Post on 17-Sep-2015
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Universidad Nacional de Rosario
Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniera y Agrimensura
Escuela de Ingeniera Mecnica
Ciencia de los Materiales
Seminario
Aceros inoxidables austenticos
Integrantes:
Bucciarelli Bruno
Cravero Lucio
Lopez Lautaro
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INTRODUCCIN
Los aceros inoxidables son un grupo de aceros aleados que presentan una
resistencia muy significativa a la corrosin. Las pruebas y experimentos realizados indican
que, para ello, se requiere un mnimo de 10,5% de cromo.
Adicionando un poco ms del 10% de cromo al acero, ste no presenta herrumbre
en condiciones normales. La herrumbre del acero es la formacin de xido de hierro y el
proceso de oxidacin de cualquier metal se llama corrosin. La corrosin resultante del
acero no lo protege y si ste no est suficientemente cubierto (con pintura u otros
medios), toda la pieza o componente puede eventualmente empezar a corroerse. Cuando
el Acero Inoxidable se expone a la atmsfera, el xido de cromo se forma
automticamente en la superficie debido a la altsima afinidad que tiene el Cromo para
combinarse con Oxgeno. Esta capa de xido de cromo, de slo 130 ngstrom de espesor,
es pasiva (qumicamente inerte), tenaz (fuertemente sujeta a la superficie del Acero
Inoxidable) y auto renovable. La propiedad de auto renovacin de la capa superficial del
metal significa que al modificarla (lo que ocurre cuando la superficie se mecaniza o se ralla
o cualquier otras accin mecnica), la capa superficial se renueva por s sola. Todo lo que
necesitamos para que el Acero Inoxidable se comporte como tal es oxgeno, el cual est
presente en el aire de la atmsfera.
CLASIFICACIN DE LOS ACEROS
Las propiedades de los aceros inoxidables son influenciadas significativamente por
su composicin qumica, la que a su vez determina las caractersticas microestructurales
de estas aleaciones. En la actualidad, los aceros inoxidables se pueden clasificar en forma
general en cinco grandes familias:
- Los aceros inoxidables ferrticos. - Los aceros inoxidables austenticos.
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- Los aceros inoxidables martensticos - Los aceros inoxidables austenoferrticos (dplex) -Los aceros inoxidables endurecibles por precipitacin
En este caso, slo estudiaremos los AUSTENTICOS.
ACEROS INOXIDABLES AUSTENTICOS
Este es el grupo ms popular de la familia de aceros inoxidables. Son aleaciones no
magnticas endurecibles por conformado en fro (en cuyo caso es posible que se vuelvan
ligeramente magnticas) pero no por tratamiento trmico. Su microestructura est
constituida fundamentalmente por granos de austenita. La presencia de Ni en estos
aceros permite estabilizar la fase austentica, pues de otro modo la adicin nica de
Cromo producira una microestructura ferrtica a temperatura ambiente.
Los aceros inoxidables austenticos tienen una excelente resistencia a la corrosin, muy
buena conformabilidad y en trminos generales son fcilmente soldables (mejor que los
ferrticos). Algunas de sus propiedades pueden ser:
Excelente resistencia a la corrosin
Endurecimiento por trabajo en fro y no por tratamiento trmico
Excelente soldabilidad
Excelente factor de higiene y limpieza
Formado sencillo y de fcil transformacin
Habilidad de ser funcionales a temperaturas extremas
Son no magnticos
Este tipo de acero inoxidable se obtiene adicionando elementos formadores de
austenita, como el nquel, manganeso y nitrgeno. El contenido de cromo vara del 16 al
26% y su contenido de carbono es del rango de 0,003 al 0,008%. En al Fig. 1 se muestra el
efecto del incremento del contenido de Ni en un acero de 18 % de Cr.
Las aleaciones de muy bajo carbono son usadas frecuentemente en la produccin
de artculos que requieran baja permeabilidad magntica. Pueden desarrollar ferromagne-
tismo cuando se los trabaja en fro durante la fabricacin, debido a que puede generarse
algo de ferrita o martensita de bajo porcentaje de carbono. Un recocido puede restaurar
la condicin de totalmente austenticos.
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Como se mencion anteriormente estos aceros no se pueden endurecer por
tratamiento trmico, no obstante se los aplica para mejorar propiedades como resistencia
a la corrosin. Por ejemplo, son recocidos para asegurar la mxima resistencia a la
corrosin y restaurar la mxima ductilidad y ablandamiento.
Durante el recocido, los carburos que decrecen marcadamente la resistencia a la
corrosin intergranular, se disuelven. Como la precipitacin de los carburos puede ocurrir
entre los 400 y 840C, es deseable realizar el recocido sobre este lmite. Adems es
necesario que los carburos estn disueltos antes de comenzar el enfriamiento, y como
esto ocurre muy lentamente, se elige la temperatura ms elevada que no aumente el
tamao de grano, cercana a los 1090 C. Un temple en agua posterior, evitar la
formacin de nuevos precipitados.
Los aceros inoxidables austenticos normalmente tienen mayor resistencia a la
corrosin que los ferrticos y martensticos, porque los carburos de cromo se
descomponen y los elementos permanecen en solucin slida por enfriamiento rpido
desde alta temperatura. Sin embargo si se enfra lentamente, como en los procesos de
soldadura, entre 870 y 600 C, precipitan carburos de cromo en bordes de grano dejando
pobre en cromo la zona vecina al borde, lo que facilita el fenmeno denominado
corrosin intergranular o sensibilizacin.
Fig. 1
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El dficit de cromo en estas zonas empobrecidas las hace ms propensas a la corrosin en comparacin al resto del material. Para evitarlo se puede bajar al mnimo el contenido de C (0.03 %) aceros con denominacin L1-, o bien agregar niobio o titanio; estos elementos tienen mayor tendencia a formar carburos que el cromo, permitindole a este ltimo permanecer en solucin slida en el hierro y as mantener su capacidad de resistencia a la corrosin. Ms adelante se detallan posibles soluciones a este problema.
1 Ver Clasificacin de aceros segn norma AISI, ms abajo.
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Los aceros austenticos se pueden dividir en dos categoras, segn la clasificacin
AISI:
Serie AISI 300. Aleacin de Cromo-Nquel.
Serie AISI 200. Aleacin de Cromo-Manganeso-Nitrgeno.
Serie 300 AISI
Es la ms extensa, contiene alto porcentaje de nquel y un cierto porcentaje de
manganeso. Adems pueden contener molibdeno, cobre, silicio, aluminio, titanio y niobio,
elementos que son adicionados para conferir ciertas caractersticas. Tambin se puede
usar azufre para mejorar su maquinabilidad.
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Propiedades
Estos aceros son los ms utilizados por su amplia variedad de propiedades, entre
ellas buena resistencia a la traccin, tenacidad y ductilidad. Es el acero que posee mejor
resistencia a la corrosin, se endurece por conformado en fro y puede ser utilizado en un
amplio rango de temperaturas. Es no magntico y tiene una excelente soldabilidad.
Serie 200 AISI
En la serie 200 AISI el nquel se encuentra en menor proporcin (hasta 6%) y
mantiene la estructura austentica debido a altos niveles de nitrgeno. El manganeso, de 5
a 10%, es necesario para aumentar la solubilidad del nitrgeno en austenita. Se
caracterizan por un alto valor de lmite elstico y tensin de rotura, pero su ductilidad es
baja si se compara con la de la serie AISI 300.
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Propiedades
Las caractersticas de estos aceros se deben principalmente a su estructura FCC,
que le transfiere una gran ductilidad, conformabilidad, tenacidad y excelente resistencia al
impacto, siendo materiales que se pueden endurecer por trabajo en fro, aunque no por
tratamientos trmicos. La resistencia a la oxidacin es muy superior a los otros tipos de
aceros inoxidables, lo que favorece los procesos de soldadura que pueden realizarse sin
inconvenientes; gracias a esto son muy utilizados para la fabricacin de envases y caeras
para la industria qumica y petroqumica, donde la corrosin es una condicin de servicios
determinante. En general son no magnticos, pero pueden serlo si se trabajan en frio. El
conformado en frio es una va para mejorar sus propiedades mecnicas, especficamente
el lmite elstico, que es relativamente bajo con respecto a otros materiales. Entonces, la
reduccin en seccin o el trabajo en frio aumentan el valor del lmite elstico y la tensin
de rotura, mientras disminuye la capacidad del acero al alargamiento.
FABRICACION
El acero inoxidable se utiliza con facilidad en los procesos como el perfilado,
guillotinado, prensado, taladrado, soldado y troquelado. En nuestro pas, el proceso de
obtencin ms usado es el colado. Estos aceros austenticos tienen como caracterstica su
endurecimiento por deformacin, por lo que se requiere agregar cerca de un 50% ms de
energa en comparacin a un acero al carbono de espesor similar.
Los tipos austenticos tambin estn sujetos al retorno elstico por lo que se deben
deformar con cierto exceso para contemplar esa propiedad. Todas las herramientas
utilizadas con acero inoxidable deben estar dedicadas nicamente a este tipo de acero
para evitar la contaminacin de la superficie.
PERFILADO
El perfilado es un proceso de conformado por deformacin plstica. Consiste en
una operacin de plegado que se realiza de forma gradual en sucesivas etapas, en cada
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una de las cuales tiene lugar una pasada. De este modo la seccin transversal de la chapa
se va aproximando etapa a etapa a la del perfil deseado. Para este proceso se utilizan
rodillos giratorios enfrentados entre los cuales circula el material.
El perfilado tiene lugar a temperatura ambiente y sin modificacin terica del
espesor inicial de la chapa, diferencia fundamental con el proceso de laminacin.
Prcticamente todos los metales que se pueden conformar plsticamente son
susceptibles de ser perfilados. Sin embargo, el material ms comn es el acero, ya que
entre los ms habituales en la industria es aquel para el cual el perfilado presenta las
mayores ventajas. En cuanto a los aceros inoxidables, aunque necesitan fuerzas y
potencias ms altas, todos pueden ser utilizados a excepcin de algunos aceros
martensticos.
CORROSIN DE ACEROS
Corrosin galvnica
La corrosin galvnica es un proceso electroqumico en el que un metal se corroe
cuando est en contacto elctrico con un tipo diferente de metal y ambos metales se
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encuentran inmersos en un electrolito o medio hmedo. Las reacciones galvnicas se
aprovechan en bateras y pilas para generar una corriente elctrica de cierto voltaje. El
electrolito suministra el medio que hace posible la migracin de iones. Los iones metlicos
en disolucin pueden moverse desde el nodo al ctodo. El resultado final es la corrosin
del metal andico (el de menor potencial de reduccin)
Corrosin por erosin
La corrosin por erosin es el efecto producido cuando el movimiento de un
agente corrosivo sobre una superficie de metal acelera sus efectos a causa del
desgaste mecnico.
El papel de la erosin se atribuye generalmente a la eliminacin de pelculas
superficiales protectoras: por ejemplo, las pelculas protectoras formadas por el cromo en
aceros inoxidables. Un metal oxidado ralentiza su deterioro porque la superficie ya
oxidada dificulta que el interior contine oxidndose. Si por ejemplo el polvo o la arena,
impulsadas por el viento, eliminan esa capa exterior de xido, el metal continuar
deteriorndose al haber perdido su proteccin.
Corrosin por picado
Es altamente localizada, se produce en zonas de baja corrosin generalizada y el
proceso produce unas pequeas picaduras en el cuerpo que afectan. Ocurre como un
proceso de disolucin andica local donde la prdida de metal es acelerada por la
presencia de un nodo pequeo y un ctodo mucho mayor. El nodo que normalmente
produce este tipo de corrosin es cloruro, aunque otros haluros o aniones pueden tener
efectos similares. Durante el desarrollo de una picadura, los elementos corrosivos pueden
crear una solucin corrosiva, que conduce a procesos de corrosin ms rpidos
CARACTERISTICAS Y USOS MAS COMUNES
Para resumir, se detallan las propiedades que identifican a los aceros inoxidables
austenticos. Es el grupo de aceros inoxidables con mayores prestaciones desde el punto
de vista de fabricacin de componentes y equipos, as como de comportamiento en
servicio. Tienen propiedades de conformacin excelente, muy buena soldabilidad y gran
resistencia a los distintos tipos de corrosin. Tambin poseen excelente factor de higiene -
limpieza, fciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento
trmico. En la industria qumica y petroqumica, los aceros inoxidables ofrecen elevada
resistencia a la corrosin y excelentes propiedades mecnicas as como un bajo costo de
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mantenimiento. En la industria alimenticia y en la farmacutica, proveen excelentes
condiciones de higiene adems de su resistencia a la corrosin y duracin a largo plazo.
Usos por tipo:
AISI 301: Utilizado para finalidades estructurales, en equipos de la industria aeronutica,
ferroviaria, petrolera, en la confeccin de cuchillos, piletas y frisos.
AISI 304: Equipos de la industria aeronutica, ferroviaria, naval, petroqumica, de papel,
textil, frigorfica, de hospitales, lcteos, farmacutica, cosmtica, tubos, tanques,
utensilios domsticos, estampados general y profundo.
AISI 304L: Equipos de la industria aeronutica, ferroviaria, naval, petroqumica, de papel,
textil, frigorfica, de hospitales, lcteos, farmacutica, cosmtica, tubos, tanques,
utensilios domsticos, estampados general y profundo.
AISI 310: Para altas temperaturas, hornos, incineradores, calderas, etc.
AISI 316: Construccin civil y uso para arquitectura, equipos para industrias aeronutica,
ferroviaria, naval, qumica, petroqumica, farmacutica, cosmtica, textil, de gomas, de
tintas, lctea, de hospitales, minera, refineras, tubos, tanques, destileras y calderas.
AISI 316L: Construccin civil y uso para arquitectura, equipos para industrias aeronutica,
ferroviaria, naval, qumica, petroqumica, farmacutica, cosmtica, textil, de gomas, de
tintas, lctea, de hospitales, minera, refineras, tubos, tanques, destileras y calderas.
AISI 321: Componentes resistentes a temperaturas en industria de energa elctrica,
componentes soldados, industria alimenticia, tubos y tanques en general.
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Bibliografia:
http://www.multimet.net/pdf/introduccionacero.pdf
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3319/4/55868-4.pdf
http://www.metalesindustriales.com/media/File/aceros_inoxidables.pdf
http://www.steel.org
http://www.cedinox.es/revistas/pdf/tipos/ACX120-140-180.pdf
http://www.euro-inox.org/pdf/map/What_is_Stainless_Steel_SP.pdf
http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/16-
_TT_aceros_inoxidables_v2.pdf