Republica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental de la Fuerza ArmadaNúcleo Caracas04IMEC – D01

Ciencia de los Materiales

INTEGRANTES

Alfonso González C.I. 19.511.976

Edwards Pérez C.I. 19.718.374

Carla Carrillo C.I. 20.490.269

Margellys Borja C.I. 20.613.902

Caracas, Febrero del 2012

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................3

CONTENIDO....................................................................................................................4

Aceros Inoxidables........................................................................................................4

Aceros inoxidables Ferriticos........................................................................................9

Aceros Inoxidables Austeníticos.................................................................................11

Aceros Inoxidables Martensíticos................................................................................13

Aceros Inoxidables Endurecibles por Precipitación o PH (Precipitation Hardening). 15

Aceros Inoxidables Dúplex (Austenita + Ferrita)........................................................17

CONCLUSIONES...........................................................................................................18

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................19

INTRODUCCIÓN

Las propiedades de los aceros inoxidables son influenciadas significativamente por su composición química, la que a su vez determina las características micro estructurales de estas aleaciones. En la actualidad, los aceros inoxidables se pueden clasificar en forma general en cuatro grandes familias:

Los aceros inoxidables ferríticos. Los aceros inoxidables austeníticos. Los aceros inoxidables martensíticos. Los Aceros Inoxidables Endurecibles por Precipitación. Los Aceros Inoxidables Dúplex.

Además de estos, existen otros nuevos tipos de aceros inoxidables como los aceros inoxidables endurecibles ferrítico-martensíticos.

CONTENIDO

Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro, cromo y carbono. La mínima cantidad de cromo necesaria para proporcionar resistencia a la corrosión está entre el 10,5%, y un máximo de 1,2% de Carbono Si bien el Cromo es el elemento distintivo, los Aceros Inoxidables pueden tener otros aditivos, fundamentalmente níquel, molibdeno, manganeso, silicio, titanio, niobio, nitrógeno, que le confieren una alta resistencia a varios tipos de corrosión. La razón por la que estos aceros presentan una alta resistencia a la corrosión es que el Cromo presente en el Acero Inoxidable tiene gran afinidad por el Oxígeno, y forma una película superficial extremadamente delgada de óxido de cromo a nivel molecular, que aísla al material de los ataques corrosivos. Esta película se llama película pasiva. Este sistema de protección es el mismo que se consigue en otros productos con un tratamiento superficial como el galvanizado, zincado, cromado, etc., con la diferencia de que en el caso de los aceros inoxidables es la propia aleación la que genera esta capa pasiva y tenaz, posibilitando la reconstrucción de dicha capa cada vez que se daña, y manteniendo por lo tanto la protección permanente del acero. Los aceros inoxidables tienen alta producción a nivel mundial, debido a sus óptimas características mecánicas y su alta resistencia a la corrosión.

Principales Características de los Aceros Inoxidables:

Alta resistencia a la corrosión. Resistencia mecánica adecuada. Facilidad de limpieza/baja rugosidad

superficial. Facilidad de conformación. Facilidad de unión. Resistencia a altas temperaturas. Resistencia a temperaturas criogénicas. Resistencia a variaciones bruscas de

temperatura. Buenos acabados superficiales y formas

variables. Buena relación coste/beneficio. Bajo costo de mantenimiento. Material reciclable. Apariencia higiénica. No contamina los alimentos.

Aplicaciones:

Industria automovilística Arquitectura y construcción Medio ambiente y energía Electrodomésticos Industria farmacéutica Industria alimentaria Medicina

En el siguiente esquema se puede observar una representación de la evolución de los aceros inoxidables a partir del acero "clásico" AISI 304.

 

Diagramas de Fase de Equilibrio

Los diagramas de equilibrio de fase son mapas de las fases estables de un material en función de las condiciones de P, T y composición.

 El aleante principal en el acero inoxidable es el cromo.

Diagrama de Equilibrio Hierro-Carbono

Aceros inoxidables Ferriticos

Estos aceros inoxidables de la serie 400 AISI (American Iron & Steel Institute) mantienen una estructura ferrítica estable desde la temperatura ambiente hasta el punto de fusión, sus características son:

1. Resistencia a la corrosión de moderada a buena, la cual se incrementa con el contenido de cromo y algunas aleaciones de molibdeno.

2. Endurecidos moderadamente por trabajo en frío: no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico.

3. Son magnéticos.4. Su soldabilidad es pobre por lo que generalmente se eliminan las uniones por

soldadura a calibres delgados.5. Usualmente se les aplica un tratamiento de recocido con lo que obtienen mayor

suavidad, ductilidad y resistencia a la corrosión.6. Debido a su pobre dureza, el uso se limita generalmente a procesos de formado

en frío.

Los Ferríticos son esencialmente aleaciones con cromo. El contenido de cromo es usualmente de 10.5 a 30%, pero contenidos limitados de carbono del orden de 0.08%. Algunos grados pueden contener molibdeno, silicio, aluminio, titanio y niobio que promueven diferentes características.

Aplicaciones de los aceros inoxidables ferríticos

En los últimos años se han desarrollado aceros inoxidables ferríticos diseñados especialmente para su empleo en la fabricación de tubos de condensadores para agua de mar. Estas aleaciones suelen tener contenidos de Cr > 26 % y Mo > 3%, y se les denomina superferríticos.

Aceros Inoxidables Austeníticos

Los aceros inoxidables austeníticos no son magnéticos y no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Son muy dúctiles y presentan excelente soldabilidad.

Los aceros inoxidables austeníticos del tipo 300 son aleaciones con altos contenidos de Cromo y Níquel que pueden contener Molibdeno, Cobre, Silicio, Aluminio, Titanio y Niobio. La adición de níquel, un fuerte agente estabilizador de la fase metalúrgica austenita, permite incrementar la resistencia a la corrosión, reforzando la resistencia de la película pasivante en ambientes fuertemente ácidos.

El inoxidable austenítico más popular es el Tipo 304, que contiene básicamente 18% de cromo y 8% de níquel, con un tenor de carbono limitado a un máximo de 0,08%, elementos que forman un compuesto oxidado en la superficie de la aleación (Capa pasiva), la cual protege el material contra la corrosión, y su estabilidad es el factor determinante para la resistencia a la corrosión en los aceros inoxidables. El inoxidable 304 es un material con excelente ductilidad. Para casos de estampado extra profundo, un aumento en el tenor de níquel permite mejorar todavía más la ductilidad. Con esta finalidad fue desarrollado el Tipo 305.

En el siguiente gráfico se muestra la variación de los aceros austeníticos, dependiendo del contenido de carbono y algunos elementos de aleación.

Aplicaciones: La elevada resistencia a la corrosión del acero inoxidable Austeníticos, su considerable resistencia mecánica a altas temperaturas, su baja disipación de calor, consecuencia de su baja

conductividad térmica combinadas con su agradable apariencia superficial y valor duradero, ofrecen una solución eficaz para su aplicación en los siguientes campos: almacenamiento de gases licuados, en equipo expuesto a temperaturas criogénicas, en aparatos y otros productos de consumo, en equipo para la cocina, en equipo para hospitales, en el transporte y en el tratamiento de aguas residuales, equipos de procesos químicos y petroquímicos, equipos de proceso de alimentos y bebidas, equipos farmacéuticos, cámaras de combustión, sistemas de escape y filtros automotrices, vagones de ferrocarril, aplicaciones arquitectónicas y estructurales, mobiliario urbano, paneles de aislamiento térmico, intercambiadores de calor, tanques y recipientes, barriles de cerveza, ollas y sartenes, lavavajillas y utensilios de cocina.

En la siguiente tabla se consignan los datos más relevantes del acero 304 y 304L:

Grados Propiedades del Acero Aplicaciones

AISI 304

Buena resistencia a la corrosión, excelentes propiedades de conformación en frío y soldabilidad. No se garantiza la resistencia a la corrosión íntercristalina.

Electrodomésticos, industria agrícola, alimenticia (cocinas, cubiertos, equipos de procesamiento), farmacéutica, aquí-lectura (fregaderos, fachadas, mobiliario urbano, etc), equipos hospitalarios, industria criogénica (almacenamiento de gases licuados). Piezas varias en la industria química y petroquímica (tanques y recipientes para una gran variedad de líquidos corrosivos), naval y de construcción aeronáutica, equipos del tratamiento de aguas residuales, filtros automotrices, paneles de aislamiento térmico, intercambiadores de calor. 140

AISI 304L

Buena resistencia a la corrosión, se puede trabajar en frío y soldar fácilmente. Resistencia a la corrosión intercristalina Hasta 350°C.

Aceros Inoxidables Martensíticos

Los aceros inoxidables martensíticos son aceros al cromo (11%-18%) que contienen pequeñas cantidades de otros elementos de aleación, como, a veces, níquel, pero en este caso en cantidad nunca superior al 2,5%. Los contenidos de carbono pueden variar entre un mínimo de 0,08% hasta un máximo de un 1,2%.

Los aceros inoxidables martensíticos son susceptibles de elevar sus características mecánicas de resistencia y dureza mediante un tratamiento térmico de temple. Según la cantidad de C y Cr en la aleación se pueden obtener, mediante el calentamiento a temperaturas superiores a la de austenización estructuras completamente austeníticas, o estructuras austeníticas más carburos. Se entiende, pues, que habrá en todo acero templado estructuras formadas por martensita, o bien, por martensita más carburos.

En cuanto a las características físicas principales de estos aceros observamos que, en general, el peso específico se distingue poco del de los aceros comunes al carbono junto con el módulo de elasticidad, el coeficiente de dilatación lineal y calor específico. La resistividad específica es, por el contrario, mucho más elevada; por otra parte, la conductividad térmica resulta inferior. El intervalo de temperatura de fusión es generalmente más elevado que el de los aceros comunes al carbono o aleados. La permeabilidad magnética los clasifica entre los materiales ferromagnéticos.

Las características mecánicas a temperaturas inferiores a la ambiente señalan una brusca reducción de la tenacidad. Por ello cuanto estos aceros se emplean a temperaturas bajas es preciso que hayan sufrido un tratamiento de bonificación. La brusca reducción de la tenacidad viene acompañada por una disminución del alargamiento y de la estricción, mientras que, por el contrario, aumentan notablemente los valores de carga de rotura, del límite elástico y de la dureza.

Como se ha dicho anteriormente los aceros inoxidables martensíticos son susceptibles de sufrir un tratamiento de temple para incrementar su resistencia y su dureza. El temple consiste en un calentamiento por encima de la temperatura de austenización (Ac3) y en un enfriamiento llevado a cabo con rapidez suficiente para que la curva de enfriamiento se encuentre a la izquierda de la nariz de la curva “s” (figura 1). Dicho enfriamiento debe efectuarse hasta cortar la línea “Ms” y debe proseguir hasta superar la línea “Mf” en la que termina la transformación de la austenita en martensita. Los aceros inoxidables martensíticos presentan la particularidad de que las curvas “s” y “f” se encuentras desplazadas hacia la derecha del diagrama TTT (aceros autotemplantes) respecto a otros aceros lo cual hace que el temple se pueda realizar en medios de enfriamiento más lentos (como el aire).

Curvas TTT

Por lo general, el tratamiento de temple no se emplea nunca solo, comporta a continuación por lo menos un tratamiento de revenido y/o de recocido para aliviar tensiones; la totalidad de estos tratamientos se denomina bonificación, y tiene como objetivo final mejorar las características intrínsecas del material.

El tratamiento de revenido intenta conseguir en el acero una estructura más próxima al estado de equilibrio físico-químico que la conseguida con un tratamiento de temple. Consiste en un calentamiento por debajo del punto Ac1, seguido de una permanencia conveniente en la temperatura citada, tras lo cual se efectúa un enfriamiento hasta la temperatura ambiente en un medio adecuado. Es importante tener en cuenta que el intervalo 430-580 ºC debe considerarse peligroso a los fines de un revenido, tanto en cuanto a la repentina disminución de la tenacidad (fragilidad Krupp), como en cuanto a la resistencia a la corrosión, que desciende bruscamente. El revenido permite obtener en los aceros martensíticos las mejores combinaciones de las más altas características mecánicas y las más elevadas propiedades de resistencia a la corrosión, aunque estas últimas se obtengan generalmente con un tratamiento de distensión.

El recocido para aliviar tensiones es el tratamiento efectuado a una temperatura más baja que el intervalo crítico 430-580 ºC. El objeto principal de esta operación consiste en eliminar las tensiones residuales debidas al temple y en mejorar la estabilidad mecánica de los aceros con solicitaciones internas debidas al proceso de mecanización. Conviene que este tratamiento siga inmediatamente al temple efectuándolo cuando las piezas estén todavía calientes, para evitar agrietamientos.

En cuanto a las aplicaciones de estos aceros se pueden citar las siguientes:

- En la industria química y nuclear se emplea el AISI 410 en estado bonificado, cuando sea necesaria una buena resistencia mecánica; para piezas de bombas y compresores.

- Este mismo acero (AISI 410) se emplea en la cuchillería de mesa y se obtiene normalmente por forjado.

- Instrumentos Quirúrgicos y Odontológicos como bisturí y pinzas

- Discos De Freno

Los Aceros Inoxidables Endurecibles por Precipitación o PH (Precipitation Hardening).

Son aleaciones de hierro, cromo y níquel que se caracterizan por la resistencia obtenida a partir del endurecimiento por tratamiento térmico de envejecimiento. Estos aceros pueden ser martensíticos, austeníticos o intermedios entre ambos, dependiendo de la proporción Cromo-Níquel.

Los contenidos típicos de los elementos de aleación en estos aceros son:

12% a 18% de Cromo. 4% a 9% de Níquel. Otros elementos: Molibdeno, Titanio, Níquel, Cobre, Aluminio, y Vanadio.

Lo que realmente distingue a estos aceros es la adición de ciertos elementos tales como Aluminio, Titanio, Molibdeno y Cobre, que dan lugar a la aparición de compuestos intermetálicos de manera controlada. Así, el endurecimiento por medio de estos compuestos se puede realizar por precipitación desde una matriz martensítica. Para ello se somete al material a un tratamiento de solubilización a una temperatura de unos 1050ºC con posterior enfriamiento al aire, dando lugar a una matriz martensítica sobresaturada (martensita blanda baja en carbono). A continuación, se envejece el acero a una temperatura comprendida entre 455 y 565ºC durante tres horas, que da lugar a la precipitación de los compuestos intermetálicos endurecedores. Se pueden clasificar en función de su estructura en estado de recocido, y del comportamiento resultante después del tratamiento térmico de envejecimiento, en austeníticos, martensíticos y semiausteníticos.

Como aspecto negativo debe destacarse que estas aleaciones trabajan mal en frío. Cuando en vez de una matriz martensítica sobresaturada, se parte de una matriz austenítica sobresaturada, después de la precipitación por envejecimiento, se obtienen menores resistencias mecánicas pero una considerable mejoría de la ductilidad.

Estos aceros se utilizan en aplicaciones muy específicas, sobre todo aeronáuticas, cuando se precisan altas prestaciones, como alternativa a las aleaciones de titanio a temperaturas de trabajo de hasta 550ºC.

Las propiedades mecánicas (resistencia y dureza) que se pueden alcanzar con estas aleaciones son superiores inclusive a las obtenidas por los aceros inoxidables martensíticos (aprox. 1480 Mpa). Asimismo, debido a que el contenido de Cr es mayor que en estos últimos la resistencia a la corrosión resulta también ser superior. Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación pueden ser del tipo martensítico, semi-austeníticos y austeníticos. La tabla presenta algunos tipos de aceros inoxidables endurecibles por precipitación.

 

Distintos tipos de aceros inoxidables dúplex

 

Aceros Inoxidables Dúplex (Austenita + Ferrita)

Son aleaciones cromo-níquel-molibdeno, sus características son las siguientes:

1. Son magnéticos.2. No pueden ser endurecidos por tratamientos térmicos.3. Buena soldabilidad.4. La estructura dúplex mejora la resistencia a la corrosión de fractura bajo tensión

en ambientes con iones de cloruro.

Los dúplex tienen un contenido de  cromo de entre 18 y 26% y de níquel de 4.5 a 6.5%. La adición de elementos de nitrógeno, molibdeno, cobre, silicio y tungsteno imparten ciertas características de resistencia a la corrosión.

Propiedades Generales De Los Aceros InoxidablesTipo Resistencia a

la CorrosiónDureza Magnéticos Endurecibles

por tratamiento térmico

(Temple)

Soldabilidad

Martensíticos Baja Alta Si Si PobreFerríticos Buena Media

bajaSi No Limitada

Austeníticos Excelente Alta* No** No Excelente

* Adquieren mayor dureza al ser trabajados en frío.

** Adquieren cierto magnetismo al ser trabajados en frío.

Distintos tipos de aceros inoxidables endurecidos por precipitación.

CONCLUSIONES

La razón principal para la existencia del acero inoxidable es su resistencia a la corrosión.

El Cromo es el principal elemento aleante y el acero inoxidable debe contener por lo menos 11%. El Cromo es un elemento reactivo, pero las aleaciones que contienen Cromo se pasivan, exhibiendo una excelente resistencia a muchos ambientes.

Se dispone de un gran número de aleaciones resistentes a la corrosión, con propiedades mecánicas definidas, variando el costo en forma considerable. En nuestro medio, a pesar que la demanda de estos materiales ha aumentado significativamente, la industria nacional sigue cubriendo casi el 90% de sus necesidades de aceros inoxidables con apenas dos o tres tipos de estas aleaciones, siendo los más representativos las aleaciones AISI 304 y AISI 316.

BIBLIOGRAFÍA

Gabriele di Caprio “Los aceros inoxidables”. Grupinox – Barcelona -1999

Lasheras-Carrasquilla “Ciencia de los materiales”. Ed. Donostiarra- 1992

“Introducción a la Metalurgia Física” AVNER. Ediciones del Castillo. 1974.

“Fundamentos de Ciencia de los Materiales” Tomo II. VARIOS AUTORES. UPV. 2000.

“Introducción a la Ciencia de Materiales para ingenieros” SHACKELFORD. Pearson. 2005.

“Ciencia e ingeniería de los materiales” ASKELAND. Thomson Paraninfo, S.A. 2001.