Materiales para ingeniería

Presentación del tema: "Materiales para ingeniería"— Transcripción de la presentación:

1 Materiales para ingeniería
Actividad 8

2 Actividad 8 Influencia de los elementos de aleación
Aceros y sus aplicaciones Aceros de construcción Aceros de herramientas

3 Elementos químicos que se encuentran en el acero
Impurezas constantes u ordinarias: aquellos elementos que siempre se encuentran en el acero producto de su empleo en el proceso de fabricación como desoxidante o por que penetran con las materias primas y es imposible su eliminación total (Manganeso, silicio, aluminio, titanio, fósforo y azufre) Impurezas latentes: son el oxígeno, nitrógeno e hidrógeno que están presentes siempre en cantidades muy pequeñas. Impurezas accidentales: Que se encuentran en el acero de forma casual en las materias primas en valores muy pequeños Elementos de aleaciones: aquellos elementos químicos que se añaden al acero para cambiar su estructura y propiedades, por lo que se comienza a considerar elemento de aleación cuando a partir de un porciento, comienza a influir en las propiedades del acero.

4 Influencia de los elementos de aleación en el polimorfismo del acero
La mayoría de los elementos de aleación elevan el punto A4 y bajan el punto A3 Los elementos que aumentan la zona de existencia de la austenita se denominan austeníticos. (Ni, Mn) Aquellos que aumentan la zona de existencia de la ferrita se llaman ferríticos, (Cr, Mo) Modifican las propiedades de la ferrita y el umbral de fragilidad

5 Influencia de los elementos de aleación en las transformaciones
Los elementos que se disuelven sin formar carburos especiales, aceleran la transformación (Co) o la retardan Manganeso, Niquel, Cobre y otros) Los elementos que forman carburos, no solo retardan o aceleran la transformación sinó que también desdoblan y modifican la curva de transformación isotérmica de la austenita La transformación martensitica se modifica variando la cantidad de austenita residual resultante, varían el punto de comienzo y final de transformación Excepto el manganeso y el boro todos evitan el crecimiento del grano austenítico Durante el revenido los elementos de aleación retardan la transformación, por lo que se necesitan mayores tiempos y temperatura que en los aceros al carbono

6 Aceros de construcción
Es el acero que se utiliza para fabricar elementos de máquina, estructuras y otras instalaciones Debe ser resistente, tenaz y seguro, resistencia a la fatiga, al desgaste, a la corrosión, etc. En el caso de piezas soldadas el contenido de carbono no debe ser mayor del 0.2% El empleo de temple y revenido permite variar la resistencia desde las máximas hasta las mínimas. A este tratamiento se le denomina mejorado o bonificación El uso de elementos de diseño permite aligerar el elemento mecánico, huecos, nervios, etc. En estos aceros si se necesita tenacidad lo mejor es aplicar mejoramiento y si lo que se necesita es resistencia máxima lo mejor es Tratamientos termo mecánicos. Los elementos de aleación deben ser en pocos porcientos que mejoren la templabilidad pues con la excepción del níquel todos empeoran la resistencia al impacto

7 Tratamiento térmico de los aceros de construcción
El tratamiento necesario de este tipo de acero es mejoramiento donde la temperatura de revenido estará definida por el porciento de carbono en el acero y de elementos de aleación Las propiedades que se obtienen después del mejorado son significativamente mejores La temperatura de temple siempre es por encima de Ac3 entre 850—900 grados Celsius El medio de enfriamiento por su baja templabilidad debe ser en agua, solo en piezas pequeñas y complejas es necesario en dos medios o en aceite según sea el caso En el caso de los aceros aleados con bajo contenido de carbono menores del 2% se debe obtener bainita inferior, pues la bainita superior es laminar, Estos aceros desdoblan la curva de la C

8 Tratamiento térmico de los aceros de construcción
El enfriamiento debe ser lo más cerca de la velocidad crítica de temple para evitar tensiones La temperatura del revenido debe ser para optimizar las propiedades mecánicas El régimen típico para los aceros aleados de bajo contenido de carbono es de 900 grados con enfriamiento en aceite y revenido bajo a 150 grados El régimen típico para los aceros aleados de medio contenido de carbono es de 850 grados con enfriamiento en aceite y revenido bajo a 550 – 650 grados En ambos casos se obtienen propiedades similares a σB =120—140 kgf/mm2 , σ0.2 =80—100 kgf/mm2 , ψ= 50—60 %, ae = 10—14 kgf/mm2 Se pueden obtener mejores resultados de resistencia pero a costa de disminuir la resiliencia

9 Fragilidad de revenido
Al enfriar lentamente en el revenido la resistencia al impacto tiene dos mínimos uno a 300 grados y otro a 550 aproximadamente Se le denomina fragilidad de revenido de Primer tipo a la que aparece a los 300 grados en cualquier acero independientemente de la composición y de la velocidad de enfriamiento en el revenido Esta ocurre por la precipitación de carburos a los límites de grano de la martensita revenida creando diferencias entre los límites de grano y el centro del grano

10 Fragilidad de revenido
La fragilidad de revenido de segundo tipo se pone de manifiesto por encima de los 500 grados si la velocidad de enfriamiento es lenta Es típica de aceros aleados al cromo y manganeso que forman carburos y el porciento de P es mayor del 0.001% Es un proceso reversible es decir si se vuelve a calentar a esas temperaturas puede volver a ocurrir o se le arregla. Pequeños porcientos (0.5—0.6)% de molibdeno frenan o eliminan la fragilidad de segundo género, pero por encima de esos porcientos lo favorece

11 Aceros para cementar Los aceros para cementar son aquellos que poseen bajo porciento de carbono y bajos porciento de aleación De acuerdo a la estructura que se obtiene en el centro se dividen en ferrito - perlítico, Bainíticos o Martensiticos. Los ferritico perlíticos son los aceros al carbono de 0.10 a 0.20 porciento de carbono Estos se usan cuando lo principal es la resistencia al desgaste y no se exige alta resistencia en el núcleo.

12 Aceros para cementar La capa cementada se aumenta en dependencia de la presión a que está sometida la superficie El revenido es alrededor de 150 –180 grados Celsius Los bainiticos son los aceros de bajo carbonos con bajos porcientos de elementos de aleación. Los martensíticos son los que poseen elementos de aleación en mayor medida Estos grupos se diferencian mucho fundamentalmente por la forma del diagrama de la C y por las propiedades mecánicas

13 Aceros mejorables Son los aceros de mediano contenido de carbono desde 0.3—0,4 %, Y que sutratamiento térmico típico es Mejorado o bonificación (Temple + revenido alto de 550—650 grados) Pueden poseer entre 3 al 5 % de elementos de aleación (Cromo, níquel, molibdeno, volframio, manganeso, silicio) Poseen además elementos afinadores de grano en un 0.1% como son vanadio, titanio, niobio, circonio Cuanto más espesor, mayor % deberán ser los elementos de aleación

14 Aceros Mejorables Las piezas complejas deben contener níquel, mucho más cuando estén sometidas a cargas de impacto Los criterios para seleccionar estos aceros son: Grado de aleación que depende de la complejidad y espesores de la pieza El nivel de resistencia lo determina la temperatura de equilibrio Los concentradores de tensiones y las cargas dinámicas determinan la cantidad de níquel en la aleación para bajar el umbral de fragilidad, aunque se puede emplear un acero de elevada pureza La estructura de estos aceros después del recocido es ferrita y perlita, a mayor cantidad de elementos de aleación mayor cantidad de perlita

15 Aceros de alta resistencia
La resistencia mayor de los aceros de construcción está en el orden de σB =120—140 kgf/mm2 Se requieren resistencia mayores de σB >160 kgf/mm2 Los aceros ordinarios con temple y revenido bajo tienen resistencia de σB =170—200 kgf/mm2 pero tienen baja resistencia a las cargas dinámicas El níquel hasta el 4% permite mejorar la resistencia al impacto en estos aceros lográndose mayores resistencia usando revenido bajo Utilizando la combinación de Niquel mas cobalto se puede mejorar un poco más la resistencia En un acero con .3% de carbono 5% de níquel y 2% de molibdeno, con TTMAT y un alto grado de pureza se han obtenido hasta σB =220 kgf/mm2 y ae = 10—14 kgf/mm2

16 Alta resistencia Los aceros martensíticos para envejecer (Maredging) contienen 18% de Níquel, del 8 al 12 % de Cobalto y del 0.2 al 1.2 % de titanio que seobtienen resistencias de σB =140 a 240 kgf/mm2 y ae = 8—5 kgf/mm2 respectivamente Los aceros trips Composición típica = 0.3% de carbono, 9% de Cromo,8% de Níquel, 4% de Molibdeno, 2% de Manganeso, 2% de Silicio, Se calientan hasta 1000—1100 grados y se enfrían rápidamente obteniéndose austenita, pues el punto de inicio de la transformación martensitica está por debajo de la temperatura ambiente, pero el inicio de la transformación martensitica por deformación lo tienen a mayor temperatura La deformación a temperatura ambiente hace que se forme martensita. Tienen alta resistencia a la propagación de la grieta Se obtienen resistencias de hasta σB = 500 kgf/mm2

17 Soldabilidad del acero
El porciento de carbono se limita a 0.25% máximo Si el acero es al carbono y no aleado la zona de influencia térmica es ancha, el enfriamiento lento, crece un poco el grano y cae un poco la resistencia al impacto Si es un acero aleado esta zona pierde resistencia a cargas dinámicas bruscamente La soldabilidad es un tema muy amplio que se estudia y se emplean muchos métodos para lograr una unión resistente

18 Acero para muelles El acero destinado para muelles debe tener un alto límite de elasticidad Necesitan un temple y revenido a 300—400 Grados Celsius Los aceros al carbono para muelles poseen del 0.5 a 0.7% aleados al manganeso y al silicio El acero de alta responsabilidad para muelles tiene 0.5% de carbono 1% de cromo y 0.1—0.2 % de Vanadio El tratamiento térmico para los aceros aleados es de 800 – 850 grados Celsius un revenido a 400 – 500 Grados Celsius La durabilidad de los muelles está dada fundamentalmente por la calidad superficial, pues la carga principal a que está sometido es fatiga

19 Acero para rodamientos
Debe poseer gran dureza, por lo que se utilizan aceros de herramientas, aunque a veces se utilizan aceros de bajo contenido de carbono cementados Son aceros aleados al cromo, silicio y manganeso Se les impone gran pureza, pues en los lugares donde exista una impureza puede empezar un careado El tratamiento térmico es de temple y revenido a 150 a 160 grados durante 1 o dos horas consiguiéndose una dureza de 62 HRc Los rodamientos que trabajan a altas temperatura son elaborados con aceros rápidos

20 Aceros para herramientas
La principal condición es la durabilidad del filo, por lo que debe tener una dureza mayor de 60 HRc La herramienta de corte sufre un calentamiento muy grande por lo que debe tener estabilidad al rojo En el caso de los troqueles es una combinación de dureza y tenacidad Se dividen en De baja templabilidad (al carbono) De alta templabilidad (aleados) Para Matrices Resistencia a altas temperaturas Estabilidad al rojo Resistencia al desgaste Resistencia a la fatiga térmica Tenacidad Templabilidad Poca Fragilidad de revenido Poca adhesividad Rápidos