jueves, 18 de diciembre de 2014

Aceros para herramientas

Generalidades 

Los aceros para herramientas se utilizan principalmente en las fábricas de útiles necesarios para conformar los materiales de construcción, sea por deformación plástica o por eliminación, mediante corte, del sobrante del material. Las especiales condiciones de trabajo de las herramientas exigen que los aceros utilizados para ellas posean también unas características especiales, lo cual se consigue eligiendo adecuadamente los elementos de aleación y los tratamientos térmicos. Las características mecánicas que interesan en los aceros para herramientas son las siguientes: 
• Elasticidad 
• Tenacidad 
• Dureza 
• Resistencia al desgaste 
• Conservación de las características en caliente 
° Templabilidad 
• Indeformabilidad.

miércoles, 17 de diciembre de 2014

Aceros refractarios - II

Efecto del hidrógeno En general, todos los aceros tienen buena resistencia a la corrosión en presencia de hidrógeno a bajas presiones. No pasa lo mismo cuando los aceros están sometidos a grandes presiones de hidrógeno, como es el caso en la fabricación de alcohol, gasolina, amoníaco sintético, etc., que provocan una dcscarburación intergranular y, por tanto, gran fragilidad. Molibdeno, cromo, vanadio, titanio y niobio protegen a los aceros contra dicha corrosión. La mejor resistencia en este sentido (grandes presiones de hidrógeno a elevadas temperaturas) la ofrecen los aceros refractarios austeníticos con molibdeno o tungsteno. 
Efecto del anhídrido carbónico Están sometidos a este efecto los reactores refrigerados con anhídrido carbónico. En general, los aceros austeníticos ofrecen una resistencia aceptable. Entre ellos, los más resistentes son el 18/8 con titanio o niobio y, en particular, los que contienen 20 % de cromo y 25 % de níquel, o bien 25 % de cromo y 20 % de níquel. 
 Efecto del sulfuro de hidrógeno Este medio corrosivo, así como las mezclas sulfurosas reductoras a alta temperatura, provoca la rápida destrucción de los aceros refractarios en general, normalmente en forma de corrosión intcrgranular. Los aceros con un 12 % de cromo ofrecen una resistencia aceptable hasta los 700 °C. Y adiciones de silicio, aluminio y cantidades no superiores al 20 % de níquel mejoran la resistencia hasta los 800 °C. Para temperaturas superiores se recomiendan los aceros con 25- 30 % de cromo y 3-5 % de silicio o aluminio. El acero con 20 % de cromo, 35 % de níquel y 3 % de aluminio es el menos atacable a temperaturas elevadas. 
Efecto de los gases de combustión Dependiendo de la naturaleza de los combustibles empleados (fuel-oil, carbón, gas, gasolina, etc.), los aceros refractarios pueden estar sometidos a reacciones de oxidación, sulfuración, carburación y nitruración como consecuencia de estar mezclados los productos de combustión con oxígeno, vapor de agua, óxido de carbono, anhídrido carbónico, azufre, nitrógeno, etc. Cuando los gases no son sulfurosos, las reacciones pueden ser solamente de oxidación y carburación, y los aceros se comportan más o menos como en el aire. Las aleaciones ferríticas con un 30 % de cromo y las austcníticas con 25 % de cromo y 20 % de níquel ofrecen buena resistencia hasta los 1.100 °C. Las aleaciones con 80% de níquel y 20% de cromo pueden utilizarse hasta los 1.200 °C. En los gases de combustión sulfurosos oxidantes, el azufre se encuentra en forma de anhídrido sulfuroso y reduce sensiblemente la resistencia a la corrosión, aunque ésta es menor que en una atmósfera de sulfuro de hidrógeno. Cuando los gases de combustión son carburantes y el contenido de azufre sobrepasa los 3 g/m3, las aleaciones con contenidos de cromo inferiores al 16 % son atacadas rápidamente. En general, los aceros refractarios sufren una sulfuración a temperaturas superiores a los 900 °C; y se puede considerar que las temperaturas de utilización disminuyen entre 100 y 200 °C en comparación con las de los gases libres del azufre. La mejor manera para reducir la corrosión de los aceros refractarios por efecto de las atmósferas sulfurosas es conseguir que la combustión sea completa y regular en los hornos, procurando que no haya exceso de hidrógeno y, por el contrario, exista un pequeño acceso de aire a fin de que no se produzca una carburación originada por el óxido de carbono y, seguidamente, una sulfuración de las zonas carburadas. Las válvulas empleadas en los motores de explosión están sometidas a gases de combustión con oxígeno, hidrocarburos, vapor de agua, óxidos de nitrógeno, anhídridos sulfurosos y sulfúricos, aldehidos, carbono libre y nitrógeno naciente. Cuando el combustible empleado es la gasolina y ésta contiene plomo tetraetilo, que es el antidetonante, el plomo aumenta la agresividad. El acero de válvulas más económico y que posee mayor resistencia es el que contiene 0,45 % de carbono, 9 % de cromo y 3 % de silicio.

martes, 16 de diciembre de 2014

Aceros refractarios - I

Son aleaciones que deben soportar agentes corrosivos a altas temperaturas. En ellos, el contenido de cromo y níquel es superior al de los aceros inoxidables, y frecuentemente van acompañados de otros elementos (molibdeno, cobre, aluminio, etc.) para favorecer dicha resistencia. Como es lógico, los aceros refractarios ofrecen normalmente mayor resistencia a la corrosión a temperaturas inferiores a los 400 °C que los aceros inoxidables en los mismos medios corrosivos. Esta propiedad de los refractarios se debe precisamente a que en ellos se forma una película de óxido que deberá ser impermeable si deseamos obtener una buena resistencia. Al igual que en los inoxidables, el elemento que los hace capaces en este sentido es el cromo. Y adiciones de aluminio y silicio hacen que mantengan dicha resistencia a más alta temperatura. Para determinar los cambios químicos experimentados por los aceros a temperaturas elevadas, se pueden utilizar varios métodos: ponderables, volumétricos, por cambio de espesor, etc. La determinación del aumento de peso se realiza controlando cómo se eleva a determinada temperatura en función del tiempo, para de esta manera conocer la resistencia a la oxidación a temperatura elevada.
Por otro lado, con el método de determinación de la pérdida de peso es posible conocer la que sufre el acero, una vez eliminada la capa oxidada, cuando previamente lo hemos sometido a una temperatura concreta durante cierto tiempo. La eliminación del óxido se realiza enfriando en agua las probetas ensayadas a alta temperatura. Los métodos volumétricos determinan el oxígeno consumido en la oxidación del acero. La unión del cromo en el níquel, al formar estructuras austeníticas, mejora la resistencia a la oxidación. Cuanto menor es el tamaño del grano, mejor es dicha resistencia. Y adiciones de calcio, bario o estroncio también la mejoran, así como la de Mischmetal (45 % de cerio, 30 % de lantano, 20 % de didimio y 5 % de iterbio). Por el contrario, el carbono, el nitrógeno y el oxígeno disminuyen la resistencia a la oxidación. Cantidades de boro con porcentajes del 0,0004 disminuyen sensiblemente la resistencia, al escorificar la película de óxido. Véase ahora el fenómeno de la corrosión de los aceros refractarios en los distintos medios.
Efecto de nitrógeno La presencia de nitrógeno en los aceros refractarios se fija en forma de nitruros o bien en solución sólida; y, si es naciente, el efecto es mucho más acusado. En los aceros refractarios ferríticos con silicio o aluminio, provoca una destrucción rápida a temperaturas de 1.100 a 1.200 °C. Para evitar en parte este efecto nocivo en los aceros ferríticos con cromo y aluminio, se procura formar una película de óxido de aluminio con un tratamiento a baja temperatura, de modo que el acero quede protegido para trabajar a altas temperaturas. Para que las aleaciones austeníticas refractarias no sean corroídas por la presencia de nitrógeno, no deben utilizarse a temperaturas superiores a los 1.100 °C. 

lunes, 15 de diciembre de 2014

Aceros para válvulas de motores de explosión

Los aceros para válvulas de motores de explosión han de ser resistentes a la corrosión de los gases de la combustión y han de tener buena resistencia mecánica a las relativamente altas temperaturas en que se utilizan. Además del acero austenítico 12-12 para válvulas AISI 321, citado en el apartado anterior existe el siguiente: AISI 322. Acero silicrom para válvulas. Contiene 0,40 % de carbono, 2,25 % de silicio, 10 % de cromo y 0,90% de molibdeno. No es totalmente inoxidable, pues es atacado por la gasolina con plomo, pero resiste bien hasta 800 ÜC. Se emplea para válvulas de escape de motores de explosión.

domingo, 14 de diciembre de 2014

Aceros austeníticos - II

Con la transformación en frío se consigue mejolar la carga de rotura y el límite clástico, pero se vuelven ligeramente magnéticos al transformarse parte de la austenita en martcnsita. No debe olvidarse que las piezas fabricadas de esta manera experimentan un aumento de volumen que causa grandes problemas cuando las tolerancias son muy estrechas. La acritud producida por una deformación en frío no sólo endurece el acero, sino que aumenta su permeabilidad magnética y el límite de fatiga. A los aceros austeníticos con contenidos de carbono superiores al 0,03 % que se hayan mantenido a temperaturas comprendidas entre 400 y 900 °C, es necesario someterlos al tratamiento de temple auslenítico para disolver los carburos precipitados y así dejarlos insensibles a la corrosión intergranular. Estos aceros, los más empleados, tienen un consumo del 50 % del total de los aceros inoxidables. Los tipos normalizados son:
AISI 314. Acero inoxidable austenítico al cromo-níquel. Es el comúnmente conocido como 18/8. Contiene 0,08 % de carbono, 18 % de cromo y 9 % de níquel. Siendo el más clásico de los aceros austcníticos inoxidables, es muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica y a la del agua del mar, así como al ataque de productos alimenticios, de ciertos ácidos minerales y de la mayoría de los ácidos orgánicos. Se emplea en la construcción de equipos para la industria química y de la alimentación, y para utensilios de cocina y aparatos domésticos que no requieran soldaduras en las zonas sometidas a fucrlc corrosión. Admite pulidos con acabados a espejo, por lo cual se utiliza también en ornamentación. 
AISI 315. Acero inoxidable austenítico al cromo-manganeso. Contiene 0,14% de carbono, 12% de cromo y 19% de manganeso. Es un acero soldable y resistente a elevadas temperaturas (800 °C). Se emplea para la fabricación de colectores de escape y piezas similares. 
AISI 321. Acero austenítico al cromo-níquel 12-12, con silicio y tungsteno, para válvulas. Está compuesto de 0,45 % de carbono, 1,40 % de silicio, 14 % de cromo, 14 % de níquel y 3 % de wolframio. Es el acero para válvulas de más alta calidad y se emplea para válvulas para trabajar a muy altas temperaturas (hasta 1.100 UC), y también para válvulas huecas refrigeradas por sodio para motores de aviación y marítimos. 
AISI 331. Acero inoxidable austenítico al cromo-níquel 25-20, resistente a altas temperaturas. Contiene 0,15% de carbono, 25% de cromo y 20 % de níquel. Tiene gran resistencia a la corrosión originada por los ácidos y a la oxidación a elevadas temperaturas (1.100 °C) en condiciones reductoras o carburantes. Muy resistente al CREP. Recomendado para piezas para hornos, quemadores, cajas de cementación, crisoles de baños de sales, etc. 
AISI 332. Acero inoxidable austenítico 18-10, estabilizado con titanio. Posee menos del 0,08 % de carbono, 18 % de cromo, 9,5 % de níquel y 5 % de litanio. Sus propiedades son similares a las del 18/8 pero no admite tanto pulimento. Se utiliza para instalaciones aeronáuticas, hidráulicas y de vapor que precisen soldadura o que trabajen hasta 800 °C en instalaciones soldadas resistentes a los ácidos; también para la fabricación de productos químicos y alimenticios.

sábado, 13 de diciembre de 2014

Aceros austeníticos - I

Al igual que los aceros ferríticos, no presentan transformación alguna en el calentamiento, y por ello su estructura es austenítica a cualquier temperatura, como indica su nombre. Son amagnéticos y engrosan el grano a temperaturas elevadas o con permanencias largas, pero la fragilidad que adquieren no es tan peligrosa como la de los aceros ferríticos. La precipitación del carburo de cromo en las juntas de los granos hace que se produzca una pérdida de cromo en las inmediaciones de aquéllas. 
Las zonas en que se produce esta decromización pierden inoxidabilidad, quedando sensibilizadas a la corrosión intergranular. Para evitar la precipitación de carburos, puede disminuirse el contenido de carbono a un 0,03 %, o bien otros elementos, como el titanio o el niobio, más ávidos del carbono que del cromo. 
Los aceros con un porcentaje de carbono superior al 0,03 % deben ser sometidos a un temple austcnítico (hipertemple) a fin de disolver los carburos precipitados. En estos aceros y, en general, en todos los inoxidables y refractarios, el tiempo de permanencia a la temperatura de tratamiento térmico debe ser, como mínimo, el doble que en los aceros al carbono, por ser baja su conductividad calorífica. Dado que es difícil determinar el límite de proporcionalidad, se suele adoptar el que corresponde a un alargamiento permanente del 0,2 %. El carbono y el nitrógeno hacen aumentar la dureza y, por consiguiente, el límite elástico. 
Cuando se desea conseguir límites elásticos buenos en aceros con un porcentaje de carbono inferior al 0,03 %, se añade un 0,15 % de nitrógeno. El crecimiento del grano en estos aceros no ejerce influencia en las características mecánicas, pero tiene el inconveniente de hacer aparecer, en los aceros embutidos, lo que se denomina vulgarmente piel de naranja, que dificulta las operaciones de pulido. 
La ductilidad de estos aceros es muy grande, motivo por el cual se emplean tanto en la embutición. Una de las buenas propiedades de los aceros austcníticos es la ausencia de fragilidad a bajas temperaturas, lo contrario de lo que sucede en los martcnsíticos y fcrríticos. Mantienen rcsilicncias excelentes a temperaturas cercanas al cero absoluto (—273 °C). Por el contrario, las restantes características mecánicas varían notablemente (aumentan la carga de rotura y el límite elástico, y disminuye el alargamiento).
Los estudios realizados por Basticn y Dcdieu demuestran que, cuando se austeniza un acero del tipo 18/8 a 980 °C y se enfría en nitrógeno líquido, la permanencia a dicha temperatura hace que parte de la austenita se convierta en martensita. No es posible variar las características mecánicas de esta familia de aceros con un tratamiento térmico, ya que en el calentamiento no existe transformación estructural.

viernes, 12 de diciembre de 2014

Aceros martensíticos

Tienen la propiedad de adquirir gran dureza cuando se los enfría rápidamente una vez austenizados. Los aceros con un 12-14 % de cromo y un contenido de carbono de 0,20-0,50 % se emplean principalmente en cuchillería. Los aceros con un 16-18 % de cromo y un contenido de carbono de 0,60-1,20% adquieren, por temple, elevadas durezas, y son resistentes a la corrosión y al desgaste. Los tipos normalizados son: 
AISI-311. Acero inoxidable extradulce. Contiene menos del 0,1% de carbono, 13% de cromo y 0,30 % de níquel. Resiste la acción corrosiva atmosférica, la del agua corriente y la de los ácidos y álcalis débiles. Es fácilmente soldable. Se emplea para utensilios de uso doméstico, grifería, ornamentación, cubertería, etc 
AISI-312. Acero inoxidable por un 13% de cromo, para cuchillería. Se compone de 0,30 % de carbono, 13 % de cromo y 1 % de níquel. Resiste bien la acción del vapor de agua, amoníaco, vinagre, alcohol, sangre y ácido nítrico diluido. Es el más clásico de los aceros martensíticos inoxidables y se utiliza para cuchillos, navajas, tijeras, instrumentos de cirugía, piezas de maquinaria, etc. A
ISI-313. Acero inoxidable con un 17% de cromo. Contiene menos del 0,25 % de carbono, 17 %d e cromo y 2,50 % de níquel. Resiste la corrosión del agua del mar y la corrosión galvánica aun en contacto con otros materiales de diferente potencial electroquímico (bronce, latón). Tiene buena resistencia mecánica y Se emplea en piezas para buques, ejes de bombas, etc. Este tipo de acero inoxidable martensítico es probablemente el más aconsejable para trabajos du- ros en condiciones extremas y quizá sea uno de los más empleados para la fabricación de cabinas de pruebas de materiales en atmósfera controlada y con un gran porcentaje de salinidad; por ejemplo, para el control de recubrimientos especiales en chapas de acero, como el cinc.