en

frío 304L 0.03 19 10 75000 30000 30 Recocido 316 0.08 17 12 2.5% Mo 75000 30000 30 Recocido 321 0.08 18 10 0.4% Ti 85000 35000 55 Recocido 347 0.08 18 11 0.8% Nb 90000 35000 50 Recocido Ferritico 430 0.12 17 65000 30000 22 Recocido 442 0.12 20 75000 40000 20 Recocido Martensítico 416 0.15 13 0.6% Mo 180000 140000 18 Templado y

revenido. 431 0.20 16 2 200000 150000 16 Templado y

revenido. 440C 1.10 17 0.7% Mo 285000 275000 2 Templado y

revenido. Endurecimiento por precipitación 17-4 0.07 17 4 0.4% Nb 190000 170000 10 Endurecimie

nto por envejecimiento.

17-7 0.09 17 7 1.0% Al 240000 230000 6 Endurecimiento por envejecimiento.

Composiciones y propiedades comunes de los aceros inoxidables.

El cromo es el elemento que hace que los aceros inoxidables sean inoxidables. El cromo también es un elemento estabilizador de la ferrita.

El cromo hace que se contraerá la región de la austenita, en tanto que la región de la ferrita aumento de tamaño. En las composiciones debajo carbono y alto cromo, la ferrita se encuentra presente como una sola fase hasta la temperatura sólida

FERRITA CROMO

Existen varias clases de aceros inoxidables en función de la estructura cristalina y del mecanismo de endurecimiento.

Aceros inoxidables ferríticos: Los caseros inoxidables ferriticos, contienen hasta 30% Cr y menos de 0.12% C. Debido a la estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC, por sus siglas en inglés), los aceros inoxidables ferriticos tienen buena resistencia y una ductibilidad moderada, derivadas del endurecimiento por solución sólida y del endurecimiento por deformación. Los aceros inoxidables ferriticos son magnéticos; no es posible tratarlos térmicamente; tienen una resistencia excelente a la corrosión, una capacidad de conformado moderada y son relativamente económicos.

Aceros inoxidables Martensíticos: Son los llamados aceros inoxidables altamente aleado con cromo y otros elementos. Presentan buena resistencia a la corrosión y resistencia mecánica, se endurecen y son magnético .Se llaman martensíticos, porque tienen una estructura metalográfica formada básicamente por martensita (ferrita deformada por el carbono que no pudo difundirse).

La combinación de dureza, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión pase que estas alegaciones sean atractivas para aplicaciones como, por ejemplo, cuchillos de alta calidad, balines y válvulas.

Existen cuatro tipos principales de acero martensítico:

Los aceros martensíticos puros. Con elevados porcentajes de Carbono (más de 0,2%), y ricos en aleantes, por lo que no son soldables (no se pueden representar en un diagrama de Shaeffler de Cr-Ni equivalente). Son aceros duros en caliente hasta los 500ºC, y suelen ser usado en instrumentos de cirugía, cuchillos, rodamientos,... (ejemplo, X39Cr13, o X105CrMo17).

Los aceros martensíticos con parte de ferrita. Estos se diferencian de los aceros ferríticos por su mayor contenido en carbono, aunque pueden llegar a tener matriz martensítica o ferrítica, aunque si tienen elevados porcentajes de C, Cr, Ni o Molibdeno serán Martensíticos. Estos aceros suelen ser usardos por su elevada resistencia y resistencia en caliente (turbinas de gas, agua, vapor, ejes, árboles,...) así como en la fabricación de tanques.

Aceros de martensíta blanda, con contenido en carbono inferior al 0,06% (Niquel del 4 al 6% y Molibdeno del 0,3 al 1,5%). Por el contenido en Niquel y Molibdeno siempre tendrán una matriz martensítica, aunque por el bajo contenido en carbono esta será relativamente blanda y tenaz. Es soldable y se usa en piezas que requieran buena tenacidad y resistencia a la corrosión.

Acero martensítico endurecible por precipitación. Con carbono inferior al 0,08%, Cr del 13 al 18%, Ni inferior al 6% y Mo inferior al 1,3%, así como cobre, aluminio y niobio como elementos para la precipitación que produzca el endurecimiento de la matriz martensítica, sin dañar la tenacidad o la deformabilidad. La matriz será una mezcla de Austenita, martensita y hierro delta (como la ferrita, pero directamente de la solidificación, sin pasar por austenita). Tras tratamientos tiene una elevada resistencia y buena resistencia a la corrosión, y resistencia térmica.

Aceros inoxidables austeniticos: El níquel, es un elemento estabilizador de la austenita, incrementa el tamaño del campo de la austenita y, al mismo tiempo, prácticamente elimina la ferrita de las aleaciones de hierro-cromo-carbono. Si el contenido de carbono queda por debajo aproximadamente 0.03%, no se forman carburos y el acero está constituido virtualmente por ausencia a la temperatura ambiente.

Son cúbicos centrados en las caras (FCC, por sus siglas en inglés) tienen excelente ductilidad, formabilidad y resistencia a la corrosión. La resistencia se obtiene mediante un extenso endurecimiento por solución sólida. Los aceros inoxidables austeniticos pueden ser trabajados en frio para alcanzar mayores resistencias que los aceros inoxidables ferríticos. Estos no son magnéticos, lo que resulta una ventaja para muchas aplicaciones; por ejemplo los stent cardiovasculares a menudo se fabrican a partir de aceros inoxidables 316.

Aceros inoxidables endurecidos por precipitación (PH):

Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación (PH) contienen Al, Nb, o Ta y deben sus propiedades al endurecimiento por solución martensitica. El acero se calienta primero y se templa para inducir la transformación de austenita en martensita. Al recalentar, se permite que se formen precipitados como el Ni3Al a partir de la martensita. Se obtiene propiedades mecánicas altas, incluso con aceros de bajo contenido de carbono.

Aceros inoxidables dúplex :

En algunos casos, en la estructura del acero inoxidable se introducen deliberadamente mezclas de fases. Mediante un control apropiado de la composición y del tratamiento térmico, se puede producir un acero inoxidable dúplex, que contiene aproximadamente 50% de ferrita y 50% de austenita. Esta combinación proporciona un conjunto de propiedades mecánicas de resistencia a la corrosión, de formabilidad y de soldabilidad que no se obtiene con ningún otro de los aceros inoxidables normales.La mayoría de los aceros inoxidables son reciclables; el siguiente ejemplo muestra cómo utilizar las diferencias en propiedades para separar distintos tipos de aceros inoxidables.

• Aceros inoxidables

También los aceros inoxidables según su calidad se dividen en:

- Según su contenido en Níquel:

I) Aceros inoxidables con contenido en Ni < 2.5%;

II) Aceros inoxidables con contenido en Ni ≥ 2.5%;

- Según sus características físicas:

I) Aceros inoxidables resistentes a la corrosión;

II) Aceros inoxidables con buena resistencia a la oxidación en caliente;

III) Aceros inoxidables con buenas prestaciones frente a la fluencia.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!!