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El acero

  1. 1. CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES FERROSAS Aleaciones Metálicas No ferrosas Ferrosas Fundiciones Aceros Maleable Nodular Blanca Gris Alta aleación Baja aleación Bajo C Medio C Alto C herramientas Inoxidable
  2. 2. El acero <ul><li>El acero como material </li></ul><ul><ul><li>Obtención del acero </li></ul></ul><ul><ul><li>Clasificación de los aceros </li></ul></ul><ul><ul><li>Características básicas </li></ul></ul><ul><ul><li>Incidencia de los elementos de aleación </li></ul></ul><ul><li>Tratamientos térmicos </li></ul><ul><ul><li>Recocido </li></ul></ul><ul><ul><li>Normalizado </li></ul></ul><ul><ul><li>Temple </li></ul></ul><ul><ul><li>Revenido </li></ul></ul><ul><ul><li>Otros tratamientos </li></ul></ul>
  3. 3. El acero <ul><li>¿Qué es el acero? </li></ul><ul><ul><li>Los metales y aleaciones empleados en la industria se pueden dividir en dos grandes grupos: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Materiales NO Férreos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>No contienen Hierro </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Aluminio, zinc, cobre, níquel, plomo, titanio, etc. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Aleaciones de los mismos </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Materiales Férreos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Contienen el Hierro (Fe) como elemento principal </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Hierro dulce </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Ferro-aleaciones </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Aceros </li></ul></ul></ul></ul>
  4. 4. El acero <ul><li>¿Qué es el acero? (cont.) </li></ul><ul><ul><li>El acero es básicamente una aleación o combinación de Hierro (Fe) y Carbono (C), con un contenido de Carbono comprendido entre 0,05% y 2% aproximadamente. </li></ul></ul><ul><ul><li>Esta combinación va acompañada de otros elementos de aleación, deseados o no, como se verá más tarde </li></ul></ul>
  5. 5. Aceros - Diagrama Fe-C
  6. 6. <ul><li>Aceros al Carbono: </li></ul><ul><li>Sus propiedades dependen principalmente del cabrono que tiene, contienen pequenas cantidades de (Mn, Si, P, S). No se endurecen por temple. </li></ul><ul><ul><li>Bajo Carbono (%C < 0.25) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Columnas metálicas en líneas eléctricas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estructuras de casas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Carrocería de automóviles </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Clavos </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Medio Carbono (0.2 < C < 0.70) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Piezas de maquinaria en general </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ejes, elementos de motores </li></ul></ul></ul>
  7. 7. <ul><li>Aceros al Carbono: </li></ul><ul><ul><li>Alto Carbono (0.7 < C < 1.40) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Son los más duros, fuertes y menos dúctiles </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Responden mejor al tratamiento térmico </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Resortes </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Alambres de alta resistencia a la tensión </li></ul></ul></ul>
  8. 8. El acero - Clasificación <ul><li>Atendiendo al contenido de Carbono </li></ul><ul><ul><li>Aceros Hipoeutectoides </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Contenido en Carbono inferior a 0,8% </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Aceros Eutectoides </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Contenido en Carbono igual a 0,8% </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Aceros Hipereutectoides </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Contenido en Carbono comprendido entre 0,8% y 2% </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Los aceros de construcción, soldables son todos del tipo Hipoeutectoide </li></ul></ul>
  9. 9. Influencia de los elementos de aleación <ul><li>Aumentar la templabilidad </li></ul><ul><li>Mejorar la resistencia a temperaturas </li></ul><ul><li>Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas temperaturas </li></ul><ul><li>Mejorar la tenacidad </li></ul><ul><li>Aumentar la resistencia al desgaste </li></ul><ul><li>Aumentar la resistencia a la corrosión. </li></ul>
  10. 10. El acero - Clasificación <ul><li>Atendiendo a los elementos constituyentes </li></ul><ul><ul><li>Aceros al Carbono </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Contienen, además de Fe y Carbono; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Manganeso (Mn) =< 1,65% </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Silicio (Si) =<0,6% </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Cobre (Cu) =<0,6% </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Azufre (S) =<0,05% </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Fósforo (P) =<0,05% </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><li>Aceros Aleados </li></ul></ul>
  11. 11. El acero - Clasificación <ul><li>Atendiendo a los elementos constituyentes (cont) </li></ul><ul><ul><li>Aceros Aleados </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Microaleados; contienen pequeñas cantidades de elementos capaces de formar Carburos, Nitruros, etc </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Niobio (Nb), Ti tanio (Ti), Vanadio (V) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Aceros Aleados; contienen cantidades más significativas de elementos aleantes, para aplicaciones específicas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Cromo (Cr), Molibdeno (Mo), Niquel (Ni), Vanadio (V), y mayor cantidad de Manganeso (Mn) y Silicio (Si) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Aceros Inoxidables </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Son aceros aleados en los que el elemento principal de aleación, que los previene de la corrosión es el Cromo (Cr),con un valor superior al 12% </li></ul></ul></ul></ul>
  12. 12. El acero - Clasificación <ul><li>Aceros Inoxidables (cont) Hay tres tipos principales </li></ul><ul><ul><li>Aceros ferríticos: estructura ferrítica a cualquier temperatura </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>15-18% de Cr </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>C =<0,12% </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Más resistentes a la corrosión que los martensíticos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Difíceles de soldar. Son magnético </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Aceros martensíticos: estructura martensítica, de gran dureza </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Diferentes grados de composición, pero con alto contendo en C (hasta 1,2%) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No soldables </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Resistente a corrosión y desgaste. Cuchillería </li></ul></ul></ul>
  13. 13. El acero - Clasificación <ul><li>Aceros Inoxidables (cont) Aceros Austeníticos </li></ul><ul><ul><ul><li>Presentan una estructura austenítica a cualquier temperatura, por su alto contenido en Niquel (Ni) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Baja conductividad calorífica (La mitad que la de los aceros al C). Se deforman mucho </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica, agua de mar, productos alimenticios, etc </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Soldables, con cierto cuidado en las temperaturas entre pasadas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>304 : Cr entre 18 y 20%, Ni entre 8 y 10% </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>316: Cr entre 18 y 20%, Ni entre 8 y 10%, Mo entre 2 y 3% </li></ul></ul></ul></ul>
  14. 14. Incidencia de los elementos de aleación en la soldabilidad de los aceros <ul><li>La soldabilidad de los aceros al Carbono depende, a la vez, del contenido de ese elemento y de las impurezas que pueda llevar bien en estado disuelto – sulfuros, fosfuros, nitruros – o bajo forma de inclusiones </li></ul><ul><li>Por regla general, cuantos más elementos de aleación, menor es la soldabilidad </li></ul><ul><li>Un parámetro que define de manera práctica la soldabilidad de un acero al carbono y aleado, el el Carbono Equivalente (IIW) </li></ul>Cev = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Cu+Ni)/15 <ul><li>Los aceros con Cev superiores a 0,45 son soldables pero hay que tener un cuidado especial </li></ul><ul><li>Los aceros con Cev > 0,35 requieren precalentamiento, por regla general </li></ul>
  15. 15. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>CARBONO </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Elemento de mayor influencia en la soldabilidad de los aceros </li></ul></ul></ul>Cuando %C aumenta Aumenta Disminuye <ul><li>El límite elástico </li></ul><ul><li>La carga de rotura </li></ul><ul><li>La dureza </li></ul><ul><li>Ductilidad </li></ul><ul><li>Tenacidad </li></ul><ul><li>Soldabilidad </li></ul><ul><li>Facilidad de mecanizado </li></ul><ul><li>Cuando el enfriamiento es muy rápido, da lugar a zonas templadas, duras y frágiles, en ZAT, que pueden agrietarse en el enfriamiento </li></ul><ul><li>Aceros con un contenido en C superior a 0,3% son dificilmente soldables </li></ul>
  16. 16. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>AZUFRE </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>En general, elemento perjudicial. Conviene mantenerlo por debajo del 0,05% </li></ul></ul></ul>Cuando %S aumenta Aumenta Disminuye <ul><li>Facilidad para la mecanización </li></ul><ul><li>Ductilidad </li></ul><ul><li>Soldabilidad </li></ul><ul><li>El azufre reacciona con el hierro, dando Sulfuro de Hierro, que es soluble en el acero fundido, formando un eutéctico Fe-Sfe a unos 980ºC, que se deposita en los bordes de los granos de austenita, facilitando el “agrietamiento en caliente” </li></ul>
  17. 17. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>FOSFORO </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>En general, elemento perjudicial. Conviene mantenerlo por debajo de 0,05%. Valores superiores producen “Fragilización en Frío” </li></ul></ul></ul>Cuando %P aumenta Aumenta Disminuye <ul><li>Facilidad de mecanizado </li></ul><ul><li>Resistencia a la tracción </li></ul><ul><li>Ductilidad </li></ul><ul><li>Soldabilidad </li></ul><ul><li>Durante la solidificación, el Fósforo reacciona con el Hierro formado Fosfuro de Hierro Fe 3 P, que aumenta el tamaño del grano, y en consecuencia, la fragilidad en fío </li></ul><ul><li>Para no afectar a la soldabilidad de los aceros al Carbono, se debe mantener S+P =<0,08% </li></ul>
  18. 18. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>MANGANESO (Mn) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Tiene mayor afinidad que el Fe para combinarse con el O 2 ,S y C. Se emplea como desoxidante y desulfurante </li></ul></ul></ul>Cuando %Mn aumenta Aumenta Disminuye <ul><li>Resistencia a la tracción </li></ul><ul><li>Dureza </li></ul><ul><li>Ductilidad (Mn<1,5%) </li></ul><ul><li>Resiliencia </li></ul><ul><li>Soldabilidad (Mn<1,5%) </li></ul><ul><li>Ductilidad (Mn>2%) </li></ul><ul><li>Soldabilidad (Mn>2%) </li></ul><ul><li>Al aumentar C, debe aumentar la relación Mn/C para evitar fisuración en caliente. </li></ul><ul><li>Elemento Gammageno. Retiene la Austenita </li></ul>
  19. 19. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>SILICIO (Si) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Su mayor importancia, es ser un gran agente desoxidante, para controlar el contenido de Oxígeno en el acero </li></ul></ul></ul>Cuando % Si aumenta Aumenta Disminuye <ul><li>Resistencia a la tracción </li></ul><ul><li>Dureza </li></ul><ul><li>Elasticidad </li></ul><ul><li>Facilidad de mecanizado </li></ul><ul><li>Soldabilidad (Si>0,65%) </li></ul><ul><li>Es un elemento alfágeno, formador de ferrita </li></ul><ul><li>Su contenido en los aceros al C puede llegar hasta el 0.35%, y en los aceros aleados hasta el 0,65% </li></ul>
  20. 20. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>CROMO (Cr) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Importantísimo en los aceros aleados </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Aumenta la templabilidad del acero </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Aumenta la resistencia a la oxidación y corrosión </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Características del Cr </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Gran afinidad por el C, àra formar Carburos de Cromo </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>A altas temperaturas se combina con O 2 para formar óxidos de Cr, no metálico y refractario </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Es un gran formador de ferrita </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>En aceros aleados con Cr>3%, gran resistencia a elevadas temperaturas, hay que emplear técnicas de soldeo especiales </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Los aceros Inoxidables contienen un mínimo de 12% de Cr para aumentar su resistencia a la corrosión. </li></ul></ul></ul>
  21. 21. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>NIQUEL (Ni) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Elemento gammágeno por excelencia. Favorece la formación y persistencia de estructuras austeníticas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mejora las propiedades mecánicas del acero de manera importante, en especial </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>La ductilidad </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Resiliencia. (Tenacidad a bajas temperaturas) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No forma óxidos ni carburos ya que su afinidad por el Oxígeno y el Carbono es menor que la del Hierro. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Imprescindible e aceros inoxidables austeníticos (>8%) y en aceros aleados para usos criogénicos. </li></ul></ul></ul>
  22. 22. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>COBRE (Cu) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Elemento que no tiene gran reputación entre los elementos aleantes del acero </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Actualmente se utiliza como eun elemento que favorece el endurecimiento por precipitación </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Se utiliza en el rango de 0,2 – 0,3% como aleante de los aceros al C, para formar una película superficial de Oxido de Cobre que retarda y , a veces, evita la corrosión atmosférica, dando a la estructura una pátina rojiza que se acrecienta con el tiempo. (Estructura del BBVA en Pº Castellana, Madrid) </li></ul></ul></ul>
  23. 23. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>NITROGENO (N) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Se pretende evitar el contacto del N del aire con el baño de fusión. (Gases atrapados que pueden producir porosidad) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>En algunos aceros aleados se emplea para mejorar sus características mecánicas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Su uso correcto depende de la presencia de otros elementos (Al, Cr, Ti) con los que combinarse para dar Nitruros, en vez de que lo haga con el Fe para dar N 3 Fe que fragilizaría la soldadura. Aceros “Nitrurados”, con extremada dureza en una capa superficial </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Es un poderoso elemento austenizante. (Gammágeno) </li></ul></ul></ul>
  24. 24. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>ALUMINIO (Al) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Utilizado en pequeñas cantidades como </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>desoxidante y </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>afinador del grano </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>ES un elemento alfágeno, formador de ferrita </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Presenta gran afinidad por el Oxígeno con el que reacciona para formar AL 2 O 3 , sólido blanquecino de elevado punto de fusión. </li></ul></ul></ul>
  25. 25. El acero - Incidencia de los elementos de aleación <ul><ul><li>NIOBIO (Nb/Cb) TITANIO (Ti) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Presentan gran afinidad por el Carbono para formar Carburos, por el Oxígeno y por el Nitrógeno (Sobretodo el Titanio) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ambos actúan como formadores o estabilizadores de ferrita </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Disueltos en hacer, aumenta su templabilidad, sin embargo, su tendencia a formar Carburos es tan grande, que en forma de Carburos insolubles, disminuye la templabilidad de los aceros. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Su mayor propiedad es la de ser Estabilizadores de Carburos en soldaduras de aceros inoxidables Austeníticos, para evitar la migración de los posible Carburos de Cromo, al borde de los granos </li></ul></ul></ul>
  26. 26. Curvas de enfriamiento continuo
  27. 27. Velocidades de enfriamiento
  28. 28. Velocidades de enfriamiento
  29. 29. Aceros Inoxidables
  30. 30. Aceros Inoxidables <ul><li>La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus características: </li></ul><ul><li>Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas. </li></ul><ul><li>Propiedades mecánicas del acero </li></ul><ul><li>Características de los procesos de transformación a que será sometido. </li></ul><ul><li>Costo total (reposición y mantenimiento) </li></ul><ul><li>Disponibilidad del acero. </li></ul>
  31. 31. Aceros Inoxidables <ul><li>Aceros ferríticos inoxidables </li></ul><ul><ul><ul><li>Contienen entre 14 y 27 % Cr (405 , 430) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Bajo contenido de carbono ( no se endurecen por tratamiento térmico pero si por trabajo en frío. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Son magnéticos </li></ul></ul></ul>
  32. 32. Aceros Inoxidables
  33. 33. Aceros Inoxidables <ul><li>Aceros austeníticos inoxidables </li></ul><ul><ul><ul><li>Son las aleaciones al Cr – Ni (3XX) y al Cr – Ni – Mn (2XX) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No magnéticos. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No endurecen por tratamiento térmico </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>El contenido total de ni y Cr es del 23% </li></ul></ul></ul>
  34. 34. Aceros Inoxidables <ul><li>Aceros martensíticos inoxidables </li></ul><ul><ul><ul><li>Son las aleaciones serie 4XX </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cr (12.5 – 17)% </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Endurecibles por tratamiento térmico (Temple) </li></ul></ul></ul>
  35. 35. Aceros Inoxidables Aceros inoxidables TT  Y (MPa)  TS (MPa) % EL aplicaciones Ferríticos 17Cr-0.012C 25Cr-0.2C Recocido recocido 345 345 517 552 25 20 Aplicaciones de alta temperatura Martensíticos 12.5Cr-0.15C 17Cr-0.7C 17Cr-1.1C recocido T + R T + R 276 1830 1970 517 1620 1900 30 5 2 Elementos de máquinas, válvulas Cubiertos, bisturíes Bolillas de rulemanes Austeníticos (301) 17Cr-7Ni (304) 19Cr-10Ni Recocido recocido 276 290 759 580 60 55 Aplicaciones estructurales Equipamientos químicos
  36. 36. Tipos de Aceros de Herramienta - Aceros al carbono: para la fabricación de herramientas para los usos más diversos, se emplean aceros sin elementos de aleación con porcentajes de carbono variables de 0.50 a 1.40%. para herramientas que deban tener gran tenacidad como martillos y picas; se emplean medios contenidos en carbono 0.50 a 0.70%. para herramientas de corte como brocas, cuchillas, y limas; calidades intermedias de 0.70 a 1%. Para conseguir en cada caso la máxima dureza, deben ser templados en agua. - Aceros rápidos: la característica fundamental de estos aceros es conservar su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas casi a l rojo (600º) sin disminuir su rendimiento. Algunas composiciones típicas de los aceros rápidos son: C = 0.75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0.75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1.25%.
  37. 37. Aceros de Herramienta <ul><li>En este grupo se incluyen todos los aceros que normalmente se emplean para la fabricación de útiles o herramientas destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por cortadura, por presión o por arranque de viruta. </li></ul>
  38. 38. Tipos de Aceros de Herramienta - Aceros indeformables: reciben este nombre los aceros que en el temple no sufren casi deformaciones y con frecuencia después del temple y revenido quedan con dimensiones prácticamente idénticas a las que tenían antes del tratamiento. Esto se consigue empleando principalmente el cromo y el manganeso como elementos de aleación. Estos aceros templan con un simple enfriamiento al aire o en aceite. Composiciones típicas: C = 2% y Cr = 12%; C = 1% y Cr = 5% y otra C = 1% y Mn = 1%. - Aceros al corte no rápidos: se agrupan varios aceros aleados, principalmente con cromo y wolframio, muy empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones muy forzadas. Pueden considerarse como unas calidades intermedias entre los aceros rápidos y los aceros al carbono.

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