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Tema VIII
Materiales Metálicos
Objetivos
Adquirir los conocimientos básicos sobre los
diferentes grupos de materiales metálicos y sus
aplicaciones.
Seleccionar materiales metálicos para aplicaciones
determinadas.
Tema VIII
Materiales Metálicos
Conferencia 11
Sumario
Selección de materiales
Aceros. Elementos de aleación. Aceros de construcción y de
herramientas. Composición y aplicaciones. Tratamientos
térmicos. Criterios de selección.
Marcaje de los aceros según norma AISI-SAE y GOST
Bibliografía Básica :
Metalografía, Tomo II, A. P. Guliaev, pp 11-290
W. Callister , pp 251-380
Selección de materiales en el diseño
Función
Propiedades
Material
Forma
Proceso
Tecnológico
Propiedades a tener en cuenta en el proceso de
selección
Propiedades
Mecánicas
Dureza
Resistencia
Módulo Elástico
Límite fluencia
Tenacidad
Propiedades Químicas
Propiedades Físicas
Resistencia a la
corrosión
Resistencia a la
oxidación
Densidad
Conductividad térmica y
eléctrica
Temperatura de fusión
Propiedades magnéticas
Otros factores a tener en cuenta
•
•
•
•
•
Disponibilidad
Maquinabilidad
Estética
Precio
Medio Ambiente
Clasificacion de los materiales
Aleaciones ferrosas
Metales
Aleaciones no férreas
Compuestos
Cerámicos
Polímeros
Metales
Los elementos de aleación
se adicionan intencionalmente
variar estructura y propiedades
Los aceros donde se usan
elementos de aleación reciben el
nombre de aceros aleados
Influencia de los e.a en el acero
En el polimorfismo del Fe
• Estabilizan la ferrita: Cr, Si, Al, W, Mo, Ti
• Estabilizan la austenita: Mn, Ni
En la estructura
• Carburizantes :Cr, Mn, W, Mo..
• Grafitizantes : C, Si, Al
Formas en que aparecen los e.a.
•Como elementos puros (Cu, Pb, Ag)
•En forma de compuestos intermetálicos con el Fe o
entre sí (Mn, Al, etc)
•En forma de inclusiones no metálicas (sulfuros,
óxidos, nitratos)
• En fase de carburos simples o complejos (Cr, W,
Ti, V, Nb, Mo, Fe)
• Disueltos en s.s. (Mn, Si, Cr, Ni, …)
Principales propiedades mecánicas
11
Influencia de los elementos de aleación en la
posición del punto eutectoide del diagrama Fe-C
Influencia en la dureza y tenacidad del acero
Influencia en el umbral de fragilidad en frío
Influencia en la cinética de descomposición de la
austenita. (disueltos y formando carburos)
Templabilidad
Bainita
1: Acero al carbono
2: Acero aleado con elementos
que no forman carburos
(exc. Al y Co)
1: Acero al carbono
2: Acero con elementos que
forman carburos
Influencia en la transformación martensítica
Clasificación de los aceros (Aplicación)
•Construcción
•Herramientas
•Propiedades
físico-químicas
especiales
Aceros estructurales
Aceros de
construcción
Aceros para
elementos de
máquinas
Aceros para cementar
Aceros para
termomejoramiento.
Aceros para muelles
Aceros para estructuras: (soldabilidad)
•Tienen bajo contenido de C< 0.22-0.25%
•El aumento de su resistencia se consigue
aleandolo con elementos baratos como el Mn y el
Si
•Construcción de puentes, gasoductos, oleoductos,
estructuras metálicas de edificios
•CT1, CT2, CT3, 17GC, 16G2AF
Aceros para elementos de máquina
Aceros para cementar
Aceros de bajo contenido de
C(0.1-0,25%) Difusión del C
TT:
C+T+Revenido bajo
obtener
una
dureza
superficial de 60 HRC y un
núcleo tenaz de 15-30 HRC
Los aceros para cementar deben dividirse en tres
grupos:
Aceros al carbono con núcleo que no se endurece( F+P
en el núcleo). Aceros al carbono. Acero 10, 20
Aceros que el núcleo se endurece poco (Bainita). Aceros
bajo aleados 15X, 20XH
Aceros con núcleo que se endurece (Martensita) Aceros alto
aleados. 18XGT, 12XH3, 12X2H4
Criterios de selección de los aceros para cementar
En la medida que se necesite mayor
resistencia se usan aceros con mayor
contenido de elementos de aleación
• Piezas simples que no tienen cargas
importantes: Ac. al carbono
• Piezas complejas de gran responsabilidad:
Ac alto aleados
Aceros termomejorables
•
•
•
•
0.4-0.6%C
٤e.a=3-5% (Ni, Cr, Mn, Mo)
0.1% de afinadores de grano
Elementos de máquina sometidos a cargas
dinámicas: tenacidad
• 40, 45, 40XH, 40XHM, 30XH3
• TT: Temple( aceite) + Revenido alto
• Hay que considerar la fragilidad de
revenido
Criterios de Seleccion
• Templabilidad: A mayor sección más aleado el
Ac
• En piezas de grandes secciones que sean
proclives a la fragilidad de revenido de II
genero usar Mo (0.15-0.30)
• Tener en cuenta el Ni para piezas de
configuración complejas y grandes secciones
Aceros para Muelles
• % de C(0.5-0.7)
• En aquellas piezas que necesiten de un alto
límite elástico
• E.A fundamentales: Mn, Si
• T.T ( Temple + Revenido medio)
• 65, 50C2, 65G, 50XF
Aceros para herramientas
¿Cuales son las propiedades
necesarias en un acero de
herramienta?
Ciencia de los Materiales II
Conferencia 2
Características de los aceros de herramientas
•
•
•
•
•
Alta Dureza
Alta Resistencia Mecánica
Alta Resistencia al Desgaste
No alterar sus dimensiones
Estabilidad al rojo
Elevado contenido de carbono, presencia de elementos
de aleación en dependencia de la templabilidad y otras
propiedades requeridas.
Corte
Aceros para herramientas
%C >0.7-1.5%
Conformación
Instrumentos de
medición
Aceros para Herramientas de corte
• Baja
templabilidad
(elaboración
de
materiales
relativamente
blandos,
regímenes de corte ligeros)
• Alta
templabilidad
(elaboración
de
materiales más duros y regímenes de corte
mas severos, Vcorte pequeñas)
• Aceros rápidos (elaboración de materiales
duros, con regímenes de corte severos,
altas temperaturas)
Ac. De herramientas (Rápido)
El Acero rápido debe garantizar:
• Gran dureza en caliente.
• Estabilidad al rojo.
• Gran resistencia al desgaste.
¿ Cómo es posible que la dureza no
disminuya al aumentar la
temperatura?
1- Aleac. dura
2- Ac. rápido
3- Ac. al C
Estabilidad al rojo: Conservar la dureza durante
períodos largos de calentamiento.
W, Mo, Cr, V suficiente para que fijen todo el carbono
en los carburos especiales
Aceros rápidos para herramientas de corte.
Carbono %
Elem de aleac.
fundam
Propiedades
Régimen típico de
Trat. Térmico
Marcas de aceros
0,85 – 1,5
W (5,5 – 19 %)Cr (3,0 – 4,6 %)
V (1,0 – 5,1 %)Mo (0,5 – 5,5 %)
Co (5,0 – 10,5 %)
Alta dureza (59 – 66 HRc)
Alta resistencia al desgaste
Mayor templabilidad
Recoc Isotérm,T escalonado( T)
Revenido altos sucesivos (3)
P9, P18, P6M5, P10K5F5
Criterios de selección de aceros para
herramientas
•
•
•
•
•
•
•
Tipo de herramienta y condiciones de trabajo
Dureza
Templabilidad
Indeformabilidad
Resistencia al desgaste
dureza en caliente
Propiedades mecánicas en general
Para el trabajo de metales por presión se
utilizan herramientas
como troqueles,
punzones, rodillos, cilindros de laminación
que deforman el metal. Este tipo de
herramientas se fabrican de aceros para
matrices
Aceros para conformar (matrices)
Los aceros de matrices se dividen en dos grupos:(T
Recristalización)
• Para deformar metal en frío.
• Para deformar metal en caliente.
Con Golpes (Martillo)
o
sin Golpes (Prensa)
Conformacion en
frio
Aceros para deformar metal en frío.
• Resistencia y dureza que superen grandemente las del
material a ser conformado.
• Resistencia al desgaste lo suficientemente alta que asegure la
no variación de las dimensiones de trabajo durante un largo
período de explotación.
• Resistencia al impacto satisfactoria, la cual debe ser mayor
para los troqueles que trabajan a impacto.
• Templabilidad.
• Cambios volumétricos mínimos, en el caso de los aceros
utilizados para la fabricación de troqueles de forma compleja.
Aceros para matrices (en frío)
• Sin golpes
– Aceros al carbono Y10, Y11, Y12 (BT)
– Aceros al Cr 9X, 9X2, (MT)
– Aceros para conformar en condiciones severas
X12M, X12, X12BM…(alta templabilidad)
• Con Golpes
– 4XC, 6XC, 5XB2C, 6XB2C
TT, Temple+ Rev bajo
Aceros para deformar metal en caliente
•
•
•
•
•
Además de las ya vistas en la conformación en frío
Resistencia en caliente a altas temperaturas.
Estabilidad al rojo
Resistencia a la fatiga térmica
Tenacidad para que las estampas de forja no se rompan
durante el trabajo al golpear el metal que se deforma.
• Templabilidad profunda.
• Adhesividad.
Aceros para deformar metal en caliente.
• Con golpes (forja y estampado)
Y7 - Y8 - Y9
5XHM – 5XHC – 5XHT – 5XHB
5XHCB – 5XGM
• Sin golpes (prensa)
3X2B8 - 4X2B5M
4X3B2M2
Tratamiento Térmico: Temple+Rev. bajo
Marcaje de los aceros según la norma AISI-SAE
Aceros al carbono y de baja aleación
Se utilizan series de 4 o 5 números XXXX
El primer dígito se refiere al tipo de acero, el segundo en
algunos casos se refiere al contenido en porciento del
elemento de aleación principal.
Los últimos dos o tres dígitos se refiere al contenido
medio de carbono
Marcaje de los aceros (AISI)
• 10XX
11XX
• 12XX
• 13XX
• 23XX
• 25XX
• 31XX
• 33XX
• 40XX
41XX
• 43XX
• 44XX
45XX
• 46XX
• 47XX
Al carbono no resulfurados
Al carbono resulfurados
Al carbono resulfurado y refosforado
1.75%Mn
3.5%Ni
5% Ni
1.25%Ni, 0.8%Cr
3.5%Ni
0.25%Mo
0.9%Cr, 0.12-0.2%Mo
1.8%Ni, 0.8%Cr, 0.25%Mo
0.4%Mo
0.52%Mo
1.8%Ni, 0.25%Mo
1%Ni, 0.45%Cr, 0.25%Mo
Marcaje de los aceros (AISI)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
48XX
50XX
51XX
51XXX
52XXX
61XX
86XX
87XX
88XX
92XX
93XX
94XX
97XX
98XX
3.5%Ni, 0.25%Mo
0.4%Cr
0.8-1%Cr
1%C, 1.05%Cr
1%C, 1.45%Cr
0.6-0.9Cr, 0.115V
0.55%Ni, 0.5Cr, 0.2Mo
0.55%Ni, 0.5Cr, 0.25Mo
0.55%Ni, 0.5Cr, 0.3Mo
0.85%Mn, 2%Si
3.25%Ni, 1.2%Cr, 0.12%Mo
0.45%Ni, 0.4%Cr, 0.12%Mo
0.55%Ni, 0.17%Cr, 0.2%Mo
1%Ni, 0.8%Cr, 0.25%Mo
Los aceros para herramientas según AISI se dividen en nueve grupos
principales y sus correspondientes símbolos son dado en la siguiente tabla:
•Templado en agua
W
•Resistente al choque
S
•Para trabajo en frío templado en aceite
O
•Para trabajo en frío medio aleado templado en aire
A
•Para trabajo en frío alto al (Cr y C )
D
•Para moldes
P
•Para trabajo en caliente (Cr, W, M )
H
•Altas velocidades( W)
T
•Altas velocidades( M)
M
Norma Gost
• Los 2 primeros números de manera general indican
el %C multiplicado por 100
• Cada letra indica el elemento de aleación usado y los
números que le siguen el % en que se encuentra
• Cuando no aparece número tras la letra indica que el
contenido es hasta el 1%
• A significa que es de alta calidad Metalúrgica si se
coloca al final de la marca y si se encuentra en medio
de los signos de la marca indica nitrogeno
Elementos de aleación
•
•
•
•
•
•
•
•
•
X cromo
H Níquel
M Molibdeno
Φ vanadio
T titanio
C Silicio
Γ Manganeso
B Wolframio
Ю Aluminio
Aceros de herramientas
• Y#
• P
Aceros al carbono (# %C*10)
Aceros rápidos
Gracias por la atención prestada