Download Conferencia 11 Archivo
Document related concepts
Transcript
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 - 4X2B5M 4X3B2M2 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