ALEACIONES METALICAS
• Introducción
• Clasificación de las aleaciones
• Metal puro
• Compuestos químicos
• Compuestos intersticiales
• Soluciones sólidas • S. S. por sustitución
• S.S intersticiales
CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES
HOMOGENEAS
MEZCLAS POLIFÁSICAS
MONOFÁSICAS
METALES PUROS
En condiciones de equilibrio; presentan puntos definidos de fusión y congelación.
t
L S
T
Tm
COMPUESTOS QUÍMICOS
•Las diversas clases de átomos se combinan en proporciones definidas expresadas por fórmulas químicas.
•Cuando los átomos se combinan pierden en gran medida su identidad individual y sus propiedades características.
•Los compuestos tienen generalmente estructura cristalina diferente de las de sus constituyentes
Son combinaciones de elementos con valencias positivas y negativas.
SOLUCIONES SOLIDAS SUSTITUCIONALES
• Factor de tamaño relativo
• Factor de estructura cristalina
• Factor de afinidad química
• Factor de valencia relativa
SOLUCIONES SOLIDAS INTERSTICIALES
Átomos que forman soluciones intersticiales
• Hidrógeno• Boro• Carbono• Nitrógeno• Oxígeno
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
Las aleaciones metálicas pueden existir en varias fases
• Un diagrama de fases sirve para conocer en que condiciones se encuentra la aleación bajo determinadas condiciones de presión, temperatura y composición.
• En un diagrama de fases se puede encontrar gran cantidad de información.
• Los diagrama de fase también se conocen como diagramas de equilibrio o constitucionales
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
EL DIAGRAMA DE EQUILIBRIO
HIERRO – CARBURO DE HIERRO
ALEACIONES HIERRO – CARBONO
CEMENTITAFórmula química Fe3C
Contenido de carbono 6.7 wt%
Resistencia Tensil 5000 PSI
Dureza > 650 HB
Estructura cristalina Ortorrombica
ALEACIONES HIERRO – CARBONO
AUSTENITASolución sólida γ
Max. Cont. de carbono 2.14 wt%
Resistencia Tensil 150,000 PSI
Dureza 40 HRC
Alargamiento en 2 “ 10 %
Estructura cristalina FCC
ALEACIONES HIERRO – CARBONO
FERRITASolución sólida α
Max. Cont. de carbono 0.0252 wt%
Resistencia Tensil 40,000 PSI
Dureza 90 HB
Alargamiento en 2 “ 40 %
Estructura cristalina BCC
ALEACIONES HIERRO – CARBONO
PERLITAMezcla eutectoide α + Fe3C
Cont. de carbono 0.76 wt %
Resistencia Tensil 120,000 PSI
Dureza 20 HRC
Alargamiento en 2 “ 20 %
EL ACERO
CLASIFICACIÓN
MÉTODO DE MANUFACTURA
COMPOSICIÓN QUÍMICA
APLICACIÓN
MÉTODO DE MANUFACTURA
CLASIFICACION DEL ACERO
DE HOGAR ABIERTO Siemens - Martin
DE CONVERTIDOR
ELÉCTRICOS
COMPOSICIÓN QUÍMICA
CLASIFICACION DEL ACERO
ACEROS AL CARBONO
ACEROS DE BAJA ALEACIÓN
ACEROS ALEADOS
• De construcción
• De herramientas
• De construcción
• De herramientas
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ACERO
ACEROS AL CARBONO ACEROS ALEADOS
• NÍQUEL• CROMO• MOLIBDENO• VANADIO• TITANIO• COBALTO• TUNGSTENO
HIERRO
CARBONOMANGANESOSILICIOFÓSFOROAZUFRE
CLASIFICACION DE LOS ACEROS AL CARBONO
ACEROS EXTRA DULCES % C < 0,15 ACEROS DULCES 0,15 – 0,30 ACEROS SEMI DULCES 0,30 - 0,40ACEROS MEDIO DUROS 0,40 – 0,60ACEROS DUROS 0,60 – 0,80ACEROS MUY DUROS 0,80 – 1,20
CLASIFICACION AISI DEL ACERO
AISI: American Iron and Steel Institute
10XX Aceros al carbono: básicos de hogar abierto 11XX Aceros al carbono: básicos de hogar abierto12XX Aceros al carbono: básicos de hogar abierto, azufre alto, fósforo alto; 13XX Manganeso 1.75; 31XX Níquel 1.25 y cromo 0.60 33XX Níquel 3.50 y cromo 1.50 40XX Molibdeno 0.20 o 0.25; 41XX Cromo 0.50, 0.80 o 0.95 y molibdeno 0.12, 0.20 (> 0.30; 43XX Níquel 1.83, cromo 0.50 o 0.80 y molibdeno 0.25; 44XX Molibdeno 0.53; 46XX Níquel 0.85 o 1.83 y molibdeno 0.20 o 0.25; 47XX Níquel 1.05, cromo 0.45 y molibdeno 0.20 o 0.35;
48XX Níquel 3.50 y molibdeno 0.25;
50XX Cromo 0.40;
51XX Cromo 0.80, 0.88, 0.93, 0.95 o 1.00;
5XXXX Carbono 1.04 y cromo 1.03 o 1.45;
61XX Cromo 0.60 o 0.95 y vanadio 0.13 o 0.15 mín;
86XK Níquel 0.55, cromo 0.50 y molibdeno'0.20;
87XX Níquel 0.55, cromo 0,50 y molibdeno 0.25;
88KX Níquel 0.55, cromo 0.50 y molibdeno 0.35; 92xx Silicio 2.00
94BXX Níquel 0.45, cromo 0.40, molibdeno 0.12 y boro 0.005 mín.
CLASIFICACION AISI DEL ACERO
Clasificación UNS
Serie UNS Metal
A00001 to A99999 Aluminio y sus aleaciones
C00001 to C99999 Cobre y sus aleaciones
D00001 to D99999 Aceros de características mecánicas específicas
E00001 to E99999 Metales y aleaciones del grupo de las tierras raras
F00001 to F99999 Hierro fundidos
G00001 to G99999 Aceros al carbono y aleados AISI y SAE (exepto los de herramientas)
H00001 to H99999 Aceros AISI y SAE tipo H
J00001 to J99999 Acerros fundidos (excepto los de herramientas)
K00001 to K99999 Aceros y aleaciones ferrosas varas
L00001 to L99999 Metales y aleaciones de bajo punto de fusión
M00001 to M99999 Metales y aleaciones no ferrosas varias
N00001 to N99999 Níquel y sus aleaciones
R00001 to R99999 Metales y aleaciones reactivas y refractarias
CONDICIÓN OPTIMA DE UN ACERO AL CARBONO
% CARBONO MICROESTRUCTURA ÓPTIMA
0.06 – 0.200.20 – 0.30
0.30 – 0.400.40 - 0.600.60 – 1.00
Laminado en fríoInf. 3”, NormalizadoSup. A 3” Laminado en fríoRecocido completo (perlita gruesa)Recocido globular (esferoidita)100% esferoidita ( perlita globular)
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS FASES CONSTITUVAS DEL ACERO
PROPIEDADES MECÁNICAS
ACEROS ALEADOS
• INTRODUCCION
• PROPOSITO DE LA ALEACION
• EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIOPN EN LA FERRITA
• EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION EN EL CARBURO
• INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION SOBRE EL DIAGRAMA Fe-Fe3C
• EFECTO SE LOS ELEMENTOS DE ALEACION EN EL REVENIDO
MEJORAR LA TENACIDAD A CUALQUIER DUREZA O RESISTENCIA MÍNIMA
POR QUE SE NECESITAN LOS ACEROS ALEADOS
MÁS TEMPLABILIDAD
MAYOR RESISTENCIA A TEMPERATURAS COMUNES
MÁS RESISTENCIA MECÁNICAA ALTA TEMPERATURA
AUMENTAR LA RESISTENCIA AL DESGASTE
AUMENTAR LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN
MEJORAR LAS PROPIEDADES MAGNÉTICAS
POR QUE SE NECESITAN LOS ACEROS ALEADOS
EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LA FERRITA
LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SE DISUELVEN EN LA FERRITA
EN AUSENCIA DE CARBONO
CROMO TUNGSTENO VANADIO MOLIBDENO NIQUEL MANGANESO SILICIO
DUREZA RESISTENCIA
S. SÓLIDA FERRITA ALEADA
EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN EL CARBURO
LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN FORMAN CARBUROS SIMPLES O COMPLEJOS
+ CARBONO RESILIENCIA
DU
RE
ZA
T. GRANO
R. DESGASTE
EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LA FERRITA Y EN EL CARBURO
ELEMENTO DE ALEACION
GRUPO 1 DISUELTO EN LA FERRITA
GRUPO 2 COMBINADO EN CARBURO
NIQUELSILICIOALUMINIOCOBREMANGANESOCROMOTUNGSTENOMOLIBDENO VANADIOTITANIO
NiSiAlCuMnCrWMoVaTi
MnCrWMoVaTi
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL DIAGRAMA HIERRO
CARBONO
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL DIAGRAMA HIERRO
CARBONO
Diagrama Fe-C para una acero de 12 % Cr
Diagrama Fe-C para una acero de 18 % Cr
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL DIAGRAMA HIERRO
CARBONO
Diagrama Fe-C para una acero de 18 % Cr, 8% Ni
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL DIAGRAMA HIERRO
CARBONO
INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL REVENIDO
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL ACERO
ELEMENTO EFECTOSALUMINIO 1. Desoxida eficazmente
2. Restringe el crecimiento del grano3. Facilita la nitruración
CROMO 1. Aumenta la resistencia a la corrosión y oxidación.
2. Aumenta la templabilidad.3. Incrementa la resistencia a alta
temperatura.4. Aumenta la resistencia a la abrasión y
desgaste.
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL ACERO
ELEMENTO EFECTOSCOBALTO 1. Contribuye a conservar la dureza al rojo,
endureciendo la ferrita
MANGANESO 1. Contrarresta la fragilidad debida al azufre.2. Aumenta la templabilidad.
MOLIBDENO 1. Eleva la temperatura de inicio del grano de austenita.
2. Profundiza el endurecimiento3. Contrarresta la tendencia a la fragilidad
por revenido4. Aumenta la resistencia a alta temperatura5. Mejora la resistencia a la corrosión de los
aceros inoxidables6. Forma partículas resistentes a la abrasión
ELEMENTO EFECTOSNIQUEL 1. Aumenta la resistencia de los aceros.
2. Hace tenaces los aceros ferrítico – perlíticos
3. Austeniza las aleaciones de hierro con alto cromo.
SILICIO 1. Desoxidador de propósito general2. Elemento de aleación para láminas
eléctricas y magnéticas.3. Mejora la resistencia a la corrosión4. Aumenta la templabilidad en aceros que
no tienen elementos grafitizadores5. Mejora la resistencia de los aceros de baja
aleación.
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL ACERO
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL ACERO
ELEMENTO EFECTOSTITANIO 1. Fija el carbono en partículas inertes
- Reduce la dureza de la martensita y la templabilidad de los aceros al cromo medio.
- Previene la formación de austenita en los aceros de alto cromo.
- Previene el agotamiento localizado del cromo en aceros inoxidables durante largo calentamiento.
TUNGSTENO 1. Forma partículas duras y resistentes a la abrasión en aceros para herramientas.
2. Promueve la dureza y resistencia a altas temperaturas.
ELEMENTO EFECTOS
VANADIO 1. Eleva la temperatura de inicio del grano austenítico.
2. Aumenta la templabilidad (cuando está disuelto).
3. Resiste el revenido y produce un marcado endurecimiento secundario
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN SOBRE EL ACERO
ACEROS AL NIQUEL ( serie 2XXX)
TIPOS DE ACEROS ALEADOS
ACEROS AL CROMO ( serie 5XXX)
TENACIDAD
PLASTICIDAD
RES. FATIGA
Aceros estructurales de gran resistencia
Formador de carburos
Simples Complejos
Cr7C3, Cr4C
[(FeCr)3C]
ACEROS AL CROMO ( serie 5XXX)
TIPOS DE ACEROS ALEADOS
Cr>5%Propiedades a alta temperatura
Resistencia a la corrosión
51XX: 0.15 > % Cr > 0.64Bajo C: se carburizan
Medio C: Bonificado: Resortes, pernos
52XX:1.5 % Cr , 1 %C: Cojinetes
2-4 % Cr, 1 %C: Imanes permanentes
TIPOS DE ACEROS ALEADOS
ACEROS AL NIQUEL CROMO ( serie 3XXX)
2 1/2 Ni - 1 Cr
Efecto sinergístico
Ni: Tenacidad y ductilidad
Cr. Templabilidad y res. desgaste
31XX: 1.5 % Ni; 0.6 %Cr Engranajes heliciodales, Ejes
33XX: 3.5 % Ni; 1.5 %Cr Trabajo peasado, Ejes
Reemplazados por 87XX y 88XX
TIPOS DE ACEROS ALEADOS
ACEROS AL MANGANESO
Bajo % de Mn Tenacidad; formación de MnS
Resistencia y dureza
Mn >10% Acero austenítico “HADFIELD” Resistencia al desgaste Resistencia mecánica Ductilidad
TIPOS DE ACEROS ALEADOS
ACEROS AL MOLIBDENO (Serie 4XXX)
Mo Templabilidad Dureza Resistencia
40XX y 44XX Bajo %C: Carburación, → Ejes
Medio %C: Resortes de suspensión
Costoso, Fuerte formador de carburos
Tendencia a la fragilidad del revenido
ACEROS AL MOLIBDENO (Serie 4XXX)
41XXMás baratos
Buena soldablilidad Buena tenacidad
Recipientes a presión, Partes estructurales, Ejes,
46XX y 48XX
Alta resistencia Alta ductilidad Alta templabilidad
Engranajes, pasadoores cadenas Ejes, Cojinetes
43XX y 47XX
Similar a los Ni-Cr más las ventajas de templabilidad del Molibdeno
Ejes, Engranajes, partes estructurales importantes
ACEROS AL TUNGSTENO
ACEROS PARA HERRAMIENTAS
TEMPLABILIDAD
FORMADOR DE CARBURO
MANTIENE DUREZA MARTENSITA EN EL REVENIDO
ACEROS AL VANADIO
Piezas forjadas de maquinas
Serie 61XX: Pernos, cigüeñales
Bajo %C: Ejes, resortes,
Alto %C: Cojinetes, herramientas
MUY COSTOSO
FUERTE DESOXIDADOR
FUERTE FORMADOR DE CARBURO
INHIBIDOR DEL CRECIMIENTO DEL GRANO
TEMPLABILIDAD
PROPIEDADES MECÁNICAS
ACEROS AL SILICIO
1-2 % Si → Aplicaciones estructurales de lato pto de cedencia
0.01 %C y 3 %Si → Acero para chapa magnética
Acero Si-Mn (AISI 9260)→ Hojas de resortes , punzones, cinceles
BARATO
FUERTE DESOXIDADOR
%Si > 0.6
ACEROS INOXIDABLES
DESIGNACION DE LA SERIE GRUPOS
2XX Cromo-Níquel-Manganeso; no endurecibles, austeníticos, no magnéticos
3XX Cromo-Níquel; austeníticos, no endurecibles, no magnéticos
4XX Cromo, endurecibles, martensíticos, magnéticos
4XX Cromo, no endurecibles,ferríticos, magnéticos
5XX Bajo cromo, resistentes al calor
ACEROS INOXIDABLES
Porque son los aceros inoxidables resistentes a la corrosión ?
FORMACION DE UNA PELÍCULA DELGADA DE ÓXIDO DE CROMO O DE ÓXIDO DE NÍQUEL QUE PROTEJE EFECTIVAMENTE AL ACERO CONTRA MUCHOS MEDIOS CORROSIVOS
En los aceros al cromo solo se evidencia cuando Cr > 10%
ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS
403, 410, 416, 420, 440A, 501, 502
Aletas de turbina
Piezas de fundicion
0.6–1.2 %C, 16-18 %Cr; Cojinetes, Válvulas de motor
4-6 %Cr; Mejor R.Corrosión que aceros comunes. Propiedades intermedias entre los inox. y 51XX
11.5 > % Cr >18Temple al aire
Revenido a 400 – 550 ºCMás difíciles de mecanizar que el acero al C
ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS
405, 430, 446 Piezas de estampado profundo
14 > % Cr >27Tienen muy poco carbono
Son magnéticosNo pueden endurecerse por T.T.
Aceptan recocido, pero ↑tendencia a la fragilizaciónModerado endurecimiento por deformación
ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS
301, 302, 304, 304L, 321 (estabilizado con Ti), 347 con Cb o Ta
Alta resistencia
Industria alimenticia
Industria química y alimentos,
Severas consiciones corrosivas, Partes soldadas
% Cr + % Ni >23Endurecibles por deformación en frío
Resistentes al impactoDifíciles de maquinar
Alta resistencia a alta temperatura La mayor resistencia a la coirrosión
Revenido a 400 – 550 ºCMás difíciles de mecanizar que el acero al C
308, 310, 316
Metal de aporte soldadura.↑Cr, ↑Ni
↑Cr, ↑Ni, Equipo de T.T., Partes de hornos. Intercambiadores de calor, Metal de aporte para soldadura.
Contiene Mo y tiene mayor res. corrosión que el 302 o 304, se usa en equipo qímico e industria de alimentos,
ACEROS INOXIDABLES AUSTENITICOS
EL NIQUEL
NIQUEL Resistencia a la corrosión y oxidación
Buenas propiedades mecánicas inclusos a alta temperatura
Niquel A, 99% Ni Niquel D, 4.5%Mn Niquel E, 2 %Mn Permaniquel Prop. Elec. Duraniquel, Ni+Al, resortes, res. Corrosión,
ALEACIONES DE NIQUEL
ELEMENTOS DE ALEACION
COBRE HIERRO CROMO SILICIO MOLIBDENO MANGANESO ALUMINIO
ALEACIONES Ni-Cu
MONEL 2/3 Ni +1/3 Cu Alta resistencia a los ácidos álcalis salmueras, aguas, productos alimenticios
ALEACIONES DE NIQUEL
MONEL Propiedades mecánicas mejores que los bronces
Buena tenacidad y resistencia a la fatiga
Aplicaciones para alta temperatura (1000 ºF)
TIPOS Monel R, Ni,Cu S mejor maquinabilidadMonel K, Ni,Cu Al, endurecible por envejecimientoMonel H y S, Ni, Cu, Si, Resistencia a pérdidas de
presiónConstantan, 45 % Ni, 55 % Cu, Resistividad eléctrica
ALEACIONES DE NIQUEL
HASTELOY 10% Si, 3%Cu
Fuerte, tenaz, extremadamente dura
Excelente resistencia a la corrosión al H2 SO4
CHROMEL NICHROME
Resistencias de calefacción 80 % Ni, 20 % CrResistencias de electrodomésticos 60%Ni, 16 %Cr, 24 Fe
ALEACIONES DE NIQUEL SILICIO
ALEACIONES DE NIQUEL CROMO HIERRO
INCONEL 76 % Ni, 16 % Cr, 8 %FeResistencia a alta temperaturaSoporte fatiga térmica entre 0 – 1500 ºF
ALEACIONES DE NIQUEL CROMO HIERRO
ALEACIONES DE NIQUEL
INCONEL X Contiene Ti, Endurecible por envejecimiento
ALEACIONES DE NIQUEL MOLIBDENOHIERRO
HASTELLOY A HASTELLOY B
57Ni, 20Mo, 20Fe
62Ni, 28Mo, 5Fe
Trabajadas en frío tiene resistenmcias similares al acero aleado.
Alta resistencia al ácido clorhídrico fosfórico
ALEACIONES DE NIQUEL
ALEACIONES DE NIQUEL CROMO MOLIBDENO HIERRO
HASTELLOY C 54Ni, 17Mo, 15Cr, 5Fe
Alta resistencia a la corrosión y ácidos de oxidación como Nítrico, crómico y sulfúrico.
Alta resistencia a la temperatura
HASTELLOY X 47Ni, 9Mo, 22Cr, 18Fe
Alta resistenmcia general.
Alta resistencia a la oxidación hasta 2200 ºF
Alta resistencia a la corrosión y ácidos de oxidación como Nítrico, y sulfúrico.
ILLIUM B 50Ni, 8,5Mo, 28Cr, 5.5 Cu
ILLIUM G 56Ni, 6,5Mo, 22.5Cr, 6.5 Cu
ILLIUM R 68Ni, 5Mo, 21Cr, 3Cu
APLICACIONES Cojinetes de impulso piezas para bombas Donde se requiera resistencia al calor y corrosión
ALEACIONES DE NIQUEL
ALEACIONES DE NIQUEL CROMO MOLIBDENO COBRE
ALTA ESTABILIDAD DIMENSIONAL CON CAMBIOS DE TEMPERATURA
INVAR 35Ni
KOVAR Y FERNICO 28Ni, 18CO, 54Fe
PLATINITA 46 %Ni
APLICACIONES Patrones de longitud, piezas de instrumentos, resortes especiales, termostatos bimetálicos.
ALEACIONES DE NIQUEL
ALEACIONES DE NIQUEL HIERRO
ELINVAR 36 %Ni, 12 %Cr Coef. termoelástico cero
PERMALLOY 78Ni, Alta permeabilidad magnética
ALNICO 8-12 % AL, 14-28 %Ni, 5-35 % Co, imanes permanentes
.
ALEACIONES DE NIQUEL
OTRAS ALEACIONES DE NIQUEL
Aleaciones de Aluminio
• 1 XXX Aluminio semi puro
• 2XXX Aluminio Cobre
• 3XXX Aluminio Manganeso
• 4XXX Aluminio Silicio
• 5XXX Aluminio Magnesio
• 6XXX Auminio Magnesio Silicio
• 7XXX Aluminio Zinc
Aleaciones de Cobre
• Latones– Latones rojos
– Latones alfa amarillos
– Latones alfa más beta amarillos
• Bronces– Bronce al estaño
– Bronce al silicio
– Bronce al aluminio
• Cuproníquel
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