03 aleaciones metalicas

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




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


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


FERRITASolución sólida α

Max. Cont. de carbono 0.0252 wt%


Dureza 90 HB


Estructura cristalina BCC


PERLITAMezcla eutectoide α + Fe3C

Cont. de carbono 0.76 wt %


Dureza 20 HRC


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


CARBONO

Diagrama Fe-C para una acero de 12 % Cr

Diagrama Fe-C para una acero de 18 % Cr


CARBONO

Diagrama Fe-C para una acero de 18 % Cr, 8% Ni


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.


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.



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


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)


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


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


ACEROS AL MANGANESO

Bajo % de Mn Tenacidad; formación de MnS

Resistencia y dureza

Mn >10% Acero austenítico “HADFIELD” Resistencia al desgaste Resistencia mecánica Ductilidad


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


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


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


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 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 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 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

.


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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