Tipos de Fractura en Materiales

Fractura Dúctil

Se produce después de una intensa deformación plástica. Se caracteriza por una propagación lenta de la grieta y la nucleación y crecimiento de grietas.

Fractura Frágil

Ocurre a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura. Se distingue por una propagación rápida de la grieta. Se relaciona con la teoría cohesiva y la tensión ideal.

Fractura de Griffith

Se inicia en defectos del material. Se propaga cuando la energía elástica es mayor o igual a la energía necesaria para formar nuevas superficies.

Fractura Copa-Cono

Rotura típica de muestras a tracción de materiales dúctiles. Al producirse la estricción, se forman pequeñas microcavidades que crecen posteriormente, convirtiéndose en grietas hacia el exterior. Se desgarra por planos de máxima cortadura, perpendiculares. Presenta superficies rugosas.

Ensayos de Tenacidad a Impacto

Un martillo unido a un péndulo rompe la muestra. La diferencia de alturas inicial y final del péndulo es un indicador de la energía absorbida (tenacidad). Varía con la temperatura.

Fractura Intercristalina y Transcristalina

La fractura intercristalina ocurre a través de los límites de grano, mientras que la fractura transcristalina atraviesa el grano, rompiéndolo.

Tamaño de Hueco

Inclusiones y precipitados provocan huecos más grandes en la microestructura.

Diferentes Modos de Carga

A tracción se forman huecos equiaxiales, mientras que a cizalladura se forman huecos alargados en direcciones opuestas.

Fatiga

Con cargas cíclicas, los materiales se romperán a tensiones menores. Es el fenómeno general de fallo tras soportar una tensión cíclicamente por debajo de la de rotura. Los materiales ferrosos alcanzan un límite de vida o fatiga. Los materiales no ferrosos no tienen límite de fatiga y se tiene que establecer un límite de ciclos. Nucleación de grietas en fatiga (Etapa 1): Cuando no hay defectos iniciales, las grietas comienzan en la intersección de bandas de deslizamiento o en esquinas y concentración de tensiones. Crecimiento de grietas de fatiga (Etapa 2): Se produce en planos de alta tensión de tracción, es transgranular. (Etapa 3): Fallo dúctil.

Fluencia

Deformación plástica que tiene lugar a temperatura elevada bajo una carga constante y un periodo de tiempo largo. Primero, se produce una deformación elástica lineal (ε₀). Después, la fluencia surge efecto y la velocidad disminuye con el tiempo, y seguidamente se vuelve constante la pendiente. Esta zona es la zona de termofluencia en estado estacionario. Por último, la velocidad aumenta mucho con el tiempo hasta la fractura. Rotura en puntos triples. Cavitación en límites de grano.

Corrosión Bajo Tensión

Acción conjunta entre un medio corrosivo y un esfuerzo mecánico. Fractura frágil. Depende del medio en el que esté y la tensión umbral.

Propiedades y Microestructura del Hierro y sus Aleaciones

Hierro (Fe)

Es un material barato y abundante, representando el 96% de la producción mundial de metales. Posee alta resistencia, tenacidad y ductilidad. Es fácil de trabajar y presenta una amplia variación de propiedades mecánicas mediante tratamientos térmicos.

Estructura Cristalina

Presenta diversas fases:

• Ferrita (α): No compacta (CC).
• Ferrita (δ): No compacta (CC).
• Austenita (γ): FCC.
• Martensita: Tetragonal centrada.

Cementita (Fe₃C)

Ortorrómbica, con 12 átomos de Fe y 4 de C. Es un compuesto intermetálico con 6,67% de C.

Perlita

Compuesta por ferrita y cementita. Por debajo del eutectoide, se observan placas de Fe (α) y Fe₃C.

Cementita Primaria

Para un acero al 1,2% de C, la cementita primaria es del 6,8% y la perlita del 93,2%.

Ferrita Primaria

Según la velocidad de enfriamiento, puede ser equiaxial o Widmanstätten.

Transformación Eutectoide

Nucleación y crecimiento de perlita:

1. Nucleación de Fe₃C.
2. Placas de Fe₃C totalmente desarrolladas, nuclea Fe(α).
3. Después, nuclean nuevas placas de Fe₃C en distinta orientación. Se van formando colonias de placas alternadas.

Efecto de la Temperatura

El espaciado depende de la velocidad de enfriamiento; a mayor velocidad, menor espaciado.

Efecto del Tamaño de Grano Austenítico

La nucleación de la perlita se produce en los límites de grano de la austenita. Un grano austenítico más fino implica una microestructura perlítica más pequeña y favorece la transformación. Un grano más grueso retarda la transformación. La resistencia depende del interespaciado laminar.

Martensita

Se forma mediante una transformación adifusional. Existen dos tipos dependiendo del % de C: cintas y placas. Cuando las tensiones residuales son altas, la transformación se interrumpe, quedando austenita retenida. La transformación empieza a una temperatura M_s y acaba en M_f, estas temperaturas dependen del % de C y % de aleantes. La dureza depende del % de C. Más tetragonal al aumentar el % de C, segregación de C en los límites, endurecimiento por solución sólida, por dispersión de carburos precipitados. Cambios de volumen: La transformación martensítica conlleva un cambio de volumen asociado al % de C, se puede producir distorsión o agrietamiento.

Bainita

No laminar, compuesta por ferrita y cementita. Se produce por enfriamiento a velocidades intermedias. Empieza en B_s y acaba en B_f. Bainita superior (350-550ºC) y bainita inferior (250-350ºC).

(1): Tratamientos Térmicos Isotérmicos

Tratamientos Térmicos (TT)

Son ciclos de calentamiento y enfriamiento con el fin de variar la dureza y la resistencia mecánica. Los tratamientos isotérmicos implican que el enfriamiento no se hace de una forma regular, sino que se interrumpe o modifica a determinadas temperaturas, y durante un cierto tiempo la temperatura permanece constante.

Recocido

Calentar hasta cierta temperatura, después de la cual se deja enfriar en el horno. Ablanda el acero para hacerlo más dúctil y trabajable. Refina y regenera el grano, elimina tensiones internas. Variables: temperatura, tiempo y velocidad de enfriamiento.

• Recocido de recristalización: Elimina defectos de endurecimiento causados por laminación y afina el grano. Calentar el acero a una temperatura superior a la crítica, mantener y luego dejarlo enfriar lentamente. Tiempos cortos para evitar crecimiento de grano. Aparecen nuevos granos libres de deformación, disminuye la fragilidad y aumenta la ductilidad.
• Recocido de regeneración: Elimina estructuras indeseadas. Se realiza a 25-75ºC por encima de Ac₃. Enfriamiento lento al aire. Tiempo corto para evitar crecimiento de grano.
• Recocido blando: Calentamiento hasta temperatura de austenización, mantener y enfriar lentamente en el horno.
• Recocido de homogeneización: Elimina heterogeneidades químicas, se utiliza en aceros de colada.
• Recocidos de austenización incompleta, globulares o esferoidales: Calentamiento a temperatura intermedia entre Ac₁ y Ac₃ y mantener un tiempo prolongado. Máxima dureza, ductilidad y maquinabilidad. Aceros de alto % de C (más de 0,5% de C).
• Recocidos subcríticos: Por debajo de Ac₁.
• Recocidos de ablandamiento: Para ablandar rápida y económicamente aceros después del trabajado. Elimina tensiones y dureza para mecanizado posterior. Calentamiento a temperatura alta pero inferior a la crítica, se deja enfriar al aire.
• Recocidos de acritud: Se hace en materiales deformados en frío para retirarles la acritud y aumentar la tenacidad (T = 500-600ºC). Enfriamiento al aire. Se destruye el alargamiento de los granos de ferrita, se obtienen granos poliédricos más dúctiles.
• Recocido subcrítico globular: Se obtiene una estructura globular de baja dureza. Temperaturas inferiores a Ac₁ pero próximas. Enfriamiento al aire. Aceros al carbono y de baja aleación.
• Doble recocido: Cuando se desea conseguir durezas muy bajas. Se somete a los aceros a un recocido de regeneración seguido de otro subcrítico.

Normalizado

Para afinar y homogeneizar la estructura. Se calienta a 20-50ºC por encima de Ac₃ seguido de enfriamiento al aire. Objetivos:

1. Mejor maquinabilidad, refina las estructuras dendríticas de piezas de fundición, refina el grano y homogeneiza la estructura.
2. Elimina efectos no deseados de tratamientos térmicos anteriores.
3. Elimina tensiones internas.
4. Produce una estructura perlítica más fina y más abundante que la obtenida por el recocido, resultando un acero más duro y fuerte.

El enfriamiento no se produce en condiciones de equilibrio. Menos tiempo para la formación de ferrita proeutectoide, habrá menos cantidad de esta que en el recocido. Típico en aceros con 0,15-0,6% de C y aceros de baja aleación.

Temple

Calentamiento hasta austenización completa, temperatura más elevada que la crítica, seguido de enfriamiento rápido. Endurece y aumenta la resistencia. Evita todas las transformaciones previas y se forma martensita, se congela la estructura a alta temperatura. Templabilidad: Capacidad de un acero para ser templado. Factores:

1. Tamaño de grano.
2. Composición química: depende del % de C, la dureza de la martensita aumenta con el % de C. Aleantes que ayudan: Ni, Cr, Mn.

Medio de enfriamiento: El adecuado es aquel en el cual se obtenga una velocidad de temple superior a la crítica. Capacidad del líquido para extraer calor de la pieza. Cuanto más espesor tenga la pieza, más hay que aumentar el ciclo de duración para que el calor llegue a toda la pieza.

(2): Templabilidad y Revenido

Ensayo Jominy

Determina la templabilidad del acero. La pieza se calienta por encima de su estado austenítico, se coloca en un marco y se templa un extremo mediante agua. Así se obtienen diferentes velocidades de enfriamiento a lo largo de la pieza. Después se hace un corte de 0,4 mm de profundidad a lo largo de la barra y se hacen determinaciones de dureza cada 1 mm. Bandas de templabilidad: Curvas que plasman la máxima y mínima templabilidad entre las cuales está situada la curva Jominy. Determinación del diámetro crítico ideal: Tomar barras de diferentes diámetros y templarlas. Empleando metalografía se determina la cantidad de martensita en cada barra. Diámetro crítico: Diámetro máximo de una barra en el que se consigue un 50% de martensita en el núcleo. Diámetro crítico ideal: 50% de martensita en el interior en un fluido con severidad infinita.

Revenido

Complementario al temple. Revenido + temple = bonificado. Calentar el acero después del temple a temperatura inferior a Ac₁, seguido de enfriamiento en aire o agua dependiendo de la composición. Se mejoran los efectos del temple: menos fragilidad, disminuye las tensiones internas, disminuye la resistencia a rotura por tracción, el límite elástico y la dureza. Aumenta la ductilidad y la tenacidad. Variables:

1. Tiempo de revenido: A partir de cierto tiempo no es económico, siendo preferible un aumento en la temperatura.
2. Velocidad de enfriamiento: No se tiene que hacer rápido.
3. Dimensiones de la pieza: 1 a 2 horas por cada 25 mm de espesor.
4. Temperatura de revenido: La difusión aumenta con la temperatura.

Etapas del revenido:

1. Primera etapa: Segregación de C en las dislocaciones de martensita. Precipitación de carburos en intercaras. Depende de la temperatura lo que precipite.
2. Segunda etapa: Descomposición de austenita retenida.
3. Tercera etapa: Formación de α y Fe₃C.
4. Cuarta etapa: Crecimiento de Fe₃C.
5. Quinta etapa: Formación de compuestos intermetálicos y carburos complejos.

Fragilidad de revenido: Fragilidad de Krupp: Ocurre entre 450-550ºC en aceros Cr-Ni con Mn. Se debe a la precipitación de nitruro de hierro en la ferrita. Se forma una retícula en los límites de grano de la martensita que produce gran fragilidad. Se evita con adición de Mo y realizando un segundo revenido a temperatura más alta y velocidad de enfriamiento más rápida.

(III): Cementación, Nitruración y Carbonitruración

Cementantes Sólidos

Carbón vegetal, coque, etc., mezclados con carbonatos alcalinos y alcalinotérreos. % de C menor que 0,6. La carburación se produce por la producción de carbono creado por la descomposición de los carbonatos a alta temperatura. En la descomposición del CO se forma carbono atómico que absorbe la pieza. Inconvenientes: larga duración de la operación, caro, dificultad de temple e irregularidad de temperaturas.

Cementantes Gaseosos

Para piezas de aceros de construcción que necesitan resistencia al desgaste exterior y tenacidad interior. Se colocan las piezas en una atmósfera carburante a temperaturas de cementación (850-950ºC). La atmósfera es una mezcla de gas activo y portador. El portador quema de manera incompleta el gas formándose CO, CO₂, H₂O e hidrocarburos. Se hace pasar por carbón vegetal a alta temperatura, BaO₂ u otro catalizador, se transforma en CO y se disocia el H₂O. Misión del gas portador:

1. Desplazar el aire o gases de dentro del horno para que se dé bien la cementación.
2. Reducir el depósito de hollín que se forma.
3. Economizar metano.

Reacciones: CH₄ à C + 2H₂; C₃H₈ à CH₄ + C₂H₄; 2CO à CO₂ + C.

El C naciente es absorbido por el acero a la temperatura de austenización. El espesor depende del tiempo y la temperatura. Después de haber carburado, se mantienen las piezas a unos 800ºC en atmósfera neutra para mejorar la difusión de C en la capa cementada.

Cementantes Líquidos

Baños de sales fundidas se usan mucho para la cementación de pequeñas piezas. Proceso rápido y sencillo. Cianuro sódico y otras sales en proporción variable según la profundidad de penetración. El porcentaje de cianuro sódico no debe sobrepasar el 0,3% en los baños de gran penetración ni el 1% en los baños de poca penetración. Si se sobrepasan, la pieza absorbe N. El espesor depende de la composición del baño, la temperatura y el tiempo.

Nitruración

Aporta N a la capa superficial. Endurece mucho. Se realiza calentando a unos 500-550ºC en corriente de amoníaco de 1 a 4 días. 2NH₃ + Q à 2N + 3H₂. La dureza se debe a la formación de nitruros de elementos de aleación del acero (Al, Cr, Mo). Espesores entre 0,2 – 0,7 mm según la duración. Crece aproximadamente 0,3 mm por día. Temperaturas superiores a 550ºC generan capas muy frágiles. No hay aumento del tamaño de grano, no es necesario someter a posterior tratamiento. Se templan y revienen antes de la nitruración, así resisten mejor las fuertes presiones ejercidas por la capa de nitruros. Aporta buen coeficiente de rozamiento. Permite obtener gradiente de esfuerzos de composición superficial y gradiente de dureza. Mejora la resistencia al desgaste y la fatiga. Se aplica en aceros que sufran mucho roce. Se producen deformaciones impredecibles. Altas durezas y se pueden realizar un endurecimiento parcial de una zona. Acabado muy bueno.

Carbonitruración y Cianuración

Tratamientos con los que se consigue endurecer la capa superficial por absorción de C o N. Cianuración por medio de cianuros líquidos y carbonitruración por medio de gases.

Cianuración líquida: Baño de cianuro a 815-850ºC donde se producen simultáneamente varias reacciones que, dependiendo del baño, producen: C, Na₂CN₂, CO, CO₂, NaNCO. 2NaCN ßà Na₂CN₂ + C. 2NaCN + O₂ à NaNCO.

Carbonitruración: Similar a la cementación gaseosa. Gas carburante: 21% de CO, 40% de H₂, 35% de N₂, 1% de CH₄ y pequeñas cantidades de CO₂, O₂ y NH₃. La aportación de un gas depende del metano. A temperaturas cercanas a 900ºC en estado austenítico. Se obtienen capas duras, 0,6 mm de espesor. De 4-5 horas. Disminuye la velocidad crítica del temple. Disminuye la temperatura de punto de austenización. Al ser la temperatura de transformación más baja, el tratamiento puede realizarse a temperaturas más bajas a la de cementación, por lo que crece menos el grano. Tienen velocidades de temple suficientemente bajas como para enfriarlas en aceite. Disminuye deformaciones y grietas. Se usa en aceros al carbono. Primero temple y luego revenido.

(II): Aceros Inoxidables Austeníticos y Dúplex

Aceros Inoxidables Austeníticos

Mantienen la estructura austenítica (FCC) a temperatura ambiente. (0,03-0,08% de C), previene la formación de carburos. (16-26% de Cr). La cantidad de Ni depende de la serie. Serie 200 hasta 7%. Mn (5-20%) permite la solubilización del N e inhibe la transformación martensítica. Serie 300, contenido de Ni hasta el 38%, reduciendo el contenido de Mn hasta el 2%. Aleantes:

• Ni: Mejora la resistencia a la corrosión a alta temperatura, disminuye la acritud y mejora el trabajado.
• Mo: Mejora la resistencia a la corrosión por picadura y resquicio.
• N: Mejora la resistencia a la tracción y estabiliza la austenita.
• Ti y Nb: Mejoran la resistencia a altas temperaturas. Previene la precipitación de carburos de Cr, importante en soldadura.
• Mn: Estabiliza la austenita.
• S: Mejora la maquinabilidad, pero puede producir disminución en la resistencia a la corrosión por formación de sulfuros.

Propiedades: Mejores propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Paramagnéticos por ser CCC. Gran soldabilidad a temperaturas extremas. Caros. Endurecimiento: Por deformación en frío o solución sólida. Trabajado en frío: se puede inducir la transformación martensítica. Hasta 500ºC temperatura de trabajado. No se pueden soldar sin que pierdan resistencia. La capacidad de deformar en frío disminuye al aumentar el % de Ni. Solución sólida: C, N o Mn intersticiales. Usados en industrias químicas, alimentarias, utensilios.

Aceros Dúplex (Austenoferríticos)

(Fe-Cr-Ni-Mo) Estructura bifásica formada por dispersión de la fase austenítica en una matriz ferrítica (50-50%). Propiedades: Resistencia a la corrosión localizada y bajo tensión. Excelentes propiedades mecánicas. La resistencia aumenta con la ferrita hasta 70-80%, a partir de ahí disminuye. Si el tamaño de grano es muy fino, pueden ser superplásticos. Magnéticos. Buena solubilidad. Susceptibles a la fragilización. Dificultad para trabajar en caliente. Tratamientos térmicos: Recocido + temple desde 600ºC que proporciona alivio de tensiones y previene la fragilización. Se produce fragilización durante enfriamiento lento entre 300-500ºC y por deformación en frío. Por ello, se trabajan a más de 950ºC. Útiles en sectores con muchos requerimientos.

Aceros Inoxidables Endurecidos por Precipitación

Elevada resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas de alto nivel y maquinabilidad. Se realizan tratamientos térmicos de envejecimiento para mejorar la resistencia mecánica. Se clasifican en semiausteníticos y martensíticos.

• Semiausteníticos: 10% de Ni estabiliza γ. El endurecimiento por precipitación no los vuelve magnéticos. Operan a altas temperaturas.
• Martensíticos: Martensita para producir abundantes sitios de nucleación para la precipitación de compuestos intermetálicos (% de C menor que 0,05, % de Ni 4-7). El tratamiento térmico consiste en sensibilizar, temple y precipitación entre 400-500ºC.

Soldadura

Todos los aceros inoxidables se sensibilizan. Agrietamiento por tensiones durante la solidificación. Fragilización a 475ºC. Baja resistencia a impacto en la zona afectada por el calor. Existen ferríticos que pueden ser soldados, en martensíticos debe recuperarse el tratamiento térmico. Los austeníticos sueldan bien, aunque sensibilizan entre 450-850ºC. Los endurecidos por precipitación sueldan bien.

Aceros Inoxidables

Aceros Inoxidables

Aleaciones férreas con al menos 10,5% de Cr. Bajo contenido en C. Se le añaden otros aleantes que previenen la formación de productos de oxidación. Efecto del Cr para la corrosión: Elevada resistencia a la corrosión debida a la formación de una película superficial de CrO₂. Autorregenerable. Pasivación. (Cr mayor que 13% -> ferríticas) (Cr menor que 12% -> martensíticas) (12-13% de Cr -> ferrita + martensita). Fases σ y α´: La fase σ es una fase intermetálica. Se da entre 550 y 800ºC. Transformación lenta. Rica en Cr – 90%. Gran dureza. Reduce la tenacidad y la ductilidad. Fase α´ a 475ºC. Rica en Cr. Totalmente coherente con la ferrita α. Se impide mediante enfriamiento rápido. Efecto de C y N: Forman carburos y nitruros con Cr. La pérdida de Cr en enfriamiento puede producir corrosión intergranular, los carburos se crean en los límites de grano y se corroen debido a la menor presencia de Cr. Para evitar la pérdida de Cr, se añade bajo % de C, también se estabiliza con Ti, Nb, Mo. Ni y C son gammágenos, para 25% de Ni + C, austenita. C: baja solubilidad, produce carburos. N: Muy soluble en austenita, no produce corrosión, puede sustituir al Ni en inoxidables austeníticos.

Aceros Inoxidables Ferríticos

Estructura ferrítica hasta la temperatura de fusión. (10,5-30% de Cr, 0,5% de Ni). Aleantes:

1. C (menor que 0,08%): Carácter austenitificante. Mejora la tenacidad, disminuye la dureza, la resistencia y la sensibilización. Poco susceptible a la corrosión.
2. Sn y Mn: Mejoran la maquinabilidad.
3. Al: Mejora la tenacidad.
4. Mo y Ti: Aumentan la resistencia a la corrosión.

Propiedades: Magnéticos, resistencia a la corrosión por líquidos, picadura, alta temperatura y bajo tensión. El tratamiento térmico permite recocido + temple desde 600ºC que provoca alivio de tensiones y previene la fragilización. Difíciles de soldar, mala transición dúctil-frágil. No deben usarse por encima de 325ºC. Los nuevos ferríticos inoxidables tienen cantidades de elementos intersticiales muy bajas (C + N = 0,05%). 2-4% de Mo que mejora la resistencia a la corrosión. La formación de austenita está impedida a cualquier temperatura. Excelente resistencia a la corrosión en agua y bajo tensión.

Aceros Inoxidables Martensíticos

(Fe-C-Cr) (menor que 1,2% de C) 10-18,5% de Cr para que sea austenítica y se convierta en martensita al templar. Propiedades: Gran dureza y resistencia mecánica. Magnéticos. Moderada resistencia a la corrosión. Baja ductilidad y soldabilidad. Tratamientos térmicos:

1. Austenización: (980-1090ºC) máxima dureza. (T mayor que 1100ºC fase δ). (T menor que 900ºC austenización pobre).
2. Temple: Gran templabilidad, grandes secciones.
3. Revenido: Reduce el C de la martensita. Aumenta la tenacidad y la ductilidad. Puede producir fragilidad por precipitación de carburos, esto se reduce añadiendo Nb, afina el grano y reduce la nucleación.

Aceros HSLA y Aceros de Baja Aleación

Aceros HSLA (High-Strength Low-Alloy)

0,05-0,25% de C. (Si y Mn) Mn hasta 2%. Mejorar la resistencia a la corrosión (Cu, Si, Ni, Cr, P). Controlar la forma de inclusiones (Zr, Ca). Propiedades mecánicas específicas, mejor resistencia a la corrosión atmosférica que los aceros al carbono. Baratos ya que contienen pocos aleantes. Tratamiento especial que les da un tamaño de grano fino, los cuales dificultan el movimiento de grano. Endurecimiento por precipitación. Buena solubilidad y conformabilidad. Clasificación:

1. Resistentes a la corrosión atmosférica.
2. De laminación controlada: la austenita deformada se transforma en ferrita equiaxial.
3. De perlita reducida: Baja perlita por bajo % de C, ferrita de grano fino.
4. De ferrita acicular: Muy poco C, grano fino formado por temple, alta resistencia.
5. Bifásicos: Ferrita con regiones martensíticas con alto % de C.
6. Microaleados: Adiciones menores que 0.1% de Nb, V y Ti refinan el grano.

Tratamiento termomecánico: 1230ºC disolución de carburos, nitruros y carbonitruros, deformación a alta temperatura, grano fino de austenita por recristalización, precipitación de carburos y nitruros en forma fina debido a la deformación. Los precipitados reducen el crecimiento de grano.

Aceros de Baja Aleación

Contienen elementos aleados entre 2% hasta el límite de los aceros inoxidables ≈10% en peso. Alta resistencia mecánica y fácil trabajado.

Aceros al Cr à Cr , protege contra la corrosión, elevada resistencia al desgaste, elevada resistencia mecánica, y elevada templabilidad. Separa la nariz bainítica y perlítica, y puede darse fragilización en el revenido. Es alfágeno y se utiliza para fabricar muelles. Aceros al Mo à Mo=0,25%, elevada templabilidad, elevada resistencia mecánica, elevada tenacidad, y se utiliza para los ejes de las ruedas, y componentes de transmisión. Aceros al Cr-Mo à Cr=0,5-0,95% y Mo=0,1-0,2%. El Cr debe ajustarse en funcion del C. tiene los efectos combinados del Cr y Mo, aunque ligeramente mejores. Aceros al Ni-Cr-Moà Ni=1,8%, Cr=0,5-0,8% y Mo=0,2%  o  Ni=0,55%, Cr=0,5% y Mo=0,2%. Con la adición de aleantes, elevada templabilidad, elevada resistencia mecanica, elevada resistencia a  impacto y elevada resistencia a fatiga. Con el Mo aumenta la templabilidad, y se minimiza la fragilidad en el revenido. El Ni es caro, por lo que este acero también, estando su uso en la industria aeroespacial. Aceros al Ni-Si-Cr-Mo à Si=2% y cmo es grafitizante, favorece que el C crezca en forma de grafito, y no en forma de carburos. Posee una elevada tenacidad y elevada resistencia mecánica. Retarda la precipitación de cementita en el revenido, y estabiliza Ɛ. Aceros al Mn à Mn=1,6-1,9%. Para desoxidar Mn=0,25-1%, pero no añadiremos más de un 2%, ya que produce fragilidad. Una elevada templabilidad afina la perlita y endurece por solucion sólida. Tiene mejor resistencia mecánica que los aceros al carbono y es soldable. Se utiliza en ejes de transmisión, engranajes, ruedas, y material agricola. 

TEMA 6

Aceros al carbono: Diversas cantidades de carbono.No contienen apenas aleantes.(Cu0,6%,>1,65%,>0,6%)>Hierro dulce: Libre de impurezas, trabajado fácil. %C0,05.>Aceros bajos (0,1-0,3%C): Blandos, ductiles. Se pueden endurecer superficialmente por carburación. Productos laminados. (%Mn=0,4 y %C=0,1:chapas y alambre)(%Mn=1,5 y %C=0,3:secciones, chapas estructurales). Aceros Medios(0,2-0,6%C): (0,6-1,65%Mn) Forma más común. Barato. Temple y revenido para mejorar prop. Mas resistentes que los bajos pero menos ductiles. Buena resistencia mecánica y desgaste. Diversos usos. Aceros Altos(0,6-1%C): (0,3-0,9%Mn) Más resistentes y ductiles. Alta dureza por temple. Caros. Dificil trabajado.Muelles y alambres de alta resistencia. Aceros Ultraaltos(1,25-2%C): Aceros experimentales. Estructura de ferrita fría equiaxial con una distribución fina y homogénea de cementita esferoidal. Comportamiento superplástico. Limitaciones de aceros al carbono: No pueden aumentar su dureza sin perder tenacidad y ductilidad. No se pueden fabricar secciones anchas con estruc martensitica por la falta de profundidad del temple. Se necesitan temples rapidos para martensita. Pobre resistencia al impacto a alta temp. Pobre resist corrosión. Se oxida a altas temps.

TEMA 7 (II)

Aceros aleados: Aceros Hadfield: (C=1-1,4% y Mn=10-14%) Acero al manganeso austenitico, ya que despues del temple, a temperatura ambiente, aparece la austenita, y tiene elevada resistencia mecanica, elevada tenacidad, resistencia al desgaste, resistencia a la abrasión y baja soldabilidad. Es ganmageno al estabilizar la austenita a temperatura ambiente.  Acero Maraging ( C≈0,03%, Ni=18%, Mo=4,5%, Co=7%, y Ti=0,3%) martensita y envejecimiento. Poseen una elevada resistencia mecanica y dureza que se debe al endurecimiento por envejecimento de las martensitas Fe-Ni (no Fe-C); su temperatura de transición dúctil-frágil es elevada; y poseen una excelente soldabilidad ya que no se forman fases frágiles en el enfriamiento.  Pero presenta algunos inconvenientes como por ejemplo su alto coste que se debe a: la alta cantidad de elementos aleantes, a la gran pureza que se necesita alcanzar para asegurar una alta tenacidad (siendo necesario hacer fusión en vacio en la fabricación), y a los multiples tratamientos térmicos a los que tiene que ser sometido. Por estas razones se utiliza en aplicaciones especiales, donde se necesitan grandes resistencias y tenacidades, pero que el precio no sea una limitación.  Si el subenfriamiento desde la fase austenitica es suficiente, el sistema Fe-Ni experimenta una reacción martensítica reversible: ɣ ↔ α’. La temperatura de inicio de transformacion Ms disminuye con el contenido de Ni, y también lo hace en la reversión. Según la temperatura de formación, la morfologia es de listones o placas, igual que la martensita Fe-C.  Los aceros Maraging en general presentan tres tipos de mecanismos de endurecimiento (al haber muchas placas, tienen muchos límites de grano, y esto endurece la estructura), que en orden de importancia son: por precipitación (a más precipitados, más distribuidos y más pequeños, el metal será más duro), por transformación martensítica, y por solución sólida, ya que tenemos elementos aleantes. Tratamiento térmico: Temple: Enfriamos la aire y esto hace que la austenita se transforme completamente en martensita. Para un 29% de Ni, la martensita formada será de tipo listón, lo que involucra un aumento considerable de la densidad de dislocaciones. El objetivo principal es crear sitios de nucleación, como por ejemplo límites de grano, ya que aquí es donde los elementos aleantes van a nuclear y por consiguiente endurecer el material.  Envejecimiento: El acero es  calentado a temp 400-500ªC por un tiempo de 3 a 6 horas. A temperaturas más bajas, envejecimientos más largos, con picos más altos. Sobreenvejecimiento: Primero gran parte del Ni se encuentra en los precipitados Ni₃Ti, los cuales nuclean en un tiempo extremadamente corto, provocando una disminución de Ni en la matriz, y estabiliza la fase α. A medida qe pasa el tiempo o temp aumenta el sistema se dirige al equilibrio produciendo la separación de Ni₃Ti para dar paso a Fe₇Mo₆ de mayor estabilidad, enriqueciéndose nuevamente la matriz de Ni, y haciendo posible la precipitación de la austenita; (a más ferrita, menos Ni₃Ti).  La resistencia de los aceros Maraging disminuye a grandes tiempos, o a elevadas temperaturas de envejecimiento, al aparecer la austenita (con su aparición perdemos propiedades); pero en definitiva lo que identifica a estos aceros es que combinan la resistencia mecánica con la tenacidad. Las propiedades de los aceros Maraging son: buena resistencia mecánica; mayor tenacidad que los aceros al carbono martensíticos; excelente soldabilidad; mejor resistencia a la corrosión en atmosferas marinas que los HSLA, aunque no es tan buena como la de los aceros inoxidables, pero puede tener corrosión bajo tensión. Sus principales usos se encuentran en piezas livianas o piezas que deban tener una alta resistencia y tenacidad, y donde el precio no sea un problema: puentes livianos para usos militares, palos de golf, recubrimiento de cohetes y aviones supersónicos, etc.