1ACEROSEstructura y propiedades de aceros al carbono y de baja

aleacin

ACEROSEstructura y propiedades de aceros al carbono y de baja

aleacin

2OBTENCION DE HIERRO Y ACERO

3OBTENCION DE PRODUCTOS DE ACERO

4Diagrama de Fases Fe-Fe3CDiagrama de Fases Fe-Fe3C

5Microestructura(acero eutectoide)%C = 0,8

Microestructura(acero eutectoide)%C = 0,8

PERLITA

6Microestructura(acero

hipoeutectoide)%C < 0.8

Microestructura(acero

hipoeutectoide)%C < 0.8

ferrita perlita

7Microestructura(acero

hipereutectoide)%C > 0,8

Microestructura(acero

hipereutectoide)%C > 0,8

cementita

perlita

8Propiedades funcin % C (aceros normalizados)Propiedades funcin % C (aceros normalizados)

9Propiedades f(%C) en aceros simples normalizados

10

Propiedades f(%C) - aceros con estructura distinta

11

Designaciones de aceros (y otros)

Cada material (producto) tiene un nombre El nombre o designacin lo da la organizacin

responsable de la Normalizacin en cada pas En Chile es el INN (NCh) Otros: ASTM, AWS, ASME, DIN, BS, JIS, AFNOR,

etc. Todas son diferentes. Para el caso de aceros, ha sido de uso tradicional

las designaciones SAE/AISI. A nivel de compatibilidad universal, se defini las

designaciones UNS: unified numbering system.

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DesignacinComposicin(%peso)

AISI/SAE

ASTMUNS

C Mn Otros

Aceros simples de bajo Carbono (Plain LowCarbon Steels)

1010 G10100 0.10 0.45

1020 G10200 0.20 0.45

A36 K02600 0.29 1.00 0.2 Cu (min.)

A516 Grado 70 K02700 0.31 1.00 0.25 Si

Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleacin (High Strength Low Alloy Steels)

A440 K12810 0.28 1.35 0.3 Si (mx.) 0.2Cu (min.)

A633 Grado E K12002 0.22 1.35 0.3 Si 0.08 V 0.02 N 0.03 Nb

A656 Grado 1 K11804 0.18 1.60 0.6Si 0.1V 0.2 Al 0.015 N

Aceros de bajo CarbonoAceros de bajo Carbono

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AISI/SAE

ASTMmx.[MPa]

f[MPa]

Ductilidad

% El en 2 [in]

Plain Low-Carbon Steels

1010 325 180 28

1020 380 205 25

A36 400 220 23

A516 Grade 70 485 260 21

High Strength, Low Alloy Steels

A440 435 290 21

A 633 Grade E 520 380 23

A656 Grade 1 655 552 15

Aceros bajo Carbono: Propiedades MecnicasAceros bajo Carbono: Propiedades Mecnicas

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ACERO ESTRUCTURAL TPICOACERO ESTRUCTURAL TPICO

Composicin qumica

C: 0.18%

Si: 0.39%

Mn: 0.57%

S: 0.008%

P: 0.007%

Microestructura: ferrito-perltica

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Factores determinantes del esfuerzo de fluenciaFactores determinantes del esfuerzo de fluencia

40 10 4g (m)

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Composicin qumica de aceros (SAE/AISI)

No. UNS C Mn P S Si Cr Mo Ni

1020 G10200 0,18 -0,23

0,30 0,60

0,040 0,050

1045 G10450 0,43 0,50

0,60 0,90

0,040 0,050

1345 G13450 0,43 0,48

1,60 1,90

0,035 0,040 0,15 0,30

4130 G41300 0,28 0,33

0,40 0,60

0,035 0,040 0,15 0,30

0,80 1,10

0,15 0,25

4140 G41400 0,38 0,43

0,75 1,00

0,035 0,040 0,15 0,30

0,80 1,10

0,15 0,25

4340 G43400 0,38 0,43

0,60 0,80

0,035 0,040 0,15 0,30

0,70 0,90

0,20 0,30

1,65 2,00

5160 G51600 0,56 0,64

0,75 1,00

0,035 0,040 0,15 0,30

0,70 0,90

Nota: dos valores indican un rango de composiciones; un valor denota un mximo tolerable por la Norma respectiva. Este ltimo es el caso de P y S.

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Composicin qumica de productos (ASTM)

ASTM Uso C Mn P S Si Cr Mo Ni Otro

A 36 Estructural, plancha/barra

0,25 -0,29

0,85 1,20

0,04 0,05 0,40 0,20% Cu

A 500 Seamlesstubing

0,23 0,30

1,35 0,035 0,035 0,20% Cu

A 516 Pressurevessel

0,18 0,31

0,60 1,30

0,035 0,035 0,15 0,40

A 588 WeatheringHSLA

0,15 0,20

0,50 1,35

0,04 0,05 0,15 0,65

0,30 0,70

0,20 0,50 Cu

A 106 High-T seamless pipe

0,25 0,35

0,27 1,06

0,035 0,035 0,10 0,40 0,15 0,40

A 335 Gr. P22

High-T

seamless pipe

0,05 0,15

0,30 0,60

0,025 0,025 0,50 1,90 2,60

0,87 1,13

A 335 Gr. P9

High-T

seamless pipe

0,08 0,12

0,30 0,60

0,020 0,010 0,50 8,00 9,50

0,85 1,05

V; N; Ni; Al; Nb

18

Transformaciones de la AustenitaTransformaciones de la Austenita

19

Dureza de la Martensita es

f(%C)

Dureza de la Martensita es

f(%C)

Estructura-origen

Formacin adifusional

Composicin qumica

Temperaturas Ms-Mf

Fase Metaestable

Propiedades Mecnicas

MARTENSITA

20

La formacin de la

perlita requiere difusin y por ello

ocurre en funcin de

Temperatura y tiempo

Ej. acero eutectoide,

llevado a T= 675C, la

transformacin se

inicia a los 20 s y se

completa a los 500 s

21

Progreso de la transformacin isotrmica de un acero eutectoide a 620C, mostrando diferentes grados de progreso (1 50 99%)

22

Diagrama de transformacion

isotrmica(TTT) o (IT)

Acero eutectoide0.8% C

Diagrama de transformacion

isotrmica(TTT) o (IT)

Acero eutectoide0.8% C

23

Diferentes trayectorias

de enfriamiento rpido

y mantencin a la

temperatura de inters.

Trayectoria a) da lugar

a 100% Bainita (B)

Trayectoria b) da lugar

a 100% Martensita (M)

Trayectoria c) da lugar

a 50% Perlita y 50%

Bainita

24

Situacin ms realista:

transformaciones bajo

enfriamiento continuo.

Esto da lugar a los

diagramas de

transformaciones bajo

enfriamiento continuo,

Diagramas CCT o CT.

25

Diagrama CCT para un acero AISI 1040Diagrama CCT para un acero AISI 1040

26

Diagrama CCT para un AISI 1541 (Diagrama CCT para un AISI 1541 (

27

T

t

Ms

AB

1 2 3

Consecuencias de aplicar

diferentes velocidades de

enfriamiento sobre aceros

con curvas CCT

desplazadas: efecto de los

elementos aleantes.

Concepto de templabilidad

Templabilidad: facilidadcon la que un acero esendurecido por temple(enfriamiento rpido)

28

recocido

normalizadotemple

Para un acero dado,

las curvas con

diferentes velocidades

de enfriamiento dan

lugar a los TTs

denominados:

Recocido (annealing)

Normalizado (normalizing)

Temple (Quench)

(Adicionalmente, a un

acero templado debe

drsele el TT de

Revenido (Temper) )

29

MICRO-ESTRUCTURA (fases-cantidades-tamaos)

PROPIEDADES

VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO DE LA AUSTENITA

RESPUESTA TERMICA DEL ACERO

(TEMPLABILIDAD)

%Carbon

%AleantesTGATamao

Medio enfriador

posicin

30

Templabilidad : Ensayo JominyTemplabilidad : Ensayo Jominy

31

Ejemplos de Diagramas JominyEjemplos de Diagramas Jominy

32

Designacin Aceros baja AleacinDesignacin Aceros baja Aleacin

AISI/SAE USN

Rangos de Composicin (%p)

Ni Cr Mo Otros

13xx G13xx0 < 1.0 Mn

41xx G41xx0 0.8-1.1 0.15-0.25

43xx G43xx0 1.65-2.0 0.4-0.9 0.20-0.30

51xx G51xx0 0.7-1.1

61xx G61xx0 0.5-1.1 0.1-0.15 V

86xx G86xx0 0.4-0.7 0.4-0.6 0.15-0.25

92xx G92xx0 1.8-2.2 Si