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7/28/2019 Slides Aleaciones de aceros.pdf

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ALEACIONES DE ACEROS


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INTRODUCCION

Acero es la denominacin que comnmente se le daa una aleacin de hierro con una cantidad decarbono variable entre el 0,01% y el 2,1%.

El acero conserva las caractersticas del hierro enestado puro, pero la adicin de carbono y de otroselementos mejora sus propiedades.

Existen muchos tipos de acero en funcin de loselementos aleantes que estn presentes.


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ALEACIONES DE HIERRO

Hay tres grupos principales de elementos aleantes: los queforman soluciones slidas intersticiales. soluciones slidas sustitucionales .

inmiscibles en la red cristalina. La adicin de carbono en el hierro es suficiente para formar

acero; sin embargo, el trmino acero es genrico y cubre unintervalo enorme de composiciones complejas

Los aceros comerciales siempre contienen aleantes

indeseados pero que entran en la produccin yprocesamiento del acero. Por ej: fosforo, hidrogeno, etc.


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ALEACIONES HIERRO CARBONO

Todas las posibles aleaciones Hierro - Carbono y sus formas con la temperaturaestn representadas en lo que se llama el Diagrama de Equilibrio de Fases Sistema

Hierro Carbono. Con la porcin del Diagrama hasta 6,67% en peso del carbono.


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ALEACIONES HIERRO CARBONO

Hierro gamma corresponde a la forma cristalina FCC. El hierro FCC tienelos sitios intersticiales ms grandes, pudiendo as acomodar los tomos decarbono con distorsin no tan pronunciada como es el caso de laestructura BCC del hierro alfa

Se puede introducir ms carbono en el hierro lquido pero al enfriar, steexpulsa el exceso de carbono de la red ya sea en forma de grafito o enforma de cementita Fe3C.

Endurecimiento del acero por templado: Se calienta el acero en el rangoaustentico y luego se enfra bruscamente; con ello en todas las partes quese enfriaron rpido el carbono no tiene tiempo de salir de la red del hierroy queda en exceso en la red de ferrita, formando Martensita

Si se vuelve a calentar este acero templado, empieza a salir el carbono

lentamente, esto se llama revenido y se hace para disminuir la dureza delacero y no dejarlo tan quebradizo pudiendo llegar a obtener esferoidita.


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CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS Ferrita Fe alfa . Es hierro puro con estructura cristalina BCC con tomos de

carbono en los sitios intersticiales. Tiene las siguientes caractersticas: Suave,blando, dctil (35 40% de alargamiento), Baja resistencia a la rotura (28Kg/mm2)

Cementita (Fe3C).- Es carburo de hierro (Fe3C) que tiene 6,67% de C. Suscaractersticas son: Muy duro, Muy frgil y poco tenaz.

Perlita. Se obtiene pura si se enfra lentamente un acero con el 0,77 % de C. Suscaractersticas son intermedias entre la Ferrita y la cementita:Dureza media, Ductilidad (15% de alargamiento) , Resistencia a la rotura: 80Kg/mm2

Austenita: Consiste en tomos de hierro con estructura FCC y tomos decarbono en los sitios intersticiales. Es ms duro y menos dctil que la ferrita.Destaca por su gran plasticidad.

Martensita: Es una estructura en forma de agujas. Se obtiene enfriandorpidamente la austenita. Sus propiedades son: Gran dureza (500-700 HB), Granresistencia (R = 175-200 Kg/mm2), Poco dctil y maleable: alargamiento mximo

de 0,5-2,5%


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NOMENCLATURA DE LOS ACEROSSISTEMA SAE AISI

Primer digito:

1- Manganeso.

2- Nquel.3- Nquel* Cromo

4- Molibdeno.

5- Cromo

6- Cromo* Vanadio

8- Nquel Cromo Molibdeno*

9- Nquel* Cromo Molibdeno

*Principal aleante


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EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DEALEACIN: PROPIEDADES MECNICAS

El objetivo de la aleacin es: Aumentar la dureza y la resistencia mecnica Disminuir el peso (consecuencia del aumento de la resistencia) Conferir resistencia a la corrosin. Aumentar la resistencia al calor. Aumentar la resistencia al desgaste.

Generalmente el aumento de la resistencia es conseguido por adicin deuno o varios elementos en contenidos bajos, del orden de 5%.

Otras caractersticas requieren la adicin de aleantes en contenidos mselevados, producindose alteraciones ms profundas en la ferrita yaparecen carburos ms complejos.

Los aceros altamente aleados son muy costosos ya que: Son ms difciles de fabricar Requieren tratamientos trmicos mas complejos Algunos usan aleantes relativamente raros.


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PRINCIPALES ALEANTES

Nquel: Favorece una estructura austentica a temperatura ambiente,

que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto.

Aumenta la resistencia a la corrosin.

Disminuye las temperaturas criticas por lo cual sus tratamientosson ms sencillos.

Manganeso:

Presente en la mayora de los aceros comerciales.

Es importante por sus cualidades desoxidantes

Facilita el trabajo en caliente.

El sulfuro de manganeso mejora la maquinabilidad del acero.

Contribuye en la resistencia y la dureza pero en menor medidaque el carbono.


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Molibdeno:

Aumenta la profundidad de endurecimiento de acero y su tenacidad.

Los aceros inoxidables austenticos contienen molibdeno para mejorarla resistencia a la corrosin.

Incrementa la templabilidad del acero y es particularmente til enmantener el endurecimiento entre limites especficos.

Es nico en cuanto incrementar la tensin ingenieril mxima y laresistencia al creep del acero.

El molibdeno se disuelve en la ferrita, pero tiene una fuerte tendenciaa formar carburos.


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Cromo: Forma carburos muy duros

Otorga al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad acualquier temperatura.

Mejora la resistencia a corrosin , oxidacin, abrasin, etc.

Aumenta la profundidad de penetracin del endurecimiento portratamiento termoqumico como la carburacin o la nitruracin.

Vanadio:

Forma carburos complejos con el hierro

Proporciona al acero una buena resistencia a la fatiga, tracciny poder cortante en los aceros para herramientas.

Los aceros con vanadio presentan una microestructura mas finaque otros aceros de composicin similar sin vanadio.


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ACEROS MICROALEADOS

Contienen mnimas cantidades de aleantes como Niobio, Vanadio yTitanio en porcentajes menores a 0,05% . En combinacin con otroselementos (Mn, Si, Mo), y un tratamiento termomecnicoadecuado se obtiene excelentes cualidades mecnicas.

Inicialmente se encontr que al disminuir el tamao de granoaumentaba el lmite elstico. El refinamiento de grano se realizagregando Mn o Al y posteriormente se usaron Ti, Nb y V enpequeas cantidades.

Las adiciones de elementos microaleantes tambin mejoran ellmite elstico por el mecanismo de endurecimiento porprecipitacin.


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ACEROS MICROALEADOS

Permiten el control de las microestructuras y propiedadesmecnicas.

Se adicionan en pequeas cantidades y forman carburos, nitruros ycarbonitruros, modificando notoriamente las propiedades

mecnicas . Los aceros microaleados se fabrican en forma de placa, lmina,

barras y otros productos, encontrando aplicacin en la fabricacinde puentes, edificios, barcos, tanques de almacenamiento, tuberas,estructuras martimas y en la industria automotriz.

El tamao de los precipitados es del orden de nanmetros, conformas cbicas o redondeadas y localizadas a lo largo de la matriz ylos lmites de grano de la austenita original.


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TABLA COMPARATIVAAceros Aleados Normalizados

Aleante uts

[MPa]

y

[MPa]

Elongacin

[%]

Dureza

[HB]

Ninguno (Fe Alfa) 540 274 35 90

Manganeso(1340)

836 558 22 248

Nquel-Cromo(3140)

891 600 19.7 262

Molibdeno-Ni-Cr(4340)

1279 861 12.2 363

Cromo(5140)

792 472 22.7 229

Cromo-Vanadio(6150)

939 615 21.8 269

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