informe final aplicaciones alternativas a los metales metal iii

1 PROYECTO METAL PLUS: ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DEL EMPLEO DE NUEVOS MATERIALES Y TECNOLOGÍAS PARA LAS APLICACIONES TRADICIONALES DE LOS FABRICADOS METÁLICOS Este Estudio se enmarca dentro del II Plan de Competitividad de la Empresa Valenciana del Sector Metal, promovido por el IMPIVA y con la cofinanciación del Programa Operativo FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional) PROMOVIDO POR: COFINANCIADO POR: 2 TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 2. OBJETIVOS 3. SECTORES PRODUCTIVOS EN LA COMUNIDAD VALENCIANA 3.1. PRIMERA TRANSFORMACIÓN Y SEMIPRODUCTOS 3.2. MAQUINARIA Y BIENES EQUIPO 3.3. CARPINTERIA METÁLICA 3.4. MOLDE, MATRICERÍA, ESTAMPACIÓN Y FUNDICIÓN 3.5. COMPONENTES ELÉCTRICOS/ELECTRÓNICOS 3.6. ELEMENTOS DE ILUMINACIÓN 3.7. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES 3.8. INDUSTRIA AUXILIAR MECÁNICA 3.9. ARTE EN METAL 3.10.
COMPONENTES AUTOMOCIÓN 3.11.
OTROS PRODUCTOS METÁLICOS 4. MATERIALES UTILIZADOS ACTUALMENTE Y APLICACIONES 4.1. COBRE Y ALEACIONES DE COBRE 4.1.1. Propiedades del cobre forjado, cobre fundido y sus aleaciones 4.1.2. Principales Aplicaciones del cobre forjado, cobre fundido y sus aleaciones 4.2. ZINC Y ALEACIONES DE ZINC 4.2.1. Recubrimientos de Zinc 4.2.2. Zinc y aleaciones de Zinc Fundidas 4.2.3. Zinc y aleaciones de Zinc Forjadas 4.3. HIERROS Y ACEROS 4.3.1. Clasificación y aplicaciones del hierro fundido 4.3.1.1. Hierro Gris 4.3.1.2. Hierro Dúctil 4.3.1.3. Hierro de Grafito Compacto 4.3.1.4. Hierro Blanco 4.3.1.5. Hierro Maleable 4.3.2. Clasificación y Aplicaciones de los aceros 4.3.2.1. Aceros al Carbono 4.3.2.2. Aceros de Baja Aleación 4.3.2.3. Aceros de Alta Aleación 5. ALTERNATIVAS A LOS MATERIALES UTILIZADOS ACTUALMENTE 5.1. ACEROS AVANZADOS DE ALTA RESISTENCIA (AHSS) 5.1.1. Definición y Clasificación de los AHSS 5.1.2. Metalurgia de los AHSS 5.1.2.1. Aceros Fase Dual (DP) 5.1.2.2. Aceros con Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP) 5.1.2.3. Aceros de Fase Compleja (CP) 5.1.2.4. Aceros Martensíticos (MS) 3 5.1.2.5. Aceros Ferrítico‐Bainítico (FB) 5.1.2.6. Aceros con Plasticidad Inducida por Unión (TWIP) 5.1.2.7. Aceros Formados en Caliente (HF) 5.1.2.8. Aceros Tratables Térmicamente Pos‐formado (PFHT) 5.1.3. Aplicaciones de los AHSS 5.1.4. Evolución de los AHSS 5.2. MAGNESIO Y ALEACIONES DE MAGNESIO 5.2.1. Características del Magnesio 5.2.2. Identificación de las Aleaciones de Magnesio 5.2.3. Elementos de Aleación 5.2.4. Aleaciones de Magnesio Fundidas 5.2.5. Aleaciones de Magnesio Forjadas 5.2.6. Aplicaciones del Magnesio y Aleaciones de Magnesio 5.2.7. Investigación y Desarrollo del Magnesio y sus Aleaciones 5.3. TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO 5.3.1. Historia 5.3.2. Características Generales y Propiedades Físicas 5.3.3. Aleaciones y Diagramas de Fase 5.3.4. Desarrollo Microestructural 5.3.5. Propiedades Mecánicas 5.3.6. Propiedades químicas y comportamiento a corrosión 5.3.7. Selección de las Aleaciones de Titanio y Aspectos de Diseño 5.3.8. Aplicaciones 5.4. ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO 5.4.1. Características del Aluminio 5.4.2. Sistemas de Designación de Aleaciones y Tratamientos Térmicos 5.4.2.1. Aleaciones de Aluminio Forjadas 5.4.2.2. Aleaciones de Aluminio Fundidas 5.4.2.3. Tratamientos Térmicos 5.4.3. Propiedades Mecánicas para Aleaciones de Aluminio Forjadas y Fundidas 5.4.4. Desarrollo de las Aleaciones y Procesos de Fabricación para el Aluminio 5.4.4.1. Aleaciones de Aluminio‐Litio 5.4.4.2. Nuevas Aleaciones de Aluminio para la Automoción 5.4.4.3. Espumas de Aluminio 5.4.4.4. Compuestos de Matriz Metálica base Aluminio 5.4.4.5. Soldadura por Fricción (Friction Stir Welding, FSW) 5.5. NÍQUEL Y ALEACIONES DE NÍQUEL 5.5.1. Propiedades del Níquel y Aleaciones de Níquel 5.5.2. Aplicaciones y Características del Níquel y Aleaciones de Níquel 6. CONCLUSIONES 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 4 INTRODUCCIÓN El presente estudio se constituye dentro del proyecto “Metal+: Viabilidad del empleo de nuevos materiales y tecnologías para las aplicaciones tradicionales de los fabricados metálicos” que ha sido cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), a través del IMPIVA y la Conselleria de Industria, Comercio e Innovación dentro del II Plan Sectorial de Competitividad de la Empresa Valenciana (Sector Metal). En la actualidad las empresas se encuentran enfrentadas a profundos cambios ocasionados por la tecnología, la competencia global y nuevas formas de operar. El sector Metalmecánico de la Comunidad Valenciana, no es ajeno a estos cambios, además por tener una amplia relevancia debe potenciar los avances tecnológicos que permitan desarrollar una infraestructura de industrias duras que respondan a los requerimientos del desarrollo productivo sectorial. En los últimos años, el equipamiento y la organización de los procesos industriales del sector metalmecánico han sufrido una profunda reestructuración. En ese nuevo entorno de la demanda se constata la necesidad de estar en permanente contacto con el mercado, para atender rápidamente a las nuevas tendencias y producir una gran diversidad de productos en series pequeñas o medianas, con flexibilidad, calidad y productividad. Hasta hace aproximadamente 50 años, los únicos materiales utilizados en aplicaciones de ingeniería o estructurales eran los metales, sin embargo, la creciente demanda de materiales con propiedades cada vez más específicas, como resistencia química en ambientes altamente agresivos, la resistencia a alta temperatura, la resistencia al desgaste y el bajo peso, motivó la aplicación y el desarrollo de nuevos materiales con mejores prestaciones mecánicas. Por todo esto, constantemente se buscan alternativas para mejorar a los materiales tradicionales o reemplazarlos con nuevas materias primas y superar de la mejor forma posible sus desventajas. Entre esos materiales se tienen las aleaciones superplásticas, los nuevos aceros refractarios e inoxidables, las aleaciones con memoria de forma, las aleaciones para pulvimetalurgia, las aleaciones magnéticas y con propiedades eléctricas especiales, los nanoestructurados y los vidrios metálicos, con propiedades magnéticas muy particulares, las aleaciones ligeras con buena relación resistencia/peso, etc. Para dar una idea de las tendencias en desarrollo e investigación en materiales metálicos, se presentan los campos señalados por el programa de materiales metálicos Euram de la Comunidad Económica Europea (CEE). •
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Mejoramiento de las aleaciones de aluminio clásicas y desarrollo de otras nuevas para uso en la industria del transporte, en donde la relación de propiedades mecánicas a peso específico es muy importante. Desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio, magnesio y titanio mediante técnicas de pulvimetalurgia. Desarrollo de aleaciones livianas superplásticas. Desarrollo de aleaciones de aluminio y de magnesio utilizando técnicas de solidificación rápida en atmósfera inerte y técnicas de vaciado, como la llamada "rheocasting". Simplificación de métodos de obtención de aleaciones de titanio. 5 •
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Desarrollo de nuevas aleaciones de magnesio con resistencias mejoradas, tanto mecánicas como químicas, y que se adapten a las técnicas de vaciado modernas como la de “thixocasting”. Obtención de nuevos materiales para contactos eléctricos y electrónicos para sustituir a los usados actualmente, como la plata, el platino y el oro. Desarrollo de nuevas tecnologías para el tratamiento de superficies de los materiales para maquinaria y herramientas de corte, aleaciones de magnesio y acero y contactos eléctricos, para protegerlos de la erosión provocada por el fenómeno del arco eléctrico Creación de materiales metálicos magnéticos de alto rendimiento y poco costosos. Desarrollo de técnicas para colado de componentes de paredes delgadas. De esta manera es necesario conocer de primera mano cuales son los materiales utilizados en la actualidad para la fabricación de piezas y cuáles son las posibles alternativas de materiales avanzados de fabricación teniendo en cuenta los progresos en investigación, desarrollo e innovación. 6 2. OBJETIVOS •
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Identificar los materiales utilizados en la actualidad en el sector metalmecánico de la comunidad valenciana. Proponer materiales alternativos avanzados de interés industrial. Analizar el estado actual del mercado de los materiales actualmente utilizados y de los materiales alternativos. Abrir expectativas de cambio en las empresas del sector metalmecánico de la comunidad valenciana en las nuevas alternativas de materiales base metálica y mostrar las tendencias tecnológicas actuales. 7 3. SECTORES PRODUCTIVOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN LA COMUNIDAD VALENCIANA Teniendo en cuenta el ‘Estudio Tecnológico del Sector del Metal’ de la Comunidad Valenciana realizado por FEMEVAL (Federación Empresarial Metalúrgica Valenciana) y AIMME (Asociación de Investigación de la rama Metalmecánica, afines y conexas), se han identificado las actividades que se encuentran en el sector metalmecánico de la comunidad valenciana y son las siguientes: a) primera transformación y semiproductos, b) maquinaria y bienes equipo, c) carpintería metálica, d) molde, matricería, estampación y fundición, e) componentes eléctricos/electrónicos, f) elementos de iluminación, g) tratamientos superficiales, h) industria auxiliar metalmecánica, i) arte en metal, j) componentes de automoción y k) otros productos metálicos, donde se utilizan diversas materias primas para la obtención de sus productos. A continuación enumeramos las actividades y resaltamos las materias primas utilizadas. 3.1. PRIMERA TRANSFORMACIÓN Y SEMIPRODUCTOS La actividad industrial que desarrolla esta industria engloba a los procesos de transformación del material metálico como materia prima en semiproductos a usar por otras actividades de fabricación. Como principales procesos podemos distinguir: procesos de laminación, procesos de extrusión, procesos de conformado en caliente, procesos de fundición. Las actividades relacionadas con los procesos mencionados anteriormente y que podríamos especificar son las siguientes: o
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Fabricación de productos básicos de hierro, acero y ferroaleaciones Tubos de hierro, acero y accesorios Estirado en frío Laminado en frío Producción de perfiles en frío por conformación con plegado Trefilado en frío Producción y primera transformación de metales preciosos y de otros metales no férreos: metales preciosos, aluminio, plomo, zinc, estaño, cobre y otros metales no férreos (incluyendo recuperación) Como materias primas encontramos metales férreos y no férreos, de los que podemos destacar: acero, zamak, aluminio y latón. Como productos y mercados se identificaron los siguientes: o
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Automoción. Grifería, sanitarios, auxiliares, etc. Iluminación. Construcción. Joyería y bisutería. Este sector se encuentra acusado por el aumento de los costes de materia prima a nivel global, repercutiendo en la estructura de su negocio. Además se están popularizando otros materiales 8 para los productos que fabrican, tales como: aleaciones de metales ligeros (Titanio y Magnesio), materiales poliméricos, materiales pulvimetalúrgicos, etc. La variedad de tipos de materiales y las crecientes exigencias en calidad de los semiproductos hace que este sector esté en continua evolución. Ante los cada vez mayores consumos de materiales y su constante diversificación, el segmento ha de plantearse un aumento de la flexibilidad de sus procesos productivos, así como del incremento de la productividad de los mismos. Según las plataformas tecnológicas europeas EUMAT (Materiales Avanzados) y ESTEP (Plataforma del acero), las tendencias tecnológicas del futuro pasan por: o
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Multimateriales y composites metálicos. Materiales ligeros (Aluminio, Titanio, Magnesio, etc.). Aceros de alta resistencia y ultra bajo contenido en CO2. Aceros Híbridos. Preformas cercanas al producto final en el menor número de pasos. Recubrimientos sobre acero por vías diferentes a la húmeda (electroquímica). Mayor intensidad de la exigencia de reciclabilidad de los materiales. Nuevos procesos (tixoprocesos, etc.). 3.2. MAQUINARIA Y BIENES EQUIPO Este sector comprende aquellas empresas que realizan actividades relacionadas con el diseño, fabricación y montaje de maquinaria, equipos y subconjuntos metalmecánicos, eléctricos y electrónicos de utilización industrial. Los procesos comunes a estas actividades son los de desarrollo y montaje, siendo complementarios los de fabricación. La principal materia prima utilizada en el sector es el acero y otros materiales ferrosos y aleaciones, aunque cada vez más nos encontramos con plásticos y sus derivados que componen la estructura de la máquina. Así mismo se utilizan una gran variedad de elementos y componentes eléctrico – electrónicos, así como mecánicos utilizados para diseñar y fabricar la parte de control y los accionamientos de las máquinas y equipos industriales. Como productos y mercados se identificaron los siguientes: o
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Piezas y subconjuntos mecánicos. Maquinaria para agroalimentación y hostelería. Equipos de elevación y transporte. Maquinaria para la industria cerámica. Maquinaria para la manipulación de papel, cartón, envase y embalaje. Equipos de calor, refrigeración e hidráulicos. Maquinaria para trabajar el metal. Maquinaria para trabajar la madera. Maquinaria para la industria de la piel, cuero y calzado. Maquinaria para la construcción. Maquinaria para industria textil y de confección. Maquinaria para caucho y plástico. 3.3. CARPINTERÍA METÁLICA 9 Esta agrupación de empresas se estructura alrededor de operaciones básicas de corte, taladrado y ensamblado de perfiles y chapas férricas y alumínicas. La materia prima férrica viene en forma de perfiles conformados en geometrías estándar (tubos, cuadrados, H, U, T, L) y chapa lisa o corrugada. En cuanto al aluminio, se procesa a partir de chapa lisa o corrugada y perfiles extruidos. Las operaciones básicas son: o
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Corte (cizallado, corte por sierra, láser, oxicorte). Taladrado. Conformado (curvados, doblados). Ensamblado (unión doblada, remachado, atornillado, soldadura). Acabado (normalmente pintado). Diferentes tendencias tecnológicas se pueden incluir en este sector: •
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Aumento de presencia de aluminio en todos los fabricados (salvo en el caso de estructuras metálicas). Materiales alternativos como plásticos y polímeros compuestos para el sector de la construcción. Perfiles con rotura térmica, mecanismos oscilo – batientes en construcción, presencia de elementos eléctricos, etc. 3.4. MOLDE, MATRICERÍA, ESTAMPACIÓN Y FUNDICIÓN Este sector comprende las actividades de fabricación del útil (moldes y matrices) junto con las de producción. Los moldes y matrices fundamentalmente se mecanizan por procesos de fresado, torneado, rectificado y para ciertos detalles se utilizan procesos de electroerosión. Los moldes y matrices se fabrican generalmente se fabrican de acero (aceros para trabajo en frío y aceros para trabajo en caliente). Por lo general, para aumentar las propiedades mecánicas del material y adecuarlo a las condiciones que exige el proceso de transformación, se suelen templar y a veces nitrurar. Los procesos de fabricación (fundición inyectada y estampación) se realizan sobre materiales como chapa metálica, chapa galvanizada, aluminio, zamak, latón, bronce y otras aleaciones no férricas. Se consideran dentro del sector de moldes y matrices aquellas empresas que fabrican el utillaje para los siguientes sectores: o
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Inyección de plástico. Inyección de metales. Estampación. Embutición. Forja. Este sector está observando el aumento en las materias primas y por eso la tendencia a mejorar este factor, desarrollando materiales con mejores propiedades tribológicas. Además se están desarrollando los procesos de estampación sin matriz. 3.5. COMPONENTES ELÉCTRICOS/ELECTRÓNICOS Este es un segmento muy variado, articulado alrededor de dos factores: capacidad de desarrollo de producto y funcionamiento vinculado a la disciplina de la ingeniería 10 eléctrica/electrónica. El subsector es un tradicional proveedor de los fabricantes de maquinaria y equipo electrónico final, así como de las actividades de servicio industrial (automatización, reparación y mantenimiento). El en campo del equipamiento eléctrico, el mercado de la distribución eléctrica es también considerable. Sus productos pertenecen al terreno de los componentes eléctricos, como motores, transformadores, componentes de sonorización y comunicación, componentes de automatización, etc. 3.6. ELEMENTOS DE ILUMINACIÓN Se consideran como empresas fabricantes de elementos de iluminación los fabricantes de luminarias aunque también empresas que fabrican componentes para dicho producto. Los materiales mayoritariamente utilizados siguen siendo las aleaciones no férricas (latón y zamak), aunque el aluminio empieza a ser un elemento muy significativo en la luminaria de carácter moderno. Otros materiales como aceros inoxidables y materiales no metálicos aparecen minoritariamente. Los procesos de fabricación principales son de tipo seriado: o Fundición inyectada. o Fundición en coquilla. o Forja. Tratándose de un producto cuya funcionalidad es básica, las tendencias tecnológicas visibles son variadas aunque concretas: o Presencia de nuevos materiales (plásticos y compuestos cerámicos). o Introducción de técnicas para mejorar los diseños y productos (CAD y fabricación rápida). 3.7. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Este segmento agrupa todos los procesos que modifiquen el estado superficial de los materiales, especialmente los metálicos. Entre los principales procesos podemos distinguir: o
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Procesos de tratamientos térmicos Procesos de pretratamientos mecánicos (lijado, pulido, vibrado, granallado). Procesos de anodizado Procesos de conversión, pasivados y fosfatados. Procesos de recubrimientos metálicos galvánicos. Procesos de inmersión en caliente, galvanizados. Procesos de recubrimientos orgánicos, pinturas y barnices. Como materias primas podemos destacar: o
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Compuestos químicos. Sales metálicas galvánicas. Metales férreos y no férreos. Pinturas y barnices. Agua. 11 Gran parte de los movimientos tecnológicos detectados vienen marcados por los impactos medioambientales ligados a los procesos productivos y a los ciclos de vida de los propios productos tratados. Entre estos medios tecnológicos están: o Materiales alternativos sustitutivos de los que producen un gran impacto medioambiental y dominar los procesos vinculados (pinturas con base agua, eliminación de cianuros en baños, sustitución del cromo, etc.). o Mayor flexibilidad de acabados (PVD, CDV, etc.). 3.8. INDUSTRIA AUXILIAR MECÁNICA Aquí se agrupan las empresas que aplican procesos productivos mecánicos a elementos mecánicos, sin tener ni decisiones ni responsabilidades de diseño sobre dichos elementos. Entre estos procesos podemos considerar: o
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Mecanizado (fresado, torneado, roscado, etc.). Conformado (doblado, punzonado, estampado). Rectificados. Soldadura. Corte (cizallas, oxicorte, láser, etc.). Las principales materia primas son: acero, aluminio, zamak y latón en diferentes formas, bien como preformas simples (chapa, tubo, cilindro y cuadrado), bien como componentes destinados a productos finales. 3.9. ARTE EN METAL Dentro de este sector, además de actividades de joyería, cabe considerar los herrajes ornamentales y la forja artística. Los principales procesos de fabricación son los de estampación, forja y fundición de metales (microfusión, fundición a presión y fundición por gravedad). Las principales materia primas utilizadas dependen del tipo de producto que se fabrica. En el caso de la joyería, la materia prima por excelencia es el oro, la plata y en menor medida el platino. Para el resto de sectores los metales de partida son aleaciones de zinc, aleaciones de aluminio, cobre, latón. o
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Los productos y mercados considerados son: Joyería y bisutería. Herrajes decorativos Grifería Forjas artísticas. Ciertos factores amenazan el sector, como lo son: el aumento en el coste de las materias primas y de los costes energéticos. Sin embargo las tendencias tecnológicas hacen siempre que surjan nuevas alternativas de mercado: o Nuevos materiales y recubrimientos (oros coloreados, titanios, rodio, platino, aceros quirúrgicos, nuevas aleaciones). o Aplicación de CAD. o Aplicación de soluciones de bajo coste en prototipado rápido y fabricación rápida. 12 3.10.
COMPONENTES DE AUTOMOCIÓN En este sector los procesos son muy variados, aunque están condicionados por las necesidades de elevada producción, por lo que son mayoritariamente procesos de conformado metálico: o Estampación y embutición. o Sinterizado. o Doblado y perfilado. Las materias primas principales están en continua evolución y son relativamente variadas: acero, aluminio, compuestos, ABS, etc. Sin embargo, en la comunidad valenciana predominan los aceros (actualmente los aceros de alto límite elástico) en perfil o chapa. 3.11.
OTROS PRODUCTOS METÁLICOS Este segmento acumula gran variedad de transformados metálicos orientados tanto al mercado industrial como al de consumo. o
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Señalización Vial. Instrumentos médico – quirúrgicos, de precisión, óptica y relojería. Fabricación de pernos, tornillos, cadenas y muelles. Mobiliario metálico, esqueletaje, varillaje. Cables, eslingas, soportes y otros elementos de sujeción. Artículos de ferretería y cerrajería. Artículos de cocina y menaje. Accesorios de baño. Herramientas, útiles agrícolas. Instrumentos musicales, adornos, trofeos, marroquinería. Artículos deportivos. Recipientes y envases metálicos. Otros aparatos domésticos no eléctricos. 13 4. MATERIALES UTILIZADOS ACTUALMENTE Y APLICACIONES 4.1. COBRE Y ALEACIONES DE COBRE El cobre y las aleaciones de cobre constituyen uno de los principales grupos de metales comerciales. Son muy utilizados debido a su excelente conductividad eléctrica y térmica, excepcional resistencia a la corrosión, facilidad de fabricación y buena resistencia y resistencia a la fatiga. Generalmente son amagnéticos. Se pueden soldar fácilmente y muchos cobres y aleaciones de cobre se pueden soldar por diversos métodos: gas, arco, y resistencia. Para partes decorativas, hay disponibles aleaciones estándar con colores específicos. Las aleaciones de cobre se pueden pulir y dar brillo a casi cualquier textura y brillo deseado. Pueden ser chapadas, recubiertas con sustancias orgánicas o coloreadas químicamente para seguir ampliando la variedad de acabados. El cobre puro se utiliza ampliamente para cables y alambres, contactos eléctricos, y una variedad de otras partes que se requieren para transportar la corriente eléctrica. El cobre y ciertos latones, bronces, y cuproníqueles se utilizan ampliamente en la industria automotriz, radiadores, intercambiadores de calor, sistemas de calefacción, paneles para la absorción de la energía solar y otras aplicaciones que requieren una conducción rápida de calor a través o a lo largo de la sección del metal. Debido a su excepcional capacidad de resistencia a la corrosión, el cobre, latón, algunos bronces y cuproníqueles se utilizan para tuberías, válvulas y accesorios en sistemas de transporte de agua potable u otros líquidos acuosos. En todas las clases de aleaciones de cobre, algunas composiciones de las aleaciones para productos forjados tienen productos homólogos entre las aleaciones fundidas; esto permite al diseñador hacer una selección inicial de la aleación antes de decidir sobre el proceso de fabricación. La mayoría aleaciones forjadas están disponibles en varias condiciones de trabajado en frío y la resistencia a temperatura ambiente y la resistencia a la fatiga de estas aleaciones dependerá de la cantidad de trabajo en frío, así como el contenido de aleación. Las aplicaciones típicas de las aleaciones forjadas trabajadas en frío (endurecidas por trabajo en frío) incluyen resortes, sujetadores, pequeños engranajes, levas, contactos eléctricos y componentes. Ciertos tipos de piezas, sobre todo los accesorios de plomería y válvulas, se fabrican por forja en caliente simplemente porque ningún otro proceso de fabricación puede producir las formas y obtener las propiedades de una forma tan económica. Las aleaciones de cobre que contienen de 1 a 6% Pb son grados sin mecanizar. Estas aleaciones se usan ampliamente para piezas mecanizadas, especialmente las que se fabrican en máquinas de roscar. Aunque actualmente de producen menos aleaciones, se siguen introduciendo y desarrollando nuevas aleaciones, en particular para satisfacer los complejos requisitos de la industria electrónica. 4.1.1. Propiedades del Cobre forjado, Cobre Fundido y sus Aleaciones. Junto con la tenacidad, la resistencia a la fatiga y la capacidad para tener un buen acabado, los principales criterios de selección para el cobre y aleaciones de cobre son los siguientes: 14 •
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Resistencia a la corrosión Conductividad eléctrica Conductividad térmica Color Facilidad de fabricación Resistencia a la corrosión. El cobre es un metal noble, pero, a diferencia del oro y otros metales preciosos, puede ser atacado por el medio ambiente y por reactivos comunes. El cobre puro resiste bastante bien el ataque en la mayoría de las condiciones corrosivas. Algunas aleaciones de cobre, sin embargo, tienen una utilidad limitada en ciertos ambientes debido a la fragilización por hidrógeno o corrosión bajo tensión (SCC). La mayoría de aleaciones de cobre se desoxidan y, por tanto, no están sujetas a la fragilización por hidrógeno. La corrosión bajo tensión ocurre más comúnmente en los latones cuando están expuestos a amoníaco o aminas. Los latones que contienen más del 15% Zn son los más susceptibles. El cobre y aleaciones de cobre que no contienen zinc o tienen bajo contenido de zinc, en general, no son sensibles al SCC. Debido a que la corrosión bajo tensión (SCC) requiere que estén presentes al mismo tiempo el esfuerzo por tensión y especies químicas, la supresión de cualquiera (de la tensión o las especies químicas) puede prevenir el agrietamiento. Un recocido o un alivio de tensiones ayudan a prevenir la SCC por el alivio de tensiones residuales. Aliviar las tensiones sólo es eficaz si las partes no están dobladas o sometidas a esfuerzos cuando están en servicio porque este tipo de operaciones reintroducen tensiones y resensibilizan las partes con SCC. La lixiviación selectiva (dealloying) es otra forma de corrosión que afecta a las aleaciones de cobre que contienen zinc. En la lixiviación selectiva, el metal más activo es eliminado selectivamente de una aleación, dejando tras de sí un depósito débil del metal más noble. Las aleaciones de cobre‐zinc que contengan más del 15% Zn son susceptibles a un proceso de lixiviación selectiva llamado dezincificación. En la dezincificación del latón, la eliminación selectiva del zinc deja una capa de cobre y óxido de cobre relativamente poroso y débil. La corrosión de naturaleza similar continúa por debajo de la capa primaria de corrosión, lo que conlleva a una sustitución gradual de latón en buen estado por cobre poroso y débil. A menos que se detenga, la lixiviación selectiva, finalmente penetra en el metal debilitándolo estructuralmente y permitiendo la filtración de líquidos o gases a través de la masa porosa en el resto de la estructura. Conductividad Eléctrica y Térmica. El cobre y sus aleaciones son relativamente buenos conductores de electricidad y calor. De hecho, el cobre se utiliza para estos fines con más frecuencia que cualquier otro metal. Los elementos de aleación disminuyen la conductividad eléctrica y, en menor medida, conductividad térmica. El grado de reducción debido a la aleación no depende de la conductividad o de cualquier otra propiedad del grueso de elementos de aleación, únicamente el efecto que los átomos de soluto, en particular, tienen sobre el retículo cristalino del cobre. Por esta razón, se prefiere el cobre y las aleaciones con alto contenido de cobre para aplicaciones donde se requiere alta conductividad eléctrica y/o térmica. Color. El cobre y ciertas aleaciones de cobre se utilizan con fines decorativos o cuando en una aleación se combinan colores específicos con acabados y propiedades físicas y mecánicas deseadas. La tabla 1 lista la gama de colores que se pueden obtener con las aleaciones de cobre. Tabla 1. Color estándar de las aleaciones de cobre forjado. Designación UNS Nombre común Color C11000 C21000 Electrolytic tough pitch copper
Gilding, 95%
Rosa suave Marrón – Rojo 15 C22000 C23000 C26000 C28000 C63800 C65500 C70600 C74500 C75200 Commercial bronze, 90%
Red brass, 85%
Cartridge brass, 70%
Muntz metal, 60%
Aluminum bronze
High‐silicon bronze, A
Copper‐nickel, 10%
Nickel silver, 65‐10
Nickel silver, 65‐18
Oro – Bronce Oro – Marrón Oro – Verde Oro – Marrón claro o brillante Oro Marrón – lavanda Lavanda suave Blanco – Gris Plata Facilidad de fabricación. El cobre y las aleaciones de cobre son susceptibles de adaptar cualquier forma y dimensiones de cualquiera de los procesos de fabricación comunes. Rutinariamente son laminados, estampados, estirados y extruidos en frío y laminados, extruidos, forjados, y conformados a temperaturas elevadas. Las aleaciones de cobre son fácilmente embutidas y conformadas en componentes. La mayoría de los países en el mundo emplean aleaciones de cobre para acuñar las monedas. El cobre puede ser pulido, texturado, chapado o recubierto para ofrecer una amplia variedad de superficies funcionales o decorativas. Se pueden ensamblar fácilmente por cualquiera de los diferentes procedimientos mecánicos o por procesos de unión utilizados comúnmente para unir componentes metálicos (remachado, atornillado, soldado, etc.). La selección de los mejores procesos de unión se regirá por los requisitos del servicio, la configuración de la unión, el espesor de los componentes, y la composición de la aleación(es). Algunas propiedades mecánicas de las aleaciones de cobre forjado se presentan en la Tabla 2 y para aleaciones de cobre fundido se presentan en la Tabla 3. Tabla 2. Propiedades del cobre y aleaciones de cobre forjado. Nº de Aleación (y nombre) C10100 (oxygen‐free electronic copper) C10200 (oxygen‐free copper) C10300 (oxygen‐free extralow‐phosphorus copper) C10400, C10500, C10700 (oxygen‐free silver‐bearing copper) C10800 (oxygen‐free low‐phosphorus copper) C11000 (electrolytic tough pitch copper) C11100 (electrolytic tough pitch anneal‐resistant copper) C11300, C11400, C11500, C11600 (silver‐bearing tough pitch copper) C12000, C12100 C12200 (phosphorus‐deoxidized copper, high residual phosphorus) C12500, C12700, C12800, C12900, C13000 (fire‐refined tough pitch with silver) C14200 (phosphorus‐deoxidized arsenical copper) C14300 C14310 C14500 (phosphorus‐deoxidized tellurium‐bearing copper) Composición Nominal, % Forma Comercial(a) 99.99 Cu Propiedades (b)
Mecánicas Elongación en 50 mm (b)
(2 in.), % Resistencia a la tensión MPa Límite Elástico, MPa F, R, W, T, P, S 221 – 455 69 – 365 55 – 4 99.95 Cu F, R, W, T, P, S
221 – 455 69 – 365 55 – 4 99.95 Cu, 0.003 P F, R, T, P, S 221 – 379 69 – 345 50 – 6 99.95 Cu F, R, W, S 221 – 455 69 – 365 55 – 4 99.95 Cu, 0.009 P F, R, T, P 221 – 379 69 – 345 50 – 4 99.90 Cu, 0.04 O F, R, W, T, P, S
221 – 455 69 – 365 55 – 4 99.90 Cu, 0.04 O, 0.01 Cd W 455 ‐‐‐‐‐ 1.5 in 1500 mm (60 in.) 99.90 Cu, 0.04 O,
(e)
Ag (f)
99.9 Cu
F, R, W, T, S 221 – 455 69 – 365 55 – 4 F, T, P
221 – 393
69 – 365 55 – 4
99.90 Cu, 0.02 P F, R, T, P 221 – 379 69 – 345 45 – 8 99.88 Cu F, R, W, S 221 – 462 69 – 365 55 – 4 99.68 Cu, 0.3 As,
0.02 P 99.9 Cu, 0.1 Cd
99.8 Cu, 0.2 Cd
F, R, T 221 – 379 69 – 345 45 – 8 F
F
221 – 400
221 – 400
76 – 386 76 – 386 42 – 1
42 – 1
99.5 Cu, 0.50 Te, 0.008 P F, R, W, T 221 – 386 69 – 352 50 – 3 (d)
(g)
16 C14700 (sulfur‐bearing copper) C15000 (zirconium‐copper) C15100 C15500 C15710 C15720 C15735 C15760 C16200 (cadmium‐copper) C16500 C17000 (beryllium‐copper) C17200 (beryllium‐copper) C17300 (beryllium‐copper) C17400 C17500 (copper‐cobalt‐beryllium alloy) C18200, C18400, C18500 (chromium‐copper) C18700 (leaded copper) C18900 C19000 (copper‐nickel‐phosphorus alloy) C19100 (copper‐nickel‐phosphorus‐tellurium alloy) C19200 C19400 C19500 C19700 C21000 (gilding, 95%) C22000 (commercial bronze, 90%) C22600 (jewelry bronze, 87.5%) C23000 (red brass, 85%) C24000 (low brass, 80%) C26000 (cartridge brass, 70%) C26800, C27000 (yellow brass) C28000 (Muntz metal) C31400 (leaded commercial bronze) C31600 (leaded commercial bronze, nickel‐bearing) C33000 (low‐leaded brass tube) C33200 (high‐leaded brass tube) C33500 (low‐leaded brass) C34000 (medium‐leaded brass) C34200 (high‐leaded brass) C34900 C35000 (medium‐leaded brass) C35300 (high‐leaded brass) C35600 (extra‐high‐leaded brass) 99.6 Cu, 0.40 S
99.8 Cu, 0.15 Zr
99.82 Cu, 0.1 Zr
99.75 Cu, 0.06 P,
(h)
0.11 Mg, Ag 99.8 Cu, 0.2 Al2O3
99.6 Cu, 0.4 Al2O3
99.3 Cu, 0.7 Al2O3
98.9 Cu, 1.1 Al2O3
99.0 Cu, 1.0 Cd
98.6 Cu, 0.8 Cd,
0.6 Sn 99.5 Cu, 1.7 Be,
0.20 Co 99.5 Cu, 1.9 Be,
0.20 Co 99.5 Cu, 1.9 Be,
0.40 Pb 99.5 Cu, 0.3 Be,
0.25 Co 99.5 Cu, 2.5 Co,
0.6 Be R, W
R, W
F
221 – 393
200 – 524
262 – 469
69 – 379 41 – 496 69 – 455 52 – 8
54 – 1.5
36 – 2
F 276 – 552 124 – 496 40 – 3 R, W
F, R
R
F, R
F, R, W
324 – 724
462 – 614
483 – 586
483 – 648
241 – 689
268 – 689 365 – 586 414 – 565 386 – 552 48 – 476 20 – 3.5
16 – 10
20 – 8
57 – 1
53 – 1.5
F, R, W 276 – 655 97 – 490 45 – 3 F, R 483 – 1310 221 – 1172 48 – 1 F, R, W, T, P, S
469 – 1462 172 – 1344 48 – 3 R 469 – 1479 172 – 1255 12 – 4 F 620 – 793 172 – 758 28 – 5 F, R 310 – 793 172 – 758 40 – 5 99.5 Cu F, R, W, T, S 234 – 593 97 – 531 45 – 8 99.0 Cu, 1.0 Pb
98.75 Cu, 0.75 Sn,
0.3 Si, 0.20 Mn 98.7 Cu, 1.1 Ni, 0.25 P R
221 – 379
69 – 345 48 – 14
R, W 262 – 655 62 – 359 50 – 2 F, R, W 262 – 793 138 – 552 27 – 6 98.15 Cu, 1.1 Ni, 0.50 Te, 0.25 P F, R 248 – 717 69 – 634 40 – 2 98.97 Cu, 1.0 Fe, 0.03 P 97.5 Cu, 2.4 Fe,
0.13 Zn, 0.03 P 97.0 Cu, 1.5 Fe, 0.6 Sn, 0.10 P, 0.80 Co 99 Cu, 0.6 Fe,
0.2 P, 0.05 Mg 95.0 Cu, 5.0 Zn
90.0 Cu, 10.0 Zn
87.5 Cu, 12.5 Zn
85.0 Cu, 15.0 Zn
80.0 Cu, 20.0 Zn
70.0 Cu, 30.0 Zn
65.0 Cu, 35.0 Zn
60.0 Cu, 40.0 Zn
89.0 Cu, 1.75 Pb,
9.25 Zn 89.0 Cu, 1.9 Pb,
1.0 Ni, 8.1 Zn 66.0 Cu, 0.5 Pb,
33.5 Zn 66.0 Cu, 1.6 Pb,
32.4 Zn 65.0 Cu, 0.5 Pb,
65.0 Cu, 1.0 Pb,
34.0 Zn 64.5 Cu, 2.0 Pb,
33.5 Zn 62.2 Cu, 0.35 Pb,
37.45 Zn 62.5 Cu, 1.1 Pb,
36.4 Zn 62.0 Cu, 1.8 Pb,
36.2 Zn 63.0 Cu, 2.5 Pb,
F, T 255 – 531 76 – 510 55 – 4 F 310 – 524 165 – 503 55 – 4 F 552 – 669 448 – 655 55 – 4 (i)
F 344 – 517 165 – 503 55 – 4 F, W
F, R, W, T
F, W
F, W, T, P
F, W
F, R, W, T
F, R, W
F, R, T
234 – 441
255 – 496
269 – 669
269 – 724
290 – 862
303 – 896
317 – 883
372 – 510
69 – 400 69 – 427 76 – 427 69 – 434 83 – 448 76 – 448 97 – 427 145 – 379 55 – 4
55 – 4
55 – 4
55 – 4
55 – 4
55 – 4
55 – 4
55 – 4
F, R 255 – 414 83 – 379 55 – 4 F, R 255 – 462 83 – 407 55 – 4 T 324 – 517 103 – 414 55 – 4 T 359 – 517 138 – 414 55 – 4 F
317 – 510
97 – 414 55 – 4
F, R, W, S 324 – 607 103 – 414 60 – 7 F, R 338 – 586 117 – 427 52 – 5 R, W 365 – 469 110 – 379 72 – 18 F, R 310 – 655 90 – 483 66 – 1 F, R 338 – 586 117 – 427 52 – 5 F
338 – 510
117 – 414 50 – 7
17 C36000 (free‐cutting brass) (j)
C36500 to C36800 (leaded Muntz metal) C37000 (free‐cutting Muntz metal) (k)
C37700 (forging brass) (k)
C38500 (architectural bronze) C40500 C40800 C41100 C41300 C41500 C42200 C42500 C43000 C43400 C43500 C44300, C44400, C44500 (inhibited admiralty) C46400 to C46700 (naval brass) C48200 (naval brass, medium‐leaded) C48500 (leaded naval brass) C50500 (phosphor bronze, 1.25% E) C51000 (phosphor bronze, 5% A) C51100 C52100 (phosphor bronze, 8% C) C52400 (phosphor bronze, 10% D) C54400 (free‐cutting phosphor bronze) C60800 (aluminum bronze, 5%) C61000 C61300 C61400 (aluminum bronze, D) C61500 C61800 C61900 C62300 C62400 (k)
C62500 C63000 34.5 Zn
61.5 Cu, 3.0 Pb,
35.5 Zn (l)
60.0 Cu , 0.6 Pb,
39.4 Zn 60.0 Cu, 1.0 Pb,
39.0 Zn 59.0 Cu, 2.0 Pb,
39.0 Zn 57.0 Cu, 3.0 Pb,
40.0 Zn 95 Cu, 1 Sn, 4 Zn
95 Cu, 2 Sn, 3 Zn
91 Cu, 0.5 Sn,
8.5 Zn 90.0 Cu, 1.0 Sn, 9.0 Zn 91 Cu, 1.8 Sn,
7.2 Zn 87.5 Cu, 1.1 Sn,
11.4 Zn 88.5 Cu, 2.0 Sn,
9.5 Zn 87.0 Cu, 2.2 Sn,
10.8 Zn 85.0 Cu, 0.7 Sn,
14.3 Zn 81.0 Cu, 0.9 Sn, 18.1 Zn 71.0 Cu, 28.0 Zn,
1.0 Sn 60.0 Cu, 39.25 Zn,
0.75 Sn 60.5 Cu, 0.7 Pb,
0.8 Sn, 38.0 Zn 60.0 Cu, 1.75 Pb,
37.5 Zn, 0.75 Sn 98.75 Cu, 1.25 Sn,
trace P 95.0 Cu, 5.0 Sn,
trace P 95.6 Cu, 4.2 Sn,
0.2 P 92.0 Cu, 8.0 Sn,
trace P 90.0 Cu, 10.0 Sn,
trace P 88.0 Cu, 4.0 Pb,
4.0 Zn, 4.0 Sn 95.0 Cu, 5.0 Al
92.0 Cu, 8.0 Al
92.65 Cu, 0.35 Sn,
7.0 Al 91.0 Cu, 7.0 Al,
2.0 Fe 90.0 Cu, 8.0 Al,
2.0 Ni 89.0 Cu, 1.0 Fe,
10.0 Al 86.5 Cu, 4.0 Fe,
9.5 Al 87.0 Cu, 3.0 Fe,
10.0 Al 86.0 Cu, 3.0 Fe,
11.0 Al 82.7 Cu, 4.3 Fe,
13.0 Al 82.0 Cu, 3.0 Fe,
10.0 Al, 5.0 Ni F, R, S 338 – 469 124 – 310 53 – 18 F 372 138 45 T 372 – 552 138 – 414 40 – 6 R, S 359 138 45 R, S 414 138 30 F
F
269 – 538
290 – 545
83 – 483 90 – 517 49 – 3
43 – 3
F, W 269 – 731 79 – 496 13 – 2 F, R, W 283 – 724 83 – 565 45 – 2 F 317 – 558 117 – 517 44 – 2 F 296 – 607 103 – 517 46 – 2 F 310 – 634 124 – 524 49 – 2 F 317 – 648 124 – 503 55 – 3 F 310 – 607 103 – 517 49 – 3 F, T 317 – 552 110 – 469 46 – 7 F, W, T 331 – 379 124 – 152 65 – 60 F, R, T, S 379 – 607 172 – 455 50 – 17 F, R, S 386 – 517 172 – 365 43 – 15 F, R, S 379 – 531 172 – 365 40 – 15 F, W 276 – 545 97 – 345 48 – 4 F, R, W, T 324 – 965 131 – 552 64 – 2 F 317 – 710 345 – 552 48 – 2 F, R, W 379 – 965 165 – 552 70 – 2 F, R, W 455 – 1014 193 (Annealed) 70 – 3 F, R 303 – 517 131 – 434 50 – 16 T
R, W
414
483 – 552
186 207 – 379 55
65 – 25
F, R, T, P, S 483 – 586 207 – 400 42 – 35 F, R, W, T, P, S
524 – 614 228 – 414 45 – 32 F 483 – 1000 152 – 965 55 – 1 R 552 – 586 269 – 293 28 – 23 F 634 – 1048 338 – 1000 30 – 1 F, R 517 – 676 241 – 359 35 – 22 F, R 621 – 724 276 – 359 18 – 14 F, R 689 379 1 F, R 621 – 814 345 – 517 20 – 15 18 C63200 C63600 C63800 C64200 C65100 (low‐silicon bronze, B) C65400 C65500 (high‐silicon bronze, A) C66700 (manganese brass) C67400 C67500 (manganese bronze, A) C68700 (aluminum bronze, arsenical) C68800 C69000 C69400 (silicon red brass) C70250 C70400 C70600 (copper‐nickel, 10%) C71000 (copper‐nickel, 20%) C71300 C71500 (copper‐nickel, 30%) C71700 C72500 C73500 C74500 (nickel silver, 65‐10) C75200 (nickel silver, 65‐18) C75400 (nickel silver, 65‐15) C75700 (nickel silver, 65‐12) C76200 C77000 (nickel silver, 55‐18) C72200 C78200 (leaded nickel silver, 65‐8‐2) 82.0 Cu, 4.0 Fe,
9.0 Al, 5.0 Ni 95.5 Cu, 3.5 Al,
1.0 Si 95.0 Cu, 2.8 Al,
1.8 Si, 0.40 Co 91.2 Cu, 7.0 Al
98.5 Cu, 1.5 Si
95.44 Cu, 3 Si,
1.5 Sn, 0.06 Cr 97.0 Cu, 3.0 Si
70.0 Cu, 28.8 Zn,
1.2 Mn 58.5 Cu, 36.5 Zn,
1.2 Al, 2.8 Mn, 1.0 Sn 58.5 Cu, 1.4 Fe,
39.0 Zn, 1.0 Sn, 0.1 Mn 77.5 Cu, 20.5 Zn,
2.0 Al, 0.1 As 73.5 Cu, 22.7 Zn,
3.4 Al, 0.40 Cu 73.3 Cu, 3.4 Al,
0.6 Ni, 22.7 Zn 81.5 Cu, 14.5 Zn,
4.0 Si 96.2 Cu, 3 Ni,
0.65 Si, 0.15 Mg 92.4 Cu, 1.5 Fe,
5.5 Ni, 0.6 Mn 88.7 Cu, 1.3 Fe,
10.0 Ni 79.0 Cu, 21.0 Ni
75 Cu, 25 Ni
70.0 Cu, 30.0 Ni
67.8 Cu, 0.7 Fe,
31.0 Ni, 0.5 Be 88.2 Cu, 9.5 Ni,
2.3 Sn 72.0 Cu, 10.0 Zn,
18.0 Ni 65.0 Cu, 25.0 Zn,
10.0 Ni 65.0 Cu, 17.0 Zn,
18.0 Ni 65.0 Cu, 20.0 Zn,
15.0 Ni 65.0 Cu, 23.0 Zn,
12.0 Ni 59.0 Cu, 29.0 Zn,
12.0 Ni 55.0 Cu, 27.0 Zn,
18.0 Ni 82.0 Cu, 16.0 Ni,
0.5 Cr, 0.8 Fe, 0.5 Mn 65.0 Cu, 2.0 Pb,
25.0 Zn, 8.0 Ni F, R 621 – 724 310 – 365 25 – 20 R, W 414 – 579 ‐‐‐‐‐‐ 64 – 29 F 565 – 896 372 – 786 36 – 4 F, R
R, W, T
517 – 703
276 – 655
241 – 469 103 – 476 33 – 22
55 – 11
F 276 – 793 130 – 744 40 – 3 F, R, W, T
386 – 1000
145 – 483 63 – 3
F, W 315 – 689 83 – 638 60 – 2 F, R 483 – 634 234 – 379 28 – 20 R, S 448 – 579 207 – 414 33 – 19 T 414 186 55 F 565 – 889 379 – 786 36 – 2 F 496 – 896 345 – 807 40 – 2 R 552 – 689 276 – 393 25 – 20 F 586 – 758 552 – 784 40 – 3 F, T 262 – 531 276 – 524 46 – 2 F, T 303 – 414 110 – 393 42 – 10 F, W, T
F
F, R, T
338 – 655
338 – 655
372 – 517
90 – 586 90 – 586 138 – 483 40 – 3
40 – 3
45 – 15
F, R, W 483 – 1379 207 – 1241 40 – 4 F, R, W, T 379 – 827 152 – 745 35 – 1 F, R, W, T 345 – 758 103 – 579 37 – 1 F, W 338 – 896 124 – 524 50 – 1 F, R, W 386 – 710 172 – 621 45 – 3 F 365 – 634 124 – 545 43 – 2 F, W 359 – 641 124 – 545 48 – 2 F, T 393 – 841 145 – 758 50 – 1 F, R, W 414 – 1000 186 – 621 40 – 2 F, T 317 – 483 124 – 455 46 – 6 F 365 – 627 159 – 524 40 – 3 Fuente: Copper Development Association Inc. (a) F, producto laminado; R, varilla; W, cable; T, canal; P, tubo; S, perfiles, (b) Los rangos son de las formas comerciales más suaves a las más duras. La resistencia de las aleaciones de cobre estándar depende en el temple (grano de tamaño recocido o grado de trabajo en frío) y en el espesor de la sección del producto de fábrica. Los rangos cubren el temple estándar para cada aleación., (c) Basado en 100% para C36000., (d) C10400, 250 g/Mg Ag; C10500, 310 g/Mg; C10700, 780 g/Mg, (e) C11300, 250 g/Mg Ag; C11400, 310 g/Mg; C11500, 500 g/Mg; C11600, 780 g/Mg, (f) C12000, 0.008 P; C12100, 0.008 P and 125 g/Mg Ag, (g) C12700, 250 g/Mg Ag; C12800, 500 g/Mg; C12900, 500 g/Mg; C13000, 780 g/Mg, (h) 260 g/Mg Ag, (i) C18200, 0.9 Cr; C18400, 0.8 Cr; C18500, 0.7 Cr., (j) Valores para materiales laminados en caliente., (k) Valores para materiales extruidos., (l) Varilla, 61.0 Cu min. 19 Tabla 3. Propiedades de las fundiciones de cobre y aleaciones de cobre. Designación (a)
UNS Composición Nominal, %(a) Propiedades Mecánicas Típicas Dureza Resistencia Límite Brinell a Tensión, Elástico, Rockwell 500 3000 MPa MPa kg kg 99.95 Cu + Ag min, 172 0.05 other max 99.95 Cu + Ag min, C80300 0.034 Ag min, 0.05 172 other max 99.75 Cu + Ag min, C80500 0.034 Ag min, 0.02 B 172 max, 0.23 other max 99.75 Cu + Ag min, C80700 0.02 B max, 0.23 172 other max 99.70 Cu + Ag min, C80900 0.034 Ag min, 0.30 172 other max 99.70 Cu + Ag min, C81100 172 0.30 other max Aleaciones con alto contenido de cobre 98.5 Cu min, 0.06 Be, C81300 0.80 Co, 0.40 other (365) max 98.5 Cu min, 0.06 Be, C81400 0.80 Cr, 0.40 other (365) max 98.0 Cu min, 1.0 Cr, C81500 (352) 0.50 other max 94.25 Cu min, 1.0 Ag, C81700 0.4 Be, (634) 0.9 Co, 0.9 Ni 95.6 Cu min, 1.0 Ag, 345 C81800 0.4 Be, (703) 1.6 Co 96.8 Cu, 0.6 Be, 2.6 345
C82000 Co (689) 97.7 Cu, 0.5 Be, (634) C82100 0.9 Co, 0.9 Ni 96.5 Cu min, 0.6 Be, 393
C82200 1.5 Ni (655) 96.4 Cu min, 1.70 Be, 496
C82400 0.25 Co (1034)
97.2 Cu, 2.0 Be, 0.5 552
C82500 Co, 0.25 Si (1103)
95.2 Cu min, 2.3 Be, 565
C82600 0.5 Co, 0.25 Si (1138)
96.3 Cu, 2.45 Be, C82700 (1069) 1.25 Ni 96.6 Cu, 2.6 Be, 0.5 669
C82800 Co, 0.25 Si (1138)
Latón Rojo y Latón Rojo con Plomo 93 Cu, 1.5 Sn, 1.5 Pb, C83300 221 4 Zn C83400 90 Cu, 10 Zn 241
85 Cu, 5 Sn, 5 Pb, 5 C83600 255 Zn 83 Cu, 4 Sn, 6 Pb, 7 C83800 241 Zn Latones semirojos y Latones semirojos con plomo
80 Cu, 5 Sn, 2.5 Pb, C84200 193 12.5 Zn 81 Cu, 3 Sn, 7 Pb, 9 C84400 234 Zn 78 Cu, 3 Sn, 7 Pb, 12 C84500 241 Zn C80100 Tipo de Fundición
62 ‐‐‐‐‐‐ 44 ‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S 62 ‐‐‐‐‐‐ 44 ‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S 62 ‐‐‐‐‐‐ 44 ‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S 62 ‐‐‐‐‐‐ 44 ‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S 62 ‐‐‐‐‐‐ 44 ‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S 62 ‐‐‐‐‐‐ 44 ‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S (248) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (39) ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S (248) (B 69) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S (276) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (105) ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S (469) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ (217) C, T, I, M, P, S 172 (517) B 55 (B 96) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S 138
(517) B 55 (B 95) ‐‐‐‐‐‐‐ (195) (469) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ (217) C, T, I, M, P, S B 60 (B 96) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S B 78 (C 38) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, I, M, P, S 310 B 82 (C 40) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, I, M, P, S 324
(1069)
B 83 (C 43) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, I, M, P, S
(896) (C 39) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 379
(1000)
B 85 (B 45) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 207
(517) 255
(965)
(e) C, T, I, M, P, S
(e)
(e)
(e) C, I, M, P, S C, I, M, P, S
69 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 35 ‐‐‐‐‐‐ S 69
F 50
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ C, S 117 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 60 ‐‐‐‐‐‐ C, T, I, S 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 60 ‐‐‐‐‐‐ C, T, S 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 60 ‐‐‐‐‐‐ C, T, S 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐ C, T, S 97 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐ C, T, S (e) (c) 20 76 Cu, 3 Sn, 6 Pb, 15 248 Zn Latones amarillos y Latones amarillos con plomo
72 Cu, 1 Sn, 3 Pb, 24 C85200 262 Zn 67 Cu, 1 Sn, 3 Pb, 29 C85400 234 Zn C85500 61 Cu, 0.8 Al, bal Zn 414
63 Cu, 1 Sn, 1 Pb, C85700 345 34.7 Zn, 0.3 Al 58 Cu, 1 Sn, 1 Pb, 40 C85800 379 Zn Manganeso y Aleaciones de bronce, manganeso y plomo
67 Cu, 21 Zn, 3 Fe, 5 C86100 655 Al, 4 Mn 64 Cu, 26 Zn, 3 Fe, 4 C86200 655 Al, 3 Mn 63 Cu, 25 Zn, 3 Fe, 6 C86300 793 Al, 3 Mn C86400 59 Cu, 1 Pb, 40 Zn 448
58 Cu, 0.5 Sn, 39.5 C86500 490 Zn, 1 Fe, 1 Al C86700 58 Cu, 1 Pb, 41 Zn 586
55 Cu, 37 Zn, 3 Ni, 2 C86800 565 Fe, 3 Mn Bronces con Silicio y Latones con Silicio C87200 89 Cu min, 4 Si 379
C87400 83 Cu, 14 Zn, 3 Si 379
C87500 82 Cu, 14 Zn, 4 Si 462
C87600 90 Cu, 5.5 Zn, 4.5 Si 455
C87800 82 Cu, 14 Zn, 4 Si 586
C87900 65 Cu, 34 Zn, 1 Si 483
Bronces con Estaño C90200 93 Cu, 7 Sn 262
C90300 88 Cu, 8 Sn, 4 Zn 310
C90500 88 Cu, 10 Sn, 2 Zn 310
303
C90700 89 Cu, 11 Sn (379) C90800 87 Cu, 12 Sn 276 C90900 87 Cu, 13 Sn C91000 85 Cu, 14 Sn, 1 Zn 221
C91100 84 Cu, 16 Sn 241
C91300 81 Cu, 19 Sn 241
303
C91600 88 Cu, 10.5 Sn, 1.5 Ni (414) 303
C91700 86.5 Cu, 12 Sn, 1.5 Ni (414) Bronces con Estaño y Plomo
88 Cu, 6 Sn, 1.5 Pb, C92200 276 4.5 Zn C92300 87 Cu, 8 Sn, 4 Zn 276
88 Cu, 10 Sn, 2 Pb, 2 (f)
C92400 ‐‐‐‐‐‐‐ Zn 87 Cu, 11 Sn, 1 Pb, 1 C92500 303 Ni 87 Cu, 10 Sn, 1 Pb, 2 C92600 303 Zn C92700 88 Cu, 10 Sn, 2 Pb 290
C92800 79 Cu, 16 Sn, 5 Pb 276
84 Cu, 10 Sn, 2.5 Pb, 324
C92900 3.5 Ni (324) Bronces con Estaño y Alto Plomo 83 Cu, 7 Sn, C93200 241 7 Pb, 3 Zn C93400 84 Cu, 8 Sn, 8 Pb 221
C93500 85 Cu, 5 Sn, 9 Pb 221
C93700 80 Cu, 10 Sn, 10 Pb 241
C93800 78 Cu, 7 Sn, 15 Pb 207
C93900 79 Cu, 6 Sn, 15 Pb 221
C84800 97 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐‐ C, S 90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 ‐‐‐‐‐‐‐ C, T 83 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 50 ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, M, P, S 159
B 55
85
‐‐‐‐‐‐‐ C, S 124 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 75 ‐‐‐‐‐‐‐ C, M, P, S 207 B 55 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ D 345 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 180 C, I, P, S 331 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 180 C, T, D, I, P, S 572 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 255 C, I, P, S 172
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
90
105 C, D, M, P, S
193 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100 130 C, I, P, S 290
B 80
‐‐‐‐‐‐‐
155 C, S 262 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 80 S 172
165
207
221
345
241
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
B 76
B 85
B 70
85
70
115
110
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐ 100 134 135 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 110
145
152
152
(207) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
70
70
75
80
(102) ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, S C, T, I, P, S C, T, I, S ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, S C, I, M, P, S C, D, I, M, P, S
S D C, T, I, M, P, S
D ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 138 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 ‐‐‐‐‐‐‐ C, S 172
172
207
152
(221) 152
(221) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
105
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
85
(106) 85
(106) ‐‐‐‐‐‐‐ 135 170 C, T, I, S S C, T, M, S ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, M, S ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, S ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 138 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 65 ‐‐‐‐‐‐ C, T, I, M, P, S 138
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
70
‐‐‐‐‐‐ C, T, S ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 138 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 80 ‐‐‐‐‐‐ C, T, M, S 138 F 78 70 ‐‐‐‐‐‐ C, T, S 145
207
179
(179) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
B 80
77
‐‐‐‐‐‐
80
(80) ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, S C, S ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, M, S 124 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 65 ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, M, S 110
110
124
110
152
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
60
60
60
55
63
‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, T, S C, T, S C, T, M, S C, T, M, S T 21 70.5 Cu, 13.0 Sn, 15.0 Pb, 0.50 Zn, C94000 0.75 Ni, 0.25 Fe, 0.05 P, 0.35 Sb 70.0 Cu, 5.5 Sn, 18.5 (f)
C94100 Pb, 3.0 Zn, 1.0 other max C94300 70 Cu, 5 Sn, 25 Pb C94400 81 Cu, 8 Sn, 11 Pb C94500 73 Cu, 7 Sn, 20 Pb Bronces Níquel – Estaño 88 Cu, 5 Sn, 2 Zn, 5 C94700 Ni (f)
C94800 87 Cu, 5 Sn, 5 Ni 80 Cu, 5 Sn, 5 Pb, 5 Zn, 5 Ni Bronces con Aluminio C95200 88 Cu, 3 Fe, 9 Al (f)
C94900 C95300 89 Cu, 1 Fe, 10 Al C95400 85 Cu, 4 Fe, 11 Al C95410 C95500 C95600 C95700 C95800 Cobre – Níquel C96200 C96300 C96400 C96600 C96700 85 Cu, 4 Fe, 11 Al, 2 Ni 81 Cu, 4 Ni, 4 Fe, 11 Al 91 Cu, 7 Al, 2 Si 75 Cu, 2 Ni, 3 Fe, 8 Al, 12 Mn 81 Cu, 5 Ni, 4 Fe, 9 Al, 1 Mn ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 186
221
172
90
110
83
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
48
55
50
‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ C, S C, T, S C, S 345
(586) 310
(414) 159
(414) 159
(207) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 85 (180) C, T, I, M, S ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 80
(120) ‐‐‐‐‐‐‐ M, S ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 552
517
(586) 586
(724) 186
186
(290) 241
(372) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 125 140 (174) 170 (195) 689 (827) 303 (469) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 192 (230) C, T, M, P, S 517
234
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
140 C, T, M, P, S
655 310 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 180 C, T, M, P, S 655 262 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 159 C, T, M, P, S 310
517
469
172
379
255
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
150
‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 140 C, S C, S C, T, S (758) (482) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ (230) C, T, I, M, S (1207) (552) C 26 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ I, M, S C97400 C97600 C97800 C, T, M, P, S 56 Cu, 2 Sn, 10 Pb, 12 Ni, 20 Zn 59 Cu, 3 Sn, 5 Pb, 17 Ni, 16 Zn 64 Cu, 4 Sn, 4 Pb, 20 Ni, 8 Zn 66 Cu, 5 Sn, 2 Pb, 25 Ni, 2 Zn Cobre con Plomo (c)
C98200 241 117 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐‐ I, M, S 262 117 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 ‐‐‐‐‐‐‐ C, I, S 310 165 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 80 ‐‐‐‐‐‐‐ C, I, S 379 207 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 130 I, M, S 76.0 Cu, 24.0 Pb 70.5 Cu, 28.5 Pb, 1.5 C98400 Ag 65.0 Cu, 35.0 Pb, 1.5 (c)
C98600 Ag 59.5 Cu, 40.0 Pb, 5.5 (c)
C98800 Ag Aleaciones Especiales 71.8 Cu, 15 Ni, 0.7 C99300 Fe, 11 Al, 1.5 Co 90.4 Cu, 2.2 Ni, 2.0 C99400 Fe, 1.2 Al, 1.2 Si, 3.0 Zn 87.9 Cu, 4.5 Ni, 4.0 C99500 Fe, 1.2 Al, 1.2 Si, 1.2 Zn (c)
C99600 C, T, M, P, S 88.6 Cu, 10 Ni, 1.4 Fe 79.3 Cu, 20 Ni, 0.7 Fe 69.1 Cu, 30 Ni, 0.9 Fe 68.5 Cu, 30 Ni, 1 Fe, 0.5 Be 67.6 Cu, 30 Ni, 0.9 Fe, 1.15 Be, 0.15 Zr, 0.15 Ti Níquel – Plata C97300 C, T, M, P, S
58 Cu, 2 Al, 40 Mn ‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 655 379 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 200 20 T, S 455 (545) 234 (372) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 125 (170) C, T, I, S 483 276 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 145 50 C, T, S 558
(558) 248
(303) B 72 ‐‐‐‐‐‐‐ 130 C, T, M, S 22 56.5 Cu, 1 Al, 1.5 Pb, 12 Mn, 5 Ni, 24 Zn 58 Cu, 1 Al, 1 Pb, C99750 20 Mn, 20 Zn Fuente: Copper Development Association Inc. C99700 379 172 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 110 C, D, I, M, P, S 448
(517) 221
(276) B 77
(B 82) 110
(119) ‐‐‐‐‐‐‐ D, I, M, P, S (a) Composición nominal, a menos que se indique otra cosa. Rara vez se utilizan aleaciones, sólo están disponibles las composiciones., (b) Los valores para C82700, C84200, C96200, and C96300 son mínimos, no típicos. Los valores de fundición son para moldes de arena, excepto C93900, fundición continua y C85800, C87800, C87900, moldeado en matriz. Los valores de tratamientos térmicos, entre paréntesis, indican que la aleación responde a tratamiento térmico. Si no se muestran los valores de tratamiento térmico, significa que el cobre o aleación de cobre no responde., (c) Basado en valores de 100% para free‐cutting brass., (d) C, centrifuga; T, continuo; D, matriz; I, invertido; M, molde permanente; P, yeso; S, arena., (e) También moldeo por presión.,(f) Los datos de las propiedades y aplicaciones no se encuentran disponibles en la Copper Development Association Inc., (g) Valor de tratamiento térmico para C94700, es 20 y para C94800, es 40. 4.1.2. Principales aplicaciones del Cobre Forjado, Cobre Fundido y sus Aleaciones. De los principales clientes industriales, el más grande es la construcción de edificios, que compra grandes cantidades de cable eléctrico, tubos y partes para la construcción de equipos y para sistemas de electricidad, fontanería, calefacción y aire acondicionado. La segunda categoría son los productos eléctricos y electrónicos, incluidos los de telecomunicaciones, electrónica, dispositivos de cableado y motores eléctricos. La maquinaria y equipos industriales incluyen válvulas y accesorios, intercambiadores de calor y otros tipos de equipo pesado, vehículo todoterreno y máquinas herramientas. Las aplicaciones en el sector del transporte incluyen los vehículos de carretera, material ferroviario y partes de aeronaves; radiadores de automóviles y arneses de cableado (productos más importantes en esta categoría). Por último, los consumidores y productos en general incluyen los aparatos eléctricos, aparatos de fijación, estampación de monedas y joyas. Del cobre y las aleaciones de cobre se obtienen diversos productos para una variedad de aplicaciones. Alrededor del 90% del total del tonelaje de aleaciones de cobre forjado vendido está representada por las 16 categorías de aplicación que figuran en la Tabla 4. Tabla 4. Principales aplicaciones y uso final del cobre y las aleaciones de cobre. Aplicación Productos Fabricados Telecomunicaciones. Automoción: automóviles, camiones y autobuses. Instalaciones de fontanería y calefacción. Cableado para construcción. Alambre de cobre.
Latón y tiras de cobre, alambre de cobre. Tubo de cobre, varilla de latón, piezas moldeadas. Alambre de Cobre.
Equipo pesado industrial. Todos Aire acondicionado y refrigeración comercial. Tubo de Cobre Válvulas industriales y accesorios. Varilla de latón, fundidas. Energía Eléctrica
Alambre y varilla de cobre. Electrodomésticos Alambre y tubos de cobre Iluminación y dispositivos de cableado. Electrónica. Placa de aleación, alambre de cobre
Placa de aleación, alambre de cobre
Aparatos de fijación. Alambre de Latón. Artillería militar y comercial. Placa de Latón y tubos.
Monetario. Placas de cobre y aleaciones. Equipos de Construcción. Varillas y placas de latón Intercambiadores de calor. Tubo y placa de aleación. Principal razón (es) para el uso de cobre(a) Propiedades eléctricas. Resistencia a la corrosión, transferencia de calor, propiedades eléctricas. Resistencia a la corrosión, maquinabilidad. Propiedades eléctricas. Resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, propiedades eléctricas, transferencia de calor, maquinabilidad. Transferencia de calor, formabilidad Resistencia a la corrosión, maquinabilidad. Propiedades Eléctricas. Propiedades eléctricas, transferencia de calor. Propiedades Eléctricas. Propiedades eléctricas. Maquinabilidad, Resistencia a la Corrosión. Facilidad de Fabricación. Facilidad de fabricación, resistencia a la corrosión, propiedades eléctricas, estética. Resistencia a la corrosión, formabilidad, estética. Trasferencia de calor, Resistencia a la Corrosión. 23 (a)
Aunque no figuran específicamente como una de las principales razones en todas las aplicaciones, la facilidad de fabricación es un factor de aplicación en todas las categorías. 4.2. ZINC Y ALEACIONES DE ZINC Se utilizan en forma de recubrimientos, piezas de fundición, chapas laminadas, trefilados, piezas forjadas y extrusiones. Otros usos es ser uno de los principales constituyentes en los latones y como ánodo de sacrificio para el medio marino. En su forma más pura, el zinc está disponible en forma de placas, lingotes, bolas, polvo, limaduras y combinado con oxígeno, está disponible como óxido de zinc en polvo. Los lingotes de zinc se producen en tres grados (Tabla 5). Los límites de impurezas son muy importantes cuando el zinc se utiliza como aleante. Exceder estos límites puede llevar a obtener unas pobres propiedades mecánicas y propiedades de corrosión. Las bolas de zinc puro se utilizan principalmente para adiciones a los baños de electrogalvanizado y el zinc en polvo y las limaduras se utilizan en las baterías y en pinturas para una mayor resistencia a la corrosión. El óxido de zinc se utiliza como pigmento en la imprimación y el pintado final, como agente reductor en los procesos químicos y como un aditivo común en la producción de productos de caucho. Tabla 5. Grados y Composiciones de plazas de zinc (ASTM B 6) Composición, %
Grado Special high grade High grade Número UNS Pb Fe máx. Cd máx. Al máx. Cu máx. Sn máx. Total máx. sin Zinc Zn mín. por diferencia Z13001 0.003 máx. 0.003 0.003 0.002 0.002 0.001 0.010 99.990 Z15001 0.03 máx. 0.02 0.02 0.01 ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10 99.90 El mayor uso de zinc es como recubrimiento para aceros, pero se utiliza en grandes tonelajes en piezas moldeadas de aleación de zinc, como limadura de zinc y óxido (para recubrimientos orgánicos e inorgánicos ricos en zinc) y en productos de zinc forjado. 4.2.1. Recubrimientos de Zinc El uso del zinc como recubrimiento para proteger el acero y el hierro de la corrosión es la aplicación más grande y única para el metal en todo el mundo. Los recubrimientos metálicos de zinc se aplican a los aceros: •
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De un baño de metal fundido (galvanización por inmersión en caliente) Por medios electroquímicos (electrogalvanizado) De una atomización de metal fundido (metalización) En forma de polvo de zinc por medios químicos/mecánicos (galvanización mecánica) Se aplican a diferentes tipos de productos, desde pequeños retenedores a tiras continuas a grandes perfiles estructurales. Galvanización por inmersión en caliente. La industria del galvanizado por inmersión en caliente es en la actualidad el mayor consumidor de zinc en el campo de los recubrimientos. Se dividen en dos segmentos: 24 •
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Producción continua de flejes de acero galvanizado. Galvanización de formas estructurales y productos después de la fabricación. Los productos galvanizados se pueden unir por técnicas convencionales, tales como soldadura y pernos. La Galvanización en Tira hace uso de una aleación con un contenido nominal de 0,20% Al y un balance de zinc. El espesor del recubrimiento es generalmente inferior a 25 µm o aproximadamente 175 g/m2 de la superficie de acero. El recubrimiento se caracteriza por una excelente adherencia y formabilidad. Estos atributos, junto con la buena soldabilidad por técnicas convencionales de soldadura, hacen que esta técnica sea particularmente atractiva para la industria del automóvil. También se utiliza en la industria de la construcción, donde se utilizan grandes cantidades en condición de prepintado. Algunos galvanizados son sometidos a un tratamiento térmico conocido como galvarrecocido que convierte el recubrimiento en una aleación de hierro – zinc. El galvarrecocido se ha utilizado durante muchos años para la construcción de productos y, más recientemente, de partes de automóviles. En los últimos años, se han introducido nuevos recubrimientos con una mejor resistencia a la corrosión, a saber, Galfan (5% Al) y Galvalume (55% Al). Galfan se ha incorporado en la norma ASTM B 750 (Tabla 6) y en Galvalume ASTM A 792. Tabla 6. Requerimientos químicos para la aleación Zn – 5Al – MM en lingote para recubrimientos por inmersión en caliente (Galfan o UNS Z38510) por la ASTM B 750 Elemento (a) Aluminio
Cerio mas Lantano Hierro máx. Silicio máx. (b) Plomo máx.
(c) Cadmio máx.
Estaño máx. (c) Otros máx. de cada uno
(c) Otros máx. total
Zinc Composición, % 4.2 – 6.2
0.03 – 0.10 0.075
0.015
0.005
0.005
0.002
0.02
0.04
Balance
Nota: A los efectos de aceptación y rechazo, el valor observado o valor calculado obtenido a partir de análisis debe ser redondeado a la unidad más cercana en el último lugar a mano derecha de las cifras empleadas para expresar el límite especificado, de conformidad con el procedimiento de redondeo prescrito en la sección 3 de la norma ASTM E 29. Por acuerdo entre comprador y proveedor, el análisis puede ser necesario y los límites establecido para los elementos o compuestos que no se especifica en la tabla de composición química. El lingote de aleación Zn‐5AL‐ MM para recubrimientos por inmersión en caliente puede contener antimonio, cobre, magnesio en cantidades de hasta 0.002, 0.1, y 0.05%, respectivamente. No se han observado efectos nocivos a partir de la presencia de estos elementos a estas concentraciones, por lo tanto, no se requieren análisis para estos elementos. El magnesio puede ser especificado por el comprador hasta el 0,1% máx. El zirconio y titanio pueden ser especificados por el comprador hasta al 0,02% máx. (a) El aluminio puede ser especificado por el comprador hasta 7,2% como máximo., (b) El plomo y el cadmio y, en menor medida, estaño y antimonio se sabe que causan corrosión intergranular en aleaciones de aluminio – zinc. Por lo tanto, es importante para mantener los niveles de estos elementos por debajo de los límites especificados., (c) Excepto antimonio, cobre, magnesio, zirconio y titanio. Galvanización después de la Fabricación. Una categoría de zinc sin aluminio que contiene hasta 1% en peso de Pb y un balance de zinc se utiliza para el galvanizado después de la fabricación. La mayoría de las especificaciones para un espesor de recubrimiento mínimo están en el rango de 85 a 100 micras o de 500 a 600 g/m2. El espesor del recubrimiento está controlado por el tiempo de inmersión, lo que a su vez se rige por el espesor del sustrato, que puede ser mucho mayor con algunos grados de acero reactivos que contienen incluso pequeñas cantidades de silicio (aceros calmados al silicio). Los procesos de galvanización patentados que usan pequeñas adiciones de aluminio (Polygalva) o níquel (Technigalva), en concentraciones de 0,04 y 0,08% en peso, respectivamente, se han desarrollado atendiendo el control de los espesores de los recubrimientos. Los mercados tradicionales incluyen electricidad y torres de transmisión de microondas; productos relacionados con la carretera tales como barandillas, señalización y estándares de iluminación; aplicaciones estructurales en el sector industrial (por ejemplo, química, petroquímica, agrícola y de pulpa y papel); 25 productos de drenaje; tuberías para agua potable; intercambiadores de calor y barras de refuerzo para estructuras de hormigón. Electrogalvanizado. Estos recubrimientos se aplican a alta velocidad y alta densidad de corriente en líneas de galvanización. Se producen de zinc puro, así como de zinc – níquel y zinc‐
hierro. Son generalmente más uniforme, suave y más delgados que los fabricados por inmersión en caliente. La resistencia a la corrosión, la adhesión recubrimiento – acero, la formabilidad, soldabilidad, y pintabilidad, son propiedades críticas para aplicaciones en el sector de la automoción de acero los aceros electrogalvanizados. Metalización, también conocida como atomización térmica, se utiliza en aplicaciones donde se requieren recubrimientos pesados para la protección a corrosión. El proceso es susceptible a los campos de aplicación y se utiliza en la restauración de estructuras existentes. Es posible una larga vida de servicio en sistemas compuestos, a menudo con el uso de recubrimientos delgados (más capas de pintura orgánica adecuadas) se requiere metalización de aleaciones convencionales. Un procedimiento de metalización típico, zinc puro Zn‐15Al es rociado en la superficie del acero que se quiere proteger. La aleación de zinc se presenta ya sea en polvo o en barras que son atomizados por una llama o arco eléctrico propagándose en el sustrato con una alta velocidad de chorro de gas. Galvanización Mecánica es un proceso discontinuo que se lleva a cabo en tambores rotatorios. Durante el procesamiento, la pieza da vueltas en una mezcla de polvo de zinc, productos químicos y perlas de vidrio, y el recubrimiento impacta con la superficie de las piezas por la rotación. Se utiliza para recubrir retenedores fabricados a partir de aceros endurecidos o para resortes, porque se pueden afectar de forma negativa sus propiedades por la alta temperatura del baño de inmersión. La galvanización mecánica también se utiliza para aplicaciones en las que se especifica el peso de los recubrimientos gruesos. 4.2.2. Zinc y Aleaciones de Zinc Fundidas Las aleaciones de zinc se utilizan ampliamente en moldeo en coquilla bajo presión y colada en cáscara por gravedad. Cuando se utilizan como aleaciones de fundición en general, se pueden moldear mediante procesos tales como moldeo en coquilla bajo alta presión o baja presión, fundición en arena, fundición en molde permanente (moldes de hierro, grafito o yeso), fundición por giro (moldes de caucho de silicona), fundición invertida (cera perdida), fundición continua o semicontinua y la fundición centrífuga. Para piezas fundidas expuestas a ataques corrosivos severos o moderados, se espera la pérdida de algunas propiedades. El envejecimiento a largo plazo también puede causar algunas pequeñas pérdidas de propiedades, los efectos varían de aleación en aleación y dependen del método de fundición utilizado. Fundición en Matriz bajo Presión. Hasta hace poco, todas las aleaciones de zinc se basaban en una composición hipoeutéctica, es decir, con menos contenido en aluminio (cerca de 4,0% Al) que el eutéctico químico del 5,0% Al. Recientemente, una familia de aleaciones de zinc‐
aluminio hipereutéctica con un mayor contenido de aluminio (> 5,0% Al), ha pasado a ser ampliamente utilizada como aleaciones de moldeo. Estas aleaciones se diseñaron originalmente como aleaciones de fundición por gravedad. Poseen mayor resistencia que las aleaciones de zinc hipoeutécticas. Las composiciones de las actuales aleaciones de moldeo se incluyen en las tablas 7 y 8. Tabla 7. Composiciones nominales de aleaciones de zinc fundidas y aleaciones de zinc en lingotes para fundición. Aleación(a) Composición, % 26 Número Designación UNS ASTM Fundición (ASTM B 86) Designación común Cu Al Z33520(b) AG40A Nº 3 0.25 máx.(d) 3.5‐4.3 (b) Z33523
AG40B Nº 7 0.25 máx. 3.5‐4.3 Z35531(b) AC41A Nº 5 0.075‐1.25 3.5‐4.3 2.5‐3.0 3.5‐4.3 Z35541 AC43A Nº 2 Forma de Lingote (ASTM B 240) Mg 0.02‐
0.05(e) 0.005‐
0.02 0.03‐
0.08(e) 0.02‐0.05
Fe máx. Pb máx. Cd máx. Sn máx. Ni Zn 0.100 0.005 0.004 0.003 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Bal. 0.100 0.003 0.002 0.001 0.005‐0.02 Bal. 0.100 0.005 0.004 0.003 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Bal. 0.100 0.005 0.004 0.003 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Bal. 0.025‐
0.075 0.004 0.003 0.002 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Bal. 0.05 (c) Z33522
AG40B Nº 7 0.10 máx. 3.9‐4.3 0.01‐0.02
0.075 0.002 0.002 0.001 0.005‐0.02 Bal. Z35530(c) AC41A Nº 5 0.75‐1.25 3.9‐4.3 0.03‐0.06
0.075 0.004 0.003 0.002 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Bal. 0.025‐
Z35540(c) AC43A Nº 2 2.6‐2.9 3.9‐4.3 0.075 0.004 0.003 0.002 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Bal. 0.05 Nota: A los efectos de aceptación y rechazo, el valor observado o valor calculado obtenido a partir de análisis debe ser redondeado a la unidad más cercana en el último lugar a mano derecha de las cifras empleadas para expresar el límite especificado, de conformidad con el procedimiento de redondeo prescrito en la norma ASTM E 29. Z33521(c) AG40A Nº 3 0.10 máx. 3.9‐4.3 (a) Las designaciones de aleación de ASTM se determinaron de conformidad con la norma ASTM B 275. Las designaciones UNS se establecieron de conformidad con la norma ASTM E 527. El último dígito de un número UNS distingue entre aleaciones de composición similar. Las designaciones UNS para las versiones lingotes y fundición de una aleación no han sido asignadas en la misma secuencia para todas las aleaciones., (b) Las aleaciones de zinc moldeadas pueden contener níquel, cromo, silicio y manganeso en cantidades de 0.02, 0.02, 0.035 y 0.06%, respectivamente. No se ha notado la presencia de efectos perjudiciales de estos elementos en estas concentraciones, por lo tanto, no son necesarios análisis para estos elementos., (c) Lingote de aleación de zinc para el moldeo puede contener níquel, cromo, silicio y manganeso en cantidades de hasta 0.02, 0.02, 0.035 y 0.05%, respectivamente. No se ha notado la presencia de efectos nocivos de estos elementos a estas concentraciones, por lo tanto, no se requiere análisis para estos elementos, excepto el níquel que el análisis es necesario para Z33522., (d) Para la mayoría de aplicaciones comerciales, un contenido de cobre en el rango de 0.25‐0.75% no afectará negativamente a la utilidad de la piezas moldeadas y no debe servir como base para el rechazo., (e) El magnesio pueden ser tan bajo como 0,015%, siempre que el plomo, cadmio y estaño no excedan de 0.003, 0.003, y 0.002% respectivamente. Tabla 8. Composiciones nominales de fundición de zinc‐aluminio y fundición de aleaciones vertidas directamente para producir piezas moldeadas y en forma de lingote para la refundición y producción de piezas moldeadas. Aleación Composición, % Impurezas(c) Designación Número (b) Al Cu Mg Zn
Fe máx. Pb máx. Cd máx. Sn máx. común UNS(a) Fundición (ASTM B 791) ZA‐8 Z35636 8.0‐8.8 0.8‐1.3 0.015‐0.03 Bal. 0.075 0.006 0.006 0.003 ZA‐12 Z35631 10.5‐11.5 0.5‐1.2 0.015‐0.03 Bal. 0.075 0.006 0.006 0.003 ZA‐27 Z35841 25.0‐28.0 2.0‐2.5 0.01‐0.02 Bal. 0.075 0.006 0.006 0.003 Forma de Lingote (ASTM B 669) ZA‐8 Z35635 8.2‐8.8 0.8‐1.3 0.02‐0.03 Bal. 0.065 0.005 0.005 0.002 ZA‐12 Z35630 10.8‐11.5 0.5‐1.2 0.02‐0.03 Bal. 0.065 0.005 0.005 0.002 ZA‐27 Z35840 25.5‐28.0 2.0‐2.5 0.012‐0.02 Bal. 0.072 0.005 0.005 0.002 (a) Las designaciones de aleación UNS se han establecido de conformidad con la norma ASTM E 527., (b) Decidido aritméticamente por diferencia., (c) Lingotes de Zinc‐Aluminio para fundición y moldeo a presión pueden contener cromo, manganeso o níquel en cantidades de hasta el 0.01% cada uno o 0.03% total. No se ha notado la presencia de efectos perjudiciales de estos elementos en estas concentraciones, por lo tanto, no son necesarios análisis para estos elementos. Adiciones Las aleaciones de zinc fundidas tienen microestructuras dendríticas/eutéctica. Las aleaciones hipoeutécticas solidifican con dendritas ricas en zinc (η), mientras que las aleaciones hipereutécticas solidifican con dendritas ricas en aluminio. Las aleaciones ZA‐8 y ZA‐12 solidifican con núcleo de dendritas β, mientras que la ZA‐27 solidifica con dendritas α. Tienen un bajo punto de fusión, requieren un aporte térmico relativamente bajo, no requieren de fundente o atmósferas de protección y no contamina (ventaja especialmente importante). La rápida tasa de enfriamiento inherente da como resultado menores propiedades y cambios dimensionales con el tiempo, especialmente si la fundición se templa cuando está en la matriz antes que se enfríe al aire. Aunque esto no suele ser un problema, se puede aplicar un tratamiento térmico de estabilización antes de entrar en servicio y si además se cumplen las tolerancias dimensionales. Cuanta más alta sea la temperatura de tratamiento térmico, más corto será el tiempo de estabilización necesario; 100 °C es un límite práctico para prevenir la formación de ampollas en la fundición u otros problemas. Un tratamiento común consiste en 3 a 6 horas a 100 °C, seguido por un enfriamiento al aire. El tiempo se extiende de 10 a 20 h para un tratamiento a una temperatura de 70 °C. Debido a su alta fluidez, estas aleaciones se 27 pueden fundir con espesores de pared mucho más delgados que otras aleaciones moldeadas y pueden ser fundidos con estrictas tolerancias dimensionales. Las aleaciones de zinc permiten el uso de ángulos de chaflán muy bajos, en algunos casos, es posible no tener chaflán (ángulo cero). La Aleación Nº 2 tiene la mayor resistencia a la tracción, resistencia a la fluencia y dureza de todas las aleaciones de la serie de aleaciones fundidas Zamak hipoeutécticas. El alto contenido de cobre (3,0% Cu) causa cierta inestabilidad dimensional y permite una expansión neta de aproximadamente 0,0014% después de 20 años. También causa cierta pérdida de resistencia al impacto y ductilidad. La Aleación Nº 3 es la aleación de zinc fundida más utilizada en los Estados Unidos. Proporciona la mejor combinación de resistencia, colabilidad, estabilidad dimensional, facilidad de acabado y costo. La Aleación Nº 5 produce piezas moldeadas son más fuertes y duras que las hechas de aleación N º 3. Sin embargo, estas mejoras vienen a expensas de la ductilidad y las operaciones de post‐conformado tales como, el remachado, el estampado o el embutido debe hacerse con un cuidado adicional. La resistencia a la fluencia es la segunda después de la aleación Nº 2 entre las aleaciones de zinc – aluminio hipoeutécticas. La Aleación Nº 7 es esencialmente una versión gran pureza de la aleación Nº 3. Debido a su menor contenido de magnesio, tiene incluso mejor colabilidad que la aleación Nº 3, lo que permite una excelente reproducción de detalles superficiales de las piezas moldeadas. Tiene la mayor ductilidad entre las aleaciones hipoeutécticas. La Aleación ZA‐8 es el único miembro de las aleaciones hipereutécticas que pueden ser fundidas en cámara caliente junto con las aleaciones hipoeutécticas. Es equivalente a la aleación Nº 2 en muchos aspectos, pero la ZA‐8 tiene mayor resistencia a la tracción, fatiga y resistencia a la fluencia, es dimensionalmente más estable y tiene menor densidad. Puede tener fácilmente un buen acabado, así combina su alta resistencia estructural con un excelente aspecto. La Aleación ZA‐12 tiene muy buena colabilidad en máquinas de fundición de cámara fría. Tiene la densidad más baja de todas las demás aleaciones de zinc (excepto la ZA‐27) y frecuentemente se especifica para piezas moldeadas que debe combinar calidad de la fundición con óptima rendimiento. La calidad de las chapas de ZA‐12 es menor que la de ZA‐8, pero tiene excelentes propiedades a desgaste y de apoyo. La Aleación ZA‐27 es la más ligera, la más dura y la más fuerte de todas las aleaciones de zinc, pero tiene una ductilidad y una resistencia al impacto relativamente baja cuando se funde en matriz bajo presión. La resistencia a la fluencia es mejor que la de todas las aleaciones de zinc a excepción de la ahora rara vez utilizada ILZRO (International Plomo‐Zinc Organización de Investigación) 16; sin embargo, tiene una mejor resistencia a la fluencia primaria. Tiene mejores propiedades de amortiguamiento de vibraciones y alto sonido de todas las aleaciones de zinc fundidas, como un grupo, las aleaciones de zinc tienen una resistencia al amortiguamiento igual que las fundiciones de hierro a temperaturas elevadas. La Aleación ILZRO 16 se desarrolló específicamente para una óptima resistencia a la fluencia, especialmente a temperaturas elevadas. No tienen la más alta resistencia a la fluencia de todas las aleaciones de zinc, pero es difícil su fabricación y sufre de inestabilidad en la fusión, por estas razones, la aleación ZA‐8 se utiliza a menudo en su lugar. Cabe señalar que el rendimiento de la resistencia de las aleaciones de zinc disminuye significativamente con el aumento de la temperatura. A 100 °C, la resistencia a la tracción y el límite elástico son un 65 a 28 75% del valor típico a temperatura ambiente, del mismo modo que se reduce la resistencia a la fluencia. Fundición por Gravedad. Con las excepciones de las aleaciones por matriz de forma, las aleaciones por fundición hueca y aleaciones especiales desarrolladas y utilizadas para los rodamientos, las aleaciones de zinc por fundición por gravedad existieron para fines específicos hasta la década de 1960. En el decenio de 1960 y 1970, se desarrolló una nueva familia de aleaciones de zinc – aluminio hipereutéctica. La aleación ILZRO‐12 (ahora ZA‐12) fue la primera en aparecer, a partir de 1962; aparecieron las ZA‐8 y ZA‐27. La aleación ZA‐12 se desarrolló primero como una aleación prototipos para la aleación Nº 3 moldeada en matriz bajo presión. La aleación ZA‐27 se desarrolló específicamente como una aleación de fundición en arena y la ZA‐8 desarrollada como una aleación de fundición en molde permanente. Ahora se utilizan como fundiciones en matriz bajo presión. El desempeño de las aleaciones ZA cuando son fundidas por gravedad varía notablemente de las mismas aleaciones cuando se funden en matriz bajo presión. La composición de las aleaciones fundidas por gravedad figura en la tabla 9. Los mismos requisitos relativos a las impurezas, contaminación cruzada del fundido y, en general, el manejo descrito para las aleaciones fundidas en cáscara, aplicadas por igual a las aleaciones fundidas por gravedad. Al igual que ocurre con las aleaciones fundidas en cáscara, los cambios microestructurales que se presentan con el tiempo pueden alterar las propiedades y las dimensiones de las partes fundidas. Sin embargo, los cambios de propiedades son normalmente muy pequeños en la vida útil de un componente, y los cambios dimensionales, salvo en ZA‐27, son insignificantes. Un tratamiento térmico de estabilización de 12 horas a 250 °C, seguido por un enfriamiento en el horno, elimina eficazmente tres cuartos de los cambios dimensionales que ocurren en un envejecimiento a largo plazo. La Aleación ZA‐8 se utiliza principalmente con fundición permanente en moldes férreos, pero también se utiliza con moldes de grafito. También se puede especificar en molde de arena, si es necesario, aunque la fundición en arena no se utiliza ampliamente para esta aleación. Con la excepción de la resistencia a la fluencia, la resistencia de una fundición en molde permanente es inferior a la de una fundición en matriz bajo presión debido a la microestructura más gruesa de la primera. La calidad de las chapas ZA‐8 es excelente, y la reproducibilidad superficial es mejor que de todas las demás aleaciones ZA. La Aleación ZA‐12 es más versátil que la ZA‐8, ya que puede ser fundida en arena o en molde permanente. Tiene alta resistencia, su ductilidad y resistencia al impacto son aceptables. Es la aleación seleccionada para la fundición en molde de grafito. Las propiedades de amortiguación y de apoyo son muy elevadas. Esta aleación puede ser fundida en semicontinuo en estado sólido y con huecos alrededor para el mecanizado de anillos y rodamientos industriales. La Aleación ZA‐27 desarrolla sus propiedades óptimas cuando es fundida en arena. Sin embargo, debe tenerse cuidado cuando se producen fundiciones de sección gruesa para garantizar la máxima solidez y la mínima contracción de la parte inferior. La contracción de la parte inferior, debido a la segregación por gravedad de la fase rica en aluminio durante la solidificación, causa una aspereza en la resistencia superficial del fundido cuando el zinc líquido es extraído dentro de la fundición. Se puede garantizar tanto la reducción de la contracción en la parte inferior como una fundición sana cuando se utiliza un enfriamiento que promueva la solidificación direccional y aumente la tasa de solidificación. La adición de elementos de tierras raras reduce la contracción de la parte inferior. En una fundición sana por gravedad, la aleación ZA‐27 obtiene una ductilidad y una resistencia al impacto mucho mayor que las que se encuentran en muchas fundiciones con matriz. Tiene excelentes propiedades de desgaste, de apoyo y una resistencia al amortiguamiento mejor que cualquier aleación de zinc. 29 A pesar de que muy rara vez se necesita, un simple tratamiento térmico de 3 horas a 320 °C, seguido de un enfriamiento al horno, puede aumentar la ductilidad y la resistencia al impacto las fundiciones ZA‐27. Se obtiene una permanencia dimensional con un tratamiento térmico de estabilización de 12 horas a 250 °C, seguido de un enfriamiento al horno. La Aleación Kirksite se usa como una aleación de matriz de forma y se puede fundir en arena y conseguir rápidamente su forma. Tiene una composición muy similar a la aleación fundida Nº 2. Se utiliza principalmente en la construcción de matrices de fundición de dos piezas para el conformado de partes desde láminas metálicas, tales como componentes para la industria del transporte y la aeroespacial. Las aleaciones Kayem 1 y Kayem 2 son similares y utilizadas ampliamente en Europa. Los moldes tipo Cast‐to‐Size (Fundido a tamaño) hechos de Kirksite se utilizan para moldeo de inyección de plástico para prototipos a corto plazo y las operaciones de producción. Tabla 9. Composiciones nominales de aleaciones de zinc fundidas utilizadas para las matrices de conformado de chapas metálicas y para aleaciones en fundición hueca en forma de lingote. Aleación Designación Número Al Cd máx. común UNS(a) Aleaciones para Matrices de Conformado (ASTM B 793) Aleación A Z35543 3.50‐4.50 0.005 Aleación B Z35542 3.90‐4.30 0.003 Aleación en Fundición Hueca (ASTM B 792) Aleación A Z34510 4.50‐5.00 0.005 Aleación B Z30500 5.25‐5.75 0.005 Composición, % Cu Fe máx. Pb máx. Mg Sn máx. Zn 2.5‐3.5 2.5‐2.9 0.100 0.075 0.007 0.003 0.02‐0.10 0.02‐0.05 0.005 0.001 Bal. Bal. 0.2‐0.3 0.1 máx. 0.100 0.100 0.007 0.007 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.005 0.005 Bal. Bal. Las Aleaciones en Fundición Hueca se utilizan ampliamente para la producción de piezas moldeadas huecas tales como bases de lámparas de mesa. El fundido se vierte en el molde hasta que esté lleno o casi lleno y, a continuación, se invierte el molde, permitiendo que el metal sin solidificar descienda. Entonces se remueve la cáscara solidificada. El espesor de la cáscara depende del intervalo de tiempo entre la colada y la inversión del molde, la temperatura del fundido y el material del molde y su temperatura. Aleaciones Especiales. Se utilizan para elementos de deslizamiento, componentes hidráulicos, engranajes helicoidales, jaula de rodamiento de cilindro y otros productos más. Se han desarrollado en Japón una serie de aleaciones denominadas Cosmal, específicamente para aplicaciones que requieren alta amortiguación. Aplicaciones de las Piezas Fundidas. El zinc es utilizado ampliamente en la industria del transporte para piezas, tales como carburadores, cuerpo de bombas de combustible, partes de limpiaparabrisas, marcos de velocímetro, rejillas, bocinas, palancas de cambio, caja de transmisión, componentes del calentador, partes de freno, cuerpo del radio, disipadores de calor para la electrónica, espiga del volante de dirección, soporte del alternador, paneles de instrumentos, etc.; en accesorios electrónicos y eléctricos de todo tipo, incluidas las partes de electrodomésticos (por ejemplo, lavadoras, aspiradoras, batidoras, etc.), quemadores de aceite, carcasas de motor, cerraduras y relojes; en la industria de la informática (para el hardware); en máquinas comerciales (fotocopiadoras, máquinas de fax, cajas registradoras y máquinas de escribir), en máquinas de registro, proyectores, máquinas expendedoras, cámaras, bombas de gasolina, herramientas de mano y en maquinaria más grande como taladros y tornos. Las aleaciones ZA se utilizan cada vez más en rodamientos y cojinetes en aplicaciones donde se trabaja a baja velocidad y alta carga. Además de sus excelentes propiedades físicas y mecánicas, las aleaciones de zinc también tienen: 30 •
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Buena resistencia a la corrosión. Excelentes propiedades a vibraciones y amortiguación de sonido que aumentan exponencialmente con la temperatura. (a causa de estas características de amortiguación, aleaciones de zinc se puedes designar como HIDAMETS, o metales de alto amortiguamiento). • Excelentes propiedades a desgaste y apoyo. • Resistencia a la chispa (con la excepción de las aleaciones ZA‐27 con alto contenido de aluminio). 4.2.3. Zinc y Aleaciones de Zinc Forjadas El zinc en forma pura o con pequeñas adiciones de elementos de aleación se utiliza en tres tipos principales de productos forjados: laminados, trefilado y forjados y extruidos. El zinc forjado se puede mecanizar, unir y dar acabado de una manera fácil. Productos laminados. La fundición de zinc se fabrica normalmente en forma de lingotes planos con un espesor de 25 a 100 mm, que son adecuados para la laminación; estos lingotes se precalientan y posteriormente se les da un laminado grueso y un acabado. Las láminas se fabrican con diferentes anchuras de hasta 2 m y en espesores de hasta 0,1 mm, las que tienen espesores de 0,025 mm o menos se produce en fábricas especiales. Para obtener una superficie brillante combinada con una alta ductilidad, se realiza un laminado de acabado de 120 a 150 °C. El zinc laminado se puede conformar en diferentes formas: por plegado, hilado o repujado, embutición profunda, perfilado, acuñado y extrusión por impacto; se pueden unir mediante soldadura por resistencia eléctrica y soldadura con material de aporte. Cuando se alean con cobre y titanio, mejora su resistencia a la fluencia y se puede utilizar en aplicaciones funcionales (los ejemplos incluyen aplicaciones en arquitectura como cubiertas y revestimientos). Se producen en siete aleaciones base y también como zinc puro (Tabla 10). Las variaciones en la composición y en las condiciones de laminación producen una variedad de propiedades. Tabla 10. Composiciones nominales de aleaciones de zinc laminado por ASTM B 69. Aleación Designación Número Común UNS Zn‐0.08Pb Z21210 Zn‐0.06Pb‐
Z21220 0.06Cd Zn‐0.3Pb‐
Z21540 0.3Cd Zn‐1Cu Z44330 Zn‐1Cu‐
0.010Mg Zn‐0.8Cu‐
0.15Ti Zn‐0.8Cu Composición, %
Cu Pb Cd Fe máx. Al máx. Otros máx. Zn 0.001 máx. 0.10 máx.
0.005 máx.
0.012
0.001
0.001 Sn Bal.
0.005 máx. 0.05‐0.10 0.05‐0.08 0.012 0.001 0.001 Sn Bal. 0.005 máx. 0.25‐0.50 0.25‐0.45 0.002 0.001 0.001 Sn Bal. 0.85‐1.25 0.10 máx.
0.005 máx.
0.012
0.001
Z45330 0.85‐1.25 0.15 máx. 0.04 máx. 0.015 0.001 Z41320 0.50‐1.50 0.10 máx. 0.05 máx. 0.012 0.001 Z40330 0.70‐0.90 0.02 máx.
0.02 máx.
0.01
0.005
0.001 Sn 0.006‐
0.0016 Mg 0.001 Sn 0.12‐0.5 Ti 0.001 Sn 0.02 Ti Bal.
Bal. Bal. Bal.
Zinc superplástico, que contiene 21 a 23% de Al y una pequeña cantidad de cobre (0,4 a 0,6%), puede ser fácilmente conformado en formas complejas y muestra características de plástico o vidrio fundido a temperaturas de 250 a 270 °C. Cuando se procesa entre 275 y 375 °C, seguido de un enfriamiento y posterior envejecimiento, se obtiene un tamaño de grano fino que da al zinc superplástico propiedades únicas. Los diferentes grados, tales como enfriado al aire o enfriado por superficie, tienen diferentes niveles de resistencia. Cuando se recalienta por encima de 275 °C y se enfría lentamente hasta la temperatura ambiente, las propiedades superplásticas desaparecen. 31 Productos Trefilados. El zinc se pude laminar fácilmente o extruir en varillas y, a continuación, estirarlo para obtener alambres. La fabricación de alambres de aleaciones de zinc normalmente es continua y con las consiguientes operaciones de moldeado, laminado y estirado. Algunas veces se aplican acabados especiales o lubricantes después del estirado. Los tamaños de los alambres varían de 1,0 a 6,35 mm de sección. Se utilizan en la pulverización térmica o metalización, donde el alambre se funde y se le rocía sobre un sustrato utilizando una pistola especial. Este proceso se utiliza principalmente para la protección contra la corrosión del acero. Además del zinc puro, las aleaciones de zinc que contienen 15% Al se utilizan en la metalización debido a que estas aleaciones ofrecen una mayor protección contra la corrosión. Además de esta aplicación se utilizan en la fabricación de clavos y tornillos y en las soldaduras base zinc. Productos Extruidos y Forjados. A nivel comercial se usan dos aleaciones de zinc; una de base zinc – aluminio y la otra contiene cobre y titanio. La Korloy 2573 (Zn‐14.5Al‐0.02Mg‐0.75Cu) tiene una alta resistencia al impacto a bajas temperaturas. La aleación que contiene titanio, Korloy 3130 (Zn‐1.0Cu‐0.1Ti), es una aleación de uso más general y tiene una mejor resistencia a fluencia. Ambas aleaciones tienen excelentes características de mecanizado, unión y acabado, aunque el mecanizado de las aleaciones que contienen titanio se hace mejor con herramientas con punta de carburo. Estas aleaciones de zinc se pueden extruir, pero requieren altas presiones y velocidades más bajas que otros metales no ferrosos. La extrusión ofrece piezas casi acabadas o con un mínimo o no de mecanizado. Las temperaturas necesarias para la extrusión de las aleaciones de zinc están en el orden de los 250 a 300 °C. Aplicaciones de los Productos Forjados. Además del uso del zinc forjado en cubiertas y tapajuntas, el zinc laminado se utiliza en diferentes productos, tales como pasamanos, ojales metálicos, cajas de contadores, hebillas, abrazaderas, juntas de estanqueidad y en componentes eléctricos como partes de lámparas. Ejemplos típicos figuran en la tabla 11. Tabla 11. Aplicaciones típicas del zinc y aleaciones de zinc forjado. Aleación Zinc Puro Zn – Cu Aplicaciones Chapas para embutición profunda, metal expandido. Materiales de construcción, chapas para embutición profunda, acuñación de monedas. Impermeabilización de cubiertas, canalones y bajantes,
materiales de construcción, chapas para embutición profunda, placas base, colectores solares. Materiales de construcción, carcasa de baterías secas, chapas para embutición profunda, placas base, componentes eléctricos. Cubiertas de máquinas de escribir, paneles de ordenadores y placas de recubrimiento. Zn – Cu – Ti Zn – Pb – Cd – Fe Zn – Al (Zinc superplástico) La tabla 12 lista las propiedades mecánicas más importantes de las aleaciones de zinc. Tabla 12. Propiedades Mecánicas y Aplicaciones de las Aleaciones de Zinc forjado. Designación y Nombre Comercial AC43A Zn‐4Al‐2.5Cu‐
0.04Mg Zamak 2 AG40A Zn‐4Al‐
Composición Química 3.5‐4.3 Al, 2.5‐
3.0 Cu, 0.020‐0.05 Mg, 0.100 Fe máx., 0.005 Pb máx., 0.004 Cd máx., 0.003 Sn máx., Zn Bal. 3.5‐ 4.3 Al, 0.02‐ 0.05 Mg, 0.25 Resistencia a la Tracción, MPa Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 358 Muestra de fundición Elongación(a), % Propiedades Mecánicas Resistencia a Resistencia la compresión al (0.1% offset), Impacto(b), J MPa Dureza(c), HB Aplicaciones Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 7 641 47 100 Partes de automóviles, electrodomésticos y accesorios, equipos de oficina y ordenadores, herrajes. Muestra de fundición 414 58 82 Partes de automóviles, electrodomésticos y 32 0.04Mg Zamak 3 AC41A Zn‐4Al‐1Cu‐
0.05Mg Zamak 5 AG40B Zn‐4Al‐
0.015Mg Zamak 7 Zn‐8Al‐1Cu‐
0.02Mg ZA‐8 Zn‐11Al‐1Cu‐
0.025Mg ZA‐12 Cu máx., 0.100 Fe máx., 0.005 Pb máx., 0.004 Cd máx., 0.003 Sn máx., Zn Bal. 3.5‐4.3 Al, 0.75‐
1.25 Cu, 0.030‐0.08 Mg, 0.100 Fe máx., 0.005 Pb máx., 0.004 Cd máx., 0.003 Sn máx., Zn Bal. 3.5‐4.3 Al, 0.25 Cu máx., 0.005‐0.020 Mg, 0.075 Fe máx., 0.003 Pb máx., 0.002 Cd máx., 0.001 Sn máx., 0.005‐0.020 Ni, Zn Bal. Ingot: 8.2‐8.8 Al, 0.8‐1.3 Cu, 0.020‐
0.030 Mg, 0.065 Fe máx., 0.005 Pb máx., 0.005 Cd máx., 0.002 Sn máx., Zn Bal. Casting: 8.0‐8.8 Al, 0.8‐1.3 Cu, 0.015‐
0.030 Mg, 0.075 Fe máx., 0.006 Pb máx., 0.006 Cd máx., 0.003 Sn máx., Zn Bal. Ingot: 10.8‐11.5 Al, 0.5‐1.2 Cu, 0.020‐
0.030 Mg, 0.065 Fe máx., 0.005 Pb máx., 0.005 Cd máx., 0.002 Sn máx., Zn Bal. Castings: 10.5‐11.5 Al, 0.5‐1.2 Cu, 0.015‐0.030 Mg, 0.075 Fe máx., 0.006 Pb máx., 0.006 Cd máx., 0.003 Sn máx., Zn Bal. Zn‐27Al‐2Cu‐
0.015Mg ZA‐27 Ingot: 25.5‐28.0 Al, 2.0‐2.5 Cu, 0.012‐
0.020 Mg, 0.072 Fe máx., 0.005 Pb máx., 0.005 Cd máx., 0.002 Sn máx., Zn Bal. Castings: 25.0‐28.0 Al, 2.0‐2.5 Cu, 0.01‐0.02 Mg, 0.075 Fe max, 0.006 Pb max, 0.006 Cd max, 0.003 Sn max, Zn Bal. Zn‐1.25Cu‐
1.0‐1.5 Cu, 0.15‐
inyectada (6.35 mm de diámetro): 283 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 328 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 283 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 374 Muestra fundida en molde permanente (12.7 mm de diámetro): 240 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 404 Muestra fundida en molde permanente (12.7 mm de diámetro): 328 Muestra de fundición en arena (12.7 mm de diámetro): 299 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 426 Muestra fundida en molde permanente (12.7 mm de diámetro): 424 Muestra de fundición en arena (12.7 mm de diámetro): 421 Muestra de inyectada (6.35 mm de diámetro): 10 accesorios, equipos de oficina y ordenadores, herrajes. Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 7 91 Partes de automóviles, electrodomésticos y accesorios, equipos de oficina y ordenadores, herrajes. 58 80 Partes de automóviles, electrodomésticos y accesorios, equipos de oficina y ordenadores, herrajes. Muestra de fundición inyectada: 42 Muestra fundida en molde permanente: 20 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 103 Muestra fundida en molde permanente (12.7 mm de diámetro): 87 Para fundición en matriz bajo presión y por gravedad, donde se alta requiere resistencia. Automóviles, herrajes en general, equipo agrícola, accesorios eléctricos y electrónicos, aplicaciones domésticas y de jardinería, equipos informáticos, máquinas comerciales, máquinas de grabación, radios y herramientas de mano. Muestra de fundición inyectada: 100 Muestra fundida en molde permanente: 89 Muestra de fundición en arena: 94 Para fundición en matriz bajo presión y por gravedad, donde se requiere alta resistencia. Automóviles, herrajes en general, equipo agrícola, accesorios eléctricos y electrónicos, aplicaciones domésticas y de jardinería, equipos informáticos, máquinas comerciales, máquinas de grabación, radios y herramientas de mano. Esta aleación se utiliza en rodamientos y cojinetes sometidos a alta carga y baja velocidad. Muestra de fundición inyectada: 359 Muestra de fundición en arena: 330 Muestra de fundición inyectada: 12 Muestra de fundición en arena (10 mm en barra cuadrada): 48 Muestra de fundición inyectada: 119 Muestra fundida en molde permanente: 113 Muestra de fundición en arena: 90 Para fundición en matriz bajo presión y por gravedad, donde se requiere alta resistencia. Automóviles, herrajes en general, equipo agrícola, accesorios eléctricos y electrónicos, aplicaciones domésticas y de jardinería, equipos informáticos, máquinas comerciales, máquinas de grabación, radios y herramientas de mano. Esta aleación se utiliza en rodamientos y cojinetes sometidos a alta carga y baja velocidad. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 25 Muestra de Componentes Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 13 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 8 Muestra fundida en molde permanente(12.7 mm de diámetro): 1.3 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 5 Muestra fundida en molde permanente(12.7 de mm diámetro): 2.2 Muestra de fundición en arena (12.7 mm de diámetro): 1.5 Muestra de fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 2.5 Muestra fundida en molde permanente(12.7 de mm diámetro): 2.0 Muestra de fundición en arena (12.7 mm de diámetro): 4.5 Muestra de 600 414 Muestra de fundición inyectada: 252 Muestra fundida en molde permanente: 210 Muestra de fundición inyectada: 269 Muestra fundida en molde permanente: 234 Muestra de fundición en arena: 230 65 Muestra de fundición inyectada: 29 Muestra fundida en molde permanente: 20 Muestra de fundición en arena (10 mm en barra cuadrada): 26 de 33 0.2Ti‐0.15Cr ILZRO 16 0.25 Ti, 0.10‐0.20 Cr, 0.01‐0.04 Al, 0.02 Mg máx., 0.04 Fe máx., 0.005 Pb máx., 0.004 Cd máx., 0.003 Sn máx. Zn Bal. Zn‐4.75Al‐
0.25Cu Slush casting Alloy A Ingot: 4.5‐5.0 Al, 0.2‐0.3 Cu, 0.10 Fe máx., 0.007 Pb máx., 0.005 Cd máx., 0.005 Sn máx., Zn Bal. Zn‐5.5Al Slush casting Alloy B Ingot: 5.25‐5.75 Al, 0.1 Cu máx. 0.10 Fe máx., 0.007 Pb máx., 0.005 Cd máx., 0.005 Sn máx., Zn Bal. Commercial Rolled Zinc Zn‐0.08Pb Deep‐drawing zinc 0.10 Pb max, 0.012 Fw máx., 0.005 Cd máx., 0.001 Cu máx., 0.001 Al máx., 0.001 Sn máx., Zn Bal. Commercial Rolled Zinc Zn‐0.06Pb‐
0.06Cd Copper‐
Hardened Rolled Zinc Zn‐1.0Cu Rolled Zinc Alloy Zn‐1.0Cu‐
0.010 Mg Zn‐Cu‐Ti Alloy Zn‐0.8Cu‐.15Ti fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 230 Muestra de fundición en coquilla (12.7 mm de diámetro): 193 Muestra de fundición en coquilla (12.7 mm de diámetro): 172 fundición inyectada (6.35 mm de diámetro): 6 fundición inyectada: 76 Muestra fundida en molde permanente: 113 Muestra de fundición en arena: 90 rodamientos de alta carga para elevadas temperaturas de servicio. Para todas las fundiciones en molde permanente y hueco, principalmente en la fabricación de accesorios de iluminación y estatuas. todas las Para fundiciones en molde permanente y hueco, principalmente en la fabricación de accesorios de iluminación y estatuas. En general, para artículos embutidos, conformados o hilados que requieren cierta rigidez, como el conformado de ojales metálicos y arandelas aislantes. En general, para artículos embutidos, conformados o hilados que requieren cierta rigidez, como el conformado de ojales metálicos y arandelas aislantes. Cinta para intemperie, placa del constructor, virolas, y artículos embutidos, conformados o hilados que requieren rigidez. Muestra de fundición en coquilla (12.7 mm de diámetro): 1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 4 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Muestra de fundición en coquilla (12.7 mm de diámetro): 1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.4 ‐‐‐‐‐‐‐‐ Hot‐rolled specimen: 134‐159 Cold‐rolled specimen: 145‐186 Hot‐rolled specimen: 50‐65 Cold‐rolled specimen: 40‐50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Hot‐rolled: 42 0.05‐0.10 Pb, 0.012 Fe max, 0.05‐0.08 Cd, 0.005 Cu max, 0.001 Al max, 0.001 Sn max, Zn Bal Hot‐rolled specimen: 145‐173 Cold‐rolled specimen: 152‐201 Hot‐rolled specimen: 30‐52 Cold‐rolled specimen: 30‐40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Hot‐rolled: 43 0.85‐1.25 Cu, 0.10 Pb max, 0.012 Fe max, 0.005 Cd max, 0.001 Al max, 0.001 Sn max, bal Zn 0.85‐1.25 Cu, 0.006‐0.016 Mg, 0.15 Pb max, 0.012 Fe max, 0.04 Cd máx. 0.001 Al máx., 0.001 Sn máx., Zn Bal. 0.50‐1.50 Cu, 0.12‐0.50 Ti, 0.10 Pb max, 0.012 Fe max, 0.05 Cd max, 0.001 Al max, 0.001 Sn max, Zn Bal. Hot‐rolled specimen: 145‐173 Cold‐rolled specimen: 152‐201 Hot‐rolled specimen: 30‐52 Cold‐rolled specimen: 30‐40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Hot‐rolled: 43 Hot‐rolled specimen: 200‐276 Cold‐rolled specimen: 248‐317 Hot‐rolled specimen: 10‐20 Cold‐rolled specimen: 10‐25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Hot rolled: 61 Cold rolled: 80 Techos planos y corrugados, o artículos conformados suavemente que requieren máxima rigidez. Hot‐rolled specimen: 221‐290 Cold‐rolled specimen: 200‐260 Hot‐rolled specimen: 21‐38 Cold‐rolled specimen: 44‐60 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Hot rolled: 61 Cold rolled: 80 Techos ondulados, canaletas, bajantes y artículos conformados que requieren máxima resistencia a la fluencia. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Suministrado como lámina para conformado en caliente. Especialmente útil para aplicaciones de bajo Superplastic As‐rolled: 21‐23 Al, 0.40‐0.60 volumen donde debe Zinc 310‐380 As‐rolled: 25‐27 As‐rolled: Cu, 0.008‐0.012 Mg, ser bajo el coste de las Zn‐22Al Annealed at Annealed at 315 70‐79 0.01 Pb máx., 0.002 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ herramientas. Utilizado Super Z300, 315 °C, air °C, air cooled: Annealed: Fe máx., 0.01 Cd 9‐11 para cajas electrónicas Formetal 22 cooled: 84‐85 max, 0.001 Sn max, herméticas, armarios y Alloy, Korloy 400‐441 Zn Bal. paneles, piezas de 2684 maquinas de negocios, instrumentos médicos y de laboratorio y otras herramientas. (a) En 50 mm de longitud calibrada, (b) Ensayo charpy, sin entalla 6,35 mm en barra cuadrada, (c) 500 kg de carga, bolas de acero endurecido de 10 mm de diámetro, 30 s de duración) 34 4.3. HIERROS Y ACEROS 4.3.1. Clasificación y aplicaciones del hierro fundido. El término “hierro fundido”, al igual que el término “acero”, identifica una gran familia de aleaciones ferrosas. El hierro fundido son aleaciones ferrosas multicomponentes que solidifican en eutéctico. Contienen elementos de aleación en mayor grado (hierro, carbono, silicio), menor grado (<0,1%) y a menudo (> 0,1%). La fundición de hierro tiene más contenido de carbono y silicio que el acero. Debido al mayor contenido de carbono, la estructura de la fundición de hierro, en contraposición a la de acero, presenta una fase rica de carbono. Dependiendo principalmente de la composición, la velocidad de enfriamiento y el tratamiento de fusión, el hierro fundido puede solidificar de acuerdo con el sistema (termodinámicamente metaestable) Fe‐Fe3C o el sistema (estable) Fe‐Gr. Cuando se sigue el camino metaestable, la fase rica en carbono en el eutéctico es el carburo de hierro, cuando se sigue el camino de la solidificación estable, la fase rica en carbono es el grafito. Refiriéndose sólo a los sistemas binarios Fe‐Fe3C o Fe‐Gr, el hierro fundido se puede definir como una aleación de hierro‐carbono con más de 2% C. Se advierte que el silicio y otros elementos de aleación pueden cambiar considerablemente la solubilidad máxima de carbono en austenita (γ). Por lo tanto, en casos excepcionales, las aleaciones con menos del 2% C puede solidificar con una estructura eutéctica y, por lo tanto siguen perteneciendo a la familia de hierro fundido. La formación de eutéctico estable o metaestable depende de muchos factores, entre ellos la potencial nucleación del líquido, la composición química y la velocidad de enfriamiento. Los dos primeros factores determinan el potencial de grafitización el hierro. Con un alto potencial de grafitización se obtendrá hierro con grafito (como fase rica en carbono), mientras que un bajo potencial de grafitización dará como resultado hierro con carburo de hierro. Un esquema de la estructura de los tipos comunes de hierros fundidos comerciales, así como el proceso necesario para obtenerlos, se muestra en la Fig. 1. 35 Figura 1. Microestructuras básicas y procesos para obtener hierro fundidos comerciales. Los dos tipos básicos de eutécticos, el estable (austenita‐grafito) o el metaestable (austenita‐
carburo de hierro (Fe3C)), tienen grandes diferencias en sus propiedades mecánicas como en la resistencia, la dureza, la tenacidad y la ductilidad. Por lo tanto, el procesamiento metalúrgico básico de la fundición de hierro es necesario para manipular el tipo, cantidad y la morfología del eutéctico, a fin de obtener las propiedades mecánicas deseadas. Históricamente, la primera clasificación de fundición de hierro se basó en su fractura. Dos tipos de hierro fueron reconocidos inicialmente: •
•
Hierro Blanco: Su superficie de fractura es blanca, cristalina debido a que la fractura se produce a lo largo de las placas de carburo de hierro, resultado de la solidificación metaestable (Fe3C eutéctico). Hierro Gris: Su superficie de fractura es de color gris debido a que la fractura se produce a lo largo de las placas de grafito (escamas), resultado de la solidificación estable (Gr eutéctico). Con el advenimiento de la metalografía y con el cuerpo de conocimientos pertinentes al aumento del hierro fundido, resultaron otras clasificaciones basadas en características microestructurales: •
•
Forma del grafito: Grafito Lamelar (escamas) (FG), grafito esferoidal (nodular) (SG), grafito compactado (vermicular) (CG) y grafito temperado (TG); el grafito templado es el resultado de una reacción en estado sólido (maleabilización). Matriz: Ferrítica, perlítica, austenítica, martensítica, bainítica (austemperado). Esta clasificación se utiliza pocas veces por el fundidor, utiliza mas la terminología comercial. Una primera división puede hacerse en dos categorías: •
•
Hierro fundido común: Para aplicaciones con fines generales, que son aleaciones sin alear o de baja aleación. Hierros fundidos especiales: Para aplicaciones especiales, generalmente de alta aleación. La correspondencia entre la clasificación comercial y microestructural de los hierros fundidos, así como la etapa final de procesamiento para obtener los hierros fundidos comunes se muestran en la tabla 13. Tabla 13. Clasificación de hierros fundidos por designación comercial, microestructura y fractura. Designación Comercial Fase rica en Carbono Hierro Gris Grafito Lamelar Hierro Dúctil Grafito Esferoidal Hierro de Grafito Compacto Grafito Vermicular Compacto Hierro Blanco Fe3C Matriz
Perlita
Ferrita, Perlita, Austenita Ferrita, Perlita Perlita, Martensita Fractura Gris
Plata – Gris Gris Blanca Estructura final después de Solidificación Solidificación o Tratamiento Térmico Solidificación Solidificación y (a) Tratamiento Térmico
Solidificación Tratamiento Térmico
Hierro Atruchado Gr Lamelar + Fe3C Perlita
Atruchada
Hierro Maleable Grafito Templado Ferrita, Perlita
Plata – Gris
Hierro Dúctil Grafito Temperado Bainita Plata – Gris Tratamiento Térmico Austemperado (a) Los hierros blancos, generalmente no son tratados térmicamente, excepto cuando se alivian tensiones y continúan con la transformación austenítica. Los hierros fundidos especiales se diferencias de los hierros fundidos comunes en el mayor contenido de elementos de aleación (> 3%), que promueven microestructuras con propiedades 36 especiales para aplicaciones que requieres altas temperatura, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. Una clasificación de los principales tipos de hierros fundidos especiales se muestra en la Fig. 2. Figura 2. Clasificación de los hierros fundidos especiales de alta aleación. 4.3.1.1. Hierro Gris Los hierros fundidos son aleaciones de hierro, carbono y silicio con un mayor contenido de carbono que se puede mantener en solución sólida en austenita a la temperatura eutéctica. En los hierros fundido grises, el carbono que exceda la solubilidad en austenita precipita como escamas de grafito. Por lo general contienen de 2,5 – 4% C, 1 – 3% Si, y adiciones de manganeso, en función de la microestructura deseada (tan bajo como 0,1% Mn en hierro gris ferrítico y tan alto como 1,2% en perlítico). También contiene azufre y fósforo en pequeñas cantidades como impurezas residuales. En la norma ASTM A48 se encuentra una simple y conveniente clasificación de los hierros grises, que clasifica los diversos tipos en términos de resistencia a la tracción, expresada en ksi. La clasificación ASTM de ninguna manera connota una escala de superioridad ascendente de la clase 20 (resistencia a la tracción mínima de 140 MPa, o 20 ksi) a la clase 60 (resistencia a la tracción mínima de 410 MPa, o 60 ksi). En muchas aplicaciones, la resistencia no es el principal criterio para la elección de una categoría. Por ejemplo, para partes como platos de embrague y tambor del freno, donde es importante el control de la resistencia al calor, los hierros categorizados como de “baja resistencia” son los más utilizados. Del mismo modo, en aplicaciones donde el choque térmico es importante, tales como lingotes o moldes de fundición, un hierro clase 60 fracasaría rápidamente, mientras que el hierro clase 25 muestra un buen desempeño. En máquinas herramientas y otras partes sujetas a vibraciones, donde se necesita una buena capacidad de amortiguamiento, los hierros de “baja resistencia” son los que ofrecen mejores resultados. En general, se puede suponer que las siguientes propiedades de los hierros fundidos grises aumentan con el aumento de la resistencia a la tracción de la clase 20 a clase 60: • Todas las resistencias, incluida la resistencia a elevadas temperaturas • Capacidad para ser mecanizados con acabados finos 37 • Módulo de elasticidad • Resistencia al desgaste Por otra parte, las siguientes propiedades disminuyen con el aumento de la resistencia a la tracción, donde los hierros denominados de “baja resistencia” ofrecen, a menudo, mejores resultados que los hierros denominados de “alta resistencia”, en aplicaciones donde estas propiedades son importantes: • Maquinabilidad • Resistencia al choque térmico • Capacidad de amortiguamiento • Capacidad para ser fundidos en secciones delgadas La tabla 14 muestra la clasificación de los hierros grises según la norma ASTM A48. Tabla 14. Clasificación de los hierros grises según la ASTM A48. Tipo de Hierro Total de Carbono, % Total de Silicio, % Clase 20 Clase 30 Clase 40 Clase 50 Clase 60 3.40‐3.60
3.10‐3.30
2.95‐3.15
2.70‐3.00
2.50‐2.85
2.30‐2.50 2.10‐2.30 1.70‐2.00 1.70‐2.00 1.90‐2.10 La morfología del grafito y las características de la matriz afectan a las propiedades físicas y mecánicas del hierro gris. Las grandes escamas (común en hierros con alto carbono equivalente y fundiciones de sección gruesa), generan propiedades deseables, tales como, buena capacidad de amortiguamiento, estabilidad dimensional, resistencia al choque térmico, y facilidad de mecanizado. Con hierros que contienen pequeñas escamas se pueden obtener valores superiores de resistencia a la tracción y módulo de elasticidad, resistencia al agrietamiento y superficies mecanizadas lisas, que son promovidas por bajos niveles de carbono equivalente y tasas de enfriamiento más rápido. Con el refinamiento y la estabilización de la perlita en una estructura acicular se obtiene un aumento de la dureza, resistencia a la tracción y resistencia al desgaste. Además de la composición (en particular, el carbono equivalente) y tamaño de sección, factores tales como adición de elementos de aleación, tratamiento térmico, propiedades térmicas del molde y la geometría de la fundición afectan a la microestructura y, por tanto, a las propiedades del hierro. Las propiedades mecánicas de los hierros grises se muestran en la tabla 15. Tabla 15. Propiedades Mecánicas de los Hierro Grises. Clase Resistencia a la Tracción, MPa Resistencia al cortante torsional MPa Resistencia a la Compresión MPa Límite de fatiga a flexión invertida, MPa Dureza HB 20 152 179 572
69
156 25 179 220 669
79
174 30 214 276 752
97
210 35 252 334 855
110
212 40 293 393 965
128
235 50 362 503 1130
148
262 60 431 610 1293
169
302 La resistencia a la tracción es inversamente proporcional a la equivalencia de carbono. Límite elástico se puede determinar a partir del diagrama esfuerzo – deformación, utilizando el método de offset, ya sea con el 0,1% o 0,2%. Los valores de elongación del 38 hierro gris son muy bajos, generalmente del orden de aproximadamente un 0,6%. El módulo de elasticidad del hierro gris no es un número único, porque no posee un rango elástico en el que el esfuerzo y la deformación exhiban una relación lineal. Los valores para el módulo de tensión se suelen estimar por método del módulo tangente o el módulo secante. Los cambios en las propiedades físicas y mecánicas que se pueden producir en el hierro gris por el control de la microestructura permiten una variedad de aplicaciones. El hierro gris puede utilizarse eficazmente en la alta competición, en aplicaciones de bajo costo en las que sus propiedades como fundición son de vital importancia. Estas aplicaciones incluyen pesas, contrapesos en ascensores, parachoques y chasis, cajas para equipos eléctricos y los hidrantes contraincendios. Una variedad de grados de hierro puede utilizarse en estas aplicaciones. El hierro gris también se emplea en aplicaciones más críticas, en las cuales los requerimientos de propiedades mecánicas y físicas determinan su selección, tales como partes moldeadas en la industria automotriz y partes en los hornos. Las normas establecidas por la American Society for Testing and Materials, la Society of Automotive Engineers, el gobierno federal y los militares, prestan asistencia en la selección de los grados o clases apropiadas que satisfagan los requerimientos en cuanto a propiedades mecánicas y físicas se refiere. Las piezas moldeadas en la industria automotriz que requieren control de resistencia al calor están cubiertas por la norma ASTM A 159. Las especificaciones de partes sensibles a la presión se pueden encontrar en la norma ASTM A 278, mientras que la información de la composición de las piezas moldeadas que requieren resistencia al choque térmico está disponible en la norma ASTM A 319. Un resumen de las aplicaciones típicas del hierro gris, basado en las especificaciones y la información disponible en la literatura, se presenta en la tabla 16. Tabla 16. Aplicaciones típicas para la fundición de hierro gris. Especificación(a) Grado o Clase(b)
20, 25 30, 35 ASTM A 48 40, 45 50, 55, 60 G1800 G2500 ASTM A 159, SAE J431 G2500a G3000 G3500 G3500b Aplicaciones Típicas Pequeño o delgado‐seccionada piezas moldeadas que requieren buena apariencia, buena maquinabilidad, dimensiones y tolerancias estrechas. General maquinaria, municipales y de abastecimiento de agua, compresores de luz, aplicaciones de automoción. Máquinas herramienta, medio‐deber de artes en blanco, compresores pesados, pesados bloques de motor. Muere, cigüeñales, de alta presión de los cilindros, de servicio pesado de máquina herramienta, piezas, grandes marchas, la utilización de marcos de prensa. Varios suave piezas moldeadas de hierro en la que la fuerza es la consideración primordial; colectores de escape. Pequeños bloques de cilindro y la cabeza, refrigerado por aire los cilindros, pistones, platos de embrague, bomba de aceite órganos, los casos de transmisión, cajas de engranajes, ligeros tambores de freno. Tambores de freno y embrague de placas de moderada servicio de alto carbono que es deseable para reducir al mínimo el control de calor. Cilindro de bloques, cabezas, camisas, volantes, pistones, platos de embrague. Camión de bloques de cilindros y cabezas, volantes pesados, la diferencia de los transportistas. Tambores de freno y embrague de placas para servicio pesado servicio que requieren resistencia al calor y alta 39 (a)
(b)
resistencia.
Camión tractor y bloques de cilindros y cabezas, volantes pesada, un tractor de G4000 transmisión de casos, la diferencia de los transportistas, pesadas cajas de engranajes. Extraheavy de servicio tambores de G3500c freno. Aleados árboles de levas del motor del G4000d automóvil. El motor Diesel piezas moldeadas, G4500 camisas, cilindros y pistones; pesados piezas para la industria en general. Cuerpos de válvula, fábrica de papel secador de rodillos, equipo de proceso ASTM A 278 40, 50, 60, 70, 80 químico, recipientes a presión las piezas moldeadas. Stoker y firebox partes, barras de la reja, horno de proceso de partes, lingote ASTM A 319 I, II, III moldes, moldes de vidrio, cáustico ollas, ollas de metal fusión. Automóvil, camión, aparato, maquinaria ASTM A 823 ‐‐‐‐‐‐‐‐ y piezas moldeadas en cantidad. Guías de válvulas, bombas de 1 insecticida, inundaciones puertas, bandas de anillo de pistón. Válvula de agua de mar y cuerpos de 1b bomba, la bomba de cinturones de sección. Aplicador de fertilizantes partes, rotores 2 de bomba, la bomba de cubiertas, válvulas de enchufe. Cáustica cubiertas bomba, válvulas, 2b rotores de bomba. ASTM A 436 Turbocompresor carcasas, bombas y revestimientos, estufa tops, válvula de 3 vapor anillos de pistón, cáustico bombas y válvulas. 4
Rango de cimas. Rollos de vidrio y moldes, máquinas herramientas, medidores, partes ópticas requiriendo de un mínimo de expansión 5 y las buenas cualidades de amortiguación, la soldadura de raíles y las ollas. 6
Válvulas La norma ASTM A48 incluye también otras especificaciones: A 159 (automoción), A 126 (válvulas, bridas, accesorios para tubería), A 74 (tubería en suelo y accesorios), A 278 (partes presurizadas para temperaturas de hasta 340 °C), A 319 (partes no presurizadas para elevadas temperaturas de servicio) y A 436 (hierros grises austeníticos el calor, la corrosión y resistencia al desgaste). La norma SAE J431c para la fundición de hierro gris describe los requisitos que son más específicos que los que se describen en la norma ASTM A 48. Un hierro destinado a secciones gruesas, tales como la serie G3500, se especifica que tienen una mayor resistencia y dureza en el ensayo estándar de barra, que uno de grado G2500, que se destina a secciones delgadas. 4.3.1.2. Hierro Dúctil El hierro dúctil sólo se conoce desde finales de 1940, pero ha ido creciendo en importancia y en la actualidad representa aproximadamente entre el 20 y 30% de la producción de hierro fundido de la mayoría de los países industrializados. El hierro dúctil también es conocido como hierro nodular o hierro de grafito esferoidal. A diferencia del hierro gris, que contiene escamas de grafito, el hierro dúctil tiene una estructura de fundición que contiene partículas de grafito en forma de pequeños, redondeados, nódulos esferoidales en una matriz metálica dúctil. Por lo tanto, el hierro dúctil tiene más resistencia que el hierro gris y un considerable grado de ductilidad. Estas propiedades, así como muchas otras, se pueden mejorar con tratamientos térmicos adecuados. 40 El hierro dúctil también complementa y extiende las propiedades y aplicaciones de hierros maleables. A las fundiciones que tienen un espesor de sección de unos 6 mm (o más) se les puede aplicar un tratamiento térmico de recocido y también se pueden fabricar en secciones mucho más gruesas. Sin embargo, no se pueden fabricar en secciones muy delgadas como fundición dúctil y dichas secciones por lo general deben ser tratadas térmicamente para desarrollar la ductilidad. Tienen la ventaja (en común con el hierro gris) de una excelente fluidez, pero se requiere mucho cuidado para asegurar un buen fundido y para evitar los bordes duros y los carburos en las secciones delgadas. En comparación con el acero y el hierro maleable, es más fácil de hacer un buen fundido y obtener un mayor rendimiento de la fundición, sin embargo, se requiere más atención en el moldeo y fundición. El hierro dúctil se obtiene por el tratamiento del hierro fundido líquido bajo de azufre con un aditivo que contienen magnesio (o de vez en cuando cerio) y, finalmente suele ser inoculado justo antes o durante la fundición con una aleación que contiene silicio (inoculante). Hay muchas variaciones en el tratamiento de la práctica comercial. En general, el rango de composiciones es similar a la de hierro gris, pero hay un número importante de diferencias. La forma esferoidal de grafito que caracteriza el hierro dúctil se obtiene por el contenido de magnesio (alrededor de 0,04 a 0,06%). El magnesio es un elemento altamente reactivo a la temperatura del hierro fundido, combinándose fácilmente con el oxígeno y el azufre. Para la economía de magnesio y la limpieza del metal, el contenido de azufre del hierro a ser tratado debe ser bajo, preferiblemente <0,02% (esto se logra en un horno eléctrico con la carga base de chatarra de acero o arrabio de calidad especial suministrada por la producción de hierro dúctil, junto con chatarra de hierro dúctil). También se puede alcanzar un bajo contenido de azufre por la fusión en un cubilote básico, pero el hierro fundido en cubilote ácido tiene un mayor contenido de azufre y normalmente hay que desulfurarlo antes del tratamiento de desulfuración (continuo o por lote) en la cuchara o un recipiente especial. No es recomendable el tratamiento del hierro fundido en cubilote ácido con magnesio sin previa desulfuración, porque el hierro consume más magnesio y produce un exceso de escoria de sulfuro de magnesio, que es difícil de eliminar completamente y puede dar lugar a defectos de impurezas en las piezas moldeadas. Para producir hierro dúctil con la mejor combinación de resistencia, alta ductilidad y tenacidad, las materias primas que se elijan deben tener bajas trazas de elementos, en particular los que promueven una estructura perlítica de la matriz. También se necesita un bajo contenido de manganeso para lograr una fundición bruta dúctil y facilitar el tratamiento térmico para producir una estructura ferrítica. Con este fin, es necesario utilizar diferentes tipos especiales de chatarra de acero y arrabio de calidad especial para la producción de hierro dúctil. Según Draft International Standard ISO/DIS 9147, se especifican dos grados de fundición en lingotes para la producción de hierro dúctil: Grado 3.1 (Base Nodular (SG)) y Grado 3.2 (Base nodular (SG), más alto manganeso). Las composiciones de estas categorías son las siguientes: Grado 3.1 C Si Composición Mn P S 3.5 – 4.6 < 3.0
< 0.1
< 0.08
0.03 máx.
El contenido de elementos que afectan la formación del grafito nodular y promueven la formación de carburos son bajos de acuerdo a la aplicación de la categoría en cuestión. Los grados del hierro dúctil con mayor resistencia se pueden fabricar con grados comunes de chatarra acero de construcción, arrabio y fundición de retornos, pero algunas trazas de elementos (en particular, plomo, antimonio y titanio) se deben mantener tan bajas como sea posible para alcanzar una buena estructura grafítica. Se pueden compensar los efectos 41 indeseables adicionando pequeñas cantidades de cerio para obtener un contenido residual de cerio de 0,003 a 0,01%. Se debe hacer un control exhaustivo de las materias primas para excluir el aluminio, ya que éste promueve la fragilidad y defectos por impurezas. Las especificaciones estándar (para los grados de ingeniería de piezas moldeadas de hierro dúctil) clasifican los grados de acuerdo con la resistencia a la tracción del ensayo de barra cortada de un ensayo prescrito de fundición. La Organización Internacional de Normalización (ISO), en particular, la norma ISO 1083:1976 y la mayoría de normas nacionales también especifican la ductilidad en términos del porcentaje de alargamiento y el 0,2% de la resistencia de prueba o compensación del límite elástico. Se especifica la dureza, pero sólo es obligatoria en la norma SAE J434C. La tabla 17 resume las normas ISO 1083:1976, ASTM A 536 y las especificaciones de la norma SAE J434C. Tabla 17. Propiedades del hierro dúctil. Grado Resistencia a la Tracción, MPa Límite Elástico al 0.2% de desviación Elongación (min), % Energía de Impacto, J Promedio
(a)
Dureza, HB Estructura Individual ISO Standard 1083 (Internacional) 800 – 2 800 480 2 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 248 – 352 Perlita o templada Perlita
Perlita + Ferrita
Ferrita + Perlita
Ferrita
Ferrita
700 – 2 700 420 2
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
229 – 302 600 – 3 600 370 3
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
192 – 269 500 – 7 500 320 7
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
170 – 241 400 – 12 400 250 12
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
<201 370 – 17 370 230 17
13
11
<179 ASTM A 536 (Estados Unidos)
60 – 40 – 18 414 276 18
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
60 – 42 – 10 414 290 10
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
65 – 45 – 12 448 310 12
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
70 – 50 – 05 485 345 5
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
80 – 55 – 06 552 379 6
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
80 – 60 – 03 552 414 3
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
100 – 70 – 03 690 483 3
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
120 – 90 – 02 827 621 2
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
(b)
SAE J434C (Estados Unidos)
D4018 414 276 18
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
170 máx. Ferrita
D4512 448 310 12
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
156 – 217 Ferrita + Perlita
D5506 552 379 6
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
187 – 255 Ferrita + Perlita
D7003 690 483 3
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
241 – 302 Perlita
(c) DQ&T
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐ Martensita
(a) Valor medio de tres pruebas. (b) Estos hierros se especifican principalmente sobre la base de la dureza y la estructura. Las propiedades mecánicas se dan sólo a título informativo. (c) Grado templado y revenido; la dureza fue objeto de un acuerdo entre el proveedor y el comprador. Se está incrementando cada vez más las aplicaciones del hierro dúctil en una gama de componentes en la que se puede sustituir por el hierro gris, ya que posee mejores propiedades. Ejemplos de aplicaciones en automoción son los cigüeñales, los colectores de escape, anillos de pistón y camisas de cilindro. Se usa el hierro dúctil en estas aplicaciones porque ofrece una mayor resistencia y permite el ahorro de peso. Las tuberías de hierro gris hilado han sido sustituidas por tubos de hierro dúctil con un alto grado de ductilidad y con paredes más delgadas y también los accesorios hechos en este material. Las aplicaciones en la agricultura y movimiento telúricos como bridas, acoplamientos, rodillos, válvulas hidráulicas, ruedas dentadas y componentes de vías con alta resistencia y tenacidad se fabrican con hierro dúctil. Aplicaciones generales de ingeniería incluyen cilindros hidráulicos, mandriles, carcasas de máquinas, interruptores, tren de laminación de rollos, segmentos de túnel, rollos de bajo costo, barras, moldes de caucho, mobiliario urbano, como tapas y marcos, y soportes 42 sujetacarril en ferrocarriles. Para estas aplicaciones, el hierro dúctil ha proporcionado un mayor rendimiento o ahorro de peso. De hierro dúctil su puede utilizar para sustituir a componentes muchos más caros que se fabrican en acero forjado o fundido u otros metales, debido a su mayor relación resistencia‐
peso, menor capacidad de amortiguamiento, mejor maquinabilidad, y mejor colabilidad. Los ejemplos incluyen pinzas de freno y cilindros, engranaje del mecanismo de dirección y otros componentes críticos, turbocompresores, bielas, engranajes y cajas de engranajes, cuerpos de válvula, componentes de bombas, partes de bulldozer, contenedores de combustible nuclear y transportadores, puente de rodillos y soportes de barandilla, componentes de trituradora de carbón y mineral, ruedas de grúa, equipos de pozos de petróleo, disyuntor aéreo, eje y cojinetes, cajas de ejes ferroviarios y cubiertas de turbina de baja presión. Los engranajes de hierro dúctil han tenido buenos resultados en aplicaciones de ingeniería y agricultura que no son críticas, pero el hierro dúctil austemperado ofrece una combinación de resistencia, propiedades de fatiga y resistencia al desgaste y que lo hace de gran interés para la ingeniería pesada y para los engranajes de automoción (aplicaciones en las que el uso de hierro dúctil es probable que aumente). Muchos de los nuevos componentes de ingeniería es probable que sean susceptibles a diseñarse con hierro dúctil. 4.3.1.3. Hierro de Grafito Compacto El hierro fundido de grafito compactado (CG) también se conoce como grafito vermicular o hierro fundido semidúctil. Se fabricó inadvertidamente en el pasado en el proceso de producción del hierro dúctil, como resultado de un infratratamiento con magnesio o cerio. Desde 1965, después que R.D. Schelleng obtuvo una patente para su producción, el hierro CG ha ocupado el lugar que le corresponde en la familia de los hierros fundidos. La morfología de grafito del hierro CG es bastante compleja. El grafito compactado aparece como grafito más gruesa, con escamas más cortas. En general, se acepta que es un hierro CG cuando al menos el 80% del grafito que tiene es grafito compactado, hay un máximo del 20% de grafito esferoidal y no hay escamas de grafito. Esta morfología de grafito permite un mejor uso de la matriz, dando mayor resistencia y ductilidad que el hierro fundido de grafito con escamas. Similitudes entre los modelos de solidificación de las escamas y el hierro de grafito compactado explican la buena colabilidad de este último, en comparación con el hierro dúctil (que también se denomina hierro nodular o hierro de grafito esferoidal). Asimismo, el grafito interconectado proporciona una mejor conductividad térmica y una capacidad de amortiguamiento que el grafito esferoidal. El comportamiento en servicio de muchas partes estructurales es una función no sólo de su resistencia mecánica, sino también de sus propiedades de deformación. Por lo tanto, no es sorprendente encontrar que muchas de las piezas moldeadas no fallan debido a la falta de resistencia sino a causa de una baja capacidad de deformación. Esto es especialmente cierto en condiciones de rápida carga y/o esfuerzos térmicos. Particularmente sensibles a este tipo de carga son las zonas fundidas que incluyen algunos defectos o cambios bruscos en la sección. Se pueden obtener valores de alargamiento alrededor del 1% con hierros grises de alta resistencia para determinados tipos de aplicaciones tales como culatas de diesel. El hierro de grafito compactado tiene propiedades (como la resistencia) similares a los hierros de grafito esferoidal, la elongación considerablemente superior que la del hierro de grafito con escamas y con conductividades térmicas intermedias. En consecuencia, pueden superar con éxito, en una serie de aplicaciones, a otros hierros fundidos. Los principales factores que afectan a las propiedades mecánicas de hierros de grafito compactado tanto a temperatura ambiente como a temperaturas elevadas son las siguientes: 43 • Composición • Estructura (nodularidad y matriz) • Tamaño de sección A su vez, la estructura está fuertemente influenciada por las variables de proceso, tales como el tipo de materias primas, preprocesamiento del fundido (temperatura de supercalentamiento, tiempo de mantenimiento, desulfuración), y el tratamiento del líquido (compactación del grafito y post‐inoculación). En la tabla 18 se resume una comparación entre algunas propiedades de hierros de grafito con escamas, grafito compactado y grafito esferoidal y en la tabla 19 se da una lista de propiedades a tracción de varios hierros de grafito compactado producidos por diferentes métodos. Tabla 18. Comparación de las propiedades del hierro de grafito compactado tratado con cerio con el hierro de grafito escamado de la misma composición química, hierro de grafito escamado perlítico de alta resistencia y hierro de grafito esferoidal ferrítico en condición de fundido. Propiedad Composición Química, % Resistencia a la Tracción, MPa Elongación, % Modulo de Elasticidad, GPa Dureza, HB Tenacidad al impacto tipo Barra Charpy con muesca en V (20 °C), J Conductividad Térmica, W/(cm.°K) Hierro de Grafito de Escamas de Alta Resistencia (100% Perlita, 100% Grafico de Escamas)(a) Hierro de Grafito de Escamas (100% Perlita, 100% Grafito (b) de Escamas)
Hierro de Grafito Compacto tratado con Cerio (>95% ferrita, > 95% de Grafito Compacto)(b) Hierro de Grafito Esferoidal (100% ferrita, 80% Grafito Esferoidal, 20% Grafito Esferoidal (b) Pobre)
3.10 C, 2.10 Si, 0.60 Mn 3.61 C, 2.49 Si, 0.05 Mn 36.1 C, 2.54 Si, 0.05 Mn 3.56 C, 2.72 Si, 0.05 Mn 317 110 336 438 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
6.7
25.3 108 96.9 158 176 200 156
150
159 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 9.32 24.5 0.419 0.423 0.356 0.327 (a) Propiedades mecánicas determinas a partir de una muestra con una sección de 30 mm de diámetro. (b) Propiedades mecánicas determinadas de bloque en Y de 23 mm de sección. Tabla 19. Propiedades a tensión, dureza y conductividad térmica de varios hierros de grafito compactado a temperatura ambiente. Condición Estructural(a) Resistencia a la Tracción, MPa Esfuerzo con 0.2% de desviación, MPa 95% GC, 5% GE
95% GC, 5% GE
336
298
257 224 85% GC, 15% GE 371 267 85% GC, 15% GE
GC
338
365±63
245 278±42 >90% GC 300 – 400 250 – 300 70% GC, 30% GE
90% GC
320
400 – 550
242 320 – 430 Tipo de Grafito(b) Hierros tratados con adiciones de cerio Ferrita como fundición (>95% F) Ferrítico – Perlítico (>5% P) Ferrita como fundición (90% F, 10% P) 100% Ferrita 100% Ferrita Ferrítico – Perlítico (>90% F, <10% P) Ferrítico – Perlítico (85% F) Perlítico (90% P, 10% F) 44 Perlítico (95% P, 5% F) 80% GC, 20% GE
Hierros tratados con combinaciones de Mg + Ti (+ Ce)
Ferrita como fundición (0.004% 95% GC, 5% GE Ce, <0.01% Mg, 0.28% Ti) 100% Ferrita (recocida) (0.018% GC Mg, 0.089% Ti, 0.032% As) Ferrita como fundición (0.017% GC Mg, 0.062% Ti, 0.036% As) Ferrita como fundición (0.024% GC Mg, 0.084% Ti, 0.030% As) Perlita como fundición (0.016% GC Mg, 0.094% Ti, 0.067% As) Perlita como fundición (0.026% GC + GE Mg, 0.083% Ti, 0.074% As) Perlita como fundición GC (70% P, 30% F) Condición Estructural Elongación, % Hierros tratados con adiciones de cerio Ferrita como fundición (>95% F) 6.7
Ferrítico – Perlítico (>5% P) 5.3
Ferrita como fundición 5.5 (90% F, 10% P) 100% Ferrita 8.0
100% Ferrita 7.2±4.5
Ferrítico – Perlítico 3 – 7 (>90% F, <10% P) Ferrítico – Perlítico (85% F) 3.5
Perlítico (90% P, 10% F) 0.5 – 1.5
Perlítico (95% P, 5% F) 1
Hierros tratados con combinaciones de Mg + Ti (+ Ce)
Ferrita como fundición (0.004% 4 Ce, <0.01% Mg, 0.28% Ti) 100% Ferrita (recocida) (0.018% 6 Mg, 0.089% Ti, 0.032% As) Ferrita como fundición (0.017% 2 Mg, 0.062% Ti, 0.036% As) Ferrita como fundición (0.024% 2.5 Mg, 0.084% Ti, 0.030% As) Perlita como fundición (0.016% 2 Mg, 0.094% Ti, 0.067% As) Perlita como fundición (0.026% 2 Mg, 0.083% Ti, 0.074% As) Perlita como fundición 2 (70% P, 30% F) (a)
410
338 319 264 292 225 380 272 388 276 414 297 473 335 386 278 Conductividad Térmica, W/(m °K) Dureza, HB 35.6
38.5
150 128 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
140 138 – 156 38.5 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐
29.3
164 ‐‐‐‐‐‐ 220 ‐‐‐‐‐‐ 143 ‐‐‐‐‐‐ 129 ‐‐‐‐‐‐ 179 ‐‐‐‐‐‐ 184 ‐‐‐‐‐‐ 205 ‐‐‐‐‐‐ 217 41.9 ‐‐‐‐‐‐ F: Ferrita, P: Perlita, (b) GC: Grafito Compacto, GE: Grafito Esferoidal, Las aplicaciones de los hierros de grafito compacto proceden de su relativa posición intermedia entre los hierros de grafito con escamas y grafito esferoidal. En comparación con los hierros de grafito compacto y los hierros con grafito con escamas tienen ciertas ventajas: •
•
•
•
•
Mayor resistencia a la tracción con el mismo carbono equivalente, lo que reduce la necesidad de elementos de aleación costosos como el níquel, cromo, cobre y molibdeno. Mayor relación resistencia a la tracción a dureza. Mucha mayor ductilidad y tenacidad, que se traduce en un mayor margen de seguridad contra la fractura. Baja oxidación y crecimiento a altas temperaturas. Menos sensibilidad de sección para secciones pesadas. En comparación con los hierros de grafito esferoidal, los hierros de grafito compacto pueden reivindicar de algunas ventajas: 45 •
•
•
•
•
•
Bajo coeficiente de expansión térmica. Mayor conductividad térmica. Mejor resistencia al choque térmico. Mayor capacidad de amortiguación. Mejor colabilidad, lo que permite una fundición de rendimiento superior y la capacidad para colar piezas moldeadas más complicadas. Mejor maquinabilidad. El hierro de grafito compacto se puede sustituir por el hierro de grafito con escamas en todos los casos donde la resistencia del hierro de grafito con escamas llega a ser insuficiente, pero no es deseable un cambio a hierro de grafito esferoidal debido a las desfavorables propiedades de este último. Los ejemplos incluyen asientos planos para los grandes motores diesel, cárteres, carcasas de caja de cambios, carcasas de turbocompresores, horquilla de conexión, plato de cojinetes, poleas para camión, corona dentada, engranajes excéntricos. Debido a que la conductividad térmica del hierro de grafito compacto es más elevada que la del hierro de grafito esferoidal, se prefiere el hierro de grafito compacto para las piezas moldeadas que trabajan a temperaturas elevadas y/o bajo condiciones de fatiga térmica. Las aplicaciones incluyen los moldes de lingote, cárteres, culatas, colectores de escape y discos de freno. La mayor aplicación industrial, por peso de hierro de grafito compacto producido, es para moldes de lingotes; con un peso máximo de 54 Mg (60 toneladas). La vida útil de los moldes de lingote fabricados con hierro de grafito compacto es de 20 a 70% más larga que cuando se fabrica con hierro de grafito con escamas. En el caso de las culatas, es posible aumentar la producción de motores en un 50% cambiando de aleación de hierro de grafito con escamas a hierro ferrítico de grafito compacto. Los valores mínimos especificados para culatas son: resistencia a la tracción de 300 MPa, límite elástico de 240 MPa y un 2% de elongación. Los motores de camiones y coches modernos requieren colectores que trabajen en rangos de temperatura de 500 °C. A esta temperatura, los colectores que se fabrican con hierro de grafito con escamas están propensos al agrietamiento y si se fabrican con hierro de grafito esferoidal tienden a deformarse. Los colectores fabricados con hierro de grafito compacto se deforman y oxidan menos y, por tanto, tienen una vida más larga. 4.3.1.4. Hierro Blanco Los hierros fundidos blancos de alta aleación son un importante grupo de materiales cuya producción se considera por separado de los tipos ordinarios de hierros fundidos. En estas aleaciones de hierro colado, el contenido de aleantes está muy por encima del 4%, por ende, no se pueden producir por con cuchara de colada añadiendo hierros de otros tipos de composiciones estándar. Normalmente, se fabrican en fundiciones especialmente equipadas para producir hierros altamente aleados. Estas aleaciones de hierro se funden en hornos eléctricos, específicamente hornos de arco eléctrico y hornos de inducción, en los que se logra un control preciso de la temperatura y la composición. Estas fundiciones suelen tener los equipos necesarios para el procesamiento de los tratamientos térmicos y otros procesos térmicos exclusivos para la producción de estas aleaciones. Los hierros blancos de alta aleación se utilizan principalmente para aplicaciones donde es primordial la resistencia a la abrasión como en las máquinas para triturar, moler y en la manipulación de materiales abrasivos. El contenido de cromo de los hierros blancos de alta aleación también favorece su resistencia a la corrosión. La elevada fracción volumétrica de los 46 carburos primarios y/o eutécticos en su microestructuras proporciona una alta dureza necesaria para la trituración y molienda otros materiales. La matriz metálica que mantiene a los carburos en estos hierros se puede ajustar con la manipulación del contenido de aleantes y con los tratamientos térmicos necesarios, para obtener un equilibrio adecuado entre la resistencia a la abrasión y la tenacidad, necesario para resistir un reiterado impacto. Todos los hierros blancos de alta aleación contienen cromo para evitar la formación de grafito en la solidificación y garantizar así la estabilidad de la fase carburo. La mayoría también contienen níquel, molibdeno, cobre o combinaciones de estos elementos de aleación para evitar la formación de perlita en la microestructura. Mientras que los hierros fundidos blancos de baja aleación (tienen un contenido de aleación por debajo del 4%) desarrollan durezas en el rango de 350 a 550 HB, los hierros de alta aleación desarrollan durezas entre 450 y 800 HB. Además, contiene varios grados de carburos eutécticos (M7C3 carburos de cromo), que son sustancialmente más duros que los carburos de hierro M3C (en hierros de baja aleación). La norma ASTM A 532 se refiere a la composición y dureza de los hierros blancos resistentes a la abrasión (ver tabla 20). Muchas piezas fundidas están ordenadas de acuerdo con estas especificaciones. Sin embargo, un gran número se fabrican modificando la composición para aplicaciones específicas. Normalmente se desea que el diseñador, el metalúrgico, y el fundidor trabajen juntos para especificar la composición, el tratamiento térmico y la práctica de colada para desarrollar adecuadamente las piezas de fundición (diseño y aleación) para una aplicación específica. Tabla 20. Composición y requisitos mecánicos de los hierros fundidos emitidos por la ASTM A 532 Clase Tipo Designación I I I I II II II II II III A B C D A B C D E A Ni – Cr – HC Ni – Cr – LC Ni – Cr – GB Ni – Hi Cr 12% Cr 15% Cr – Mo – LC 15% Cr – Mo – HC 20% Cr – Mo – LC 20% Cr – Mo – HC 25% Cr C Mn 3.0 – 3.6
2.5 – 3.0
2.9 – 3.7
2.5 – 3.6
2.4 – 2.8
2.4 – 2.8
2.8 – 3.6
2.0 – 2.6
2.6 – 3.2
2.3 – 3.0
1.3 máx.
1.3 máx.
1.3 máx.
1.3 máx.
0.5 – 1.5
0.5 – 1.5
0.5 – 1.5
0.5 – 1.5
0.5 – 1.5
0.5 – 1.5
Clase Tipo Designación Fundición en Arena, min I I I I II II II II II III A B C D A B C D E A Ni – Cr – HC Ni – Cr – LC Ni – Cr – GB Ni – Hi Cr 12% Cr 15% Cr – Mo – LC 15% Cr – Mo – HC 20% Cr – Mo – LC 20% Cr – Mo – HC 25% Cr 550
550
550
550
550
450
550
450
450
450
Composición Si Ni 0.8 máx.
0.8 máx.
0.8 máx.
1.0 – 2.2
1.0 máx.
1.0 máx.
1.0 máx.
1.0 máx.
1.0 máx.
1.0 máx.
3.3 – 5.0
3.3 – 5.0
2.7 – 4.0
5.0 – 7.0
0.5 Máx.
0.5 Máx.
0.5 Máx.
1.5 Máx.
1.5 Máx.
1.5 Máx.
Mo 1.0 máx.
(a)
1.0 máx.
(a)
1.0 máx.
(b)
1.0 máx.
(c)
0.5‐1.0
(c)
1.0‐3.0
(c)
2.3‐3.5
(c)
1.5 máx.
(c)
1.0‐2.0
(c)
1.5 máx.
Requerimientos Mecánicos Dureza, HB Fundición Endurecido, en Coquilla, Recocido, min min min 600
600
600
500
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
600
600
600
600
600
600
600
(a) Máximo: 0.30% P, 0.15% S, (b) Máximo: 0.10% P, 0.15% S, (c) Máximo: 0.10% P, 0.06% S, 1.2% Cu Cr 1.4 – 4.0 1.4 – 4.0 1.1 – 1.5 7.0 – 11.0 11.0‐14.0 14.0‐18.0 14.0‐18.0 18.0‐23.0 18.0‐23.0 23.0‐28.0 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 400 400 400 400 400 400 400 (a)
Espesor Típico, máx., mm 200 200 75 diam ball
300 25 diam ball
100 75 200 300 200 47 Los hierros fundidos blancos de alta aleación se dividen en dos grupos principales: •
•
Hierros blancos de níquel‐cromo, que son aleaciones con bajo contenido de cromo, además contienen de 3 a 5% de níquel y de 1 a 4% Cr, con una aleación modificada que contiene de 7 a 11% Cr. El hierro cromo‐molibdeno que contienen de 11 a 23% Cr, hasta un 3% de Mo y a menudo aleado con níquel o cobre. Un tercer grupo comprende el hierro blanco con un 25% o 28% Cr, que se puede contener otros elementos de aleación como molibdeno y/o níquel hasta 1,5%. El hierro níquel‐cromo también se denomina como Níquel Duro tipos 1 a 4. El hierro blanco de níquel‐cromo es el grupo más antiguo (a nivel industrial) de los hierros de alta aleación. El hierro blanco de níquel‐cromo y el hierro de Ni‐duro se han fabricado durante más de 50 años y tiene un costo muy rentable para los materiales de trituración y molienda. En estos hierros blancos martensíticos, el níquel es el principal elemento de aleación; su porcentaje (de 3 a 5%) es eficaz para suprimir la transformación de la austenita a perlita en la matriz, lo que asegura una buena dureza, la estructura martensítica (por lo general, contiene cantidades significativas de austenita retenida) se desarrolla en el enfriamiento en molde. Se añade cromo en estas aleaciones (de 1,4 a 4%) para garantizar que el hierro solidifica como carburo y para contrarrestar el efecto grafitizante del níquel. La composición óptima de una aleación de hierro blanco níquel‐cromo depende de las propiedades necesarias para su desempeño en servicio y las dimensiones y el peso de la fundición. Generalmente, la resistencia a la abrasión es una función de la dureza en masa y del volumen de carburo en la microestructura. Cuando se presenta el caso que la resistencia a la abrasión es el requerimiento principal y la resistencia a cargas de impacto es un requerimiento secundario, se recomiendan las aleaciones que tienen un alto contenido de carbono (ASTM A 532 Clase I, Tipo A, Ni‐duro 1). Cuando se prevén condiciones de impacto cíclico, se recomiendan las aleaciones con bajo contenido de carbono (Clase I, Tipo B; Ni‐duro 2) porque tienen menos carburos y, por tanto, una mayor tenacidad. Se ha desarrollado un grado especial (Clase I, tipo C) para la producción de bolas de molienda y núcleos de bobinas. En este caso, la composición de la aleación de níquel‐cromo de aleación se adapta para los procesos especiales de fundición en coquilla y de moldeo en arena. La aleación clase I, tipo D (Ni‐duro 4) es un hierro de níquel‐cromo modificado que contiene niveles más altos de cromo (que van del 7 al 11%) y níquel (que van del 5 al 7%). Mientras que el carburo eutéctico en los hierros de níquel‐cromo de baja aleación plancha es el M3C (carburo de hierro), que forma una red continua en estos hierros, la aleación tipo D que contiene una mayor cantidad de cromo promueve los carburos de cromo del tipo M7C3, que forman una distribución del carburo eutéctico relativamente discontinua. Esta modificación en el patrón del carburo de eutéctico proporciona una mejora apreciable en la resistencia a la fractura por impacto. El mayor contenido de aleación de los hierros de esta serie también mejora la resistencia a la corrosión (útil en el manejo de lodos corrosivos). Debido a su bajo costo, los hierros blancos martensíticos de níquel‐cromo blanco se utilizan en la minería en los molinos de bolas lineales y las trituradoras de bolas. Las fundiciones Clase I tipo A se utilizan en aplicaciones que requieren máxima resistencia a la abrasión, tales como tuberías para cenizas, bombas de lodo, trenes de laminación, barrenas, segmentos de 48 trituradoras de coque, moldes de ladrillos, codos de cañerías que transportan lodos abrasivos. Las fundiciones Tipo B se recomienda para aplicaciones que requieren más resistencia y que ejercen un impacto moderado, tales como placas de trituradora, trituradora cóncavas y clavijas de pulverizador. Las fundiciones Clase I tipo D (Ni‐duro tipo 4), tiene un mayor nivel de resistencia y tenacidad y por lo tanto es utilizado para en aplicaciones más severas que justifican la adición de aleantes costosos. Normalmente se utiliza en las bombas de voluta que manipulan lodos abrasivos, segmentos de plato del pulverizador de carbón y en los neumáticos. La aleación clase I, tipo C (Ni‐Duro 3) está diseñada específicamente para la producción de bolas de molienda. Esta serie se fabrica con fundición en arena y fundición en coquilla. La fundición en coquilla tiene la ventaja de proporcionar de un 15% a un 30% de mejora en la vida útil y se obtiene una aleación con menor costo de producción. Todas las bolas de molienda requieren un temple a una temperatura entre 260 y 315 °C durante 8 h para obtener una adecuada tenacidad al impacto. Algunos de los grados de las aleaciones tipo A han sido desarrollados por la industria de trenes de laminación. Se ha modificado la composición de estas aleaciones obtener estructuras moteadas, que contiene algo de grafito. Las inclusiones de grafito, según se informa, mejoran la resistencia al agrietamiento térmico. Se vigila constantemente la relación de silicio a cromo y la inoculación con ferrosilicio para controlar la cantidad y la distribución de las partículas de grafito. Con la modificación de molibdeno, obtenemos una matriz martensítica. Algunas aleaciones laminadas se diseñan para ser sometidas a tratamiento térmico, es decir, se pueden modificar con tratamiento térmico de normalización, para obtener una microestructura bainítica. Los hierros blancos con alto contenido de cromo tienen una excelente resistencia a la abrasión y se utilizan en las bombas de lodo, moldes de ladrillos, molinos de carbón, equipos de chorreo con granalla, componentes para la explotación de canteras, minería de roca dura y la molienda. En algunas aplicaciones que también debe ser capaces de soportar fuertes cargas de impacto. Estos hierros aleados blanco proporcionan la mejor combinación de tenacidad y resistencia a la abrasión entre los hierros blancos fundidos. En hierros con alto contenido de cromo (como con la mayoría de los materiales resistentes a la abrasión), hay una compensación entre la resistencia al desgaste y la tenacidad. Variando la composición y el tratamiento térmico, estas propiedades se pueden ajustar para satisfacer las necesidades de la mayoría de las aplicaciones abrasivas. Se distinguen por los carburos eutécticos del tipo M7C3 (duros y relativamente discontinuos) presentes en la microestructura, en contraposición a los carburos eutécticos blandos y continuos del tipo M3C presentes en los hierros aleados que contiene menos cromo. Estas aleaciones se presentan habitualmente como composiciones hipoeutécticas. Los hierros de cromo‐molibdeno se suministran ya sea como fundición con una matriz austenítica o austenítica‐martensítica, o tratados térmicamente con una matriz con microestructura martensítica para obtener la máxima resistencia a la abrasión y tenacidad. Por lo general, se considera la dura de todos los grados de hierros blancos fundidos. Comparada con los hierros blancos de níquel – cromo de baja aleación, los carburos eutécticos son más duros y se puede realizar un tratamiento térmico para lograr fundiciones con mayor dureza. Se adiciona molibdeno, así como níquel y cobre, para prevenir la perlita y así garantizar la máxima dureza. Los hierros blancos con alto contenido de cromo son superiores en resistencia a la abrasión y se utilizan de manera efectiva en impeler y volutas en las bombas de lodo, moldes de ladrillos, 49 álabes del impeler, blindaje para el equipo de chorro con granalla, discos en el refinador de pulpa. En muchas aplicaciones que soportan pesadas cargas de impacto, tales como el impacto de martillos, segmentos de rodillos y anillos en los molinos de carbón, barra empujadora y revestimientos en molinos de bolas para la minería de roca dura y trenes de laminación. Las aleaciones con aplicaciones que necesitan una buena resistencia a la corrosión, como bombas para el manejo de carbonillas, se producen con alto contenido de cromo (26 a 28% Cr) y de bajo contenido de carbono (1,6 a 2,0% C). Este alto cromo con bajo carbono proporciona el máximo contenido de cromo en la matriz. Se recomienda la adición de 2% Mo para mejorar la resistencia a entornos que contienen cloruros. Para esta aplicación, las estructuras con matriz totalmente austenítica ofrecen la mejor resistencia a la corrosión, pero reduce la resistencia a la abrasión. Debido a colabilidad y el costo, los hierros fundidos blancos con alto contenido de cromo se pueden utilizar en partes complejas y complicadas en aplicaciones a altas temperaturas, obteniendo un ahorro considerable en comparación con el acero inoxidable. Estos grados de hierro fundido se alean con 12 a 39% Cr a temperaturas de hasta 1040 °C para aumentar la resistencia. El cromo causa la formación a altas temperaturas de una película de óxido adherente, compleja y rica en cromo. Los hierros con alto contenido de cromo se han diseñado para el uso a temperaturas elevadas y se dividen en tres categorías, dependiendo de la estructura matricial: •
•
•
Hierro martensítico aleado con 12 a 28% Cr. Hierro ferrítico aleado con 30 a 34% Cr. Hierro austenítico que contienen de 15 a 30% Cr y de 10 a 15% Ni para estabilizar la fase austenita. El contenido de carbono de estas aleaciones está en el rango de 1 a 2%. La elección de una composición exacta es fundamental para prevenir la formación de la fase σ a temperaturas intermedias y al mismo tiempo evitar la transformación de la austenita a ferrita durante los ciclos térmicos, lo que conduce a la distorsión y el agrietamiento. Las aplicaciones típicas incluyen recuperador tubos, distribuidor en hornos de sinterización, rejillas, boquillas de quemador y otras partes del horno y asientos de válvulas para motores de combustión. 4.3.1.5. Hierro Maleable El hierro maleable es un tipo de hierro fundido que tiene la mayor parte de su carbono como nódulos de grafito de forma irregular en lugar de escamas, como en el hierro gris, o pequeñas esferulitas de grafito, como en el hierro dúctil. Se fabrica inicialmente como un hierro blanco y, a continuación, el tratamiento térmico del hierro fundido blanco convierte el carburo de hierro en nódulos grafito de forma irregular. Esta forma de grafito en el hierro maleable se denomina carbono temperado, porque se forma en el estado sólido durante el tratamiento térmico. Posee gran ductilidad y tenacidad, debido a su combinación de grafito nodular y una matriz metálica con bajo contenido de carbono. En consecuencia, el hierro maleable y el hierro dúctil son adecuados para las mismas aplicaciones donde se requiere una buena ductilidad y tenacidad, con la posibilidad de elegir entre hierro maleable o dúctil sobre la base de la economía y la disponibilidad en lugar de las propiedades. Sin embargo, debido a que la solidificación del hierro blanco a través de toda la sección es esencial en la producción de hierro maleable, el hierro dúctil tiene una clara ventaja cuando la sección es demasiado gruesa para permitir la solidificación como hierro blanco. Se fabrica con espesores que van desde aproximadamente 1,5 a 100 mm y en peso de menos de 0,03 a 180 kg o más. El hierro dúctil tiene ventajas sobre el hierro maleable cuando se 50 necesita que la contracción sea baja cuando se produzca la solidificación. En otras aplicaciones, sin embargo, el hierro maleable tiene una clara ventaja sobre el hierro dúctil. Se prefiere en las siguientes aplicaciones: •
•
•
•
•
Fundiciones de sección delgada. Piezas que han de ser punzonadas, acuñadas o conformadas en frío. Piezas que requieren máxima maquinabilidad. Piezas que deben conservar una buena resistencia al impacto a bajas temperaturas. Piezas que requieran resistencia al desgaste (únicamente hierros martensíticos maleables). También muestra una elevada resistencia a la corrosión, excelente maquinabilidad, buena permeabilidad magnética y baja retención magnética para embragues y frenos magnéticos. La buena resistencia a la fatiga y la capacidad de amortiguación del hierro maleable lo hacen útil para un largo período de servicio en partes sometidas a grandes deformaciones. Aunque las variaciones en el tratamiento térmico pueden producir hierros maleables con diferentes microestructuras en la matriz (ferrítica, perlítica temperada, martensítica temperada o bainítica), la característica común de todos los hierros maleables es la presencia de nódulos de grafito de forma irregular dispersos uniformemente en una matriz con una microestructura determinada. Estos nódulos de grafito, conocido como carbono temperado, se forman por un recocido del hierro fundido blanco a temperaturas que permiten la descomposición de la cementita (carburo de hierro) y la posterior precipitación de carbono temperado. La formación deseada de carbono temperado en el hierro maleable tiene dos requisitos básicos. En primer lugar, el grafito no debería formarse durante la solidificación del hierro fundido blanco y, en segundo lugar, el grafito se debe formar fácilmente durante el tratamiento térmico recocido. Estos dos requisitos metalúrgicos influyen en la composición, en los procesos de fusión, solidificación y recocido para la obtención de los hierros maleables. El control metalúrgico se basa en los siguientes criterios: •
•
•
Producir hierro blanco solidificado en todo el espesor de sección. Recocer, estableciendo el ciclo de tiempo‐temperatura ajustado a valores mínimos. Producir la distribución de grafito deseada (número de nódulos) en el momento del recocido. Debido a los dos requisitos metalúrgicos descritos anteriormente, los hierros maleables acarrean un rango limitado de composición química y el uso restringido de las aleaciones. La composición química de los hierros maleables se ajusta a los rangos indicados en la tabla 21. En la composición química están presentes pequeñas cantidades de cromo (0,01 a 0,03%), boro (0,0020%), cobre (~ 1,0%), níquel (0,5 a 0,8%), y molibdeno (0,35 a 0,5%). Tabla 21. Composiciones típicas de hierros maleables. Elemento Carbono Silicio Manganeso Azufre Fósforo Composición, % Ferrítico Perlítico 2.2 – 2.9
0.9 – 1.9
0.2 – 0.6
0.02 – 0.2
0.02 – 0.2
2.0 – 2.9 0.9 – 1.9 0.2 – 1.3 0.05 – 0.2 0.02 – 0.2 Los elementos comunes en los hierros maleables se controlan dentro del rango ± 0,05 ± 0,15%. Se requiere un límite mínimo en el contenido de carbono en aras de la calidad mecánica y la 51 capacidad de recocido, porque disminuye el contenido de carbono, reduce la fluidez del fundido de hierro, aumenta la contracción durante la solidificación y reduce la capacidad de recocido. Se impone un límite máximo en el contenido de carbono por los requerimientos de que la fundición será una fundición en bruto blanca. Se limita el rango de contenido de silicio, para garantizar un correcto recocido durante los procesos de recocido de alta producción y ciclo corto y para evitar la formación de grafito primario (conocido como moteado) durante la solidificación del hierro blanco. Se equilibran los contenidos de manganeso y azufre para garantizar que todo el azufre se combina con el manganeso y que sólo una cantidad mínima y segura de exceso de manganeso esté presente en el hierro. Un exceso de azufre o de manganeso retardará el recocido en la segunda etapa y, por tanto, aumentará los costos del recocido. El contenido de cromo se mantiene bajo debido a su efecto estabilizador de carburos y porque retrasa las reacciones del recocido en la primera y segunda etapa. Una mezcla de hierro gris y hierro blanco en proporciones variables que produce un aspecto de moteado (manchado) es especialmente perjudicial para las propiedades mecánicas de la fundición recocida, o si es hierro maleable ferrítico o perlítico. El control primario del moteado se logra manteniendo un equilibrio entre los contenidos de carbono y silicio. Como la economía y la colabilidad se incrementan cuando los contenidos de carbono y silicio del hierro base están en la mayor proporción de sus respectivos rangos, algunas fundiciones de hierro maleable producen hierro con contenidos de carbono y silicio en niveles que pueden producir moteado y, a continuación, adicionan un balanceador, un carburo suave como estabilizador para evitar el moteado durante la fundición. El bismuto y el boro en cantidades equilibradas logran este control, adicionando 0,01% Bi (como metal) y 0,001% B (como ferroboro). El bismuto retrasa la grafitización durante la solidificación; pequeñas cantidades de boro tienen poco efecto sobre la tendencia de grafitización durante la solidificación, pero aceleran la descomposición del carburo durante el recocido. La adición equilibrada de bismuto y boro permite la producción de secciones más pesadas para un determinado hierro base o la utilización de un hierro base con alto contenido de carbono y alto contenido de silicio para un determinado espesor de sección. El telurio se puede agregar en cantidades de 0,0005 a 0,001% para reprimir el moteado. El telurio es un carburo estabilizador mucho más fuerte que el bismuto durante la solidificación, pero también retrasa fuertemente el recocido si el telurio residual es superior a un 0,003%. Menos de 0,003% de telurio residual tiene poco efecto sobre el recocido, pero tiene una influencia significativa en el control del moteado. El telurio es más eficaz si se añade junto con bismuto o de cobre. El boro residual no debe exceder de 0,0035% a fin de evitar la formación de carburos. Además, la adición de 0,005% Al en la cuchara de colada mejora significativamente la capacidad de recocido sin promover el moteado. Hay dos tipos básicos de hierro maleable: americano (blackheart) y europeo (whiteheart). El hierro maleable americano es el único tipo producido en América del Norte y es el más utilizado en todo el mundo. El hierro maleable europeo es el tipo más viejo y es esencialmente descarburizado durante un largo tratamiento térmico del hierro blanco. En este informe se considera sólo el tipo americano. El hierro maleable y el acero de medio carbono, pueden ser tratados térmicamente para obtener una amplia variedad de propiedades mecánicas (Tabla 22). Los diferentes grados y propiedades mecánicas son esencialmente el resultado de la microestructura de la matriz, que puede ser una matriz de ferrita, perlita, perlita temperada, bainita, martensita temperada, o una combinación de estas (todas contienen nódulos de carbono temperado). La microestructura de la matriz es el factor dominante que influye en las propiedades mecánicas. Otros factores menos importantes incluyen el conteo nodular (cantidad de nódulos por milímetro cuadrado en una superficie pulida examinada bajo un microscopio a 100 aumentos) y la cantidad y acumulación de grafito. Un conteo nodular alto 52 puede disminuir ligeramente la resistencia a la tracción, el límite elástico y la ductilidad. Más grafito o una menor forma compacta de grafito también tienden a disminuir la resistencia. Tabla 22. Propiedades de la fundición de hierro maleable. Especificación Nº Clase o Grado Resistencia a la Tracción, MPa Límite Elástico, MPa Dureza, HB (a)
Elongación , % 32510
35018
‐‐‐‐‐‐‐‐‐
345
365
276
224
241
207
156 máx. 156 máx. 156 máx. 10 18 5 40010
45008
45006
50005
60004
70003
80002
90001
414
448
448
483
552
586
655
724
276
310
310
345
414
483
552
621
149 – 197 156 – 197 156 – 207 179 – 229 197 – 241 217 – 269 241 – 285 269 – 321 10 8 6 5 4 3 2 1 345
448
517
517
621
724
224
310
345
379
483
586
156 máx. 163 – 217 187 – 241 187 – 241 229 – 269 269 – 302 10 4 3 3 2 1 Ferrítico ASTM A 47 y A 338, ANSI G48.1, FEDQQ‐1‐666c ASTM A 197 Perlítico y Martensítico ASTM A 220, ANSI G48.2, MIL‐I‐11444B Automoción (b)
ASTM A 602, SAE J158 M3210
(c)
M4504
(c)
M5003
(d)
M5503
(d)
M7002
(d)
M8501
(a) Mínima en 50 mm. (b) Recocido. (c) Temperado y enfriado al aire. (d) Temperado y enfriado en líquido. Las diferentes microestructuras de hierros maleables se controlan y/o determinan por las variaciones en el tratamiento térmico y/o composición. Por ejemplo, en la tabla 23 se listan diversos tipos de hierros maleables utilizados en aplicaciones de automoción de acuerdo con el tratamiento térmico y microestructura. Debido a las propiedades mecánicas de hierro maleable están dominadas por la microestructura de la matriz, las propiedades mecánicas pueden relacionarse muy bien a los niveles relativos de dureza de las diferentes microestructuras de la matriz. Este efecto de la microestructura en los hierros maleables es similar a la de muchos otros aceros y hierros. La matriz ferrítica proporciona máxima ductilidad con menor resistencia, mientras que el aumento de la cantidad de perlita aumenta la dureza y la resistencia pero disminuye la ductilidad. La martensita proporciona más aumento en la dureza y la resistencia, pero con disminuciones adicionales en la ductilidad. Tabla 23. Grados de hierro maleable especificado de acuerdo con la dureza por la ASTM A 602 y SAE J158. Grado Dureza, HB Tratamiento Térmico Microestructura Aplicaciones Típicas M 3210 156 máx. Recocido Ferrítica Para partes con bajo nivel de esfuerzos que requieren buena maquinabilidad: Aparato gobernador en la caja de cambios, pieza de distribución de bomba y soportes de montaje. M 4504 163 – 217 M 5003 187 – 241 M 5503 187 – 241 Enfriado al aire y templado Enfriado al aire y templado Enfriado en líquido y Ferrita y Perlita (a) Temperada
Ferrita y Perlita (a) Temperada
Martensita Temperada Cigüeñal de compresor y espiga. Para un endurecimiento selectivo: plato planetario, engranaje de transmisión y caja diferencial. Para partes que requieren buena maquinabilidad y mejorar la respuesta al endurecimiento por inducción. 53 M 7002 229 – 269 M 8501 269 – 302 templado Enfriado en líquido y templado Enfriado en líquido y templado Martensita Temperada Para partes que requieren alta resistencia: bielas y horquillas de junta universal. Martensita Temperada Para alta resistencia y buena resistencia al desgaste: determinados engranajes. (a) Para algunas aplicaciones puede ser toda martensita temperada. Los hierros maleables también son clasificados de acuerdo a la microestructura y propiedades de resistencia a la tracción mínima (Tabla 24). Tabla 24. Grados de hierro maleable, especificados de acuerdo a las propiedades de resistencia a la tracción mínima. Clase o Grado(a) Clase equivalente a métrica (b)
ASTM Microestructura ASTM A 47, ANSI G48.1, FED QQ‐1‐666c 32510, 35018 22010, 24018 Carbono temperado y ferrita ASTM A 338 (d) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Carbono temperado y ferrita ASTM A 197, ANSI G49.1 (e) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Libre de grafito primario Servicios de ingeniería general a temperaturas normales y elevadas para una buena maquinabilidad y excelente resistencia al impacto. Bridas, accesorios para tubería, válvulas y partes de ferrocarril, marina y otros servicios pesados a 345 ° C. Accesorios para tubería y piezas de válvula para servicios a presión. 40010 45008 45006 50005 60004 70003 80002 90001 280M10
310M8
310M6
340M5
410M4
480M3
560M2
620M1
Carbono Temperado en una matriz sin cementita primaria o grafito. Servicios de ingeniería general a temperaturas normales y elevadas. Rango estipulado de tolerancias dimensionales para piezas moldeadas. Especificación Nº Aplicaciones Típicas Ferrítico Perlítico y Martensítico (c)
ASTM A 220 , ANSI G48.2, MIL‐I‐11444B (a) Los tres primeros dígitos del grado de designación indican el límite elástico mínimo (× 100 psi) y los dos últimos dígitos indican la elongación mínima (%), (b) Las especificaciones ASTM designadas por la nota (pie de página), (c) Proporcionar una clase métrica equivalente donde los tres primeros dígitos indican el límite elástico mínimo en MPa. Las especificaciones con un sufijo "M" utilizan la designación de clase métrica equivalente, (d) Hierro maleable recubierto de zinc especificado por la norma ASTM A 47, (e) Hierro maleable de cúpula ferrítica. Se utilizan los hierros maleables porque tiene una excelente maquinabilidad, además de una importante ductilidad. También se elije porque combina colabilidad con buena tenacidad y maquinabilidad. En otros casos se escoge únicamente por su resistencia al impacto. Las tablas 3 y 4 listan algunas de las aplicaciones típicas del hierro maleable fundido. El requisito de que cualquier hierro producido por conversión a hierro maleable debe solidificar blanco define las limitaciones del espesor de sección de la industria del hierro maleable. Se pueden fabricar secciones gruesas de metal por la fusión de un hierro base con bajo contenido de carbono y silicio o por la aleación de hierro fundido con un estabilizador de carburo. Sin embargo, cuando el carbono y el silicio se mantienen en niveles bajos, se tiene dificultades en el recocido y el tiempo necesario para convertir carburos primarios y perlíticos a carbono temperado se hace excesivamente largo. Las fundiciones con alta producción suelen ser reacias a producir piezas fundidas más de 40 mm de espesor. Algunas fundiciones, sin embargo, producen piezas moldeadas con espesores de hasta 100 mm. Tras el tratamiento 54 térmico, las piezas moldeadas maleables ferríticas o perlíticas se limpian con granallado, se remueve el respiradero con una cizalla o un esmeril y, en caso necesario, las piezas moldeadas se acuñan o se punzonan. Se pueden mantener tolerancias dimensionales próximas en hierros maleables ferríticos y en los tipo “baja dureza” de los hierros maleables perlíticos, que pueden ser rectificados fácilmente en matrices. Los hierros maleables perlíticos más duros, son más difíciles de prensar porque tienen un alto límite elástico y una mayor tendencia a la recuperación elástica después del prensado en la matriz. Sin embargo, incluso el maleable perlítico de más alta resistencia se puede rectificar para lograr buenas tolerancias dimensionales. Ejemplos de hierros maleables perlíticos en aplicaciones en automoción se muestran en la figura 3. Figura 3. Ejemplos de hierro maleable en aplicaciones automotrices. (a) Horquilla de transmisión, (b) bielas, (c) Pistones diesel. (d) Aparato gobernador en la caja de cambios. Cortesía de la División Central de Fundición, General Motors Corporation. 4.3.2. Clasificación y aplicaciones de los Aceros Los aceros constituyen la categoría más usada de materiales metálicos, principalmente porque se pueden fabricar en grandes cantidades a costos reducidos y con especificaciones muy precisas. También proporcionan un amplio rango de propiedades mecánicas, desde niveles moderados de límite elástico (200 a 300 MPa) con excelente ductilidad a límites elásticos superiores a 1400 MPa con niveles de tenacidad a la fractura tan altos como 110 MPa. Los aceros se pueden clasificar de diferentes formas en función de: •
•
•
•
•
La composición, tales como: aceros al carbono, aceros de baja aleación o aceros inoxidables. Los métodos de fabricación, tales como: hornos de corazón abierto, proceso básicos con oxígeno u hornos eléctricos. Los métodos de acabado, tales como laminados en caliente o en frío. La forma de producto, tales como barras, placa, láminas, tiras, tubos o formas estructurales (L, H, etc.). La práctica de desoxidación, tales como aceros calmados, aceros semicalmados, aceros esponjosos, etc. 55 •
•
•
•
La microestructura, tal como ferrítica, perlítica y martensítica. El nivel de resistencia necesario, tal como se especifica en las normas ASTM. Los tratamientos térmicos, tal como recocido, temple y revenido y procesamientos termomecánicos. Descriptores de calidad, tales como la calidad del forjado y la calidad comercial. La figura 4 muestra la clasificación de los aceros. Figura 4. Clasificación de los Aceros. Fuente: D. M. Stefanescu, Universidad de Alabama, Tuscaloosa. 4.3.2.1. Aceros al Carbono El Instituto Americano del Hierro y el Acero (American Iron and Steel Institute) el acero al carbono de la siguiente manera: El acero se considera que es acero al carbono cuando no hay especificado o requerido un contenido mínimo para el cromo, cobalto, niobio, molibdeno, níquel, titanio, tungsteno, vanadio o circonio, o cualquier otro elemento que se añada para obtener el efecto aleante deseado, cuando el mínimo especificado para el cobre no exceda del 0,40 % o cuando el contenido máximo especificado por cualquiera de los siguientes elementos no exceda los porcentajes señalados : 1,65% de manganeso, 0,60% silicio, 0,60% de cobre. Estos aceros se clasifican dependiendo de su contenido de carbono, en general, cuando contienen hasta un 2% total de elementos de aleación y puede subdividirse en aceros de bajo 56 carbono, aceros de medio carbono y aceros de alto carbono y aceros de ultra – alto carbono. Como grupo, los aceros al carbono se utilizan con mucha más frecuencia que los aceros. Las composiciones químicas para aceros al carbono se presentan en las tablas 25, 26 y 27 (según la designación SAE – AISI). Tabla 25. Sistema de designación SAE – AISI. Numerales y Dígitos Aceros al Carbono 10xx(a) 11xx 12xx 15xx Aceros al Manganeso 13xx Aceros al Níquel 23xx 25xx Aceros al Níquel – Cromo 31xx 32xx 33xx 34xx Aceros al Molibdeno 40xx 44xx Aceros al Cromo – Molibdeno
41xx Aceros al Níquel – Cromo – Molibdeno 43xx 43BVxx 47xx 81xx 86xx 87xx 88xx 93xx 94xx 97xx 98xx Aceros al Níquel – Molibdeno
46xx 48xx Aceros al Cromo 50xx 51xx Aceros al Cromo (Cojinetes)
50xxx 51xxx 52xxx Aceros al Cromo – Vanadio 61xx Aceros al Wolframio – Cromo
72xx Aceros al Silicio – Manganeso
92xx Aceros de Baja Aleación y Alta Resistencia 9xx Aceros al Boro XxBxx Aceros al Plomo XxLxx (a)
Tipos de Aceros y contenido de elementos aleantes, % Acero al carbono (Mn 1.00 máx.)
Resulfurizado
Resulfurizado y Refosforizado
Acero al Carbono (máx. rango de Mn: 1.00 – 1.65) Mn 1.75
Ni 3.50
Ni 5.00
Ni 1.25; Cr 0.65 y 0.80
Ni 1.75; Cr 1.07
Ni 3.50; Cr 1.50 y 1.57
Ni 3.00; Cr 0.77
Mo 0.20 y 0.25
Mo 0.40 y 0.52
Cr 0.50, 0.80 y 0.95; Mo 0.12, 0.20, 0.25 y 0.30 Ni 1.82; Cr 0.50 y 0.80; Mo 0.25
Ni 1.82; Cr 0.50; Mo 0.12 y 0.25; V 0.03 mín. Ni 1.05; Cr 0.45; Mo 0.20 y 0.35
Ni 0.30; Cr 0.40; Mo 0.12
Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.20
Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.25
Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.35
Ni 3.25; Cr 1.20; Mo 0.12
Ni 0.45; Cr 0.40; Mo 0.12
Ni 0.55; Cr 0.20; Mo 0.20
Ni 1.00; Cr 0.80; Mo 0.25
Ni 0.85 y 1.82; Mo 0.20 y 0.25
Ni 3.50; Mo 0.25
Cr 0.27, 0.40, 0.50 y 0.65
Cr 0.80, 0.87, 0.92, 0.95, 1.00 y 1.05
Cr 0.50; C 1.00 mín.
Cr 1.02; C 1.00 mín.
Cr 1.45; C 1.00 mín.
Cr 0.60, 0.80 y 0.95; V 0.10 y 0.15 mín. W 1.75; Cr 0.75
Si 1.40 y 2.00; Mn 0.65, 0.82 y 0.85; Cr 0 y 0.65 Varios grados SAE
B denota acero al boro
L denota acero al plomo
La xx en los últimos dos dígitos de esta designación indican el contenido de carbono añadido (en centésimas de porcentaje). 57 Tabla 26. Composiciones de acero al carbono (Aplicable a productos semi – acabados para forja, barras laminadas en caliente y en frío, alambres y tuberías sin costura). Número UNS G10050 G10060 G10080 G10100 G10120 G10130 G10150 G10160 G10170 G10180 G10190 G10200 G10210 G10220 G10230 G10250 G10260 G10290 G10300 G10350 G10370 G10380 G10390 G10400 G10420 G10430 G10440 G10450 G10460 G10490 G10500 G10530 G10550 G10590 G10600 G10640 G10650 G10690 G10700 G10740 G10750 G10780 G10800 G10840 G10850 G10860 G10900 G10950 Número SAE – AISI 1005 1006 1008 1010 1012 1013 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1025 1026 1029 1030 1035 1037 1038 1039 1040 1042 1043 1044 1045 1046 1049 1050 1053 1055 1059 1060 1064 1065 1069 1070 1074 1075 1078 1080 1084 1085 1086 1090 1095 C 0.06 máx.
0.08 máx.
0.10 máx.
0.08 – 0.13
0.10 – 0.15
0.11 – 0.16
0.13 – 0.18
0.13 – 0.18
0.15 – 0.20
0.15 – 0.20
0.15 – 0.20
0.18 – 0.23
0.18 – 0.23
0.18 – 0.23
0.20 – 0.25
0.22 – 0.28
0.22 – 0.28
0.25 – 0.31
0.28 – 0.34
0.32 – 0.38
0.32 – 0.38
0.35 – 0.42
0.37 – 0.44
0.37 – 0.44
0.40 – 0.47
0.40 – 0.47
0.43 – 0.50
0.43 – 0.50
0.43 – 0.50
0.46 – 0.53
0.48 – 0.55
0.48 – 0.55
0.50 – 0.60
0.55 – 0.65
0.55 – 0.65
0.60 – 0.70
0.60 – 0.70
0.65 – 0.75
0.65 – 0.75
0.70 – 0.80
0.70 – 0.80
0.72 – 0.85
0.75 – 0.88
0.80 – 0.93
0.80 – 0.93
0.80 – 0.33
0.85 – 0.98
0.90 – 1.03
Composición química, rango y límites, % (a) Mn P máx. 0.35 máx.
0.25 – 0.40
0.30 – 0.50
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.50 – 0.80
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.50 – 0.80
0.60 – 0.90
0.50 – 0.80
0.60 – 0.90
0.40 – 0.70
0.60 – 0.90
0.50 – 0.80
0.40 – 0.70
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.30 – 0.50
0.60 – 0.90
0.30 – 0.50
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
S máx. 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 (a) Cuando son necesarios rangos o límites para el silicio en barras y productos semi – acabados, se aplican los valores de la tabla 1. Para varillas, normalmente se utilizan los siguientes rangos: 0,10 máx.; 0.07‐0.15%, 0.10‐0.20%, 0.15‐0.35%, 0.20‐0.40%, y 0.30‐
0.60%. Los aceros que figuran en esta tabla se pueden fabricar con la adición de plomo o boro. Los aceros al plomo normalmente contienen 0.15‐0.35% Pb y se identifican mediante la inserción de la letra L en la designación (10L45); aceros al boro contienen 0.0005‐0.003% B y se identifican mediante la inserción de la letra B en la designación (10B46). 58 Tabla 27. Composiciones de acero al carbono (Aplicable únicamente a perfiles estructurales, placas, láminas, hojas tubos y soldados). Número UNS G10060 G10080 G10090 G10100 G10120 G10150 G10160 G10170 G10180 G10190 G10200 G10210 G10220 G10230 G10250 G10260 G10300 G10330 G10350 G10370 G10380 G10390 G10400 G10420 G10430 G10450 G10460 G10490 G10500 G10550 G10600 G10640 G10650 G10700 G10740 G10750 G10780 G10800 G10840 G10850 G10860 G10900 G10950 Número SAE – AISI 1006 1008 1009 1010 1012 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1025 1026 1030 1033 1035 1037 1038 1039 1040 1042 1043 1045 1046 1049 1050 1055 1060 1064 1065 1070 1074 1075 1078 1080 1084 1085 1086 1090 1095 C 0.08 máx.
0.10 máx.
0.15 máx.
0.08 – 0.13
0.10 – 0.15
0.12 – 0.18
0.12 – 0.18
0.14 – 0.20
0.14 – 0.20
0.14 – 0.20
0.17 – 0.23
0.17 – 0.23
0.17 – 0.23
0.19 – 0.25
0.22 – 0.28
0.22 – 0.28
0.27 – 0.34
0.29 – 0.36
0.31 – 0.38
0.31 – 0.38
0.34 – 0.42
0.36 – 0.44
0.36 – 0.44
0.39 – 0.47
0.39 – 0.47
0.42 – 0.50
0.42 – 0.50
0.45 – 0.53
0.47 – 0.55
0.52 – 0.60
0.55 – 0.66
0.59 – 0.70
0.59 – 0.70
0.65 – 0.76
0.69 – 0.80
0.69 – 0.80
0.72 – 0.86
0.74 – 0.88
0.80 – 0.94
0.80 – 0.94
0.80 – 0.94
0.84 – 0.98
0.90 – 1.04
Composición química, rango y límites, % (a) Mn P máx. 0.45 máx.
0.50 máx.
0.60 máx.
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.50 – 0.80
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.50 – 0.80
0.40 – 0.70
0.30 – 0.60
0.60 – 0.90
0.60 – 0.90
0.70 – 1.00
0.30 – 0.50
0.60 – 0.90
0.30 – 0.50
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
S máx. 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 (a) Cuando son necesarios rangos o límites para el silicio, normalmente se utilizan los siguientes rangos: hasta SAE 1025 inclusive, 0,10% máx. ,0.10‐0 .25% o 0.15‐0.35%. Más de SAE 1025, 0.10‐0.25% o 0.15‐0.35%. Los aceros de bajo carbono, contienen hasta un 0,30% C. La categoría más grande de esta clase de aceros son los productos laminados planos (láminas o placas) por lo general laminado en frío y en condición de recocido. El contenido de carbono de estos aceros muy bajo (menos de 0,10% C, con un máximo de 0,4% Mn). Normalmente se utilizan en paneles de la carrocería del automóvil, chapas de estaño y alambre. Para aceros laminados, se puede aumentar el contenido de carbono a aproximadamente el 0,30%, con manganeso hasta el 1,5%. Estos materiales pueden ser utilizados para estampación, forja, tubos sin costura y chapas para calderas. Los aceros de medio carbono son similares a los aceros de bajo carbono, excepto que los rangos de carbono varían de 0,30 a 0,60% y el manganeso de 0,60 a 1,65%. Aumentando el 59 contenido de carbono a aproximadamente 0,5% acompañado de un aumento de manganeso permite el uso en condiciones de templado y revenido. El uso de los aceros de medio carbono – manganeso incluyen ejes, acoplamientos, cigüeñales, uniones, engranajes y piezas forjadas. Los aceros con carbono en el rango de 0,40 a 0,60% se utilizan para rieles, ruedas de ferrocarril y ejes del ferrocarril. Los aceros con alto carbono contienen 0,60 a 1,00% C con un contenido de manganeso que va desde 0,30 a 0,90%. Estos aceros se utilizan para resortes y cables de alta resistencia. Los aceros de ultra alto carbono son aleaciones experimentales que contienen aproximadamente 1,25 a 2,0% C. Estos aceros son procesados termomecánicamente para producir microestructuras que consisten en granos de ferrita equiaxiales ultrafinos y una distribución uniforme de partículas de carburo proeutectoide finas, esféricas y discontinuas. Estas microestructuras tienen un comportamiento superplástico. 4.3.2.2. Aceros de Baja Aleación Los aceros de baja aleación constituyen una categoría de materiales ferrosos que presentan propiedades mecánicas superiores a los aceros al carbono como el resultado de la adición de elementos de aleación como el níquel, cromo y molibdeno. El contenido total de elementos de aleación puede ir en el rango de 2,07% hasta justo por debajo del nivel de los aceros inoxidables, que contienen un mínimo de 10% Cr. Para muchos aceros de baja aleación, la función principal de los elementos de aleación es aumentar el endurecimiento a fin de optimizar las propiedades mecánicas y tenacidad después del tratamiento térmico. En algunos casos, sin embargo, las adiciones de elementos de aleación se utilizan para reducir la degradación del medio ambiente en determinadas condiciones de servicio. Al igual que con los aceros al carbono, los aceros de baja aleación se pueden clasificar de acuerdo a: •
•
•
La composición química, tales como aceros al níquel, aceros al níquel‐cromo, aceros al molibdeno, aceros al cromo‐molibdeno y así sucesivamente. El tratamiento térmico, tales como templado y revenido, normalizado y templado, recocido y así sucesivamente. La soldabilidad Debido a la amplia variedad de composiciones químicas posibles y el hecho de que algunos aceros se utilizan en más de una condición de tratamiento térmico, existe cierta superposición entre las clasificaciones de aceros aleados. En este informe se tratan cuatro grupos principales de aceros aleados: (1) Aceros de bajo carbono templado y revenido (QT), (2) Aceros de medio carbono de ultra – alta resistencia, (3) aceros para cojinetes y (4) Aceros al cromo‐molibdeno resistentes al calor. Los aceros con bajo carbono, templado y revenido combinan un alto límite elástico (de 350 a 1.035 MPa) y alta resistencia a la tracción con una buena tenacidad a la entalla, ductilidad, resistencia a la corrosión o soldabilidad. Los diversos aceros tienen diferentes combinaciones de estas características sobre la base de sus aplicaciones. Las composiciones químicas típicas de estos aceros se dan en la tabla 28. Muchos de los aceros están cubiertos por las especificaciones ASTM. Sin embargo, algunos aceros, tales como el HY‐80 y el HY‐100, están cubiertos por especificaciones militares. Los aceros que se muestran son utilizados principalmente como chapa. Algunos de estos aceros, así como otros aceros similares, se producen como piezas forjadas o piezas moldeadas. 60 Tabla 28. Composiciones químicas para los aceros de baja aleación. Acero C Si Mn Acero de Bajo Carbono Templado y Revenido A 514/A 517 0.15‐0.21 0.40‐0.80 0.80‐1.10 grado A A 514/A 517 0.10‐0.20 0.15‐0.35 0.60‐1.00 grado F A 514/A 517 0.15‐0.20 0.20‐0.35 0.85‐1.15 grado R A 533 0.25 0.15‐0.40 1.15‐1.50 tipo A A 533 0.25 0.15‐0.40 1.15‐1.50 tipo C P Composición, wt% (a) S Ni Cr Mo Otro 0.035 0.04 ‐‐‐‐‐‐ 0.50‐0.80 0.18‐0.28 0.05‐0.15Zr(b), 0.0025 B 0.035 0.04 0.7‐1.00 0.40‐0.65 0.40‐0.60 0.03‐0.08V, 0.15‐
0.50Cu, 0.0005‐
0.005B 0.035 0.04 0.90‐1.10 0.35‐0.65 0.15‐0.25 0.03‐0.08 V 0.035 0.04 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.45‐0.60 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.035 0.04 0.70‐1.00 ‐‐‐‐‐‐ 0.45‐0.60 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.25 Cu, 0.03 V, 0.02 Ti 0.25 Cu, 0.03 V, 0.02 Ti HY – 80 0.12‐0.18 0.15‐0.35 0.10‐0.40 0.025 0.025 2.00‐3.25 1.00‐1.80 0.20‐0.60 HY – 100 0.12‐0.20 0.15‐0.35 0.10‐0.40 0.025 0.025 2.25‐3.50 1.00‐1.80 0.20‐0.60 ‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
1.65‐2.00
1.65‐2.00
0.40‐0.70
0.80‐1.10
0.70‐0.95
0.70‐0.95
0.90‐1.20
0.15‐0.25 0.20‐0.30 0.30‐0.45 0.09‐1.10 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 0.05 V mín.
0.05‐0.10 V
0.035
0.035
0.025
0.040
0.040
0.025
‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐
3.25‐3.75
0.40‐0.60
0.70‐0.90
1.40‐1.75
0.08‐0.18 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 0.025
0.025
‐‐‐‐‐‐‐
1.30‐1.60
‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 0.025 0.025 0.25 0.90‐1.20 0.10 0.35 Cu 0.025 0.025 0.25 1.10‐1.50 0.20‐0.30 0.35 Cu Aceros de Medio Carbono de Ultra Alta Resistencia
4130 0.28‐0.33 0.20‐0.35 0.40‐0.60
4340 0.38‐0.43 0.20‐0.35 0.60‐0.80
300M 0.40‐0.46 1.45‐1.80 0.65‐0.90
D – 6a 0.42‐0.48 0.15‐0.30 0.60‐0.90
Aceros carburados de cojinete 4118 0.18‐0.23 0.15‐0.30 0.70‐0.90
5120 0.17‐0.22 0.15‐0.30 0.70‐0.90
3310 0.08‐0.13 0.20‐0.35 0.45‐0.60
Aceros de cojinete con endurecido transversal 52100 0.98‐1.10 0.15‐0.30 0.25‐0.45
A 485 0.90‐1.05 0.45‐0.75 0.95‐1.25 grado1 A 485 0.95‐1.10 0.15‐0.35 0.65‐0.90 grado 3 (a) Los valores únicos representan los máximos permitidos. (b) El circonio puede ser reemplazado por cerio. Cuando se añade cerio, la relación cerio/azufre debe ser aproximadamente 1,5/1, basado en el análisis térmico. Los aceros de medio carbono de ultra‐resistencia son aceros estructurales con un límite elástico que puede exceder los 1.380 MPa. La tabla 28 enumera las composiciones típicas. Muchos de estos aceros están cubiertos por la AISI‐SAE o son composiciones patentadas. Las formas de los productos incluyen lingotes, barras, varillas, piezas forjadas, hojas, tubos y alambre de soldadura. Los aceros de cojinete, utilizados para bolas y cojinetes de rodillo, están compuestos de aceros de bajo carbono (0,10 a 0,20% C) cementados y los aceros de alto carbono (~ 1,0% C) con endurecido transversal. Los aceros al cromo‐molibdeno resistentes al calor contienen de 0,5 a 9% Cr y 0,5 a 1,0% Mo El contenido de carbono es normalmente por debajo de 0,20%. El cromo proporciona un aumento en la resistencia a la oxidación y a la corrosión y el molibdeno incrementa la resistencia a temperaturas elevadas. Se suministran en condición de normalizado y templado, templado y revenido o recocidos. Estos aceros se utilizan ampliamente en la industria petrolera y gasífera y en las centrales nucleares y de combustibles fósiles. Las formas del producto y las correspondientes especificaciones ASTM para estos aceros se dan en la Tabla 29 y las composiciones químicas nominales se presentan en la Tabla 30. 61 Tabla 29. Especificaciones ASTM para los productos fabricados de acero al cromo – molibdeno Tipo Forjado Tubes ½Cr‐½Mo A 182 – F2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1Cr‐½Mo A 182 – F12 A 336 – F12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1¼Cr‐½Mo 2¼Cr‐1Mo 3Cr‐1Mo 3Cr‐1MoV 5Cr‐½Mo A 182 – F11 A 336 – F11/F11A A541 – C11C A 182 – F22/F22a A 336 – F2/F22A A 541 – C22C/22D A 182 – F21 A 336 – F21/F21A A 182 – F21b A 182 – F5/F5a A 336 – F5/F5A A 473 – 501/502 A 199 – T11 A 200 – T11 A 213 – T11 A 199 – T22 A 200 – T22 A 213 – T22 A 199 – T21 A 200 – T21 A 213 – T21 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
A 199 – T5 A 200 – T5 A 213 – T5 5Cr‐½Mo Si ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 213 – T5b 5Cr‐½Mo Ti ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 213 – T5c
A 199 – T7 A 200 – T7 A 213 – T7 A 199 – T9 A 200 – T9 A 213 – T9 7Cr‐½Mo A 182 – F7 A 473 – 501ª 9Cr‐1Mo A 182 – F9 A 336 – F9 A 473 – 501B Pipe A 335 – P2 A 369 – FP2 A 426 – CP2 A 335 – P12 A 369 – FP12 A 426 – CP12 A 335 – P11 A 369 – FP11 A 426 – CP11 A 335 – P22 A 369 – FP22 A 426 – CP22 A 335 – P21 A 369 – FP21 A 426 – CP21 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
A 335 – P5 A 369 – FP5 A 426 – CP5 A 335 – P5b A 426 – CP5b A 335 – P5c
A 335 – P7 A 369 – FP7 A 426 – CP7 A 335 – P9 A 369 – FP9 A 426 – CP9 Fundición Chapa ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 387 – Gr 2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 387 – Gr 12 A 217 – WC6 A 356 – Gr6 A 389 – C23 A 387 – Gr 11 A 217 – WC9 A 356 – Gr10 A 387 – Gr 22 A 542 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 387 – Gr 21 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
A 217 – CS A 387 – Gr 5 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 387 – Gr 7 A 217 – C12 A 387 – Gr 9 Tabla 30. Composición química nominal de los aceros al cromo – molibdeno resistente al calor. Tipo Designación UNS C Mn S ½Cr‐½Mo 1Cr‐½Mo 1¼Cr‐½Mo 1¼Cr‐½Mo 2¼Cr‐1Mo 3Cr‐1Mo (b) 3Cr‐1Mo V
5Cr‐½Mo 7Cr‐½Mo 9Cr‐1Mo (c)
9Cr‐1MoV K12122
K11562
K11597
K11592
K21590
K31545
K31830
K41545
K61595
K90941
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
0.10 – 0.20 0.15 0.15 0.10 – 0.20 0.15 0.15 0.18 0.15 0.15 0.15 0.08 – 0.12 0.30 – 0.80
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.30 – 0.80
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.30 – 0.60
0.040
0.045
0.030
0.040
0.040
0.030
0.020
0.030
0.030
0.030
0.010
Composición, % (a) P Si 0.040
0.045
0.030
0.040
0.040
0.030
0.020
0.030
0.030
0.030
0.020
0.10 – 0.60
0.50
0.50 – 1.00
0.50 – 1.00
0.50
0.50
0.10
0.50
0.50 – 1.00
0.50 – 1.00
0.20 – 0.50
Cr Mo 0.50 – 0.80 0.80 – 1.25 1.00 – 1.50 1.00 – 1.50 2.00 – 2.50 2.65 – 3.35 2.75 – 3.25 4.00 – 6.00 6.00 – 8.00 8.00 – 10.00 8.00 – 10.00 0.45 – 0.65
0.45 – 0.65
0.45 – 0.65
0.45 – 0.65
0.87 – 1.13
0.80 – 1.06
0.90 – 1.10
0.45 – 0.65
0.45 – 0.65
0.90 – 1.10
0.85 – 1.05
(a) Valores máximos; (b) También contiene 0.02‐0.030% V, 0.001‐0.003% B y 0.015‐0.035% Ti; (c) También contiene 0,40% Ni, 0.18‐0 .25% V, 0.06‐0.10% Nb, 0.03‐0.07% N, y 0,04% Al. 4.3.2.3. Aceros de Alta Aleación Los aceros de alta aleación contienen más de 8% del total de elementos de aleación. Estos tipos de aceros incluyen los aceros resistentes a la corrosión (aceros inoxidables), los aceros resistentes al calor y los aceros resistentes al desgaste (aceros de herramientas). Los aceros inoxidables y los aceros de herramienta entran en un sistema de clasificación establecido. Para los aceros resistentes a la corrosión (aceros inoxidables), el sistema establecido por la AISI no se basa en la composición, sino en la microestructura. Así pues, los aceros inoxidables se clasifican como austeníticos, ferríticos, austenítico – ferrítico, martensíticos, dúplex y endurecido por precipitación. La mayoría de los aceros se clasifican por una designación de 62 tres dígitos. El sistema no está tan organizado como el de los aceros al carbono, debido a que el número de denominaciones se superponen. Por ejemplo, dentro de la serie 4xx, los números 405 y 409 designan aceros inoxidables ferríticos, mientras que los números 403 y 410 designan aceros inoxidables martensíticos; en la serie 3xx serie, los números 321 y 330 designan aceros inoxidables austeníticos y el 329 designa a un acero inoxidable dúplex. Por lo tanto, debemos ser conscientes de que el sistema de los aceros inoxidables es algo inconsistente (Tabla 31). Tabla 31. Composición estándar de los aceros inoxidables. Designación UNS Tipos Austeníticos 201 S20100 202 S20200 205 S20500 301 S30100 302 S30200 302B S30215 303 S30300 303Se S30323 304 S30400 304H S30409 304L S30403 304LN S30453 302Cu S30430 304N S30451 305 S30500 308 S30800 309 S30900 309S S30908 310 S31000 310S S31008 314 S31400 316 S31600 316F S31620 316H S31609 316L S31603 316LN S31653 316N S31651 317 S31700 317L S31703 321 S32100 321H S32109 330 N08330 347 S34700 347H S34709 Tipo Composición, %(a) Ni C Mn Si Cr 0.15 0.15 0.12‐0.25 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.08 0.04‐0.10 0.03 0.03 0.08 0.08 0.12 0.08 0.20 0.08 0.25 0.08 0.25 0.08 0.08 0.04‐0.10 0.03 0.03 0.08 0.08 0.03 0.08 0.04‐0.10 0.08 0.08 0.04‐0.10 5.5‐7.5 7.5‐10.0 14.0‐15.5 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 2.0‐3.0 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.50 1.50 1.5‐3.0 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.75‐1.5 1.00 1.00 16.0‐18.0 17.0‐19.0 16.5‐18.0 16.0‐18.0 17.0‐19.0 17.0‐19.0 17.0‐19.0 17.0‐19.0 18.0‐20.0 18.0‐20.0 18.0‐20.0 18.0‐20.0 17.0‐19.0 18.0‐20.0 17.0‐19.0 19.0‐21.0 22.0‐24.0 22.0‐24.0 24.0‐26.0 24.0‐26.0 23.0‐26.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 18.0‐20.0 18.0‐20.0 17.0‐19.0 17.0‐19.0 17.0‐20.0 17.0‐19.0 17.0‐19.0 2.00 1.00 17.0‐19.0 P S Otros 3.5‐5.5 4.0‐6.0 1.0‐1.75 6.0‐8.0 8.0‐10.0 8.0‐10.0 8.0‐10.0 8.0‐10.0 8.0‐10.5 8.0‐10.5 8.0‐12.0 8.0‐12.0 8.0‐10.0 8.0‐10.5 10.5‐13.0 10.0‐12.0 12.0‐15.0 12.0‐15.0 19.0‐22.0 19.0‐22.0 19.0‐22.0 10.0‐14.0 10.0‐14.0 10.0‐14.0 10.0‐14.0 10.0‐14.0 10.0‐14.0 11.0‐15.0 11.0‐15.0 9.0‐12.0 9.0‐12.0 34.0‐37.0 9.0‐13.0 9.0‐13.0 0.06 0.06 0.06 0.045 0.045 0.045 0.20 0.20 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.20 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.15 máx. 0.06 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.10 mín. 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 9.0‐13.0 0.045 0.03 0.25 N 0.25 N 0.32‐0.40 N ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.6 Mo(b) 0.15 mín. Se ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐0.16 N 3.0‐4.0 Cu 0.10‐0.16 N ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 2.0‐3.0 Mo 1.75‐2.5 Mo 2.0‐3.0 Mo 2.0‐3.0 Mo 2.0‐3.0 Mo;0.10‐0.16N 2.0‐3.0 Mo;0.10‐0.16N 3.0‐4.0 Mo 3.0‐4.0 Mo 5 x %C mín. Ti 5 x %C mín. Ti ‐‐‐‐‐‐‐‐ 10 x %C mín. Nb 8 x%Cmín.‐1.0máx.Nb 0.2Co;10x%Cmín.Nb; 0.10Ta 0.2Co;8x%Cmín.‐1.0 máx,Nb; 0.10Ta ‐‐‐‐‐‐‐‐ 348 S34800 0.08 348H S34809 0.04‐0.10 2.00 1.00 17.0‐19.0 9.0‐13.0 0.045 0.03 0.08 2.00 1.00 15.0‐17.0 17.0‐19.0 0.045 0.03 384 S38400 Tipos Ferríticos 405 S40500 0.08 1.00 1.00 11.5‐14.5 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.03 409 S40900 0.08 1.00 1.00 10.5‐11.75 0.50 0.045 0.045 429 430 430F 430FSe 434 S42900 S43000 S43020 S43023 S43400 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 1.00 1.00 1.25 1.25 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 14.0‐16.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.04 0.06 0.06 0.04 0.03 0.03 0.15 mín. 0.03 0.03 436 S43600 0.12 1.00 1.00 16.0‐18.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.03 439 S43035 0.07 1.00 1.00 17.0‐19.0 0.50 0.04 0.03 442 S44200 0.20 1.00 1.00 18.0‐23.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.03 444 S44400 0.025 1.00 1.00 17.5‐19.5 1.00 0.04 0.03 446 S44600 0.20 Tipo Dúplex (Ferrítico – Austenítico) 329 S32900 0.20 1.50 1.00 23.0‐27.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.03 0.10‐0.30 Al 6 x %C mín.‐0.75 máx. Ti ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.6 Mo (b) 0.15 mín. Se 0.75 – 1.25 Mo 0.75‐1.25 Mo; 5 x %C mín. – 0.70 máx. Nb 0.15 Al; 12 x %C mín. – 1.10 Ti ‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.75‐2.50 Mo; 0.025 N; 0.2+4(%C+%N) mín.‐0.8 máx. (Ti+Nb) 0.25 N 1.00 0.75 23.0‐28.0 2.50‐5.00 0.04 0.03 1.00‐2.00 Mo 63 Tipos Martensíticos 403 S40300 410 S41000 414 S41400 416 S41600 416Se S41623 420 S42000 420F S42020 422 S42200 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 mín. 0.15 mín. 1.00 1.00 1.00 1.25 1.25 1.00 1.25 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 11.5‐13.0 11.5‐13.5 11.5‐13.5 12.0‐14.0 12.0‐14.0 12.0‐14.0 12.0‐14.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.25‐2.50 ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.04 0.04 0.06 0.06 0.04 0.06 0.03 0.03 0.03 0.15 mín. 0.06 0.03 0.15 mín. 0.20‐0.25 1.00 0.75 11.5‐13.5 0.5‐1.0 0.04 0.03 431 S43100 0.20 440A S44002 0.60‐0.75 440B S44003 0.75‐0.95 440C S44004 0.95‐1.20 Tipos Endurecidos por Precipitación PH 13‐8 S13800 0.05 Mo 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 15.0‐17.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 16.0‐18.0 1.25‐2.50 ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.20 0.10 12.25‐13.2 7.5‐8.5 0.01 0.008 15‐5 PH S15500 0.07 1.00 1.00 14.0‐15.5 3.5‐5.5 0.04 0.03 17‐4 PH S17400 0.07 1.00 1.00 15.5‐17.5 3.0‐5.0 0.04 0.03 17‐7 PH S17700 0.09 1.00 1.00 16.0‐18.0 6.5‐7.75 0.04 0.04 ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.6 Mo (b) 0.15 mín. Se ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.6 Mo (b) 0.75‐1.25 Mo; 0.75‐
1.25 W; 0.15‐0.3 V ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.75 Mo 0.75 Mo 0.75 Mo 2.0‐2.5 Mo: 0.90‐1.35 Al; 0.01 N 2.45‐4.5 Cu; 0.15‐0.45 Nb 3.0‐5.0 Cu; 0.15‐0.45 Nb 0.75‐1.5 Al (a) Los valores únicos son los valores máximos a menos que se indique otra cosa. (b) Opcional. Aceros Inoxidables Austeníticos. Tienen una microestructura de austenita a temperatura ambiente. Por lo tanto, son amagnéticos. También los llaman aceros inoxidables 18/8 (como el tipo 304) porque contiene nominalmente 18% de Cr y 8% Ni. Hay 30 variaciones de composición en los aceros inoxidables austeníticos estándar y un resumen de las relaciones familiares se muestra en la figura 5. Todos son esencialmente de cromo‐níquel, el cromo varía entre el 15 y el 24% y el níquel entre 3 y 22%. La familia se deriva de dos tipos básicos (aleaciones para fines generales), 302 y 202. El tipo 302 amplía en otros 26 tipos con variaciones específicas en su composición para impartir propiedades particulares, por ejemplo, una mejor soldabilidad, un incremento de la resistencia, un aumento de la resistencia al calor, mejor resistencia a la corrosión y mejorar la maquinabilidad (Tabla 32). El tipo 202 se limita a sólo tres grados y fue diseñado para sustituir el níquel (porque es un elemento de aleación muy costoso), por nitrógeno y manganeso. La resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables austeníticos es superior con respecto a otros tipos de acero inoxidable. Tabla 32. Propiedades Mecánicas (a temperatura ambiente) de Aceros Inoxidables Austeníticos. Forma del Producto(a) Condición B B, P, Sh, St B, P, Sh, St B, P, Sh, St B, P, Sh, St Recocido Recocido Endurecido ¼ Endurecido ½ Endurecido ¾ Endurecido B, P, Sh, St completamente Tipo 302 (UNS S30200) Acabado en B, F caliente y recocido Acabado en frío B (b) y recocido Acabado en frío (c) B y recocido W Recocido W Acabado en frío P, Sh, St B, P, Sh, St B, P, Sh, St B, P, Sh, St Recocido A tensión alta, Endurecido ¼ A tensión alta, Endurecido ½ A tensión alta, Endurecido ¾ Resistencia a la Tracción, MPa 620 515 860 1030 1210 Límite elástico 0.2% Elongación, % Tipo 301 (UNS S30100) 205 40 205 40 515 25 760 18 930 12 Reducción en área, % Dureza, HRB Especificación ASTM ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. 92 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 666 A 167 A 666 A 666 A 666 1280 965 9 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 666 515 205 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276. A 473 620 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 515 205 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 515 620 205 310 35(d) 30(d) 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 515 205 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 92 máx. A 580 A 580 A 167. A 240, A 666 860 515 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 666 1030 760 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 666 1205 930 6 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 666 64 Endurecido 1275 965 4 completamente Tipo 302B (UNS S30215) Acabado en B, F 515 205 40 caliente y recocido Acabado en frío B 620 310 30 (b) y recocido Acabado en frío (c) B 515 205 30 y recocido W Recocido 515 205 35(d) W Acabado en frío 620 310 30(d) P, Sh, St Recocido 515 205 40 Tipo 302Cu (UNS S30430) W(e) Recocido 550 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Ligeramente W(e) 585 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ estirado Tipo 303 (UNS S30300) y 303Se (UNS 30323) F Recocido 515 205 40 W Recocido 585‐860 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ W Trabajado en frío 790‐1000 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Tipo 304 (UNS S30400) Acabado en B, F(f) 515 205 40 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 310 30 y Recocido Acabado en frío(c) B 515 205 30 y Recocido W Recocido 515 205 35(d) W Acabado en frío 620 310 30(d) P, Sh, St Recocido 515 205 40 B, P, Sh, St Endurecido ⅛ 690 380 35 B, P, Sh, St Endurecido ¼ 860 515 10 B, P, Sh, St Endurecido ½ 1035 760 7 Tipo 304L (UNS S30403) F Recocido 450 170 40 Acabado en B 480 170 40 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 310 30 y Recocido Acabado en frío(c) B 480 170 30 y Recocido W Recocido 480 170 35(d) W Acabado en frío 620 310 30(d) P, Sh, St Recocido 480 170 40 Tipo 304B4 (UNS S30424) P, Sh, St grado Recocido 515 205 27 A P, Sh, St grado Recocido 515 205 16 B Tipo 305 (UNS S30500) Acabado en B, F 515 205 40 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 260 310 30 y Recocido Acabado en frío(c) B 515 205 30 y Recocido W Recocido 515 205 35(d) W Acabado en frío 620 310 30(d) P, Sh, St Recocido 480 170 40 B, W A tensión alta(d) 1690 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Cronifer 18‐15 LCSi (UNS S30600) P, Sh, St Recocido 540 240 40 Tipo 308 (UNS S30800) Acabado en B, F 515 205 40 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 310 30 y Recocido Acabado en frío(c) B 515 205 30 y Recocido W Recocido 515 205 35(d) W Acabado en frío 620 310 30(d) P, Sh, St Recocido 515 205 40 Tipo 309 (UNS S30900), 309S (UNS S30908), 310 (UNS S30100) y 310S (UNS S31008) Acabado en B, F 515 205 40 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 310 30 y Recocido B Acabado en frío(c) 515 205 30 B, P, Sh, St A 666 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 666 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 580 A 580 A 167 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 473 A 581 A 581 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 92 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 A 580 A 167 A 666 A 666 A 666 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 473 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 máx. A 580 A 580 A 167, A 240 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 887 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 887 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 A 580 A 167 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 167, A 240 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 máx. A 580 A 580 A 167 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 65 y Recocido W Recocido 515 W Acabado en frío 620 P, Sh, St Recocido 515 310Cb (UNS S31040) P, Sh, St Recocido 515 Acabado en B, Perfil 515 caliente y recocido Acabado en frío(b) B, Perfil 620 y Recocido Acabado en frío(c) B, Perfil 515 y Recocido W Recocido 515 W Acabado en frío 620 Tipo 314 (UNS S31400) Acabado en B, F 515 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 y Recocido Acabado en frío(c) B 515 y Recocido W Recocido 515 W Acabado en frío 620 Tipo 316 (UNS S31600) Acabado en B, F(f) 515 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 y Recocido Acabado en frío(c) B 515 y Recocido W Recocido 515 W Acabado en frío 620 P, Sh, St Recocido 515 Tipo 316L (UNS S31603) F Recocido 450 Acabado en B 480 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 y Recocido Acabado en frío(c) B 480 y Recocido W Recocido 480 W Acabado en frío 620 P, Sh, St Recocido 485 Tipo 316Cb (UNS S31640) P, Sh, St Recocido 515 Acabado en B, Perfil 515 caliente y recocido Acabado en frío(b) B, Perfil 620 y Recocido Acabado en frío(c) B, Perfil 515 y Recocido W Recocido 515 W Acabado en frío 620 Tipo 317 (UNS S31700) Acabado en B, F 515 caliente y recocido Acabado en frío(b) B 620 y Recocido Acabado en frío(c) B 515 y Recocido W Recocido 515 W Acabado en frío 620 P, Sh, St Recocido 515 Tipo 317L (UNS S31703) B Recocido 585(g) P, Sh, St Recocido 515 Tipo 317LM (UNS S31725) B, P Recocido 515 P, Sh, St Recocido 515 Tipo 321 (UNS S32100) y 321H (UNS S32109) Acabado en B, F 515 caliente y recocido Acabado en frío B 620 (b) y recocido Acabado en frío (c) B 515 y recocido W Recocido 515 205 310 205 35(d) 30(d) 40 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 580 A 580 A 167 205 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 A 167, A 240 205 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 310 35(d) 30(d) 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 A 580 205 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 310 35(d) 30(d) 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 A 580 205 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 310 205 35(d) 40(d) 40 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 A 167, A 240 170 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 473 170 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 170 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 170 310 170 35(d) 30(d) 40 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 580 A 580 A 167, A 240 205 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 A 167, A 240 205 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 310 35(d) 30(d) 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 A 580 205 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 310 205 35(d) 30(d) 35 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 580 A 580 A 167, A 240 240(g) 205 55(g) 40 65(g) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 85 máx.(g) 95 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 167 205 205 40 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 276 A 167 205 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 310 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 205 35(d) 50(d) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 66 W Acabado en frío 620 310 P, Sh, St Recocido 515 205 Tipo 347 (UNS S34700) y 348 (UNS S34800) Acabado en B, F 515 205 caliente y recocido Acabado en frío B 620 310 (b) y recocido Acabado en frío (c) B 515 205 y recocido W Recocido 515 205 W Acabado en frío 620 310 P, Sh, St Recocido 515 205 18‐8‐2 (UNS S38100) P, Sh, St Recocido 515 205 Tipo 384 (UNS S38400) W (e) Recocido 550 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Ligeramente W (e) 585 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ estirado 20Cb‐3 (UNS N08020), 20Mo‐4 (UNS N08024) y 20Mo‐6 (UNS N08026) B, W Recocido 550 240 Perfil Recocido 550 240 Recocido y B, W endurecido por 620 415 deformación Recocido y W 620‐830 acabado en frío P, Sh, St Recocido 550 240 Pi, T Recocido Sanicro 28 (UNS N08028) P, Sh, St Recocido Tubo sin Recocido costura Tipo 330 (UNS N08330) B Recocido P, Sh, St Recocido Pi Recocido AL‐6X (UNS N08366) B, W Recocido P, Sh, St Recocido Pi, T Recocido Soldado en T Trabajado en frío JS‐700 (UNS N08700) B, W Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 332 (UNS N08800) Pi, T Recocido Pi sin costura, T Acabado en caliente Trabajado en B caliente B Recocido Laminado en P caliente P, Sh, St Recocido Tipo 904L (UNS N08904) B Recocido W Acabado en frío 550 240 30(d) 40 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 580 A 167, A 240 40 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 35(d) 30(d) 40 50(d) 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 92 máx. A 580 A 580 A 167, A 240 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 167, A 240 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 30 15 50 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 473 B 473 15 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 473 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 473 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 463 B 464, B 468, B 474, B 729 500 215 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70‐90(g) B 709 500 215 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 668 485 485 485 210 210 210 30 30 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70‐90(g) 70‐90(g) B 511 B 536 B 535, B 546 515 515 210 240 30 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. 515 210 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 515 210 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 691 B 688 B 675, B 676, B 690 B 676 550 550 240 240 30 30 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 75‐90(g) 515 210 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 450 170 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 407 550 240 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 408 515 210 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 408 550 240 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 409 515 210 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B 409 490 620‐830 220 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 35 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Pi, T Recocido 490 220 35 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ P, Sh, St Recocido 490 220 35 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70‐90(g) B 672 B 599 B 163, B 407, B 514, B 515 B 649 B 649 B 673, B 674, B 677 B 625 (a) B, barra; F, forjado; P, chapa; Pi, tubería; Sh, lámina; St, tira; T, tubo; W, alambre. (b) Hasta 13 mm de espesor. (c) Por encima de 13 mm de espesor. (d) Para alambre de 3,96 mm y bajo, alargamiento y de reducción en área será de 25 y 40%, respectivamente. (e) 4 mm de diámetro y más. (f) Para secciones forjadas de 127 mm o más, la resistencia a la tracción será 485 MPa. (g) Para obtener información solamente, y no una base para la aceptación o el rechazo. 67 Figura 5. Familia de aceros inoxidables austeníticos estándar. Aceros inoxidables ferríticos. El número de grados estándar son mucho menores que los grados austeníticos. La figura 6 muestra las familias de los aceros inoxidables ferríticos estándar. Todos los grados son variaciones del tipo 430. Los aceros inoxidables ferríticos son básicamente aceros al cromo con un contenido de cromo que oscila entre el 10,5 y el 27%, son los más baratos, porque contienen menos elementos de aleación y no contienen níquel (el níquel es más caro que el cromo). Las propiedades mecánicas de los aceros inoxidables ferríticos se muestran en la tabla 33. 68 Figura 6. Familia de aceros inoxidables ferríticos estándar. Tabla 33. Propiedades Mecánicas mínimas de Aceros Inoxidables Ferríticos. Forma del Producto(a) Condición Tipo 405 (UNS S40500) B Recocido F Recocido W Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 409 (UNS S40900) P, Sh, St Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 429 (UNS S42900) B Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 430 (UNS S43000) B Recocido W Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 430F (UNS S43020) F Recocido W Recocido Tipo 439 (UNS S43035) B Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 430Ti (UNS S43036) B Recocido Tipo 434 (UNS S43400) W Recocido Sh Recocido Tipo 436 (UNS S43600) Sh, St Recocido Tipo 442 (UNS S44200) B Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 444 (UNS S44400) P, Sh, St Recocido Tipo 446 (UNS S44600) Recocido, B Acabado en Resistencia a la Tracción, MPa Límite elástico 0.2% Elongación, % Reducción en área, % Dureza, HRB Especificación ASTM 415 415 480 455 170 205 280 170 50 20 20 20 45 45 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 máx. A 479 A 473 A 580 A 176, A 240 380 380 205 205 20 22(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 80 máx. 80 máx. A 240 A 176 480 450 275 205 20 22(c) 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 máx. A 276 A 176, A 240 415 480 450 205 275 205 20 20 22(c) 45 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 máx. A 276 A 580 A 176, A 240 485 585‐860 275 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 473 A 581 485 450 275 205 20 22 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 máx. A 479 A 240 515(b) 310(b) 30(b) 65(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 545(b) 530(b) 415(b) 365(b) 33(b) 23(b) 78(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 máx.(b) 83 máx.(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 530(b) 365(b) 23(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 83 máx.(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 550(b) 515 310(b) 275 20(b) 20 40(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 máx.(b) 95 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 176 415 275 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 176 480 275 20 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 69 B W W caliente Recocido, Acabado en frío Recocido Recocido, Acabado en frío Recocido P, Sh, St 18 SR Sh, St Recocido E‐Brite 26‐1 (UNS S44627) Recocido, B Acabado en caliente Recocido, B Acabado en frío P, Sh, St Recocido MONIT (UNS S44635) P, Sh, St Recocido Sea‐Cure/SC‐1 (UNS S44660) P, Sh, St Recocido 29‐4C (UNS S44735) P, Sh, St Recocido 29‐4‐2 (UNS S44800) P, Sh, St Recocido Acabado en B caliente Acabado en B frío B Recocido 480 275 16 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 480 275 20 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 480 275 16 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 515 275 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 176 620(b) 450(b) 25(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 mÍn. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 450 275 20 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 450 275 16 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 450 275 22(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 máx. A 176, A 240 620 515 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 176, A 240 585 450 18 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100 máx. A 176, A 240 550 415 18 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 240 550 415 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 máx. A 176, A 240 480 380 20 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 520 415 15 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 480 380 20 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 479 (a) B, barra; F, forjado; W, alambre; P, chapa; Sh, lámina; St, tira. (b) Valores típicos. (c) 20% de reducción para 1,3 mm y en virtud de espesor. Aceros Inoxidables Martensíticos. Las familias de los aceros inoxidables martensíticos se muestran en la figura 7. Todas las variaciones de composición parte del tipo 410, que es una aleación para fines generales. Los aceros inoxidables martensíticos son esencialmente aceros al cromo con un mayor contenido de carbono comparado con los aceros inoxidables ferríticos y/o austeníticos. Tiene balanceados los contenidos de cromo y carbono para asegurar una microestructura martensítica después de un endurecimiento por tratamiento térmico. Estos aceros son más duros que los austeníticos o ferríticos y se utilizan para aplicaciones tales como las hojas de los cuchillos. En la tabla 34 se muestran las propiedades mecánicas de esta clase de aceros inoxidables. Tabla 34. Propiedades Mecánicas mínimas de Aceros Inoxidables Martensíticos. Forma del Producto(a) Condición Tipo 403 (UNS S40300) Recocido, Acabado B, F en caliente Recocido, Acabado B en frío Revenido B intermedio, acabado en caliente Revenido B intermedio, acabado en frío Revenido duro, B acabado en caliente o frío W Recocido Recocido, Acabado W en frío Revenido W intermedio, acabado en frío W Revenido duro, Resistencia a la Tracción, MPa Límite elástico 0.2% Elongación, % Reducción en área, % Dureza Rockwell Especificación ASTM 485 275 20 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473, A479 485 275 16 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 690 550 15 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 690 550 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 825 620 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 485 275 20 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 485 275 16 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 690 550 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 825 620 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 70 acabado en caliente o frío P, Sh, St Recocido Tipo 410 (UNS S41000) Recocido, Acabado B, F en caliente Recocido, Acabado B en frío Revenido B intermedio, acabado en caliente Revenido B intermedio, acabado en frío Revenido duro, B acabado en caliente o frío W Recocido Recocido, Acabado W en frío Revenido W intermedio, acabado en frío Revenido duro, W acabado en caliente o frío P, Sh, St Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 410S (UNS S41008) F Recocido P, Sh, St Recocido Tipo 410Cb (UNS S41040) Recocido, Acabado B en caliente Recocido, Acabado B en frío Revenido B intermedio, acabado en caliente Revenido B intermedio, acabado en frío E‐4 (UNS S41050) P, Sh, St Recocido Tipo 414 (UNS S41400) Revenido intermedio, B acabado en frío o caliente Recocido, acabado W en frío CA6NM (UNS S41500) P, Sh, St Temperado B, F Temperado 485 205 25(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 HRB máx. A 176 485 275 20 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A 473, A479 485 275 16 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 690 550 15 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 690 550 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 825 620 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276 485 275 20 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 485 275 16 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 690 550 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 825 620 12 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 450 450 205 205 22(b) 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 HRB máx. 95 HRB máx. A 176 A 240 450 415 240 205 22 22(b) 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 HRB máx. A 473 A 176, A 240 485 275 13 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A479 485 275 12 35 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A479 860 690 13 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A479 860 690 12 35 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A479 415 205 22 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88 HRB máx. A 276, A 240 795 620 15 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 276, A479 1030 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 A 176, A 240 A 276, A 473, A479 795 620 15 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 32 HRC máx. 795 620 15 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 275 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 473 A 581 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 581 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 581 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 581 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 581 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 581 760 15 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 565 Tipo 416 (UNS S41600) y 416Se (UNS S41623) F Recocido 485 W Recocido 585‐860 Revenido W 795‐1000 Intermedio W Revenido duro 965‐1210 Tipo 416 Plus X (UNS S41610) W Recocido 585‐860 Revenido W 795‐1000 Intermedio W Revenido duro 965‐1210 Tipo 418 (UNS S41800) B, F 965 Revenido a 620 °C Tipo 420 (UNS S42000) B 1720 Revenido a 204 °C Recocido, acabado W 860 máx. en frío P, Sh, St Recocido 690 TrimRite (UNS S42010) W Recocido 690 máx. Ligeramente W 725 máx. estirado Tipo 422 (UNS S42200) 1480(C) 8(c) 25(c) 52 HRC(C) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 15 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 96 HRB máx. A 176 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 71 B, F Revenido a 675 °C B, F Revenido a 620 °C Lapelloy (UNS S42300) B, F Revenido a 620 °C Tipo 431 (UNS S43100) Revenido F Intermedio F Revenido duro Recocido, acabado W en frío W Recocido Ligeramente W estirado Tipo 440A (UNS S44002) B Recocido B Revenido a 315 °C Recocido, acabado W en frío Tipo 440B (UNS S44003) B Recocido B Revenido a 315 °C Recocido, acabado W en frío Tipo 440C (UNS S44004) B Recocido B Revenido a 315 °C Recocido, acabado W en frío 825 965 585 760 17(d) 13 30 35 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 565 A 565 965 760 8 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 565 795 620 15 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 473 1210 930 13 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 473 965 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 760 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 795 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 493 725(c) 1790(c) 415(c) 1650(c) 20(c) 5(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 20(c) 95 HRB(c) 51 HRC(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 965 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 740(c) 1930(c) 425(c) 1860(c) 18(c) 3(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 15(c) 96 HRB(c) 55 HRC(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 965 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 760(c) 1970(c) 450(c) 1900(c) 14(c) 2(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 10(c) 97 HRB(c) 57 HRC(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 965 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 580 (a) B, barra; F, forjado; W, alambre; P, chapa; Sh, lámina; St, tira. (b) 20% de elongación para 1,3 mm y en virtud de espesor. (c) Valores típicos. (d) Elongación mínima de 15% para forjado. Figura 7. Familia de aceros inoxidables martensíticos estándar. 72 Aceros Inoxidables Dúplex. Estos aceros tienen una microestructura de austenita y ferrita. Hay un tipo de acero inoxidable dúplex estándar, el grado 329, que contiene 23 a 28% Cr, 2.5 a 5.0% Ni y de 1.0 a 2.0% Mo. Los aceros inoxidables dúplex tienen una resistencia a la corrosión similar a la de un acero inoxidable austenítico, pero poseen mayor resistencia a la tracción y límite elástico y mejor resistencia a la corrosión bajo tensión. Las propiedades mecánicas se muestran en la tabla 35. Tabla 35. Propiedades Mecánicas mínimas de Aceros Inoxidables Dúplex. Forma del Producto(a) Condición Tipo 44LN (UNS S31200) F Recocido P, Sh, St Recocido T Recocido Pi Recocido DP‐3 (UNS S31260) P, Sh, St Recocido T Recocido Pi Recocido 3RE60 (UNS S31500) T Recocido Pi Recocido 2205 (UNS S31803) F Recocido P, Sh, St Recocido B, perfiles Recocido T Recocido Pi Recocido 2304 (UNS S32304) T Recocido Pi Recocido Ferralium 255 (UNS S32550) P, Sh, St Recocido B, perfiles Recocido T Recocido Pi Recocido Tipo 329 (UNS S32900) P, Sh, St Recocido T Recocido Pi Recocido 7‐Mo PLUS (UNS S32950) P, Sh, St Recocido B, perfiles Recocido T Recocido Pi Recocido Resistencia a la Tracción, MPa Límite elástico 0.2% Elongación, % Reducción en área, % Máxima Dureza, HRC Especificación ASTM 690‐900 690 690 690 450 450 450 450 25 25 25 25 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 220 HB 280 HB 280 HB A 182 A 240 A 789 A 790 690 690 690 485 450 450 20 25 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 290 HB 30.5 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A 240 A 789 A 790 630 630 440 440 30 30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 30.5 30.5 A 789 A 790 620 620 620 620 620 450 450 448 450 450 25 25 25 25 25 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 32 290 HB 30.5 30.5 A 182 A 240 A 276 A 789 A 790 600 600 400 400 25 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 30.5 30.5 A 789 A 790 760 760 760 760 550 550 550 550 15 15 15 15 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 32 297 HB 31.5 31.5 A 240 A 479 A 789 A 790 620 620 620 485 485 485 15 20 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 28 28 28 A 240 A 789 A 790 690 690 690 690 480 480 480 480 15 15 20 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 31 297 HB 30.5 30.5 A 240 A 479 A 789 A 790 (a) B, barra, W, alambre; P, chapa; Sh, lámina; St, tira; T, tubos, Fl, bridas, accesorios, válvulas y partes para altas temperaturas de servicio, Pi, tubería Aceros Inoxidables Endurecidos por Precipitación. Estos aceros son principalmente aceros al cromo‐níquel, con un endurecimiento por precipitación de elementos tales como cobre, aluminio y titanio. Ellos pueden poseer una microestructura ferrítica o martensítica. Las propiedades mecánicas se muestran en la tabla 36. Tabla 36. Propiedades Mecánicas mínimas de Aceros Inoxidables Endurecidos por Precipitación. Forma del Producto(a) Condición PH 13‐8 Mo (UNS S13800) B, F H950 B, F H1000 B, F H1025 B, F H1050 B, F H1100 B, F H1150 B, F H1150M Resistencia a la Tracción, MPa Límite elástico 0.2% Elongación, % Reducción en área, % 1520 1410 1275 1210 1030 930 860 1410 1310 1210 1140 930 620 585 10 10 11 12 14 14 16 45; 35(b) 50; 40(b) 50; 45(b) 50; 45(b) 50 50 55 Dureza, HRC Mín. Máx. Especificació
n ASTM 45 43 41 40 34 30 26 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 73 P, Sh, St H950 P, Sh, St H1000 15‐5 PH (UNS S15500) B, F H900 B, F H925 B, F H1025 B, F H1075 B, F H1100 B, F H1150 B, F H1150M P, Sh, St H900 P, Sh, St H1100 PH 15‐7 Mo (UNS S15700) B, F RH950 B, F TH1050 P, Sh, St Recocido P, Sh, St RH950(d) P, Sh, St TH1050(d) Laminado en frío, P, Sh, St condición C P, Sh, St CH900 17‐4 PH (UNS S17400) B, F H900(d) B, F H925(d) B, F H1025(d) B, F H1075(d) B, F H1100(d) B, F H1150(d) B, F H1150M(d) P, Sh, St H900 P, Sh, St H1100 17‐7 PH (UNS S17700) B, F RH950(d) B, F TH1050(d) P, Sh, St RH950 P, Sh, St TH1050 Laminado en frío, P, Sh, St condición C P, Sh, St CH900 Estirado en frío, W condición C W CH900 AM‐350 (UNS S35000) P, Sh, St Recocido P, Sh, St H850 P, Sh, St H1000 AM‐355 (UNS S35500) F H1000 P, Sh, St H850 P, Sh, St H1000 Custom 450 (UNS S45000) B, Perfiles Recocido F, Perfiles Recocido B, F, H900 Perfiles B, F, H950 Perfiles B, F, H1000 Perfiles B, F, H1025 Perfiles B, F, H1050 Perfiles B, F, H1100 Perfiles B, F, H1150 Perfiles P, Sh, St Recocido P, Sh, St H900 P, Sh, St H1000 P, Sh, St H1150 Custom 455 (UNS S45500) B, F, H900(i) Perfiles B, F, H950(i) Perfiles B, F, H1000(i) 1520 1380 1410 1310 6‐10(c) 6‐10(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 43 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ A 693 A 693 1310 1170 1070 1000 965 930 795 1310 965 1170 1070 1000 860 795 725 515 1170 790 10; 6(b) 10; 7(b) 12; 8(b) 13; 9(b) 14; 10(b) 16; 11(b) 18; 14(b) 5‐10(c) 5‐14(c) 35; 15(b) 38; 20(b) 45; 27(b) 45; 28(b) 45; 29(b) 50; 30(b) 55; 35(b) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 40 38 35 32 31 28 24 40 29 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 48 40 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 693 A 693 1380 1240 1035 máx. 1550 1310 1210 1100 450 máx. 1380 1170 7 8 25 mín. 1‐4(c) 2‐5(c) 25 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 45‐46 40 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ A 564, A 705 A 564, A 705 A 693 A 693 A 693 1380 1210 1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 41 ‐‐‐‐‐‐ A 693 1650 1590 1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 46 ‐‐‐‐‐‐ A 693 1310 1170 1070 1000 965 930 795 1310 965 1170 1070 1000 860 795 725 515 1170 790 10 10 12 13 14 16 18 5‐10(c) 5‐14(c) 40; 35(e) 44; 38(e) 45 45 45 50 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 40 38 35 32 31 28 24 40 29 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 48 40 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 564, A 705 A 693 A 693 1275 1170 1450(c) 1240(c) 1030 965 1310(c) 1030(c) 6 6 1‐6(c) 3‐7(c) 10 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 41 38 43(c) 38 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 44(c) ‐‐‐‐‐‐ A 564, A 705 A 564, A 705 A 693 A 693 1380 1210 1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 41 ‐‐‐‐‐‐ A 693 1650 1590 1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 46 ‐‐‐‐‐‐ A 693 1400‐2035(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ A 313 1585‐2515(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ A 313 8‐12(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 30 A 693 2‐8(c) 2‐8(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 42 36 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ A 693 A 693 A 705 A 693 A 693 1275 1140 585‐620 máx.(c) 1030 1000 1170 1310 1170 1070 1140 1030 12 10 12 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 37 ‐‐‐‐‐‐ 37 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 895(f) 860(f) 655 655 10 10 40 40 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 32 33 1240(g) 1170 6; 10(b) 20; 40(b) 39 ‐‐‐‐‐‐ 1170(g) 1100 7; 10(b) 22; 40(b) 37 ‐‐‐‐‐‐ 1100(g) 1030 8; 12(b) 27; 45(b) 36 ‐‐‐‐‐‐ 1030(g) 965 12 45 34 ‐‐‐‐‐‐ 1000(g) 930 9; 12(b) 30; 45(b) 34 ‐‐‐‐‐‐ 895(g) 725 11; 16(b) 30; 50(b) 30 ‐‐‐‐‐‐ 1380 máx. 860(g) 515 12; 18(h) 35‐55(h) 26 ‐‐‐‐‐‐ 895‐1205 1240 1105 860 620‐1035 1170 1035 515 4 mín. 3‐5(c) 5‐7(c) 8‐10(c) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 25 40 36 26 33 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 1620 1520 8 30 47 ‐‐‐‐‐‐ 1520 1410 10 40 44 ‐‐‐‐‐‐ 1410 1280 10 40 40 ‐‐‐‐‐‐ A 564(f) A 705(f) A 564(g), A 705(g) A 564(g), A 705(g) A 564(g), A 705 A 564(g), A 705 A 564(g), A 705 A 564(g), A 705 A 564(g), A 705 A 693 A 693 A 693 A 693 A 564(g), A 705(g) A 564(g), A 705(g) A 564(g), 74 Perfiles P, Sh, St H950 1530 1410 ≤4 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 44 ‐‐‐‐‐‐ A 705(g) A 693 (a) B, barra; F, forjado; P, chapa; Sh, lámina; St, tira; W, alambre. (b) Valor más alto es longitudinal; menor valor es transversal. (c) Los valores varían con el diámetro o espesor. (d) Sólo propiedades longitudinales. (e) Los valores más altos son para los tamaños hasta 75 mm (incluido); los valores más bajos son para tamaños de más de 75 mm hasta 200 mm (incluido). (f) Resistencia a la tracción de 860 a 140 MPa para tamaños de hasta 13 mm. (g) Resistencia a la tracción sólo aplicable hasta tamaños de 13 mm. (h) Varía con el tamaño de la sección y la dirección del ensayo. (i) Hasta 150 mm (incluido). Los aceros inoxidables se utilizan en diversas industrias y abarcan una variedad de aplicaciones en función de los problemas de corrosión más frecuentes, obteniendo una selección adecuada de los distintos tipos. Industria de Alimentación y Bebidas. El medio ambiente corrosivo implica a menudo moderadas o altas concentraciones de cloruros por parte de algunos procesos, a menudo mezclados con concentraciones significativas de ácidos orgánicos. Parte del agua se utiliza como vapor para calentar o como salmuera de refrigeración. Las normas de pureza y saneamiento requieren una excelente resistencia a corrosión por picaduras y por grietas o fisuras. Alimentos como hortalizas se presentan en ambientes más suaves y, en general, se pueden manejar mediante el uso de aceros inoxidables del tipo 304. Salsas y licores en vinagre, sin embargo, son más agresivos y pueden incluso picar a los aceros inoxidables tipo 316. Para mejorar la resistencia a la picadura se utilizan aleaciones como 22Cr‐13Ni‐5Mn, 904L, 20Mo‐4, 254SMo, AL‐6XN, y aceros inoxidables MONIT. Para servicio a temperaturas elevadas, se deben seleccionar los materiales para enfrentar la resistencia a la corrosión por picaduras y bajo tensión (SCC) en presencia de cloruros. Se debe evitar la corrosión bajo tensión en aplicaciones donde haya transferencia de calor, como las camisas de vapor en recipientes para la cocción o procesamiento de alimentos o en intercambiadores de calor; donde se puede iniciar un agrietamiento fuera de la unidad debajo del aislamiento que contiene cloruros. Los aceros inoxidables austeníticos tienen un excelente comportamiento en cervecerías a excepción de un número de casos de corrosión bajo tensión (SCC) en las líneas de aguas de alta temperatura. El uso de aceros inoxidables ferríticos o dúplex resulta apropiado para prevenir la corrosión bajo tensión (SCC). Los aceros inoxidables del tipo 304 se utilizan ampliamente en la industria láctea, el tipo 316 se encuentra en las tuberías en fábricas de cerveza. Estos grados, junto con los aceros inoxidables del tipo 444 y Custom 450, se utilizan en cadenas para el transporte de alimentos a través del equipo de procesamiento. Las piezas mecanizadas en los equipos dispensadores de bebidas se fabrican a partir de los aceros inoxidables 304, 304L, 316, 316L, 303A1 modificado, 302HQ‐FM, 303BV. Cuando se utilizan los grados “sin mecanizado”, es importante pasivar correctamente antes de la puesta en servicio a fin de optimizar la resistencia a la corrosión. Los equipos de manipulación de alimentos se deben diseñar sin la formación de grietas debido a que los alimentos pueden quedar atrapados. En productos alimenticios más corrosivos, se deben utilizar aceros inoxidables extra‐bajos de carbono cuando sea posible. Industria Farmacéutica. La producción y manipulación de medicamentos y otras aplicaciones médicas requiere de estándares muy altos para preservar la esterilidad y pureza del proceso de arroyos. Los procesos pueden tener entornos de compuestos orgánicos complejos, ácidos fuertes, soluciones de cloruro comparables al agua de mar y altas temperaturas de procesamiento. Son necesarios grados altamente aleados, como el tipo 316 o superior, en lugar del tipo 304, a fin de evitar la corrosión superficial. Puede ser conveniente un electropulido a fin de reducir o evitar los depósitos adherentes y la posibilidad de corrosión bajo depósitos. Los grados de acero inoxidable 18‐8 se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones como perforadoras de píldoras y mesas de operación. Sin embargo, es necesario tener cuidado en la selección de aceros inoxidables para aplicaciones farmacéuticas, porque 75 pequeñas cantidades de contaminación pueden ser censurables. Por ejemplo, el acero inoxidable ha sido utilizado para procesar la vitamina C, pero se debe eliminar el cobre porque en soluciones acuosas acelera la descomposición de la vitamina C. Se deben considerar los efectos de la temperatura y la concentración de cloruros. A temperatura ambiente, el acero inoxidable 18Cr‐8Ni puede sufrir picaduras por cloruros y es poco probable que sufra de corrosión bajo tensión (SCC). Sobre 65 °C o más, se debe tener en cuenta la corrosión bajo tensión (SCC) en los aceros inoxidables austeníticos. Los aceros dúplex, como el 7‐Mo PLUS, la aleación 2205, y Ferralium 255 poseen una mejor resistencia a la corrosión bajo tensión (SCC) a temperaturas elevadas en ambientes con cloruros. Los grados ferríticos con más bajo contenido de níquel, como el acero inoxidable 18Cr‐2Mo, son otra opción para contrarrestar la corrosión bajo tensión (SCC) por cloruros. Los aceros inoxidables también se utilizan en implantes ortopédicos. El material utilizado en estos implantes debe tener alta resistencia, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión por fricción (fretting), por picaduras (pitting) y por grietas (crevice). Los aceros inoxidables 316 fundidos en vacío se utilizan para aparatos de fijación interna de carácter temporal, tales como placas de hueso, tornillos, pines e hilos de sutura. En los implantes permanentes, tales como las articulaciones artificiales, es esencial que posean muy alta resistencia, resistencia al desgaste, a la fatiga y a la corrosión. Las aleaciones base cobalto o titanio también se utilizan para estas aplicaciones. Industria del Petróleo y Gas. Los aceros inoxidables no se utilizaban con frecuencia en la producción de petróleo y gas hasta la explotación de las reservas ácidas (aquellas que contienen sulfuro de hidrógeno, H2S) y el uso prolongado de sistemas de recuperación a mediados de 1970. Los entornos ácidos pueden provocar corrosión bajo tensión por sulfuros (SSC) en materiales susceptibles. Este fenómeno generalmente ocurre en ambientes o temperaturas ligeramente elevadas, es difícil establecer la temperatura máxima exacta para todas las aleaciones. Los factores que afectan en la resistencia a la corrosión bajo tensión por sulfuros (SSC) incluyen el uso de materiales diferentes, el pH, la concentración de H2S, la presión total, el máximo esfuerzo de tracción, la temperatura y el tiempo. La resistencia de los aceros inoxidables a la corrosión bajo tensión por sulfuros mejora con la reducción de la dureza. Los materiales convencionales, tales como los aceros inoxidables 410, 430, y 304 muestran una resistencia aceptable con durezas por debajo de los 22 HRC. Los grados especiales, tales como 22Cr‐13Ni‐5Mn, Custom 450, 20Mo‐4 y algunos aceros inoxidables dúplex, han demostrado buena resistencia a SSC con altas durezas. La aleación dúplex 2205 se utiliza por su resistencia y su resistencia a la corrosión en tuberías colectoras de CO2 antes de la limpieza de gas. Los aceros inoxidables Custom 450 y 22Cr‐13Ni‐5Mn se han utilizan en piezas de válvulas. Otros grados que se utilizan en estos entornos incluyen 254SMO y la Aleación 28, particularmente por su resistencia a cloruros y sulfuros, respectivamente. En muchas aplicaciones en campos petroleros, además de la corrosión bajo tensión por sulfuros a baja temperatura, es necesaria la resistencia al agrietamiento en ambientes a alta temperatura. La mayoría de los aceros inoxidables, incluidos los austeníticos y dúplex, son susceptibles al agrietamiento a temperaturas elevadas, probablemente por un mecanismo similar al de la corrosión bajo tensión (SCC) por cloruros. El fallo se acelera por el H2S y otros compuestos de azufre. Se observa un aumento de la susceptibilidad en materiales con más alto límite elástico, por ejemplo, debido a la alta resistencia a la tracción residual obtenida en algunas operaciones de trabajo en frío. La discusión es pertinente para la fase de producción, sin embargo, la perforación se lleva a cabo en un ambiente de lodos de perforación, que generalmente consiste de agua, arcilla, materiales pesados e inhibidores (normalmente un 76 oxígeno como producto de depuración). Los cloruros también están presentes, cuando se perfora, a través de formaciones de sal. Los aceros inoxidables austeníticos que contienen nitrógeno se utilizan en estos ambientes como collares de perforación amagnéticos, como peso para la barrena y como bastidor para los instrumentos de medición durante la perforación (MWD). Los materiales amagnéticos son necesarios para el funcionamiento de estos instrumentos, que se utilizan para localizar la barrena en las operaciones de perforación direccional. Los aceros inoxidables utilizados como collares de perforación o como componentes de medición durante la perforación incluyen los aceros inoxidables del tipo 316LN estándar y varios aceros inoxidables sin estándar. En aplicaciones en la refinería, el crudo inicial contiene impurezas tales como azufre, agua, sales, ácidos orgánicos y compuestos de nitrógeno orgánico. Los aceros inoxidables se utilizan, en estos y otros productos corrosivos, en varias etapas de la refinería. El crudo inicial se separa en gas de petróleo y diversos aceites por destilación fraccionada, posteriormente se tratan para eliminar las impurezas, tales como el CO2, NH3 y H2S y para optimizar la calidad de los productos. Los aceros inoxidables también se encuentran en intercambiadores de calor, los grados dúplex y ferríticos se utilizan en esta aplicación para mejorar su resistencia a SCC. Los aceros inoxidables del tipo 430 y 444 se utilizan en intercambiadores de tubos para resistir hidrógeno, cloruros, sulfuros y compuestos de nitrógeno. Industria de Energía. Los aceros inoxidables se utilizan en este sector en los componentes del generador, calentadores de agua de alimentación, calderas, intercambiadores de calor, tubos de condensador, sistemas de desulfuración de gases de combustión (FGD) y aplicaciones de la energía nuclear. Los álabes del generador se fabrican de acero inoxidable 12% Cr modificados, tales como los ASTM tipo 615 (UNS S41800) y 616 (UNS S42200). En algunos equipos, los Custom 450 han sustituido los aceros inoxidables AISI tipo 410 y ASTM tipo 616. En los intercambiadores de calor se utilizan en los tubos de los condensadores de superficie y de los calentadores de agua de alimentación (que son intercambiadores de calor de carcasa y tubos que condensan el vapor de la turbina en el depósito lateral). En estos intercambiadores de calor, la severidad de la corrosión se incrementa con altas temperaturas y presiones. Los aceros inoxidables resisten las fallas por erosión y no sufren de SCC en NH3 (a partir de la descomposición de los aditivos del agua de alimentación de las calderas), así como algunos materiales no ferrosos. Se deben seleccionar aceros inoxidables que resistan picaduras por cloruros. La cantidad de cloruro que se puede tolerar se espera que sea mayor con un pH más alto y una superficie del acero inoxidable más limpia, es decir, con ausencia de depósitos. Por ejemplo, los aceros inoxidables del tipo 304 pueden resistir picaduras en niveles de cloruro de 1000 ppm o más con ausencia de incrustaciones, grietas o condiciones de estancamiento. La presencia de una o más de estas condiciones puede permitirá la concentración de cloruros en la superficie metálica e iniciará las picaduras. Se utilizan varios aceros inoxidables de alto rendimiento para resistir las picaduras por cloruros en agua salobre o agua de mar, se utilizan en los calentadores de agua de alimentación, aunque también se pueden utilizar los aceros inoxidables dúplex debido a su alta resistencia. Los aceros inoxidables ferríticos han demostrado ser económicamente competitivos en intercambiadores y condensadores, con los grados austeníticos de alto rendimiento se utilizan de manera satisfactoria en las unidades de refrigeración con agua de mar. Estas categorías incluyen MONIT, AL‐29‐4C, Usinor 290 Mo, Sea‐Cure, AL‐6X, AL‐6XN y aceros inoxidables 254SMO. Los tubos de estos materiales enumerados anteriormente han sido instalados en placas soporte fabricado con aleaciones 904 L, 20Mo‐4, y aceros inoxidables 254SMOs. Se puede presentar corrosión por grietas en las placas soporte cuando el material de acero inoxidable del tipo 316 es laminado. 77 Se utilizan una gran variedad de aleaciones en depuradoras, que se localizan entre la caldera y la chimenea en las centrales de combustibles fósiles para el tratamiento de efluentes de gases para eliminar el SO2 y otros contaminantes. En la selección de los aceros inoxidables se tiene en cuenta dos aspectos para la resistencia a las picaduras, el pH y el nivel de cloruros, estos son más resistentes a pH más altos y niveles de cloruro más bajos, en entornos que causan ataques por grietas o picaduras a los aceros inoxidables del tipo 316 se puede utilizar materiales de alta aleación, por ejemplo, los que contienen alta cantidad de molibdeno y cromo. Aplicaciones de la Energía Nuclear. Se utilizan tuberías de acero inoxidable del tipo 304 en el transporte del agua de ebullición del reactor nuclear. La temperatura de funcionamiento de estos reactores está cerca de los 290 °C y se presentan una amplia gama de condiciones durante el arranque, la operación y el cierre. Debido a que estos tubos están unidos por soldadura, existe la posibilidad de sensibilización; lo que puede resultar en corrosión bajo tensión intergranular por el agua a altas temperaturas y sin cloruros que contiene pequeñas cantidades de oxígeno (de 0.2 a 8 ppm). Los aceros inoxidables del tipo 304 con adiciones de boro (alrededor del 1%) se utilizan para unidades de almacenamiento de combustible usado, barriles de almacenamiento en seco de combustibles y barriles de transporte. El boro en altos niveles confiere propiedades de absorción de neutrones. Industria de Pulpa y Papel. Se utilizan diversas aleaciones por la amplia gama de condiciones de corrosión encontradas en las fábricas de pulpa y papel. Los headboxes de las fábricas de papel se suelen fabricar con chapa de acero inoxidable 316L con un acabado superficial superior y a veces se les aplica un electropulido para prevenir una caída de materia, que pueda afectar el flujo de la pulpa. Los álabes utilizados para remover el papel en los tambores se fabrican de aceros inoxidables del tipo 410 y 420 y aceros inoxidables 22Cr‐13Ni‐5Mn laminados en frío. Los evaporadores y recalentadores que tratan con licores corrosivos deben minimizar la caída de flujo para proporcionar una óptima transferencia de calor. Las tuberías soldadas de acero inoxidable del tipo 304 sin ferrita se utilizan en evaporadores de licor negro, la limpieza se realiza a menudo con HCl, que ataca la ferrita. En el proceso de sulfito, los aceros inoxidables del tipo 316 (> 2,75% Mo) y tipo 317 se utilizan en evaporadores de licor negro. Los calentadores del digestor en los procesos kraft y sulfito utilizan los aceros inoxidables 7‐Mo para evitar la resistencia a la corrosión bajo tensión por cáustica o cloruro. Las plantas blanqueadoras utilizan los aceros inoxidables del tipo 316 y 317 y en algunos sitios que presentan problemas con estos aceros se están utilizando los grados austeníticos que contienen 4.5 y 6% en Mo. El endurecimiento de las normas ambientales ha aumentado la temperatura, el nivel de cloruros, la acidez de la planta y esto requiere grados de acero inoxidable que sean más aleados que los utilizados anteriormente. Las unidades de aceite de bogol pasó de los aceros inoxidables tipo 316 y 317 a los tipos 904L y 20Mo‐4 y más recientemente a los tipo 254SMO y 20Mo‐6. Industria del Transporte. Una amplia gama de componentes funcionales y decorativos para los vehículos de transporte se fabrican de acero inoxidable. Piezas de automóviles, tales como sujetadores, cubre ruedas, monta espejo y brazo del limpiaparabrisas, se fabrican normalmente a partir de aceros inoxidables 17Cr o 18Cr‐8Ni o de grados similares. Ejemplo de aleaciones incluyen los tipos 430, 434, 304, y 305. El tipo 302HQ‐FM sigue siendo un candidato para usarse en las tuercas de las ruedas y los aceros Custom 455 se utilizan en las contratuercas. El uso del acero inoxidable del tipo 301 para las tuercas de las ruedas ha disminuido con los programas de reducción de peso de la industria del automóvil. Los aceros inoxidables también se utilizan en otras funciones (aparte de las decorativas) en el diseño automotriz. Los ejes de pequeño diámetro del tipo 416 y ocasionalmente del tipo 303 se utilizan para conectar con equipos de potencia, tales como ventanas, cerraduras y antenas. Los 78 grado Solenoide, como el tipo 430FR, también han encontrado aplicación. El tipo 409 se ha utilizado para silenciadores y convertidores catalíticos durante muchos años, pero ahora se emplean a través del sistema de escape. En vagones de ferrocarril, los aceros inoxidables estructurales proporcionar durabilidad, bajo costo de mantenimiento y alta seguridad a través de la seguridad pasiva (crashworthiness). La resistencia al fuego de los aceros inoxidables es una ventaja importante de seguridad. El acero inoxidable del tipo 409 modificado se utiliza como un componente estructural en los autobuses. Los tipos 430 y 304 se utilizan para partes funcionales en el exterior de los autobuses. Los tipo 304 has proporcionado una mejora a nivel económico en los remolques de camiones. Para camiones cisterna, los aceros inoxidables más utilizados son los del tipo 304, pero el tipo 316 y los grados altamente aleados se han utilizado donde cuando se necesita transportar productos químicos corrosivos en condiciones de seguridad en las carreteras. Los aceros inoxidables tipos 304, 316, 317 y 2205 se utilizan en los buques cisterna de productos químicos y se seleccionan de acuerdo a la corrosividad de los cargamentos transportados. En el sector aeroespacial, los aceros inoxidables endurecidos por precipitación y endurecidos por enfriamiento se utilizan en diversas aplicaciones. Se aplican tratamientos térmicos para optimizar la tenacidad a fractura y la resistencia a la SCC. Los aceros inoxidables grado 15‐5PH y PH13‐8Mo se utilizan en partes estructurales y el PH3‐8Mo como retenedores. Los sectores del motor con partes frías se fabrican del tipo 410. Los aceros inoxidables Custom 455, 17‐4PH, 17‐7PH y 15‐5PH aceros inoxidables se utilizan en el transbordador espacial. Aplicaciones en Arquitectura. Normalmente, los tipos 430 o 304 se utilizan en aplicaciones de arquitectura. Estos grados tienen un buen comportamiento cuando tiene una fuerte exposición, sin embargo, en atmósferas marinas y contaminadas industrialmente, se sugiere utilizar el tipo 316. Aceros Resistentes al Calor Estos aceros se utilizan en aplicaciones a elevadas temperaturas. Lamentablemente, no hay un sistema de clasificación básico de estos aceros. Esto es debido a que incluyen los aceros de baja aleación así como los aceros inoxidables de alta aleación, los aceros de herramienta y las superaleaciones base hierro. En otras palabras, depende del rango de la temperatura y de la aplicación. A bajas temperaturas, son apropiados los aceros de baja aleación, mientras que a temperaturas más altas, lo son los aceros de alta aleación. Hay cuatro aceros con designación AISI para elevadas temperaturas de servicio. Se clasifican por un número de tres dígitos que comienza con "6". Estos aceros son 601, 602, 603 y 610; son todos aceros de medio carbono de baja aleación que contienen cromo, molibdeno y vanadio. Muchos de los aceros resistentes al calor se utilizan en recipientes a presión (están regulados bajo el Código ASME de Calderas y Recipientes a Presión), suelen contener cromo, molibdeno y a veces vanadio (el acero 2¼ Cr‐1 Mo se encuentra en esta familia de aceros). Bajo las especificaciones ASME, las designaciones de los aceros comienzan con las letras "SA", y, por tanto, un acero 2¼ Cr‐1Mo podría tener un número código SA‐387 Gr22. El código ASME incorpora el código ASTM A387 grado 22, que es la especificación ASTM para el acero 2¼Cr‐1Mo para recipientes a presión. Así, en la mayoría de los casos los códigos ASME están vinculados a los códigos ASTM. Muchos de los aceros inoxidables ferríticos, austeníticos, martensíticos y endurecidos por precipitación se utilizan en aplicaciones a temperaturas elevadas. Además, Existen muchas variantes con marca registrada, como Nitronic 60, Carpenter 18‐18 Plus, Lapelloy, Greek Ascoloy y así sucesivamente. Hay también varias superaleaciones base‐hierro, incluyendo: Discaloy, Haynes 556, Incoloy 800 y Pyromet CTX‐1. 79 Aceros Resistentes al Desgaste Aceros de Herramienta. Estos aceros contienen, entre otros elementos, grandes cantidades de tungsteno, molibdeno, vanadio, manganeso y cromo, haciendo posible que se cumplan cada vez exigencias más severas de servicio y dando un mayor control dimensional y sin aparición de grietas durante el tratamiento térmico. Muchos de los aceros de herramienta se utilizan ampliamente para componentes de máquinas y aplicaciones estructurales en las que se deben cumplir estrictos requisitos, por ejemplo, resortes de altas temperaturas, aparato de fijación de ultra alta resistencia, válvulas para fines especiales y rodamientos de varios tipos para elevadas temperaturas de trabajo. En servicio, la mayoría de herramientas están sometidas a cargas extremadamente altas que se aplican rápidamente; las herramientas deben soportar estas cargas un gran número de veces sin romperse y sin sufrir un desgaste excesivo o deformación. Ningún material de herramienta combina máxima resistencia al desgaste, tenacidad y resistencia al ablandamiento a temperaturas elevadas. En consecuencia, la selección del material de herramienta apropiado para una determinada aplicación requiere a menudo una compensación para lograr la combinación óptima de propiedades. La mayoría de los aceros de herramienta son productos forjados, pero se pueden utilizar piezas de fundición en algunas aplicaciones. El proceso pulvimetalúrgico (P/M) también se utiliza para fabricar aceros de herramienta porque proporciona un tamaño y distribución más uniforme de los carburos en grandes y además se pueden obtener composiciones especiales que son difíciles o imposibles de producir por fusión y colada. Con pocas excepciones, todos los aceros de herramienta necesitan de tratamientos térmicos para desarrollar combinaciones específicas de resistencia al desgaste, resistencia a la deformación o ruptura a cargas elevadas y resistencia al ablandamiento a elevadas temperaturas. Algunos aceros de herramienta están disponibles como barras pre‐endurecidas u otros productos. También se pueden obtener formas simples directamente de los productores de acero de herramienta en condición de tratados térmicamente. Sin embargo, la mayoría de los aceros de herramienta se conforman o maquinan para producir la forma requerida y, a continuación, se tratan térmicamente por el fabricante de herramientas. La tabla 37 muestra la composición de los aceros de herramienta más comúnmente utilizados. Cada grupo de composición y propiedades similares se identifica por una letra mayúscula; dentro de cada grupo, a los tipos individuales se les asigna un número de código. Tabla 37. Composición de los principales tipos de aceros de herramienta. Desginación AISI UNS C Mn Si Composición (a), % Cr Ni Mo W V Co Molybdenum high‐speed steels M1 T11301 M2 T11302 M3, clase1 M3, clase 2 M4 M7 0.78‐0.88 0.78‐0.88 0.95‐1.05 0.15‐0.40 0.20‐0.50 3.50‐4.00 0.30 máx. 8.20‐9.20 1.40‐2.10 1.00‐2.25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.15‐0.40 0.20‐0.45 3.75‐4.50 0.30 máx. 4.50‐5.50 5.50‐6.75 1.75‐2.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ T11313 1.00‐1.10 0.15‐0.40 0.20‐0.45 3.75‐4.50 0.30 máx. 4.75‐6.50 5.00‐6.75 2.25‐2.75 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ T11323 1.15‐1.25 0.15‐0.40 0.20‐0.45 3.75‐4.50 0.30 máx. 4.75‐6.50 5.00‐6.75 2.75‐3.25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ T11304 T11307 1.25‐1.40 0.97‐1.05 0.84‐0.94 0.95‐1.05 0.75‐0.85 0.85‐0.92 0.85‐0.92 0.82‐0.88 0.80‐0.90 1.05‐1.15 1.05‐1.15 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.20‐0.45 0.20‐0.55 3.75‐4.75 3.50‐4.00 0.30 máx. 0.30 máx. 4.25‐5.50 8.20‐9.20 5.25‐6.50 1.40‐2.10 3.75‐4.50 1.75‐2.25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐0.40 0.20‐0.45 3.75‐4.50 0.30 máx. 7.75‐8.50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.80‐2.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.20‐0.60 0.15‐0.40 0.20‐0.45 0.15‐0.50 0.20‐0.45 0.20‐0.45 0.20‐0.45 0.15‐0.50 0.15‐0.65 3.50‐4.25 3.50‐4.00 3.50‐4.00 3.75‐4.50 3.75‐4.50 3.75‐4.50 3.50‐4.25 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 7.75‐9.00 9.00‐10.0 7.75‐9.20 4.50‐5.50 4.50‐5.50 3.25‐4.25 9.00‐10.0 1.30‐2.30 1.30‐2.10 1.40‐2.10 5.50‐6.75 5.50‐6.50 6.25‐7.00 1.15‐1.85 1.00‐1.40 1.00‐1.35 1.90‐2.30 1.75‐2.20 1.75‐2.25 1.75‐2.25 0.95‐1.35 4.50‐5.50 7.75‐8.75 7.75‐8.75 4.50‐5.50 7.75‐8.75 4.75‐5.75 7.75‐8.75 M10 T11310 M30 M33 M34 M35 M36 M41 M42 T11330 T11333 T11334 T11335 T11336 T11341 T11342 80 M43 M44 M46 M47 M48 M62 T11343 T11344 T11346 T11347 T11348 T11362 1.15‐1.25 1.10‐1.20 1.22‐1.30 1.05‐1.15 1.42‐1.52 1.25‐1.35 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.65 0.30‐0.55 0.40‐0.65 0.20‐0.45 0.15‐0.40 0.15‐0.40 3.50‐4.25 4.00‐4.75 3.70‐4.20 3.50‐4.00 3.50‐4.00 3.50‐4.00 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 7.50‐8.50 6.00‐7.00 8.00‐8.50 9.25‐10.0 4.75‐5.50 10.0‐11.0 2.25‐3.00 5.00‐5.75 1.90‐2.20 1.30‐1.80 9.50‐10.5 5.75‐6.50 1.50‐1.75 1.85‐2.20 3.00‐3.30 1.15‐1.35 2.75‐3.25 1.80‐2.10 7.75‐8.75 11.‐12.25 7.80‐8.80 4.75‐5.25 8.00‐10.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐0.40 0.20‐0.40 0.10‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.15‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.20‐0.40 3.75‐4.50 3.75‐4.50 3.75‐4.50 3.75‐4.50 4.00‐4.75 3.75‐4.50 3.75‐5.00 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.00 máx. 0.40‐1.00 0.50‐1.25 0.40‐1.00 0.40‐1.00 1.00 máx. 17.2‐18.7 17.5‐19.0 17.5‐19.0 17.5‐19.0 18.5‐21.0 13.2‐14.7 11.7‐13.0 0.90‐1.30 1.80‐2.40 0.80‐1.20 1.80‐2.40 1.50‐2.10 1.80‐2.40 4.50‐5.25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 4.25‐5.75 7.00‐9.50 11.0‐13.0 4.25‐5.75 4.75‐5.25 0.15‐.045 0.15‐0.45 0.20‐0.60 0.20‐0.60 3.75‐4.50 3.50‐4.30 0.30 máx. 0.30 máx. 3.90‐4.75 4.00‐4.90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.75‐1.50 0.80‐1.25 1.65‐2.25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.25‐0.70 0.20‐0.50 0.20‐0.50 0.20‐0.50 0.20‐0.50 0.20‐0.50 0.80‐1.20 0.80‐1.20 0.80‐1.20 0.80‐1.20 0.80‐1.20 0.20‐0.50 3.00‐3.75 4.75‐5.50 4.75‐5.50 4.75‐5.50 4.75‐5.50 4.00‐4.75 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 2.00‐3.00 1.10‐1.60 1.25‐1.75 1.10‐1.75 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.30‐0.55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.00‐1.70 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 4.00‐5.25 3.75‐4.50 0.25‐0.75 0.30‐0.60 0.50 máx. 0.80‐1.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.75‐2.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 4.00‐4.50 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.50 0.15‐0.40 0.15‐0.60 0.15‐0.40 0.15‐0.40 0.15‐0.40 3.00‐3.75 1.75‐3.75 11.0‐12.75 2.50‐3.50 3.75‐4.50 3.75‐4.50 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 8.50‐10.0 10.‐11.75 11‐12.75 14.0‐16.0 14.0‐16.0 17.25‐19. 0.30‐0.60 0.25‐0.50 0.75‐1.25 0.40‐0.60 0.40‐0.60 0.75‐1.25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.15‐0.40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 3.75‐4.50 0.30 máx. 4.50‐5.50 5.50‐6.75 1.75‐2.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.50 máx. 0.50 máx. 0.50 máx. 0.50 máx. 0.50 máx. 0.75‐1.10 0.95‐1.15 1.00‐1.50 4.75‐5.50 4.75‐5.50 0.90‐2.20 0.90‐1.20 5.00‐5.75 4.75‐5.50 4.75‐5.50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 1.25‐1.75 1.55‐2.05 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.50‐1.50 1.00‐1.50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.15‐0.50 0.80‐1.40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 3.90‐5.15 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.80‐1.40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.60 máx. 0.60 máx. 0.60 máx. 0.60 máx. 0.60 máx. 0.60 máx.
0.60 máx.
0.60 máx.
0.60 máx.
0.60 máx.
11.0‐13.0 11.0‐13.5 11.0‐13.0 11.0‐13.0 11.5‐13.5 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.70‐1.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.70‐1.20 0.70‐1.20 0.70‐1.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.0 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.10 máx. 1.00 máx. 1.00 máx. 1.00 máx. 3.80‐4.40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 2.50‐3.50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.00‐1.40 1.40‐1.80 0.30‐1.10 1.00 máx. 0.50 máx. 0.50 máx. 0.55‐1.50 0.60 máx. 0.40‐0.60 0.50 máx. 0.30 máx. 0.35‐0.85 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. 0.30 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.30 máx. 0.20‐0.30 0.30 máx. 0.40‐0.60 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.00‐2.00 0.30 máx. 0.30 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.40 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐0.40 0.30‐0.50 0.60‐1.00 1.20‐1.50 0.20‐0.90 0.15‐1.20 0.90‐1.20 1.75‐2.25 2.00‐2.50 0.20‐1.00 1.00‐1.80 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.50 máx. 1.20‐1.50 3.00‐3.50 0.30 máx. 0.30 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.50 máx. 0.30‐0.60 0.20‐1.35 0.30‐0.50 1.30‐1.80 1.50‐3.00 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.15‐0.30 0.50 máx. 0.35 máx. 0.20‐0.40 0.2‐0.3(d) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐0.90 0.25‐0.80 0.50 máx. 0.50 máx. 0.70‐1.20 0.60‐1.20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.25‐2.00 0.25 máx. 0.50 máx. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐0.30 0.2‐0.3(d) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.05‐1.25 Al Tungsten high‐speed steels
T1 T2 T4 T5 T6 T8 T15 T12001 T12002 T12004 T12005 T12006 T12008 T12015 0.65‐0.80 0.80‐0.90 0.70‐0.80 0.75‐0.85 0.75‐0.85 0.75‐0.85 1.50‐1.60 Intermediate high‐speed steels M50 M52 T11350 T11352 0.78‐0.88 0.85‐0.95 Chromium hot‐work steels H10 H11 H12 H13 H14 H19 T20810 T20811 T20812 T20813 T20814 T20819 0.35‐0.45 0.33‐0.43 0.30‐0.40 0.32‐0.45 0.35‐0.45 0.32‐0.45 Tungsten hot‐work steels H21 H22 H23 H24 H25 H26 T20821 T20822 T20823 T20824 T20825 T20826 0.26‐0.36 0.30‐0.40 0.25‐0.35 0.42‐0.53 0.22‐0.32 .45‐0.55(b) Molybdenum hot‐work steels
H42 T20842 0.55‐0.7(b) Air‐hardening, medium‐alloy, cold‐work steels A2 A3 A4 A6 A7 A8 A9 A10 T30102 T30103 T30104 T30106 T30107 T30108 T30109 T30110 0.95‐1.05 1.20‐1.30 0.95‐1.05 0.65‐0.75 2.00‐2.85 0.50‐0.60 0.45‐0.55 1.25‐1.5(c) 1.00 máx. 0.40‐0.60 1.80‐2.20 1.80‐2.50 0.80 máx. 0.50 máx. 0.50 máx. 1.60‐2.10 High‐carbon, high‐chromium, cold‐work steels D2 D3 D4 D5 D7 T30402 T30403 T30404 T30405 T30407 1.40‐1.60 2.00‐2.35 2.05‐2.40 1.40‐1.60 2.15‐2.50 Oil‐hardening cold‐work steels O1 O2 O6 O7 T31501 T31502 T31506 T31507 0.85‐1.00 0.85‐0.95 1.25‐1.5(c) 1.10‐1.30 Shock‐resisting steels S1 S2 S5 S6 S7 T41901 T41902 T41905 T41906 T41907 0.40‐0.55 0.40‐0.55 0.50‐0.65 0.40‐0.50 0.45‐0.55 Low‐Alloy special‐purpose tool steels L2 L6 T61202 T61206 0.45‐1.0(b) 0.65‐0.75 Low‐carbon mold steels P2 P3 P4 P5 P6 P20 T51602 T51603 T51604 T51605 T51606 T51620 0.10 máx. 0.10 máx. 0.12 máx. 0.10 máx. 0.05‐0.15 0.28‐0.40 0.10‐0.40 0.20‐0.60 0.20‐0.60 0.20‐0.60 0.35‐0.70 0.60‐1.00 0.10‐0.40 0.40 máx. 0.10‐0.40 0.40 máx. 0.10‐0.40 0.20‐0.80 0.75‐1.25 0.40‐0.75 4.00‐5.25 2.00‐2.50 1.25‐1.75 1.40‐2.00 0.10‐0.50 1.00‐1.50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.35 máx. 3.25‐3.75 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.15‐0.40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.40‐1.00 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.30‐0.55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ P21 T51621 0.18‐0.22 0.20‐0.40 0.20‐0.40 0.50 máx. 3.90‐4.25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.15‐0.25 0.10‐0.40 0.10‐0.40 0.10‐0.40 0.10‐0.40 0.10‐0.40 0.10‐0.40 0.15 máx. 0.15 máx. 0.40‐0.60 0.20 máx. 0.20 máx. 0.20 máx. 0.10 máx. 0.10 máx. 0.10 máx. 0.15 máx. 0.15 máx. 0.15 máx. 0.10 máx. 0.15‐0.35 0.10 máx. Water‐hardening tool steels
W1 W2 W3 T72301 T72302 T72305 0.70‐1.5(e) 0.85‐1.5(e) 1.05‐1.15 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 81 (a) Todos los aceros, excepto el grupo W contienen 0,25 máx. Cu, 0,03 máx. P y 0,03 máx. S; el grupo W contiene 0,20 máx. Cu, 0.025 máx. P y 0.025 máx. S. Cuando se especifique, el contenido de azufre se puede aumentar de 0,06 a 0,15 % para mejorar la maquinabilidad de los grupos A, D, H, M y T. (b) Disponible en varios rangos de carbono. (c) Sin grafito en la microestructura. (d) Opcional. (e) Límites especificados de carbono son designados por números sufijo. En muchos casos, los aceros de herramientas se compran por el nombre comercial porque el usuario ha encontrado que un acero de herramienta particular de un cierto productor le da un mejor rendimiento en una aplicación específica que un acero de herramienta del mismo tipo de clasificación AISI adquirido de otra fuente. La tabla 38 clasifica los aceros herramienta sobre la base de las aplicaciones específicas de mecanizado. Tabla 38. Grupos de Aceros de Herramientas y Aplicaciones Típicas. Áreas de Aplicación •
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Herramientas de corte de tipo punto‐
simple (torno, cepillo, taladro) Fresas Taladros Escariadores Machos de roscar Terrajas Matrices Y herramientas forjadas en caliente. Matrices y elementos empotrados. Matrices y herramientas de extrusión en caliente. Matrices de extrusión y mandriles. Bloques falsos. Herramientas para extrusión de válvulas. Matrices para conformado en frío. Matrices para curvado, conformado, embutido, embutido High‐speed tool steels, M and T Producción de herramientas para fines generales: M2, T1. Para incrementar la resistencia a la abrasión: M3, M4, M10. Trabajo de gran potencia para una alta dureza en caliente: T5, T15. Trabajo de gran potencia par una alta resistencia a la abrasión: 42, M44. Grupos de Aceros de Herramienta, Símbolos AISI y Aplicaciones Típicas Shock‐
Hot‐work Cold‐work Special‐
resisting Mold tool steels, tool steels, purpose tool tool steels, steels, P H D, A, and O steels, L S ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Herramientas con bordes afilados (cuchillos, navajas). Herramientas para operaciones en las que no se necesita una alta velocidad, pero se necesita estabilidad en el tratamiento térmico y una importante resistencia a la abrasión. Cortador de tubo de ruedas Para combinar dureza en caliente con alta resistencia a la abrasión: M2, T1 Matrices para prensas y martillos: H20, H21, Condiciones severas durante largos períodos de servicio: H22‐
H26. Matrices de conformado en caliente: D2 Matrices de conformado en caliente. Herramientas para herrero. Matrices de embutición en caliente. Matrices de extrusión de bronces: T1 Matrices de extrusión y bloques falsos: H21‐
H26. Herramientas que están expuestas a menos calor: H10‐H14, H19 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Moldeo a presión: S1 Herramientas para bruñir: M1, T1 Matrices para extrusión en frío: H13 Matrices de embutición: O1. Herramientas para acuñar: O1, D2. Conformado y matrices para curvado: A2. Matrices para Aplicaciones de tallado con fresa: S1, S7. Conjunto de remaches y roturador de remaches Water‐
hardening tool steels, W ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Usos que no requieren de dureza o de una alta resistencia a la abrasión. Machos de Roscar (1.05‐
1.10% C) Escariadores (1.10‐1.15% C) Broca americana (1.20‐1.25% C) Limas (1.35‐
40% C) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Herramientas de forjador (0.65‐0.7% C). Punzón caliente (0.70‐
0.75% C). Matriz para piezas embutidas (0.90‐1.00% C) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Matrices de compensación, punzonado, conformado cuando la tenacidad tiene precedencia sobre la resistencia a la Matrices para extrusión en frío: W1 o W2 (C ~1.00%). Matrices para curvado W1(C ~ 1.00%). ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 82 profundo y punzones. •
•
•
•
•
•
Herramientas para cizallas. Matrices para punzonado, troquelado y conformado. Cizallas laminar los filetes de los tornillos: D2 Matrices especiales para trabajo en frío y caliente: T1. Trabajos que necesitan alta resistencia a la abrasión: M2, M3 Cizallar de mano: H11, H12. Aplicaciones severas de cizallado en caliente: H21, H25. Matrices para medio ciclo: A2, A6, O1. Matrices para ciclos largos: D2, D3. Matrices para conformar (también para conformado en caliente): A2. Cizalla en frío y caliente. Herramientas para punzonado y troquelado en caliente. Herramientas para el calderero. A2, A6, O1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Punta de tornos: D2, D3 Árbol: O1 Cojinetes: A4 Medidores: D2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Matrices de fundición y conformado. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Para aluminio y plomo: H11, H13. Para bronce: H21 Partes estructurales para condiciones de servicio severas. Cojinetes de rodillos de alta temperatura: T1. Punta de torno: M2, T1. Componentes de aeronaves (tren de aterrizaje, gancho de retenida, camisa de los cohetes): H11 Herramientas para golpear con la mano y de potencia ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ abrasión: L6 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Cuchillos para trabajos que requieren alta tenacidad: L6 Matrices para conformar (0.90‐0.95 %C). Matrices para troquelado y punzonado en frío (1.00 %C) Moldes para plásticos: P2‐
P4, P20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Trinquete del embrague ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Ejes y partes del embrague (si se necesita una alta tenacidad): L6 Resorte de Acero (1.0‐
1.15 %C) Cinceles neumáticos para trabajo en frío: S5 Para mayor rendimiento: S7 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Para usos intermitentes: W1 (0.80 %C) Aceros austeníticos al manganeso. Contiene alrededor de 1,2% C y 12% Mn, fue inventado por Sir Robert Hadfield en 1882. El acero Hadfield es único en el sentido de que combina alta tenacidad y ductilidad con una alta capacidad de endurecimiento por trabajo y, por lo general, buena resistencia al desgaste. Aún se utiliza ampliamente, con pequeñas modificaciones en la composición y tratamiento térmico, principalmente en la minería, la explotación de canteras, perforación de pozos de petróleo, siderurgia, ferroviaria, dragado, en la fabricación de cemento y productos de arcilla, en equipos para la manipulación y el procesamiento de materiales de tierra (tales como trituradoras, molinos, cubos de dragado y bombas para el manejo de grava y rocas). Dado que son resistentes al desgaste metal – metal, se utiliza en las ruedas dentadas, piñones, engranajes, ruedas, cadenas transportadoras, placas de desgaste y zapatas. Estos aceros tienen ciertas propiedades que tienden a restringir su uso. Son difíciles de mecanizar y, por lo general tiene un límite elástico de sólo 345 a 415 MPa. En consecuencia, no es muy adecuado para piezas que requieren una estrecha tolerancia de mecanizado o cuando deben resistir deformación plástica en condiciones de servicio con grandes esfuerzos. Aunque los aceros austeníticos al manganeso como fundición bruta, en general, se consideran demasiado frágiles para un uso normal, la tabla 39 demuestra que hay excepciones a esta regla. Se muestran las propiedades mecánicas de cinco grados de aceros de varios espesores. Estos datos indican que de la reducción de contenido de carbono a menos de 1,1% y/o la adición de aproximadamente un 1,0%, Mo o aproximadamente 3,5% de Níquel se obtienen ductilidades comercialmente aceptables en espesores de secciones pequeñas y moderadas. De los aceros que figuran en la tabla 39, los grados 6Mn‐1Mo son más sensibles a la fragilización martensítica por deformación inducida debido a sus bajos niveles de manganeso. Sin embargo, incluso estos grados se pueden utilizar en aplicaciones para las que el 1% de elongación (ya sea determinada en un ensayo de tracción o estimado a partir de un ensayo de flexión transversal) se considera suficiente ductilidad. Por ejemplo, los grados 6Mn‐1Mo en condición de fundición bruta que contienen de 0,8 a 1,0% C se ha utilizado con éxito en molinos de línea. 83 Tabla 39. Composición y Propiedades Mecánicas de Aceros Austeníticos al Manganeso en fundición bruta. Composición, % C Mn Si Otros Plain manganese steels 0.85 11.2 0.57 0.95 13.0 0.51 1.11 12.7 0.54 1.27 11.7 0.56 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 1.28 12.5 0.94 ‐‐‐‐‐ 1.36 20.2 0.6 ‐‐‐‐‐ 1% Mo manganese steels 0.61 11.8 0.17 0.75 13.9 0.58 0.83 11.6 0.38 0.89 14.1 0.54 1.16 13.6 0.60 0.93 13.6 0.67 0.99 12.6 0.60 0.98 12.6 0.60 0.95 12.6 0.60 1.10 Mo 0.90 Mo 0.96 Mo 1.00 Mo 1.10 Mo 0.96 Mo 0.87 Mo 0.87 Mo 0.87 Mo 1.30 13.1 0.78 0.99 Mo 1.33 19.8 0.60 0.99 Mo 2% Mo manganese steels 0.52 14.3 1.47 0.70 13.6 0.63 0.75 14.1 0.99 0.91 14.1 0.60 1.24 14.1 0.64 1.40 12.5 0.62 2.40 Mo 2.00 Mo 2.00 Mo 2.00 Mo 3.00 Mo 2.10 Mo 1.34 2.20 Mo 12.0 0.43 3.5% Ni manganese steels 0.75 13.0 0.95 0.80 13.5 0.53 0.91 13.3 0.53 6Mn‐1Mo alloys 0.90 5.8 0.37 Forma Redonda Redonda Redonda Redonda Picaderos de quilla Bloque en Y Redonda Redonda Redonda Redonda Redonda Chapa Chapa Chapa Chapa Picaderos de quilla Bloque en Y Redonda Redonda Redonda Redonda Redonda Redonda Picaderos de quilla Tamaño de Sección, mm Límite elástico 0.2%, MPa Resistencia a la Tracción, Mpa Elongación % Reducció
n de área, % Resistencia al Impacto, Charpy‐V, J Dureza, HB 25 25 25 25 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 360 ‐‐‐‐‐ 440 420 450 360 14.5 14 4 2 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 102 ‐‐‐‐‐ 330 1 ‐‐‐‐‐ 3.4 245 51 ‐‐‐‐‐ 425 1 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 283 25 25 25 25 25 25 25 50 102 315 340 345 360 400 365 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 345 710 740 695 690 560 510 460 435 385 27.5 39.5 30 29.5 13 11 6 4 4 23 30 29 22 15 16 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 72 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 163 183 163 196 185 188 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 102 ‐‐‐‐‐ 435 2 ‐‐‐‐‐ 8 230 51 ‐‐‐‐‐ 505 2.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 231 25 25 25 25 25 25 370 360 365 395 440 420 600 785 745 705 600 550 15.5 41 34.5 27.5 7.5 3.5 13 29 27 21 10 5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 220 180 183 196 235 228 51 415 435 3.5 7 ‐‐‐‐‐ 235 3.65 Mo 3.61 Mo 3.38 Mo Redonda Redonda Redonda 25 25 25 295 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 655 530 510 36 26 24 26 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 150 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 1.46 Mo Laminado Picaderos de quilla Chapa Picaderos de quilla 102 325 340 2 ‐‐‐‐‐ 9 181 102 330 365 2 3 ‐‐‐‐‐ 195 102 ‐‐‐‐‐ 330 1 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 51 365 400 1 1 3 273 1.00 6.0 0.43 1.03 Mo 0.89 6.3 0.60 1.20 Mo 1.27 6.1 0.42 1.07 Mo Aceros aleados para fines especiales Hay un número de aceros para propósitos especiales que no caben en cualquiera de las categorías anteriores. Estos aceros incluyen los aceros maraging, los aceros magnéticos, los aceros eléctricos, etc. Ahora solo hablaremos de los aceros maraging. Aceros Maraging. Comprenden una clase especial de aceros de alta resistencia que difieren de los aceros convencionales porque se endurecen por una reacción metalúrgica que no involucra el carbono. En lugar de ello, estos aceros son reforzados por la precipitación de compuestos intermetálicos a temperaturas de unos 480 °C. El término maraging se obtiene a partir de de las palabras martensite (martensita) y age hardening (endurecimiento por envejecimiento) y denota el endurecimiento por envejecimiento de una varilla de hierro‐níquel de bajo carbono con matriz martensítica. Los aceros maraging comerciales están diseñados para proporcionar niveles específicos de límite elástico desde 1030 hasta 2420 MPa. Algunos aceros maraging experimentales tienen un límite elástico con valores muy altos (3450 MPa), estos aceros suelen tener un elevado contenido de níquel, cobalto, molibdeno y contenido muy bajo de 84 carbono. De hecho, el carbono es una impureza en estos aceros y se mantiene tan bajo como sea posible comercialmente con el fin de reducir al mínimo la formación de carburo de titanio (TiC), que puede afectar negativamente la resistencia, la ductilidad y la tenacidad. La ausencia de carbono y el uso de intermetálicos precipitados para alcanzar el endurecimiento originan características únicas comparadas con la de los aceros convencionales. La martensita de bajo carbono formada después del recocido es relativamente suave ۛ alrededor de 30 a 35 HRC. Durante el endurecimiento por envejecimiento, sólo hay cambios dimensionales muy bajos. Por lo tanto, las piezas con formas muy complicadas se pueden maquinar en condición blanda y posteriormente ser endurecidas con un mínimo de distorsión. La soldabilidad es excelente y la tenacidad de fractura es considerablemente mejor que los aceros convencionales de alta resistencia. Estas características, en particular, los hacen prácticos para aplicaciones muy exigentes. La composición nominal típica de los aceros maraging se encuentra en la tabla 40. Tabla 40. Composiciones nominales de aceros maraging comerciales. Grado Ni Grados Estándar 18Ni(200) 18 18Ni(250) 18 18Ni(300) 18 18Ni(350) 18 18Ni(Cast) 17 12‐5‐3(180)(c) 17 Cobalt‐free and low‐cobalt bearing grades Sin Cobalto 18.5 18Ni(200) Sin Cobalto 18.5 18Ni(250) Bajo Cobalto 18.5 18Ni(250) Sin Cobalto 18.5 18Ni(300) Mo Composición, %(a) Co Ti Al Nb 3.3 5.0 5.0 4.2(b) 4.6 3 8.5 8.5 9.0 12.5 10.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.2 0.4 0.7 1.6 0.3 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.3 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 3.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.7 0.1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 3.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.4 0.1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 2.6 2.0 1.2 0.1 0.1 4.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1.85 0.1 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (a) Todos los grados tiene un contenido máximo de 0,03% C. (b) Algunos productores utilizan una combinación de 4,8% Mo y 1,4% Ti, nominal. (c) Contiene 5% Cr. En la tabla 41 se muestra las Propiedades Mecánicas de los aceros maraging comerciales Tabla 41. Tratamientos Térmicos y Propiedades Mecánicas Típicas de los Aceros Maraging Estándar 18Ni. Grado 18Ni(200) 18Ni(250) 18Ni(300) 18Ni(350) 18Ni(Cast) Tratamiento Térmico(a) A A A B C Resistencia a la Tracción, MPa 1500 1800 2050 2450 1750 Límite Elástico, MPa 1400 1700 2000 2400 1650 Elongación en 50 mm, % 10 8 7 6 8 Reducción de Área, % 60 55 40 25 35 Tenacidad a la Fractura, MPa 155‐240 120 80 35‐50 105 (a) Tratamiento A; tratamiento de disolución durante 1 h a 820 °C, seguido de un envejecimiento durante 3h a 480 °C. Tratamiento B: tratamiento de disolución durante 1 h a 820 °C, seguido de un envejecimiento durante 12 horas a 480 °C. Tratamiento C: Recocido durante 1 h a 1150 °C, seguido de un envejecimiento durante 1 h a 595 °C, tratamiento de disolución durante 1 h a 820 °C y envejecimiento durante 3 h a 480 °C. Los aceros maraging se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo camisas de misiles, piezas forjadas de aviones, partes estructurales, resortes de retroceso de cañones, amortiguadores de Belleville, rodamientos, ejes de transmisión, ejes de ventilador en motores a reacción, acoplamientos, mangueras hidráulicas, tornillos, punzones y matrices. Se utilizan en dos tipos de aplicaciones específicas: •
Aviones y aplicaciones aeroespaciales, donde las características más importantes son sus elevadas propiedades mecánicas y su soldabilidad. 85 •
Aplicaciones en herramientas, donde son importantes sus excelentes propiedades mecánicas y su elevada fabricabilidad (en particular, la falta de distorsión durante el endurecimiento por envejecimiento). En muchas aplicaciones, a pesar que los aceros maraging son más caros que los aceros convencionales en términos de coste de aleación, las piezas fabricadas de acero maraging son menos costosas debido a la baja significativamente de los costos de fabricación. Por lo tanto, a menudo es la economía más que las propiedades lo que determinan el uso de los aceros maraging. 86 5. ALTERNATIVAS A LOS MATERIALES UTILIZADOS ACTUALMENTE 5.1. ACEROS AVANZADOS DE ALTA RESISTENCIA (AHSS) Los aceros modernos de elevada resistencia, surgen por el proceso de evolución al que se ha visto sometido la industria del acero en cuanto a la necesidad de abaratar las materias primas que se utilizan en gran parte de los procesos de fabricación. Hasta principios del siglo XX, las necesidades de conseguir aceros de mayor resistencia sin variar su composición, y en concreto su contenido en carbono, se solventaban utilizando diseños con mayores secciones de material. Desde entonces, los criterios económicos más racionales, y hoy en día más especialmente, el cumplimiento de los nuevos requisitos de cara al medio ambiente, han promovido el desarrollo de aceros con mejores propiedades mecánicas (resistencia, ductilidad, tenacidad, etc.), con menores espesores y cantidad de material. Estos cambios repercuten de cara a los aceristas en cuanto al ahorro de energía consumida (en kilovatios por tonelada producida), y de cara al usuario también se supone un ahorro en el peso de las estructuras construidas. Por una parte, en la actualidad existe un mayor abanico de materiales alternativos a los que el acero debe superar para evitar su reemplazo y por otra parte, los nuevos requisitos en cuanto a prestaciones, seguridad y consumos han llevado al desarrollo de los nuevos aceros. Se puede considerar un caso concreto, el del sector del automóvil; uno de los mayores consumidores de acero, con la introducción de los resultados de los Conceptos Avanzados en Aceros Ultraligeros para las Carrocerías de Vehículos (ULSAB‐AVC, por sus siglas en Inglés) en el año del 2002, se hizo presente el conocimiento sobre los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (Advanced High Strength Steels, AHSS por sus siglas en Inglés), de tal forma que hoy en día la industria cuenta con los materiales de alta tecnología que requiere. Estos materiales proporcionan una combinación de características como son la resistencia, facilidad en el formado, facilidad en los procesos de soldado, de durabilidad y de dureza al esfuerzo, características que permiten el diseño y la manufactura de estructuras para vehículos más eficientes y con efectividad en los costos. 5.1.1. Definición y Clasificación de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia Una forma de clasificarlos es por su designación metalúrgica, que incluyen los aceros de baja resistencia (aceros sin intersticios y los aceros dulces), los aceros de alta resistencia (HSS) convencionales (aceros al carbono‐manganeso, aceros endurecidos al horno, aceros sin intersticios de alta resistencia y aceros de alta resistencia, baja aleación de acero) y los nuevos tipos de AHSS (aceros de doble fase, aceros de plasticidad inducida por transformación, aceros de compleja fase y aceros martensíticos). Adicional, los aceros de alta resistencia para el mercado automotriz incluyen los aceros ferrítico‐bainítico (FB steels), aceros de plasticidad inducida por unión (TWIP steels), nanoaceros, aceros formados en caliente (HF steels) y aceros tratados térmicamente después del formado (PFHT steels). Otra forma de clasificarlos es por la resistencia del acero. La industria del acero en forma global, recomendó un sistema de clasificación que defina el límite elástico (YS, pos sus siglas en Inglés) y la resistencia máxima a la tensión (UTS, por sus siglas en Inglés) para todos los grados del acero. Bajo esta nomenclatura, los aceros son identificados como “XX aaa/bbb,” donde: XX = Tipo de acero aaa = Límite Elástico (Yield Strength) Mínimo en MPa bbb = Resistencia Última a la Tensión (Ultimate Tensile Strength) Mínima en MPa. 87 Por ejemplo, en este sistema de clasificación, DP 500/800 se refiere a acero de fase doble con un YS mínimo de 500 MPa y un UTS mínimo de 800 Mpa. Versiones abreviadas de este sistema se enfocan en la resistencia última a tensión – DP 800, por ejemplo. La Tabla 42 muestra las propiedades mecánicas típicas que ilustran el amplio rango de grados de los AHSS que pueden estar disponibles en el mercado hoy en día. Un tercer método de clasificación presenta varias propiedades mecánicas o parámetros de conformado de los parámetros de los diferentes aceros, tales como el alargamiento total, el exponente de endurecimiento por trabajo n o la capacidad de expansión por perforado. Como ejemplo, la Figura 8 compara el alargamiento total (propiedad del acero relacionada con la formabilidad) para distintos tipos de acero. Figura 8a muestra los aceros con menor resistencia en gris oscuro y los aceros HSS (High Strength Steels) en gris claro. Algunos de los aceros AHSS (Advanced High Strength Steels) se muestran en color. La figura 8b muestra algunos de los nuevos aceros avanzados de alta resistencia para el mercado automotriz. Las figuras 8a y 8b ilustran la comparación relativa de los diferentes grados de acero (no se especifican los rangos de las propiedades de cada tipo). (a) (b) Figura 8. a) Esquema de los aceros AHSS (que se muestra en color) en comparación con los aceros de baja resistencia (gris oscuro) y los HSS (gris claro), b) Esquema de los nuevos aceros de alta resistencia con características químicas únicas, procesamiento y microestructura para obtener más propiedades específicas y mejores características de conformado. La diferencia principal entre los aceros HSS y los AHSS es su microestructura. Los aceros HSS son aceros ferríticos de fase única. Los aceros AHSS son principalmente aceros multi‐fase, contienen ferrita, martensita, bainita y/o austenita retenida en cantidades suficientes para producir propiedades mecánicas únicas. Algunos tipos de AHSS tienen una gran capacidad de endurecimiento por deformación lo que conlleva a un balance resistencia – ductilidad superior a los aceros convencionales. Otros tipos tiene un límite elástico y una resistencia a la tracción ultra‐altos y muestran un comportamiento de endurecimiento por recocido (bake hardening). 88 Tabla 42. Ejemplos de Propiedades de los grados de Aceros del ULSAB‐AVC. •
•
YS (Límite Elástico) y UTS (Resistencia Última a la Tracción) son los valores mínimos. Tot. EL (Elongación Total), es un valor típico para un amplio rango de espesores y longitudes calibradas. Es importante señalar que los diferentes criterios de especificación han sido adoptados por diferentes empresas automotrices en todo el mundo y que las empresas siderúrgicas tienen diferentes capacidades de producción y disponibilidad comercial. Por lo tanto, las propiedades mecánicas típicas que se muestran en la tabla 42 simplemente ilustran la amplia gama de grado de AHSS que pueden estar disponibles. Es imperativo para comunicarse directamente con cada una de las empresas de acero y determinar la disponibilidad específica de cada grado, los parámetros asociados y propiedades, tales como: •
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•
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Propiedades mecánicas y rangos. Espesores y anchuras. Laminados en caliente, laminados en frío y recubrimiento. Especificación de la composición química. 5.1.2. Metalurgia de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia La metalurgia fundamental de los aceros de baja y alta resistencia es bien concebida por los fabricantes y usuarios de aceros. La metalurgia y la transformación de los grados AHSS son algo diferente en comparación con los aceros convencionales, por eso se describe aquí para proporcionar un punto de referencia y comprender como evolucionan sus propiedades mecánicas a partir de su singular transformación y estructura. Todos los aceros AHSS se producen mediante el control de la velocidad de enfriamiento de la austenita o austenita más ferrita, ya sea en la mesa en la laminación en caliente (para productos laminados en caliente) o en la sección de enfriamiento de los hornos de recocido continuo (productos de recocido continuo o recubiertos por inmersión en caliente). 5.1.2.1. Aceros Fase Dual (DP) El acero DP consiste en una matriz ferrítica que contiene una segunda fase (martensita dura) en forma de islas. El aumento de la fracción volumétrica de la segunda fase generalmente aumenta la resistencia. Estos aceros se obtienen por el enfriamiento controlado de la fase austenita (en productos laminados en caliente) o de las dos fases, austenita y ferrita (para productos laminados en frío con recocido continuo y recubiertos por inmersión en caliente), para transformar algo de austenita a ferrita antes que el enfriamiento rápido transforme el resto de austenita en martensita. Dependiendo de la composición y la ruta de procesado, los aceros laminados en caliente requieren aumentar la resistencia al estirado o al borde del punzonado (suele medirse por la capacidad de expansión de perforado) puede tener una 89 microestructura que contienen cantidades significativas de bainita. La figura 9 muestra un esquema de la microestructura de un acero DP, que contiene ferrita e islas de martensita. La fase de ferrita suave es generalmente continua, dando a estos aceros una excelente ductilidad. Cuando estos aceros se deforman, la deformación se concentra en la ferrita de más baja resistencia que rodea las islas de martensita, estableciendo la alta tasa de endurecimiento por trabajo; característica principal y/o única de estos aceros. Figura 9. Esquema donde se muestra las islas de martensita en una matriz de ferrita. La tasa de endurecimiento por trabajo más el excelente alargamiento da a los aceros DP una resistencia a la tracción final mucho más alta que los aceros convencionales de similar límite elástico. La figura 10 compara la curva esfuerzo – deformación para los aceros HSLA y los aceros DP con un límite elástico similar. El acero DP muestra una tasa por endurecimiento inicial más alta, un aumento de la resistencia a la tracción y la reducción de la relación YS/TS con un límite de elasticidad similar al del acero HSLA. Los aceros DP y otros AHSS también tienen un efecto de endurecimiento por recocido que es muy significativo comparado con los aceros convencionales. El efecto del endurecimiento por recocido es el aumento en el límite elástico resultante de una temperatura de envejecimiento elevada (creado por la temperatura de curado de la pintura del horno) después de una pre‐deformación (generada por el endurecimiento por trabajo debido a la deformación durante el estampado o por cualquier otro proceso de fabricación). El alcance del efecto del endurecimiento por recocido en los AHSS depende de la química específica y la historia térmica de los aceros. En los aceros DP, el carbono permite la formación de martensita a velocidades de enfriamiento normales mediante el aumento de la templabilidad del acero. El manganeso, cromo, molibdeno, vanadio y níquel adicionados por separado o en combinación, también ayudan a aumentar la templabilidad. El carbono también refuerza la martensita como un soluto de ferrita más resistente, al igual que el silicio y fósforo. Estas adiciones deben equilibrarse cuidadosamente, no sólo para producir propiedades mecánicas únicas, sino también para mantener una buena resistencia y capacidad a la soldadura por puntos. Sin embargo, de sueldan los grados de más alta resistencia (DP 90 700/1000) a sí mismo, la soldabilidad por puntos puede requerir ajustes en la práctica de la soldadura. Figura 10. El DP 350/600 con una Resistencia a la Tracción mayor que el HSLA 350/450. 5.1.2.2. Acero con Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP) La microestructura de los aceros TRIP es austenita retenida incrustada en una matriz primaria de ferrita. Contiene un 5 por ciento en volumen (como mínimo) de austenita retenida y diferentes cantidades de fases duras (como martensita y bainita).Los aceros TRIP suelen requerir el uso de un mantenimiento isotérmico a una temperatura intermedia, que produce algo de bainita. Con el alto contenido de silicio y carbono de los aceros TRIP también se obtienen importantes fracciones volumétricas de austenita retenida en la microestructura final. Un esquema de la microestructura del acero TRIP se muestra en la Figura 11. Figura 11. Fases adicionales en los aceros TRIP: bainita y austenita retenida. 91 Durante la deformación, la dispersión de las fases duras en la ferrita suave crea una alta velocidad de endurecimiento por, como se observa en los aceros DP. Sin embargo, en los aceros TRIP la austenita retenida también se transforma progresivamente en martensita con el aumento de la deformación, con lo que el aumento de la velocidad de endurecimiento se obtiene en los niveles de deformación más altos. Esto es ilustra en la figura 12, donde se compara el comportamiento a esfuerzo – deformación de ingeniería de los aceros HSLA, DP y TRIP de límites elásticos similares. Los aceros TRIP tienen velocidad de endurecimiento por trabajo inicial más bajo que los aceros DP, pero la velocidad de endurecimiento persiste a deformaciones más altas donde el endurecimiento por trabajo de los aceros DP comienza a disminuir. La velocidad de endurecimiento por trabajo de los aceros TRIP es sustancialmente superior a la de los aceros convencionales HSS, proporcionando un importante formado por estirado. Esto es especialmente útil cuando los diseñadores aprovechan las ventajas de la alta velocidad de endurecimiento por trabajo (y el aumento del efecto de endurecimiento por recocido) para diseñar partes utilizando las propiedades mecánicas de los semi‐elaborados. La alta tasa de endurecimiento por trabajo persiste a más altas deformaciones en los aceros TRIP, proporcionando una ligera ventaja sobre los aceros DP en aplicaciones donde el formado por estirado en más severo. Figura 12. TRIP 350/600 con un mayor alargamiento total comparado con DP 350/600 y HSLA 350/450. Los aceros TRIP utilizan más altas cantidades de carbono que los aceros DP para obtener suficiente contenido de carbono para estabilizar la austenita retenida por debajo de la temperatura ambiente. Se utiliza un mayor contenido de silicio y/o de aluminio para acelerar la formación de ferrita/bainita, por tanto, estos elementos ayudan a mantener el contenido de carbono necesario dentro de la austenita retenida. La desaparición de la precipitación de carburos durante la transformación bainítica parece ser crucial para los aceros TRIP. El silicio y el aluminio se utilizan para evitar la precipitación de carburo en la región bainítica. Se pueden proyectar los niveles de deformación en los que la austenita retenida comienza a transformarse en martensita para ajustar el contenido de carbono. En los niveles más bajos de carbono, la austenita retenida empieza a transformarse casi inmediatamente después de la deformación, aumentando la velocidad de endurecimiento por trabajo y la formabilidad durante el proceso de estampación. A mayores contenidos de carbono, la austenita retenida es más estable y empieza a transformarse sólo en los niveles de deformación más allá de los producidos durante el formado. En estos niveles de carbono la austenita retenida persiste en la parte final. Se transforma en martensita durante la posterior deformación, como el caso de un accidente. Los aceros TRIP se pueden diseñar o adaptar para proporcionar una excelente conformabilidad para la fabricación de piezas complejas de AHSS, para exhibir un alto endurecimiento por trabajo durante un choque o para proporcionar una excelente absorción de energía en un 92 accidente. Los requerimientos de nuevos elementos de aleación de los aceros TRIP degradan su resistencia in situ en la soldadura por puntos. Esto se puede dirigir por la modificación de los ciclos de soldadura usados (por ejemplo, soldadura por pulsos o soldadura de dilución). 5.1.2.3. Aceros de Fase Compleja (CP) Los aceros CP caracterizan a la transición de acero de muy alta resistencia a la tracción final. La microestructura de los aceros CP contiene pequeñas cantidades de martensita, austenita retenida y perlita dentro de la matriz de ferrita/bainita. Se crea un refinamiento de grano extremo por una recristalización retardada o por la precipitación de elementos microaleantes como el Ti o Cb. Figura 13. Esquema de los aceros CP. En comparación con los aceros DP, los aceros CP muestran un límite elástico significativamente más alto con la misma y/o mayor resistencia a la tracción de 800 MPa (Figura 13). Los aceros CP se caracterizan por una alta absorción de energía y una alta capacidad de deformación residual. 5.1.2.4. Aceros Martensíticos (MS) Para crear aceros MS, la austenita que existe durante la laminación en caliente o el recocido se transforma casi en su totalidad a martensita durante el enfriamiento en el tren de laminación o en la sección de enfriamiento de la línea de recocido continuo. Los aceros MS se caracterizan por una matriz martensítica que contiene pequeñas cantidades de ferrita y/o bainita. Dentro del grupo de aceros multifase, los aceros MS muestran el más alto nivel de resistencia a la tracción. Esta estructura también se puede desarrollar un tratamiento térmico de post‐
formado. Los aceros MS proporcionar la más alta resistencia, de hasta 1.700 MPa de resistencia última a la tracción. A menudo se someten a post‐templado de amortiguación para mejorar la ductilidad y proporcionan una formabilidad adecuada incluso a resistencias extremadamente muy altas. Se adiciona carbono para aumentar la templabilidad y para reforzar la martensita. También se utiliza manganeso, silicio, cromo, molibdeno, boro, vanadio y níquel en diversas combinaciones para aumentar la templabilidad. Los aceros MS se producen a partir de la fase austenita, por el rápido enfriamiento se transforma la mayor parte de la austenita a martensita. Los aceros CP también siguen un patrón similar de enfriamiento, pero aquí la química se ajusta para producir menos austenita retenida y formar precipitados finos para reforzar la martensita y bainita. 93 Figura 14. Esquema de los aceros MS. 5.1.2.5. Aceros Ferríticos – Bainíticos (FB) Los aceros FB también se denominan a veces Aceros de Reborde Estirado (SF) o Aceros de Alta Expansión de Perforado (HHE) por su inmejorable capacidad de estirado de bordes. Los aceros FB tienen una microestructura de ferrita fina y bainita. El refuerzo se obtiene por el refinamiento de grano y por el endurecimiento de la segunda fase con bainita. Se encuentran en el mercado como productos laminados en caliente. Figura 15. Esquema de los aceros FB. La principal ventaja de los aceros FB sobre los aceros HSLA y DP es su mejor estirabilidad de bordes cizallados, medido con el ensayo de expansión de perforado (Figura 15). Comparando los aceros HSLA con el mismo nivel de resistencia, los aceros FB también tienen un mayor exponente (n) de endurecimiento por deformación y un aumento de la elongación total. Debido a su buena soldabilidad, los aceros FB se consideran para aplicaciones en matriz a medida (tailored blank). Estos aceros se caracterizan por su buen desempeño al choque y buenas propiedades de fatiga. 5.1.2.6. Aceros con Plasticidad Inducida por Unión (TWIP) Los aceros TWIP tienen un alto contenido de manganeso (17‐24%) que hace que el acero sea completamente austenítico a temperatura ambiente. Esto hace que el principal modo de deformación sea el maclaje dentro de los granos. El maclaje causa un alto valor de velocidad de endurecimiento instantáneo (valor n) con una microestructura muy fina. Los límites de las maclas resultantes actúan como límites de grano y refuerzan el acero. Los aceros TWIP 94 combinan una resistencia extremadamente alta con una formabilidad extremadamente alta. El valor n aumenta a un valor de 0.4 con una deformación de ingeniería de aprox. 30% y se mantiene constante hasta una elongación total de alrededor del 50%. La resistencia a la tracción es superior a 1000 MPa (Figura 16). Figura 16. Esquema de los aceros TWIP. 5.1.2.7. Aceros Formados en Caliente (HF) Optimiza parte geométricas con formas complicadas y no establece una recuperación elástica (springback) cuando se utilizan aceros formados en caliente y endurecidos por enfriamiento a temperaturas por encima de la región austenítica (900 ‐ 950 °C). Durante el procesamiento, se diferencian tres estados con diferentes propiedades mecánicas (Ver Figura 17). •
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Elipse 1: Se debe considerar para el diseño de matrices a medida la resistencia a la tracción hasta 600 MPa a temperatura ambiente. Elipse 2: Alta elongación (más del 50%) y baja resistencia a la temperatura de deformación permiten el conformado de formas complejas. Se recomienda un recubrimiento especial de aluminio y silicio para evitar la oxidación de la superficie del producto después del conformado. Elipse 3: Tras la conformación, se consigue una resistencia por encima de 1300 MPa después del enfriamiento en la matriz. Se deben tener en cuenta procesos especiales a la hora de terminar el producto (no conformados adicionales, cortes especiales y dispositivos de recorte, etc.) Figura 17. Esquema de los aceros HF. 95 El tiempo de ciclo típico es de 20 a 30 segundos para cada ciclo de prensado. Sin embargo, se pueden estampar varias partes al mismo tiempo, de modo que se pueden obtener dos o más partes por ciclo. Los aceros al boro conformado en caliente son los más comúnmente utilizados en materia de seguridad y partes estructurales. 5.1.2.8. Aceros Tratables Térmicamente por Post‐Conformado (PFHT) El tratamiento térmico de post‐conformado es un método general desarrollado como una alternativa de los aceros de alta resistencia. El principal problema de los aceros HSS ha sido el mantener la geometría de las partes durante y después de los tratamientos térmicos. Fijando las partes, calentándolas (horno o inducción) y enfriando inmediatamente parece ser una solución con las aplicaciones de producción. Además, el estampado se forma a una baja resistencia (elipse 1) y luego alcanza una resistencia mucho mayor por tratamiento térmico (elipse 2). Un proceso es enfriamiento en agua de los aceros de bajo costo con sustancias químicas que permiten resistencias entre 900 y 1400 MPa de la resistencia a la tracción. Además, algunos recubrimientos de zinc pueden sobrevivir a los tratamientos térmicos debido a que el tiempo a la temperatura del tratamiento es muy corto. La amplia variedad de sustancias químicas para hacer frente a partes con requerimientos específicos extra‐especiales requiere de una coordinación con el proveedor de acero. Figura 18. Esquema de los aceros PFHT. Otro proceso el endurecimiento al aire de los aceros aleados de temple que tiene muy buenas características de conformado en estado blando (propiedades de embutición profunda) y alta resistencia después del tratamiento térmico (endurecimiento al aire). Aparte de la aplicación directa como lámina o chapa, los aceros endurecidos al aire son aptos para la soldadura de tubo. Estos tubos son excelentes para aplicaciones de hidro‐conformado. Los componentes se pueden tratar térmicamente en horno con una atmósfera protectora de gas (austenitizado) y, a continuación, endurecido y templado durante el enfriamiento natural en el aire o un gas protector. Se obtiene una muy buena templabilidad y resistencia al templado mediante la adición, además de carbono y manganeso, de otros elementos de aleación como el cromo, molibdeno, vanadio, boro y titanio. El acero es muy fácil de soldar, tanto en estado blando como endurecido al aire, así como en la combinación de blando/endurecido al aire. Este acero responde bien a las capas de recubrimiento utilizando métodos estándar (lote de galvanizado convencionales y lotes de galvanizado de alta temperatura). 96 5.1.3. Aplicaciones de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia Los aceros avanzados de alta resistencia ofrecen oportunidades técnicas ilimitadas en la fabricación de productos más resistentes, livianos y avanzados. Pero su verdadera fortaleza radica en las ventajas económicas que ofrecen. Los aceros avanzados de alta resistencia benefician tanto al fabricante como al usuario final del producto, incrementando la competitividad y rentabilidad para ambos. Mediante la utilización de aceros de extra y ultra alta resistencia se puede ahorrar peso, incrementar la carga útil y reducir los costes de fabricación. Algunos ejemplos de aplicaciones en segmentos son: Vehículos de pasajeros. El cumplimiento de las demandas medioambientales y las exigencias en materia de seguridad son de gran importancia en la industria de la automoción. El acero de ultra alta resistencia es la solución más efectiva en términos de coste para mejorar la seguridad, el consumo de combustible y el rendimiento en los vehículos de pasajeros. Un ahorro del 1 % en peso conduce a un ahorro del 0,5 % en combustible. Los aceros de ultra alta resistencia pueden ser utilizados para conseguir los mayores ahorros de peso en componentes vitales de la estructura de seguridad del vehículo, tales como las barras de impacto lateral de puertas o los pilares B, mejorando al mismo tiempo la capacidad de resistencia al choque del vehículo (Figura 19). Otros materiales, como el aluminio, no ofrecen la misma posibilidad de reducir el peso del componente y mantener al mismo tiempo la capacidad de absorción de energía durante una colisión. La fila central de asientos del Volvo XC90 va montada sobre un avanzado y seguro marco de acero avanzado de ultra alta resistencia. El peso total es de sólo 16 Kg, pudiendo resistir fuerzas de colisión de hasta 6 toneladas. Figura 19. Distribución de los diferentes grados de aceros de alta resistencia en la carrocería de un automóvil. Ferrocarriles. Los vagones diseñados con componentes construidos en aceros avanzados de extra alta resistencia pueden transportar cargas mayores, y son mucho más resistentes al desgaste y al impacto que los vagones fabricados con aceros suaves. Los vagones abiertos para el transporte de chatarra de acero son un ejemplo. En ellos la resistencia al desgaste tiene como resultado un menor coste de mantenimiento. La calidad en las condiciones de trabajo del personal ferroviario es otra razón importante para el uso de aceros avanzados de extra alta resistencia. Las puertas correderas, paneles divisorios y brazos de cierre hechos en acero de alta resistencia son más ligeros y fáciles de manipular. Estos aceros están también ganando terreno en la construcción de las estructuras de seguridad de las locomotoras, mejorando así la seguridad del conductor (Figura 20). Tatravagónka, fabricante eslovaco de ferrocarriles, redujo el peso de este vagón en una tonelada, utilizando aceros de ultra alta resistencia. 97 Figura 20. Locomotora fabricada con chapa de AHSS de 16 m de longitud. Contenedores de residuos. Los camiones de recogida de residuos, así como los contenedores construidos total o parcialmente en aceros avanzados de ultra alta resistencia, representan una inversión amortizable a corto plazo. La mejora en resistencia permite reducir peso, aumentar la capacidad de carga y disminuir el número de viajes para una tarea concreto. Mediante la utilización de aceros avanzados de ultra alta resistencia, los ahorros en peso pueden llegar a ser de hasta un 40 %. Para un determinado nivel de carga útil, resulta obvio pensar en una disminución del consumo de combustible en el vehículo aligerado. Los costes de mantenimiento se reducen considerablemente, debido a la resistencia al desgaste del material y la posibilidad de simplificar el diseño utilizando menos refuerzos. La Compañía holandesa Hoogendoorn Container‐Bouw B.V., utiliza aceros de ultra alta resistencia de 2 mm de espesor para sus contenedores de residuos y chatarra en lugar del acero suave de 4 – 5 mm utilizado anteriormente. Grúas. Las grúas y equipos de elevación son, desde hace tiempo, una de las aplicaciones más importantes de los aceros avanzados de alta resistencia. Los ahorros de peso conseguidos en las grúas móviles por el uso de aceros de alta resistencia, son particularmente importantes. La reducción de peso en las grúas montadas sobre camión hasta el mínimo posible, a la vez de aumentar su capacidad portante, resulta de vital importancia. Los brazos de las grúas móviles se construyen a menudo en aceros de extra alta resistencia. La capacidad de elevación de la mayor parte de otros tipos de grúas, tales como grúas para la construcción o de contenedores, puede incrementarse mediante el uso de un acero de extra alta resistencia en componentes vitales de la grúa. La Compañía sueca HIAB es una de las empresas líderes en la fabricación de grúas móviles, alrededor del 90 % de su exclusivo brazo de sección hexagonal, está fabricado con acero de extra alta resistencia de 5 – 10 mm de espesor. Remolques. Fuertes razones económicas favorecen el uso de aceros avanzados de extra alta resistencia en la fabricación de camiones y remolques. Los ahorros en peso incrementan la capacidad de carga y/o el ahorro de combustible. El aumento de coste del remolque en acero de alta resistencia se recupera rápidamente y, a menudo, el propietario puede esperar un aumento de los ingresos anuales de varios miles de euros por remolque. No es inusual un ahorro del 20 % en peso al sustituir acero suave por un acero de alta resistencia o de ultra alta resistencia en los chasis y las bañeras de los camiones y remolques. En las industrias de movimiento de tierras existen otras ventajas económicas imputables a la mayor resistencia al desgaste de los aceros de alta resistencia. La utilización de acero de ultra alta resistencia para los laterales de la bañera del remolque Trailord en Sudáfrica, permitió la reducción del espesor del material a tan solo 1,5 mm. 98 Asientos para trenes y autobuses. Cada kilo ahorrado en el peso de los vehículos para transporte público es importante económicamente y para la seguridad de los pasajeros (Ver Figura). Este es el motivo por el cual, los fabricantes de asientos utilizan aceros avanzados de alta resistencia en sus últimos productos. Los asientos tienen que ser capaces de resistir esfuerzos muy elevados en un eventual accidente. Por este motivo debe utilizarse un acero de alta resistencia (acero de fase dual laminado en frío) en las partes críticas de la estructura del asiento. Este acero es utilizado en la fabricación de tubos, así como en las partes de chapa sometidas a un proceso de estampación. Los aceros de alta resistencia aumentan la vida útil de los asientos y reducen el riesgo de fatiga en el material, asociado a asientos construidos en aluminio y otros materiales ligeros (Figura 21). El fabricante de asientos español Fainsa, redujo el peso de los asientos un 30 %, al utilizar acero de alta resistencia. Los ensayos han demostrado que la vida útil del nuevo asiento será de 7 años. Figura 21. Asiento trasero, el mismo peso que uno de aluminio pero con una reducción de costes del 50%. Tubos y perfiles abiertos. Los aceros avanzados de extra alta resistencia ofrecen grandes ventajas en todo tipo de aplicaciones en las que los tubos son partes vitales de las construcciones, o en la que los tubos pueden reemplazar otros métodos de construcción. El amplio espectro de los aceros avanzados de alta resistencia puede utilizarse en aplicaciones de tubos soldados, maquinaria, grúas, andamios, componentes tubulares para chasis, armazones de edificios prefabricados, barreras anticolisión en carreteras u otras aplicaciones en las que la resistencia a la corrosión es importante (Figura 22). El fabricante especialista de tubos Profilmec S.p.A. utiliza aceros de alta resistencia para producir los tubos empleados en asientos para vehículos y en la industria de mobiliario para la fabricación de sillas. Figura 22. Asiento trasero hecho con tubos de acero avanzado de alta resistencia fase dual (DP). 99 Equipos agrícolas. El equipo para la industria agrícola y ganadera se ve continuamente expuesto a cargas permanentes y a una fuerte abrasión en su contacto con la tierra. Al mismo tiempo, se espera que dure más y que tenga un coste menor que antes. El acero de extra alta resistencia es una pieza clave en el diseño de equipos agrícolas más eficientes. Puede ser utilizado para piezas estructurales sujetas a altos esfuerzos y tensiones. Los componentes de corte, expuestos a un fuerte desgaste por abrasión, son ejemplos de otras áreas donde el uso de aceros avanzados de alta resistencia ha resultado muy satisfactorio. El bajo peso puede ser también de vital importancia en aperos de labranza y remolques para tractor. Hardi Evrard es un fabricante danés‐francés líder en equipos de pulverización para aplicaciones agrícolas, utiliza el acero de extra alta resistencia en largueros y travesaños del chasis de este pulverizador de campo autopropulsado. Equipos de elevación. Elevar una carga más pesada o tener un mejor alcance de brazo marca diferencias en operaciones de almacenaje y elevación. La capacidad de elevación de los equipos móviles telescópicos depende de la longitud del brazo de grúa, cuya capacidad portante depende, a su vez, del tipo de acero empleado en el brazo. Un acero de extra alta resistencia representa una clara opción para aumentar tanto la capacidad como el alcance. Otro ejemplo de equipos de elevación en los que se utilizan los aceros de extra alta resistencia son las apiladoras de alcance, empleadas para maniobrar contenedores y remolques en puertos y terminales. La Compañía francesa Manitou es una de los mayores fabricantes de equipos de elevación móviles, el brazo de su grúa móvil MRT 2150 está hecho de acero avanzado de alta resistencia. Volquetes. Rocas, arena y grava pasan una fuerte factura en el fondo y en los laterales de un volquete. El desgaste, la abrasión y la dura manipulación pueden derivar en una corta vida útil de un volquete hecho de acero suave. Esta es la razón por la que el acero de ultra alta resistencia se está convirtiendo en el nuevo estándar para fabricantes y operadores de volquetes. Si se utilizan aceros avanzados de alta resistencia en el fondo y laterales de un volquete, su vida útil se verá incrementada sustancialmente, y el mantenimiento y reparaciones se minimizarán, si además se utilizan para las costillas, el peso del volquete se reducirá y la efectividad de costes se mejorará aún más. Wielton, fabricante polaco líder en volquetes y remolques, considera de tal importancia el uso de aceros avanzados de alta resistencia en las partes críticas del diseño. Protección. Se fabrican aceros avanzados de alta resistencia de protección balística con durezas de hasta 500 HV y espesores entre 1.0 mm y 6.0 mm. A pesar de su alta dureza, poseen una buena conformabilidad en frío y buenas propiedades de soldadura, resultan apropiados en aplicaciones donde el bajo peso es vital, tales como limusinas, furgones de seguridad y vehículos policiales. Otras aplicaciones incluyen fachadas de edificios, vallas de seguridad y mostradores bancarios. La policía sueca usa chalecos de protección balística en los que la “placa contra trauma”, cubriendo la zona pectoral, está hecha de aceros avanzados de alta resistencia de 1.8 mm de espesor. Contenedores de carga. Los aceros de extra alta resistencia se pueden utilizar para conseguir en los contenedores de 53 pies una tara muy similar a los fabricados en aluminio, pero con mayor resistencia, menores costes de mantenimiento y una mejor economía global. El peso de un contenedor fabricado en acero de extra alta resistencia es más bajo que el de un contenedor fabricado en un acero tradicional, y, por tanto, su capacidad de carga portante es mayor. En muchos casos, los costes de mantenimiento también se reducen. Los contenedores, fabricados con aceros de alta resistencia y resistentes a la corrosión atmosférica, soportan mejor el desgaste durante su manipulación, por lo que disminuyen los daños y se reducen los costes de mantenimiento. Esto permite que los periodos de utilización entre operaciones de mantenimiento sean más largos, lo que genera un incremento de ingresos para usuario. Los 100 beneficios en los contenedores de 45 pies son ampliamente conocidos, y actualmente el uso de aceros de extra alta resistencia está siendo investigado y ensayado para contenedores de 20 y 40 pies. Jindo Corporation de Corea ha utilizado aceros de extra alta resistencia y resistentes a la corrosión atmosférica entre 1 – 6 mm de espesor en los contenedores de 53 pies para los E.E.U.U. El coste de mantenimiento de estos contenedores representa un 25 % del correspondiente a los contenedores de aluminio. 5.1.4. Evolución de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia (AHSS) En respuesta a las demandas del sector de la automoción para conseguir mejoras adicionales de los AHSS, la industria del acero continúa investigando y desarrollando nuevos tipos de acero. Estos aceros se diseñan para reducir la densidad, mejorar la resistencia y/o aumentar la elongación. Por ejemplo, los nano‐aceros están diseñados para evitar los valores bajos de estirado de bordes (alargamiento local) que experimentan los aceros DP y los aceros TRIP. En lugar de las islas de martensita, la matriz de ferrita se refuerza con partículas ultra‐finas de tamaño nano (<10 nm). Esto se logra en aceros de alta resistencia laminados en caliente con una resistencia a la tracción alrededor de 750 MPa. El acero resultante tiene una relación YS/TS alta con un excelente balance total de elongación y elongación local (relación de expansión de perforado). Otros ejemplos de desarrollo de estos aceros son los aceros de grano ultrafino, aceros de baja densidad y aceros de alto módulo de Young. 5.2. MAGNESIO Y ALEACIONES DE MAGNESIO Uno de los principales objetivos para los próximos decenios es la reducción de las emisiones para amainar el creciente impacto ambiental, teniendo en cuenta esto; el uso de metales ligeros como materiales de construcción se ha considerado de vital importancia para el futuro. Aunque la demanda de las aleaciones de magnesio es satisfactoria por ser un material de bajo peso específico con excelente capacidad de mecanizado y buen potencial de reciclado, todavía no se utiliza en la misma medida que el aluminio y/o el plástico. Una de las razones es el alto precio del material base, junto con la parcial falta de posibilidades de reciclaje. Por otro lado, la variedad de magnesio disponible para el consumidor está limitada a unas pocas aleaciones. Lamentablemente, hay una falta de conocimiento sobre el uso de magnesio, sin embargo dentro de las empresas tratan con el mecanizado y la aplicación en materiales de construcción. Como resultado, la industria todavía tiende al uso de materiales "convencionales" en vez de aleaciones de magnesio. Descubierto en 1774 y después nombrado así por la antigua ciudad de Magnesia, el magnesio es el 6º elemento más abundante, lo que constituye el 2% de la masa total de la corteza terrestre. Pertenece al segundo grupo principal en la tabla periódica de elementos (grupo de metales de las tierras alcalinas) y, por tanto, no se encuentra en forma elemental en la naturaleza, sólo combinado químicamente. Las formas minerales más importantes son la magnesita MgCO3 (27% Mg), la dolomita MgCO3.CaCO3 (13% Mg) y la carnalita KCl.MgCl2. 6H2O (8% Mg), así como el agua de mar, que contiene 0.13% Mg o 1.1 kg de Mg por m3 (3ª más abundante entre los minerales disueltos en el agua de mar). El magnesio es recuperado por electrólisis del fundido anhidro MgCl2, por reducción térmica de la dolomita o por la extracción de óxido de magnesio del agua de mar. La producción mundial está cubierta por la electrólisis de fusión un 75% y por la reducción térmica un 25%. Teniendo en cuenta el total de la energía necesaria para producir magnesio a partir de sus diversas materias primas, se consume una gran cantidad de energía en comparación con otros metales, siempre y cuando el cálculo se basa en la masa. En cuanto al volumen de la materia prima de magnesio obtenida muestra un efecto contrario: en este caso, el magnesio utiliza mucha menos energía que por ejemplo, el aluminio o zinc, e incluso compite con los polímeros. Además, se supone que la energía eléctrica (consumida actualmente) de 40‐80 MJ/kg (25 MJ/kg sería posible en teoría) necesaria 101 para la electrólisis puede reducirse a 40 MJ/kg, según todos los grandes productores, en un futuro cercano. Esto significaría que los valores correspondientes para la producción de aluminio (el proceso de electrólisis de la alúmina, Al2O3, para producir aluminio consume 47 MJ/kg) pueden ser más baratos. La optimización o mejora de los actuales métodos de producción y la creación de una recirculación secundaria podrían abrir nuevas perspectivas para la reducción de los costos primarios de la producción de magnesio. 5.2.1. Características del Magnesio El magnesio cristaliza en una estructura hexagonal compacta (HCP) y, por tanto, no es susceptible al conformado en frío. Por debajo de 225 °C, sólo es posible el deslizamiento en el plano basal (0001) <1120>, junto con un maclaje piramidal en el plano basal (1012) <1011>. El magnesio puro y las aleaciones fundidas convencionales muestran una tendencia a la fragilidad debido a una falla intercristalina y una fractura transcristalina local en zonas macladas o en planos basales {0001} con grandes granos. Por encima de los 225 °C, se forman nuevos planos basales {1011} y el magnesio adquiere un buen comportamiento a la deformación, lo que indica que se puede obtener una deformación importante sólo por encima de esta temperatura. La tabla 43 muestra las propiedades más importantes del magnesio puro. Tabla 43. Propiedades del Magnesio Puro La mayoría de las aleaciones de magnesio muestran muy buena procesabilidad y maquinabilidad, incluso las piezas fundidas más complicadas pueden ser producidas con facilidad. Las piezas fundidas, moldeadas y forjados hechas de aleaciones de magnesio se pueden mecanizar y soldar con gas inerte. Otro aspecto es el buen comportamiento de amortiguación, lo que hace a estas aleaciones aún más atractivas para aumentar el ciclo de vida de máquinas y equipos o para la reducción de la emisión sónica. El magnesio puro, muestra propiedades de amortiguación como de hierro fundido, aunque estas propiedades son altamente dependientes del tratamiento térmico previo. Junto con las excelentes propiedades, hay algunas desventajas para la aplicación de estas aleaciones. Como ya se ha mencionado, no se puede trabajar en frío y la resistencia a la corrosión es muy baja, además el magnesio es muy reactivo. Cuando se funde, el magnesio tiene una alta contracción en el molde; de aproximadamente el 4% cuando solidifica y de alrededor del 5% durante el enfriamiento. Debido a este alto grado de contracción se presentará una microporosidad, baja tenacidad y una alta sensibilidad a entalla que no se puede ignorar. Este comportamiento, así como el alto coeficiente de expansión térmica (ca. 10% por encima del valor correspondiente de aluminio), se presenta como evidencia en contra de la utilización de aleaciones de magnesio. Las propiedades negativas antes mencionadas disuaden a los técnicos de la 102 construcción de la conformidad hacia las aleaciones de magnesio como una ventaja competitiva para la sustitución del aluminio o el acero. Por lo tanto, se han hecho intentos para mejorar el perfil de las características de las aleaciones de magnesio mediante el empleo de diferentes elementos de aleación, a fin de lograr una mejor precipitación y endurecimiento por solución. De esta manera, se han podido obtener todas las ventajosas propiedades que figuran a continuación: •
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Densidad más baja de todos los metales de construcción con 1,8 g/cm3; posibilidad de construir partes ligeras Alta resistencia específica (relación resistencia/densidad) Excelente capacidad de fundición, se pueden utilizar matrices de acero Buena capacidad de mecanizado (fresado, torneado, aserrado) Mejora de la resistencia a la corrosión con aleaciones de alta pureza (HP) Altas propiedades de amortiguación Buena soldabilidad con gases inertes Posibilidad de reciclaje integrado Las propiedades mecánicas estáticas y dinámicas son inferiores a los valores correspondientes para del aluminio, por ejemplo, el Módulo de Young. Sin embargo, el magnesio se encuentra en todos los lugares donde el ahorro de peso es una prioridad sobre las otras propiedades, principalmente porque la resistencia específica puede alcanzar e incluso superar los valores del aluminio y el acero (Figura 23). 5.2.2. Identificación de las Aleaciones de Magnesio La identificación de las aleaciones de magnesio está normalizada en todo el mundo en la norma ASTM; cada aleación está marcada con letras que indican los principales elementos de aleación, seguido por las cifras redondeadas (normalmente dos) del peso de cada uno en términos porcentuales. La tabla 44 muestra las principales letras para cada elemento de aleación. La última letra de cada número de identificación indica el grado de desarrollo de la aleación (A, B, C,...). En la mayoría de los casos, estas letras muestran el grado de pureza. Figura 23. Densidad y Resistencia Específica de algunos materiales La aleación AZ91D, por ejemplo, es una aleación con un contenido nominal del 9% de aluminio (A) y el 1% de zinc (Z). Su etapa de desarrollo es 4 (D). La correspondiente identificación según la norma DIN puede ser MgAl9Zn1. La ASTM dicta la siguiente composición (todos los valores % en peso): Al 8.3‐9.7; Zn 0.35‐1.0; Si máx. 0.10; Mn máx. 0.15; Cu máx. 0.30; Fe máx. 0.005; Ni 103 máx. 0.002; otros máx. 0.02. El hierro, níquel y cobre tienen enormes efectos negativos sobre la resistencia a la corrosión y, por tanto, estos valores son estrictamente limitados. Tabla 44. Códigos ASTM de los elementos de aleación del magnesio 5.2.3. Elementos de Aleación Desde el advenimiento de las aleaciones de magnesio, ha habido un gran esfuerzo para influir en las propiedades del magnesio puro con diferentes elementos de aleación. El principal mecanismo para mejorar las propiedades mecánicas es el endurecimiento por precipitación y/o endurecimiento por solución sólida. Mientras que el endurecimiento por solución sólida está determinado por las diferencias en los radios atómicos de los elementos involucrados, la eficacia del endurecimiento por precipitación depende principalmente de una reducción de la solubilidad a bajas temperaturas, el contenido de magnesio de las fases intermetálicas y su estabilidad a la temperatura de aplicación. El magnesio forma fases intermetálicas con la mayoría de los elementos de aleación, la estabilidad de las fases aumenta con la electronegatividad de los demás elementos. En la década de 1920, el aluminio ya se había convertido en el más importante elemento de aleación para incrementar significativamente la resistencia a la tracción, especialmente por la formación de fases intermetálicas del tipo Mg17Al12. Efectos similares se puede lograr con el zinc y el manganeso, mientras que la adición de plata mejora la resistencia a altas temperaturas. Altos porcentajes de silicio reducen el colabilidad y permiten la fragilidad, mientras que la inclusión zirconio forma óxidos debido a su afinidad por el oxígeno, que actúan como formadores de estructura de núcleos. Debido a esto, las propiedades físicas se incrementan por el endurecimiento de grano fino. El uso de elementos de tierras raras (por ejemplo, Y, Nd, Ce) se ha convertido en el elemento de aleación más popular, ya que ofrecen un aumento significativo de la resistencia a través del endurecimiento por precipitación. El cobre, níquel y el hierro se utilizan muy rara vez. Todos estos elementos incrementan la susceptibilidad a la corrosión, según lo establecido por la precipitación de compuestos catódicos cuando solidifican. En contraste con los casos comunes (un óxido de magnesio o capa de hidruro protege el metal de la corrosión y reduce la tasa de corrosión), estos elementos aumentan la tasa de corrosión. Esta es una de las razones por las que se desarrollaron las aleaciones orientadas hacia las aleaciones de "alta pureza" (HP) con muy poco uso de hierro, níquel o cobre. Abajo están los más importantes elementos de aleación en orden alfabético: 104 El aluminio aumenta la resistencia a la tracción y la dureza, el efecto de la dureza causado por la precipitación de la fase Mg17Al12 se ha observado hasta los 120 °C. Estas aleaciones se les pueden realizar tratamientos térmicos (T6), excepto en condición de fundida lo cual permite el endurecimiento por tratamiento térmico. Aluminio (Al) Además de estas mejoras de las propiedades mecánicas, la gran ventaja es una mejor colabilidad (sistema eutéctico, TE = 437 °C). Esta es la principal razón por la que la mayoría de las aleaciones, especialmente las aleaciones fundidas (principalmente la AZ91), contienen un alto porcentaje de aluminio. La desventaja es una mayor tendencia a la microporosidad. El berilio se adiciona en la fusión en pequeñas cantidades (<30 ppm), puede Berilio (Be) reducir drásticamente la oxidación del fundido. El calcio tiene un efecto positivo en la refinación del grano y ayuda a la resistencia Calcio (Ca) a la fluencia. Por otra parte, el calcio permite la adherencia a la herramienta durante la fundición y al agrietamiento en caliente. El litio acarrea un endurecimiento por solución sólida a temperatura ambiente, reduce la densidad y aumenta la ductilidad. Sin embargo, tiene fuertes efectos Litio (Li) negativos en el comportamiento a combustión y vapor en el fundido, la corrosión empeora. Por encima del 30% de contenido de Li, la estructura cambia a FCC (Cúbico Centrado en las Caras). Por encima de 1.5% en peso de manganeso, aumenta la resistencia a la tracción. La aleación con manganeso mejora la resistencia a la corrosión (el contenido de Fe se Manganeso (Mn) controla por la reducción de la solubilidad), el refinamiento de grano y la soldabilidad. Todos los elementos de tierras raras (incluido el itrio) forman un sistema eutéctico de solubilidad limitada con magnesio. Por lo tanto, es posible y tiene sentido el endurecimiento por precipitación. Los precipitados son muy estables y aumentan RE (Elementos la resistencia a la fluencia, resistencia a la corrosión y resistencia a altas Raros) temperaturas. Los elementos de aleación comunes son el itrio, neodimio y cerio. Debido a los altos costos, estos elementos se utilizan principalmente en aleaciones para alta tecnología. El silicio reduce la colabilidad, se puede obtener una buena resistencia a la fluencia Silicio (Si) por la formación de silazides estables. La plata, junto con los metales de tierras raras, aumenta en gran medida la Plata (Ag) resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia, pero también promueve una baja resistencia a la corrosión. El torio es el elemento más eficaz para aumentar la resistencia a altas Torio (Th) temperaturas y la resistencia a la fluencia de las aleaciones de magnesio. Desafortunadamente es radioactiva y, por lo tanto, se prefieren otros elementos. Zinc promueve el mismo comportamiento del Al en términos de refuerzo y colabilidad. Mediante la adición de hasta un 3% de zinc, se puede compensar las Zinc (Zn) contracciones y alcanzar una buena resistencia a la tracción. Al igual que ocurre con el aluminio, hay una tendencia a la microporosidad y si se adiciona más de un 2% puede provocar agrietamiento en caliente. La adición de zirconio promueve un aumento en la resistencia a la tracción sin pérdida de ductilidad, debido a su afinidad por el oxígeno. Los óxidos formados Zirconio (Zr) son estructuras de núcleos y ayudan en el refinamiento del grano. El zirconio no se puede agregar a fundidos que contengan aluminio o silicio. 5.2.4. Aleaciones de Magnesio Fundidas El aluminio es, como ya se ha descrito, el elemento de aleación más utilizado en las aleaciones de magnesio, con contenidos que oscilan entre 3 y 9% en peso. Estas aleaciones tienen buenas propiedades mecánicas y excelente resistencia a la corrosión. Cuanto más aluminio contiene el fundido (sistema eutéctico, TE = 437 °C; contenido de Al ∼33%), mejor colabilidad tiene la aleación. La aleación de magnesio fundida más utilizada es la AZ91, debido a su excelente 105 colabilidad incluso para las piezas más complejas y de paredes delgadas. La tabla 45 ofrece un breve panorama general de los sistemas de aleación disponibles para piezas moldeadas en coquilla bajo presión. Como se mencionó anteriormente, el efecto negativo de un alto contenido de aluminio es la formación de la fase Mg17Al12 en la frontera de grano interdendrítica. Reduce la resistencia dentro de la estructura cristalina de grano fino y acarrea una pérdida de ductilidad de la aleación, así como también para los componentes de zinc. Para mejorar el comportamiento a deformación de las aleaciones de magnesio debe reducirse el contenido de Al, se elimina completamente el zinc y se adiciona manganeso en su lugar. Esta familia de aleaciones de magnesio‐aluminio‐manganeso, por ejemplo, AM20, AM50, AM60 (contenido de Mn entre el 0,2 y el 0,4%) muestran baja resistencia a temperatura ambiente, pero son menos frágiles que las aleaciones base Al/Zn. Las aleaciones AMx presentan un mejor comportamiento a deformación, pero el bajo contenido de aluminio limita su colabilidad. Tabla 45. Perspectiva de todas las aleaciones fundidas disponibles. El grupo más importante de aleaciones fundidas:
Aleaciones AZ ‐ Buenas propiedades mecánicas a temperatura ambiente ‐ Baja resistencia al calor y resistencia a la fluencia ‐ Ductilidad limitada Aleaciones AM ‐ Bajo contenido de Al y la eliminación de zinc mejora la ductilidad ‐ Propiedades limitadas a temperatura ambiente y colabilidad Aleaciones AS ‐ Alta resistencia al calor y a la fluencia a través de precipitaciones de Mg‐RE ‐ Sólo es posible como fundición ‐ Colabilidad limitada El consumo de la industria europea del automóvil: 2008 AZ: 60% AM: 32%
AS/AE: 8% 2004 AZ: 61% AM: 32%
AS/AE: 7% 1999 AZ: 67% AM: 29%
AS/AE: 4% Uno de los criterios más importantes para las aleaciones de magnesio es su comportamiento a altas temperaturas y a fluencia. Por esta razón, en años anteriores se hicieron intentos para reducir el contenido de aluminio en el producto de la fusión y utilizar diferentes materiales de aleación. De las aleaciones obtenidas, AS21 y AS41, se encontró que poseen una resistencia a altas temperaturas y a la fluencia mucho más grande que la aleación AZ91. El mecanismo por el cual se mejora la resistencia a altas temperaturas y a fluencia se basa en una reducción del contenido de aluminio y la formación de fases intermetálicas del tipo Mg2Si (Tm = 1085 °C), que muestran buena estabilidad incluso a altas temperaturas. En este contexto, se toman en consideración las aleaciones AE, aunque no se pueden producir por fundición porque los precipitados muy estables de Al‐RE se forman en el enfriamiento lento. Una visión general de la resistencia a la tracción como una función de la temperatura se da en la figura 24. 106 Figura 24. Resistencia a la tracción de las más importantes aleaciones de Mg fundidas en matriz como una función de la temperatura. Las aplicaciones a temperaturas más allá de 200 °C demandan propiedades que sólo se pueden obtener por aleaciones que contengan plata y/o tierras raras (Tabla 46). Concretamente, esto significa que se pueden utilizar las aleaciones del grupo QE, que presentan propiedades a altas temperaturas importantes y las aleaciones para alta tecnología WE‐x, que permiten aplicaciones hasta 300 °C. La desventaja de ambas series de aleaciones es su bajo colabilidad; el método de producción se limita a la fundición en arena y por gravedad. Además, hay que tener un cuenta los elevados costes como una razón para que muchos no quieran utilizarlas (por ejemplo, 13 €/kg para la aleación QE22, 25 €/kg para la aleación WE54; en comparación con los 2‐3 €/kg para una aleación AZ o una aleación AM). Por esta razón, estas aleaciones se utilizan principalmente en aplicaciones especiales como en la industria aeronáutica y de naves espaciales. La caída de los precios de las tierras raras en los mercados internacionales puede dar lugar a un cambio en esta tendencia en el futuro. Tabla 46. Perspectiva general de las aleaciones fundidas (en su mayoría fundidas en arena/gravedad) que contienen tierras raras. Aleaciones Fundidas que contienen tierras raras
Historia: 1937: Buena resistencia al calor Mg/Ce 1947: Influencia del zirconio (series EK, EZ, ZE) 1949: Influencia de La < Ce < Nd 1959: Influencia de Ag (series QE, EQ) 1979: Sistema Mg‐Y (Series WE) Aleaciones utilizadas actualmente: ZE41 EZ33 EQ21 QE22 WE43 WE54 La serie WE representa el estado actual del desarrollo de los materiales: • Buena colabilidad • Elevada resistencia al calor • Alta resistencia a la fluencia • Resistencia al envejecimiento • Buena resistencia a la fatiga • Resistencia a la corrosión 107 5.2.5. Aleaciones de Magnesio Forjadas La baja capacidad de trabajo en frío de la estructura hexagonal y la formación de maclas da como resultado un uso muy limitado del magnesio como material forjado. Por lo tanto, la gama de aleaciones forjadas disponibles es todavía limitada. Las tablas 47 y 48 ofrecen una visión general de las composiciones y las propiedades de determinadas aleaciones. La serie de aleaciones Mg/Al (AZ31, AZ61, AZ80) desempeñan el papel más importante, porque se están utilizando en una escala comparable a la de las aleaciones fundidas. Tabla 47. Resumen de las aleaciones de magnesio forjadas disponibles. Tabla 48. Propiedades Mecánicas de varias aleaciones de magnesio forjadas. Se encuentran disponibles las aleaciones ZC71, ZW3 y ZM21, pero no se utilizan en gran medida. Las aleaciones forjadas son trabajadas en caliente por laminación, extrusión y forja a temperaturas superiores a 350 °C. Los procedimientos adicionales, como el trabajo en frío, se pueden aplicar después con bajas tasas de deformación para evitar la formación de grietas. Dado que se prevé el magnesio para su uso en piezas con altos niveles de seguridad, se ha producido un notable aumento de interés en las aleaciones forjadas. El comportamiento durante un choque es un criterio importante en esas consideraciones. 108 5.2.6. Aplicaciones En el pasado, la fuerza impulsora detrás del desarrollo de las aleaciones de magnesio fue el potencial para construcciones ligeras en las aplicaciones militares. Hoy en día, el énfasis se ha desplazado hacia el ahorro de peso en aplicaciones de automóviles, a fin de satisfacer la demanda para economizar el uso de combustible y la reducción de las emisiones en un momento de creciente impacto ambiental. Es interesante anotar que el uso de magnesio en los automóviles no es una innovación reciente. Ya en la década de 1930, era común que incluyera partes de magnesio fundido en automóviles, con el VW‐Beetle como el más famoso ejemplo. Desde el inicio de su producción en 1939, se añadieron varias partes, como el cárter principal, los engranajes del cigüeñal, el cárter de la caja de cambios, varias cubiertas y el brazo de un generador de energía eléctrica, hasta que el peso total de magnesio alcanzó los 17 kg en 1962, lo que significó una reducción de 50 kg de la masa total en comparación con el acero. La producción de los VW‐Beetle utilizó casi 21.000 toneladas de aleaciones de magnesio en 1960 y el Grupo Volkswagen alcanzó un consumo total de 42.000 toneladas de aleaciones de magnesio en 1972, hasta el cambio de los motores refrigerados por aire a los motores refrigerado por agua que redujo drásticamente el uso de las aleaciones de magnesio. Otros fabricantes utilizaron el magnesio en sus aplicaciones técnicas, así como en piezas complejas, tales como las cubiertas del tractor hechas de fundición (dimensiones: 1250 mm × 725 mm × 480 mm, peso 7.6 kg), las cajas de cambio principales de helicópteros (peso de la fundición 400 kg, 200 kg mecanizados), el cárter principal para los motores Zeppelin, el cárter de la admisión de aire para motores turbohélice (peso 42 kg), marcos, llantas, paneles de instrumentos, aspas de ventilador para torres de enfriamiento (169 kg de peso), etc. Es difícil de explicar el porqué la tendencia a utilizar aleaciones de magnesio no continúa de una manera sencilla. Un factor principal es sin duda la capacidad limitada de los pocos productores de magnesio, lo que conlleva a que no se logre un precio competitivo. El factor principal que impide un amplio uso es su baja resistencia a la corrosión. El desarrollo de las aleaciones de alta pureza (HP), con su muy mejorada resistencia a la corrosión, contribuyó a una rápida expansión de la producción. Otro factor que favorece el uso de magnesio es que se cuenta como un sustituto de los polímeros porque aún no se ha encontrado una solución satisfactoria para su reciclado. En lo que respecta al procesamiento de las aleaciones de magnesio, se prefiere la fundición en coquilla bajo presión debido a sus ventajas en el procesamiento de las aleaciones de aluminio y zinc, que son susceptibles a este tipo de fundición. Además de las propiedades específicas del magnesio, los factores más favorables son su baja temperatura de fundición (650‐680 °C, dependiendo de la aleación) y el relativo bajo consumo de energía necesario para la fusión. La energía necesaria para la aleación AZ91 (2 kJ/cm3) es de aproximadamente el 77% de la que se requiere para fundir la aleación de aluminio AlSi12CuFe. El alto precio de magnesio por lo general se refiere a su masa no a su volumen y la baja densidad, junto con otros factores pueden realmente hacerlo más barato en términos reales. Por lo tanto, el bajo contenido térmico permite que el proceso de fundición sea 50% más rápido que con el aluminio; se pueden realizar ciclos de piezas grandes manteniendo una alta precisión y buena calidad superficial. A temperaturas bajo cero, la estructura cristalina es de grano muy fino, lo que se traduce en buenas propiedades mecánicas a temperatura ambiente pero se obtiene una baja resistencia a la fluencia. Por otra parte, la microestructura puede ser porosa debido a turbulencias por una alta velocidad de llenado del molde; debido a esto es inusual realizar tratamientos térmicos posteriores ya que los poros se rompen aparte. El magnesio no ataca los moldes de hierro tanto como los de aluminio; los moldes pueden tener paredes escarpadas y el potencial de ahorro en términos de herramientas puede ser como un 50% comparado con el uso de aluminio. La microestructura típica de una aleación AZ91 se muestra en la figura 25. 109 Figura 25. Microestructura de una aleación AZ91 fundida en matriz. La industria automotriz es a gran escala el principal usuario de las aleaciones de magnesio, debido a la posibilidad de producir en masa series de piezas por fundición en coquilla bajo presión de alta calidad a un coste razonable. Ejemplos de piezas de magnesio en los vehículos incluyen: •
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Cárter de la caja de cambios, por ejemplo, en el VW Passat, Audi A4 Interior de la puerta del maletero en el Lupo ( "coche de 3 litros"), que está hecha de AM50 (3.2 kg) Cubierta del tanque en el Mercedes‐Benz SLK Tapón de la culata, por ejemplo, hecha de AZ91HP por fundición en cámara fría y con un peso de 1.4 kg Salpicadero, por ejemplo, en el Audi A8 y en el Buick Park Avenue/Le Sabre Marcos de los asientos Volantes, por ejemplo, en el Toyota Lexus, Celica, Carina y Corolla Llantas, por ejemplo, en el Porsche Carrera RS (9.8 kg de AM70 HP; colada en lingotes a baja presión) La lista de piezas de magnesio en los automóviles puede continuar ya que se añaden constantemente nuevos ejemplos. Dos recientes aplicaciones de magnesio se ilustra en las figuras 26 y 27. La cubierta del tanque del Mercedes‐Benz SLK se utiliza como un ejemplo para mostrar el resultado de la conversión de materiales convencionales a aleaciones de magnesio. La parte que soporta el alma de la carrocería del vehículo y actúa como separación entre el maletero y los asientos traseros, se fabricó inicialmente como un marco de conductos soldados de acero y soldaduras de aluminio (7‐8 kg cada uno) y una parte de magnesio fundido. La fundición de magnesio se constituyó como una parte en serie con un peso total de 3.2 kg, requerimientos de disminución espacial y un menor número de componentes. Por otra parte, no se necesitaba un post‐procesamiento y la parte se podría utilizar al descubierto. El uso de magnesio en el cárter de la caja de cambios en el VW Passat también se basa principalmente en el ahorro de peso logrado sustituyendo las aleaciones de aluminio. El uso de la aleación AZ91 en lugar de la aleación de aluminio dio lugar a una reducción del peso total de casi 25%, sin cambios en la geometría y el equipo de producción. Desde la introducción del trabajo repetitivo en 1996, se fabrican para VW en Kassel 600 piezas/día; se proyecta una producción de 1200 piezas/día. La baja densidad del magnesio lo blinda contra la radiación electromagnética y la posibilidad de producir partes de paredes delgadas ha dado lugar a un 110 mayor uso de piezas de fundición por presión en la industria de la informática, en los teléfonos móviles (figuras 28 y 29) y en herramientas de mano (por ejemplo, motosierras). Figura 26. Tanque de combustible‐cubrir (Mercedes‐Benz AG) Figura 27. Caja de cambios de vivienda en el VW Passat‐(Volkswagen AG) Figura 28. Carcasa de Teléfono Móvil (Unitech Company) 111 Figura 29. Partes de una centralita telefónica (Unitech Company) 5.2.7. Investigación y Desarrollo del Magnesio y sus Aleaciones La investigación y el desarrollo de las aleaciones de magnesio se centran actualmente en: •
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Desarrollo de aleaciones Solidificación rápida Tecnología de producción Compuestos Corrosión y su prevención Reciclado Desarrollo de aleaciones. Tras sus años dorados entre 1930 y 1950, el desarrollo de aleaciones se ha convertido nuevamente en uno de los ejes principales de la investigación contemporánea. Una de las razones del crecimiento del mercado de magnesio, es la introducción de las aleaciones HP resistentes a la corrosión mediados de los años 1980 y seguido por una demanda de nuevas aleaciones con características específicas. Una mejora en la fluencia y en la resistencia a la corrosión, así como la densidad aún menor, son los principales objetivos de estas aleaciones. El desarrollo de aleaciones con mayor ductilidad y tenacidad y aleaciones forjadas específicas podrían apoyar el creciente mercado de magnesio. Se debe investigar el efecto de los diferentes elementos de aleación y también micro‐aleación, que tiene un enorme efecto sobre otros materiales. Solidificación rápida. La tecnología de solidificación rápida desempeña un papel importante cuando se trata de materiales con perfiles extraordinarios. Se puede observar una nueva serie de efectos estructurales cuando el baño de fundido metálico se enfría muy rápidamente; más allá de su equilibrio termodinámico, como, por ejemplo, en la pulverización catódica en alto vacío (sputtering). Esto, generalmente, conduce a una sobresaturación de los elementos de aleación, fases metaestables dentro de la microestructura, distribución homogénea de los elementos y las fases, una microestructura de grano extremadamente fino, así como la minimización de la licuefacción y una gran pureza de los materiales. La figura 30 muestra dos microestructuras de la aleación WE54 que ilustran la diferencia entre la fundición por gravedad y la pulverización por gas. La solidificación rápida ofrece un vínculo entre las tecnologías de producción y el desarrollo de aleaciones desde el desarrollo de nuevas aleaciones que no se podían realizar por los procedimientos metalúrgicos clásicos, hoy en día es posible. Al mismo tiempo, la resistencia a la corrosión se mejora a través de una distribución de elementos más homogénea y una microestructura de licuefacción baja. El conformado por pulverización (spray forming) es una nueva tecnología para la producción de partes y productos casi terminados. Tubos, discos, barras o láminas pueden, técnicamente, fabricarse 112 un solo paso. El proceso se divide en la pulverización (sputtering) de un baño metálico y la deposición de gotas parcialmente congeladas sobre un substrato. Esta tecnología se utiliza con éxito a escala industrial en las aleaciones de aluminio y cobre, y recientemente se aplica a los aceros. Se trata de una tecnología avanzada que ofrece una mayor variedad de elementos de aleación con diferentes concentraciones. Al mismo tiempo, el conformado por pulverización (spray forming) permite la formación de cualquier partícula sólida móvil dentro del flujo de gas que se introduce en la zona catódica. Figura 30. Comparación de las microestructuras de fundición en arena y sputtered WE54 De esta manera, se pueden fabricar materiales compuestos con una distribución homogénea de partículas (por ejemplo, el carburo de silicio, Al2O3). Otra posible aplicación podría ser una observación in situ de la reacción entre el magnesio pulverizado y los componentes del gas o los materiales inyectados para producir un refuerzo en la dispersión de las aleaciones de magnesio. El desarrollo de las aleaciones de magnesio forjado también tiene un enorme potencial en combinación con la solidificación rápida. Tecnologías de Fabricación. Otro énfasis del trabajo de investigación y desarrollo de las aleaciones de magnesio es su tecnología de fabricación. Los principales métodos de producción, tales como la fundición, unión y moldeo, se han adaptado sin ningún tipo de optimización de material específico para su uso con magnesio. El desarrollo de materiales (por ejemplo, nuevas aleaciones y compuestos) y el desarrollo de procedimientos innovadores para la producción y el mecanizado de magnesio (principalmente para aplicaciones de automoción) representan una parte importante del potencial total del magnesio. Para el aluminio, estos nuevos procedimientos (por ejemplo, squeeze‐casting, rheo‐casting, thixo‐casting, thixo‐
forming, etc) ya se utilizan con éxito en el mercado. Además de las piezas producidas convencionalmente, el aluminio se produce en serie mediante la fundición a presión o el conformado por aspersión; el magnesio todavía por detrás de este crecimiento, pero con la optimización del proceso y el desarrollo continuo de los materiales, habrá un crecimiento de las piezas de magnesio fundidas por presión sin precedentes para cualquier otro metal. Se han experimentado de forma parcial otros métodos innovadores y se prevé que se podrán utilizar muy pronto. Las posibilidades de ampliar las aplicaciones de los metales ligeros seguramente crecerán con la ayuda de estos nuevos métodos y materiales. Materiales Compuestos. Los materiales compuestos de matriz metálica base magnesio ofrecen unas propiedades de los materiales bien definidas, tales como una alta resistencia a la tracción, la capacidad de trabajo en caliente o la resistencia a la fluencia, el módulo de Young o la resistencia a la abrasión se pueden adaptar directamente al perfil de aplicaciones necesarias. Se debe mencionar, en primer lugar, las aleaciones de magnesio reforzadas con fibras cerámicas (fibras cortas o largas; normalmente hechas de óxido de aluminio, carburo de 113 silicio o de carbono) o partículas cerámicas (en su mayoría carburo de silicio, figura 31). Estos materiales se pueden fabricar por squeeze‐casting (infiltración de preformas de la fase de refuerzo), por agitación durante la fase de refuerzo, o por conformado por pulverización (spray‐forming), cada técnica tiene sus propias ventajas. Figura 31. Micrografía de una aleación QE22 reforzada con partículas de Carburo de Silicio (SiC), fabricada por métodos pulvimetalúrgicos: a) AZ91 + 15 %vol. SiC (31 mm), sección transversal en estado de pulido (microscopio óptico), b) AZ91 + 15 %vol. SiC (8 mm), sección longitudinal en estado de pulido (microscopio óptico), c) AZ91 + 15 %vol. SiC (8 mm), sección longitudinal es estado de pulido (SEM) Corrosión y su prevención. La susceptibilidad de las superficies, de las aleaciones convencionales, a la corrosión se ha reducido considerablemente con la introducción de las aleaciones HP. La reducción del contenido crítico de Ni, Fe, Cu, influyó de forma positiva en la aplicación de las aleaciones (figura 32), pero todavía falta la capacidad para pasivarse y una capa de pasivación que se "auto‐repare". En tanto que los esfuerzos en las fases de aleación y fabricación deben orientarse hacia la reducción de la susceptibilidad a la corrosión de las aleaciones de Mg. El proceso de solidificación rápida podría ofrecer ventajas en este contexto. Con respecto a los recubrimientos orgánicos o inorgánicos apropiados, se han seleccionado medidas de protección que se corresponden con las utilizadas para el aluminio. La minimización de la corrosión por medio de una preparación superficial o con recubrimientos ha dado resultados satisfactorios en algunas aplicaciones, pero se necesita una evaluación sistemática de las propiedades físicas y químicas para una completa optimización. (a) (b) Figura 32. a) Influencia de las impurezas en el comportamiento a corrosión de la aleación AZ91, b) Comportamiento a corrosión de varias aleaciones de magnesio comparadas con la aleación de aluminio AlSi9Cu3. 114 Reciclaje. El reciclaje de las aleaciones de magnesio convencionales es sencillo; la chatarra y los residuos de la fundición se pueden reinsertar directamente en el proceso de fundición respectivo, aunque las partes contaminadas o pintadas presentan mayores problemas. En la actualidad se utiliza una gran cantidad de restos de magnesio para la desulfuración del acero, pero desde que el magnesio se convirtió en un producto masificado, su ciclo secundario ha despertado el interés por parte de los productores y procesadores de magnesio. Esta es la razón por la que la actividad del reciclaje ha aumentado considerablemente en los últimos años. La recuperación de los metales de tierras raras (que son muy caros) es otro aspecto importante, y esto se debe analizar ampliamente. Se supone que todos los trabajos de investigación y desarrollo mencionados producirán efectos más positivos para el uso de magnesio en los próximos años. Por lo tanto, se espera una aceleración del crecimiento en su uso. 5.3. TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO El titanio a menudo llamado "el metal maravilloso" por sus excelentes propiedades de resistencia, ductilidad y resistencia a la fractura en combinación con una gran resistencia ambiental. Sin embargo, la dificultad en la obtención de titanio a partir de sus minerales (principalmente ilmenita y rutilo) junto con estrictos requisitos de procesamiento (que implican su alto costo), frena en gran medida su comercialización. Sin embargo, hoy hay una vibrante industria de titanio lista para avanzar en el mercado con altos volúmenes de producción y una buena relación costo – competitividad. El titanio es un elemento metálico del Grupo IVB de la tabla periódica, con un punto de fusión de 1675 °C, un peso atómico de 47.9 y una densidad de 4,5 g/cm3. Es el cuarto elemento más abundantes entre los elementos metálicos de la corteza terrestre (detrás de Al, Fe y Mg), que se produce principalmente como rutilo (TiO2) e ilmenita (FeTiO3). El uso del titanio metálico puede dividirse en dos categorías principales: resistencia a la corrosión (esencialmente titanio y aleaciones de titanio en menor medida) y de uso estructural (para lo cual el titanio es más altamente aleado para aumentar el nivel de resistencia, manteniendo al mismo tiempo los niveles de otras propiedades mecánicas como la ductilidad). Si bien el mercado de titanio metálico está mostrando una tendencia general al alza, el principal uso del titanio es como TiO2, un componente blanco con un alto índice de refracción, es como un pigmento "blanqueador" en pinturas, papel, caucho, plásticos y es 20 × el nivel de uso de titanio metálico. 5.3.1. Historia El titanio se conoce como un elemento desde hace más de 200 años, ya que se identificó por primera vez en 1790 por un clérigo de Cornualles (Reino Unido) y llamado "titan" por un químico alemán en 1795. Los primeros procesos de reducción de eran caros y, en general, daban un producto de un nivel de pureza que no era apropiado para el uso del metal en sí, aunque el óxido se ha utilizado desde principios de los años 1900 como un pigmento. Sin embargo, sólo en los últimos 50 años el titanio metálico ha adquirido una importancia estratégica desde que se desarrolló un proceso de extracción económico. En ese momento, la producción de titanio comercial y las aleaciones de titanio en los Estados Unidos ha aumentado de cero a un máximo de más de 27 millones de kg/año. El catalizador que abrió las puertas para el crecimiento notable del metal fue el desarrollado por el doctor Wilhelm J. Kroll, un método relativamente seguro, económico para producir titanio metálico a finales de la década de 1930. El proceso Kroll consta de una reducción de tetracloruro de titanio (TiCl4), en primer lugar con sodio y calcio y más tarde con magnesio, bajo una atmósfera de gas inerte. Las investigaciones realizadas por Kroll y muchos otros continuaron a lo largo de la Segunda Guerra Mundial. A finales de 1940, las propiedades mecánicas, propiedades físicas y características de las aleaciones de titanio se definieron como de importancia comercial del metal. La primera vez que se utilizó el titanio para un vuelo fue ordenado por Remington Arms 115 (más tarde Rem‐Cru, y todavía más tarde, Crucible Steel) en los Estados Unidos para Douglas Aircraft en 1949. Otros que empezaron a utilizar el titanio en los EE.UU. incluyen a Mallory‐
Sharon (más tarde IMI) y TMCA (más tarde Timet). En el Reino Unido, ICI Metals (más tarde IMI y, recientemente, Timet Europa) comenzó la producción de esponja en 1948, con la participación de otros de la Europa continental unos pocos años más tarde. Reconociendo el potencial militar del titanio, los soviéticos comenzaron la producción de esponja en 1954. En Japón, la producción de esponja la inició Osaka Titanium en 1952, generalmente para suministrarla a otros países y en aplicaciones de resistencia a la corrosión interna. La técnica de fundición por arco en vacío con electrodo consumible (VAR) fue desarrollada por la Armor Research Foundation en 1953. Se examinaron y evitaron problemas relativos a la fragilización por hidrógeno y la corrosión bajo tensión (SCC) por sales calientes. El desarrollo de las aleaciones avanzó rápidamente desde 1948 debido a Remington Arms que registró los efectos beneficiosos de las adiciones de aluminio. La aleación Ti‐6AI‐4V se introdujo en 1954 y se convirtió en la aleación de titanio más importante, debido a su excelente combinación de propiedades mecánicas y procesabilidad. La primera versión de la aleación de titanio beta (Ti‐
13V‐11Cr‐3AI) fue desarrollada por Rem Cru a mediados de 1950, con esta aleación tratable térmicamente y de alta resistencia empezó su uso en aviones de vigilancia de alta velocidad SR71. El desarrollo de la aleación en el Reino Unido, impulsada por Rolls‐Royce, se concentró más en aleaciones de elevada temperatura para uso en motores. Los fabricantes de aeronaves han utilizado un incremento general de la cantidad de titanio para aplicaciones en fuselajes para componentes que demandan altos esfuerzos. En el mismo año (1954) en los Estados Unidos y Reino unido empezó la fabricación de componentes de motores con titanio en el Pratt and Whitney J57, incluidos los discos, cuchillas y espaciadores en la sección del compresor y en el motor del Rolls‐Royce Avon. En la década de 1950 también se demuestra la excelente resistencia a la corrosión del titanio y sus aleaciones y sus primeras aplicaciones comerciales incluyen el uso en equipos de anodizado, vapor de cloro y ácido nítrico. Los avances también se produjeron en los métodos de fusión y en la expansión de su uso en otros mercados tales como los buques y los tubos de intercambiadores de calor. La fabricación de productos laminados aumentó en la década de 1970, en gran parte debido al incremento de su uso en el transporte comercial, así como sus motores de alto bypass, los nuevos fuselajes militares con 20‐35% de su peso estructural producido a partir de productos de titanio y su uso en otros sectores debido a su buena resistencia a la corrosión. Se ha producido un crecimiento constante de los envíos de titanio en los Estados Unidos impulsado por el aumento de los pedidos para aviones comerciales (Boeing 777 tiene casi el 10% en su fuselaje) y para los palos de golf. La expansión del mercado de titanio es muy crítica porque depende de la reducción de costos para una variedad de aplicaciones. Para hacer frente a esta necesidad de reducción de costos se están introduciendo en el mercado aleaciones base Al‐Fe en lugar de las aleaciones base AI‐
V necesarias para aleaciones tales como Ti‐6AI‐4V. Estas incluyen las aleaciones Ti‐6AI‐1Fe‐
0.1Si (Timetal 62S) y Ti‐4.5Fe‐6.8Mo‐1.5AI (Timetal LCB, beta de bajo costo). También se está empezando a reducir los costos de procesado por medio de la metalurgia de polvos (PM) obteniendo piezas casi terminadas y por la fundición en molde permanente. 5.3.2. Características Generales y Propiedades Físicas Las aleaciones de titanio se pueden dividir en dos grandes categorías: aleaciones resistentes a la corrosión y aleaciones estructurales. Las aleaciones resistentes a la corrosión se basan generalmente en la única fase α con adiciones diluidas de solución sólida reforzada y elementos estabilizadores de la fase α como oxígeno, paladio, rutenio y aluminio. Estas aleaciones se usan en la industria química, energía, papel y procesado de alimentos en la 116 fabricación de tuberías altamente resistentes a la corrosión, intercambiadores de calor, carcasa de las válvulas y contenedores. Las aleaciones fase α proporcionan una excelente resistencia a la corrosión, buena soldabilidad y son de fácil procesamiento y fabricación pero tienen una resistencia relativamente baja. Las aleaciones estructurales pueden dividirse en cuatro categorías: las aleaciones casi‐α, la aleaciones α+β, las aleaciones β y el intermetálico aluminuro de titanio. El titanio en su forma natural es de color gris oscuro, sin embargo, se puede anodizar para dar una muy atractiva gama de colores para su uso en joyería y otras aplicaciones donde la apariencia es importante, entre ellas algunos edificios (el uso de este último en particular en Japón). El metal y sus aleaciones tienen una baja densidad, aproximadamente el 60% de la densidad del acero. El titanio es amagnético y tienen buenas características de transferencia de calor, su coeficiente de expansión térmica es un poco menor que el del acero y menos de la mitad que el del aluminio. El punto de fusión del titanio y sus aleaciones es más alto que el del acero, pero la temperatura de aplicación es mucho más baja anunciada sobre la base de esta característica por sí sola. Un resumen de las propiedades físicas (y algunas propiedades mecánicas) de las aleaciones de titanio se muestran en la Tabla 49. Tabla 49. Propiedades físicas y mecánicas del titanio elemental 117 5.3.3. Aleaciones y Diagramas de Fase El titanio existe en dos estados cristalinos: la fase alfa (α) a baja temperatura, que tiene una estructura cristalina hexagonal compacta y la fase beta (β) a alta temperatura, que tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo (Fig. 33). Esta transformación alotrópica se produce a 880 °C en el titanio nominalmente puro. El titanio tiene ciertas características que lo hacen muy diferente a otros metales ligeros como el aluminio y el magnesio. La transformación alotrópica permite la formación de aleaciones de microestructuras compuestas de α, β, o α/β, además de la formación de compuestos en ciertas aleaciones. Debido a su estructura electrónica como elemento de transición, el titanio puede formar soluciones sólidas con la mayoría de elementos sustitucionales que tengan un factor de tamaño del 20%, dando la posibilidad de obtener muchas aleaciones. El titanio también reacciona fuertemente con elementos intersticiales tales como nitrógeno, oxígeno e hidrógeno a temperaturas por debajo de su punto de fusión, cuando reacciona con otros elementos puede formar soluciones sólidas y compuestos de unión metálica, covalente o iónica. La elección de los elementos de aleación está determinada por la capacidad del elemento para estabilizar las fases α o β (Fig. 34). El aluminio, oxígeno, nitrógeno, galio y el carbono son los elementos más comunes de estabilización de la fase α. El zirconio, estaño y silicio son vistos como neutrales en su capacidad para estabilizar cada fase. Los elementos que estabilizan la fase β puede formar sistemas binarios del tipo la β‐isomorfo o del tipo de β‐eutectoide. Los elementos que forman sistemas binarios del tipo isomorfo incluyen Mo, V y Ta, mientras que Cu, Mn, Cr, Fe, Ni, Co y H son formadores eutectoides los cuales pueden formar compuestos. Los elementos de aleación β‐isomorfos, que no forman compuestos intermetálicos, se prefieren en vez de los elementos del tipo eutectoide como adicionales a las aleaciones α‐β o las aleaciones β para mejorar su templabilidad y aumentar su respuesta a tratamientos térmicos. Figura 33. Dos formas alotrópicas del titanio. La transición desde bajas temperaturas (fase α) hasta altas temperaturas (fase β) se produce a 882 °C. Se han realizado una serie de intentos de clasificación de los diagramas de fase de las aleaciones de titanio, hay dos grandes divisiones: sistema estabilizador α y sistema estabilizador β. De estos, probablemente, el más conveniente es el que se desarrolló por Molchanova (Fig. 34). En este caso, los estabilizadores alfa se dividen en los que tienen estabilidad completa, en los que la fase alfa puede coexistir con el líquido (por ejemplo, Ti‐O y Ti‐N) y hay una simple reacción peritéctica y los que tienen una estabilidad alfa limitada, en la 118 que con la disminución de la temperatura, la descomposición de la alfa se produce por una reacción peritectoide en beta además de un compuesto (beta peritectoide). Ejemplos de este último tipo de sistema son B‐Ti, Ti‐C y Ti‐AI. Molchanova también divide a los estabilizadores β en dos categorías, β‐isomorfos y β‐eutectoides. En el primer sistema existe un amplio rango de solubilidad β con un rango limitado de solubilidad α. Ejemplos de ello son Ti‐Mo, Ti‐Ta, Ti‐V, con elementos tales como Zr y Hf que ocupan una posición intermedia, ya que tienen solubilidad mutua completa en ambas fases, α y β. Para el sistema β‐eutectoide la fase β tiene un rango de solubilidad limitado y se descompone en α y un compuesto (por ejemplo, Ti‐Cr y Ti‐Cu). Esta clase también se pueden subdividirse, dependiendo de si la transformación β es rápida (tales como Ti‐Si, Ti‐Cu y Ni‐Ti) o lento (tales como Ti‐Cr y Ti‐Fe). Figura 34. Esquema de Clasificación de las Aleaciones de Titanio Binario. Las aleaciones de titanio se clasifican en uno de los cuatro grupos: aleaciones alfa (α), alfa‐beta (α‐β), beta (β) y los intermetálicos (TixAl, donde x = 1 o 3). Las aleaciones de titanio para aplicaciones en el sector aeroespacial contienen elementos estabilizadores α y β necesarios 119 para lograr buenas propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción, fluencia, fatiga, resistencia a la propagación de grietas por fatiga, tenacidad a la fractura, corrosión bajo tensión y resistencia a la oxidación. Una vez que la química está seleccionada, la optimización de las propiedades mecánicas se consigue por trabajo (deformaciones) para controlar el tamaño, la forma y la dispersión de la fase β primero y más tarde la fase α. Aleaciones α. Las aleaciones α contienen predominantemente fase α a temperaturas muy por encima de 540 °C. Una de las principales clases de aleaciones α es la familia de aleaciones de titanio sin alear que difieren en la cantidad de oxígeno y de hierro en cada aleación. Las aleaciones con un alto contenido intersticial tienen una elevada resistencia, dureza y temperatura de transformación comparadas con las aleaciones de alta pureza. Aproximadamente cada 0.01% en peso de oxígeno da un aumento de 10.5 MPa en el nivel de resistencia. Otras aleaciones α contienen adiciones, tales como Al y Sn (por ejemplo, Ti‐5Al‐
2.5Sn y Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐2Mo). Generalmente, las aleaciones ricas en α son más resistentes que las aleaciones α‐β o las aleaciones β a la fluencia a altas temperaturas y presentan poco endurecimiento por tratamiento térmico. Estas aleaciones suelen ser recocidas o recristalizadas para eliminar los esfuerzos por trabajo en frío, tienen buena soldabilidad y generalmente, baja forjabilidad en comparación con las aleaciones α‐β o β. Aleaciones α‐β. Las aleaciones α‐β contienen uno o más estabilizadores de α y β. Estas aleaciones retienen más β después del tratamiento térmico final que las aleaciones casi α y se pueden endurecer por tratamiento de solución y envejecimiento, aunque generalmente se utilizan en condición de recocido. El tratamiento de solución usualmente se realiza en lo alto del campo de las fases α‐β seguido por un envejecimiento a baja temperatura para que precipite α, obteniéndose una mezcla de α fine en una matriz α‐β. El tratamiento de solución y el envejecimiento pueden aumentar la resistencia de estas aleaciones hasta un 80%. Las aleaciones con bajas cantidades de estabilizadores β (por ejemplo, Ti‐6Al‐4V) tiene una templabilidad pobre y se debe enfriar rápidamente para su posterior endurecimiento. Un enfriamiento en agua adecuado de la aleación Ti‐6Al‐4V endurecerá las secciones inferiores a 25 mm. Aleaciones β . Las aleaciones β tienen más contenido de estabilizadores β y menos estabilizadores α que las aleaciones α‐β. Estas aleaciones tienen una alta templabilidad con la fase β retenida completamente durante el enfriamiento al aire en secciones delgadas y enfriamiento al agua en secciones de espesor. Tienen buena forjabilidad y buena conformabilidad en frío en la condición de tratamiento por solución. Después del tratamiento por solución, se realiza un envejecimiento para transformar algo de fase β a fase α. El nivel de resistencia de estas aleaciones es mayor que el de las aleaciones α‐β, porque las partículas α están finamente dispersas en la fase β. Estas aleaciones tienen una densidad relativamente mayor y, generalmente, una baja resistencia a la fluencia comparada con las aleaciones α‐β. La tenacidad a la fractura de las aleaciones β envejecidas a un determinado nivel de resistencia es, generalmente, más alta que el de una aleación α‐β envejecida, aunque la velocidad de crecimiento de la grieta puede ser más rápida. Aluminuros de Titanio. Para aumentar la eficiencia de los motores de las turbinas de gas, es necesario operar a temperaturas mucho más altas, que requieren aleaciones con mejores propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. La familia de las aleaciones de titanio que muestra potencial para aplicaciones a temperaturas altas (900 °C) son los compuestos intermetálicos de aluminuro de titanio Ti3Al (α2) y TiAl (γ). La principal desventaja de este grupo de aleaciones su baja ductilidad a temperatura ambiente. Sin embargo, se ha encontrado que el niobio o el niobio con otros elementos β‐estabilizadores, en combinación con un control de la microestructura, puede aumentar la ductilidad a temperatura ambiente 120 de las aleaciones Ti3Al hasta un 26% de elongación. Recientemente, con un control cuidadoso de la microestructura a temperatura ambiente se han elevado los niveles de ductilidad en dos fases TiAl (γ+α2) hasta un 5% de elongación. Las composiciones del TiAl (por ejemplo, Ti‐48Al‐
2Cr‐2Nb) han llegado a una etapa de madurez donde son serios competidores en la fabricación de motores avanzados de turbinas de gas y automóviles. 5.3.4. Desarrollo Microestructural Además de la química, las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio están fuertemente influenciadas por la microestructura. A su vez la microestructura depende esencialmente del procesamiento, especialmente si este se lleva a cabo por encima o por debajo de la temperatura de transición de β (β‐transus), temperatura por debajo de la cual la fase α es estable. En términos generales, son importantes dos características microestructurales en aleaciones comerciales: (a) la forma y el tamaño de grano β y (b) la morfología de la fase α en los granos β. Características similares influyen fuertemente en las propiedades de los intermetálicos. Granos β. El control del tamaño del grano β depende de dos factores: la recristalización (cuando esto ocurre debido al suficiente trabajo) y posterior crecimiento de grano. Se han desarrollado varias técnicas para la recristalización de los granos β en aleaciones α y α‐β por trabajo seguido de un alto recocido en el campo β. Las aleaciones metaestables β requieren un cuidadoso procesamiento termomecánico para lograr la microestructura final necesaria. Este procesamiento controlado implica, en primer lugar, la condición de trabajado o recristalizado y, luego, si ha recristalizado, el tamaño de grano. En la mayoría de las condiciones de fusión, la estructura que se produce en un lingote oscila entre pequeños granos β equiaxiados en la superficie pasando por los granos columnares alargados y finalmente los granos grandes equiaxiados en el centro del lingote. Recientemente, se demostró que existe una supratransus "ventana de procesamiento" a través de la cual la aleación puede tener como resultado una estructura fina de granos β equiaxiados. Esta ventana de procesamiento es relativamente amplia para las aleaciones más estrechas (en contenido de estabilizadores β) y para grandes cantidades de deformación. Sin embargo, es mucho más limitado para las aleaciones ricas en β y para ligeras cantidades de deformación, es mucho más difícil en estas aleaciones más ricas hacer el control de los granos β. El mecanismo por el cual la restitución a una condición de baja deformación ocurre se sugiere esquemáticamente en la Fig. 35. En general, una estructura fina de grano β se origina por el trabajo por debajo de la temperatura de transición β y a continuación un calentamiento a través de la transus. La recristalización sigue el comportamiento típico sigmoidal, que es una función de la temperatura y antes de la deformación. La velocidad de migración de las fronteras de grano disminuye inversamente con el tiempo de recocido, lo que indica un proceso de recuperación concurrente obedeciendo una cinética de segundo orden. El crecimiento de grano sigue la relación: D1/n – D01/n = At, Donde D es el tamaño de grano después del recocido a una temperatura durante un tiempo t, D0 es el tamaño de grano inicial aparente a t = 0, n y A son constantes. Generalmente, la cinética del crecimiento de grano no está influenciada por el tamaño de grano anterior o la cantidad de deformación, a menos que se midan los granos recuperados y recristalizados, en cuyo caso se produce un fenómeno de crecimiento crítico a niveles de deformación bajos (7‐
12%). 121 Figura 35. Proceso de restauración por el cual la deformación en los granos de titanio se reduce durante el tratamiento recocido. Morfología de α. La ruta de procesamiento determina la morfología de α, que puede variar considerablemente dentro de la matriz β. Esta morfología, a su vez, influye fuertemente en las propiedades mecánicas. Se encuentran disponibles dos opciones básicas de procesamiento: (1) transformación β, que se realiza completamente por encima de la β transus o en el cual la transformación es lo suficientemente alto que muy poca fase α está presente, o (2) transformación α‐β, que se realiza por debajo de la temperatura β‐transus en presencia de la fase α. El posterior recocido por debajo de la temperatura β‐transus, alrededor de 175 °C de la temperatura transus, se traduce en una distribución primaria de α, que está relacionada con la secuencia de procesamiento y temperatura. Con los materiales procesados β, se produce una morfología lenticular de α , mientras que con la transformación α‐β (y una cantidad suficiente de deformación), el α‐β primario se convierte en globular durante el tratamiento térmico posterior (Fig. 36). El cambio en la morfología de α de lenticular a globular es un resultado directo de la deformación anterior de α. Suficiente energía de deformación en α causa la recristalización o relajación a una configuración globular de menor energía superficial. La transformación de lenticular α a globular α es una función de la temperatura y el tiempo de recocido y la cantidad de trabajo que α ha recibido, es decir, si α se ha trabajado poco seguirá siendo esencialmente lenticular, mientras que si α se ha trabajado fuertemente; se convertirá en globular. La resistencia se ve prácticamente inafectada por la forma de la α primaria, pero otras propiedades, tales como la tenacidad a fractura y características de flujo a elevadas temperaturas (en particular, la fluencia, el conformado superplástico y la unión por difusión), están fuertemente influenciadas. Una alta tenacidad a fractura se asocia con α con una alta relación de aspecto (es decir, lenticular), mientras que valores bajos de tenacidad a fractura al mismo nivel de resistencia corresponde a α con una baja relación de aspecto (es decir, globular). Una tendencia similar ocurre con la tasa de crecimiento de grieta a fatiga. Sin 122 embargo, un conformado superplástico óptimo y la unión por difusión se encuentran en el material con una microestructura globular, mientras que un mejor rendimiento a fluencia es favorecido por un α lenticular. El comportamiento a fatiga a bajos ciclos se ha optimizado con una morfología globular α. En aleaciones β, las transformaciones termomecánicas no sólo afecta a la microestructura, sino también a la cinética de descomposición de la fase β metaestable durante el envejecimiento. El aumento de la densidad de dislocaciones después del trabajo en aleaciones β conduce a una extensa nucleación heterogénea de la fase de equilibrio α, que puede suprimir la formación de la frágil fase ω. Figura 36. Microestructura de Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐2Mo: (a) β trabajado seguido de α‐β recocido para producir una morfología lenticular α, (b) α‐β trabajado y α‐β recocido para dar predominantemente una forma equiaxiado α y (c) α‐β trabajado seguido por recocido dúplex: justo debajo de la temperatura β‐
transus [fracción volumétrica reducida de equiaxiado α comparado con (b)], y, significativamente por debajo de la temperatura β‐transus (para formar α lenticularmente entre las regiones equiaxiadas). 5.3.5. Propiedades Mecánicas Aleaciones de Titanio Forjadas. Las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio no dependen sólo de la química sino que también son fuertemente influenciadas por la microestructura como se señaló anteriormente, ésta a su vez depende de la transformación. Las propiedades tensiles de algunas aleaciones de titanio forjadas se resumen en la Tabla 50. 123 Tabla 50. Composición y Propiedades a Tracción a Temperatura Ambiente de Aleaciones de Titanio Forjadoa. Composición Química, % Designació
n Al Sn Zr Mo V Si Otros Densidad Relativa CP Ti 99.5% ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.51 IMI 115 Ti‐35A ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ CP Ti 99.0% ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.51 IMI 155 Ti‐75A ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.2 Pd ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ IMI 260 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.51 IMI 317 5 2.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.46 IMI 230 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 2.5 Cu 4.56 Condición Esfuerzo 0.2%, MPa Resistencia a la Tracción, MPa Elongación, % Aleaciones α Recocido 675 °C ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Recocido 675 °C ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Recocido 675 °C Recocido 900 °C ST (α), Envejecimiento dúplex a 400 y 475 °C 170 240 25 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 480 550 15 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 315 425 25 800 860 15 630 790 24 980 1060 15 990 1100 15 900 1020 12 960 1030 15 850 940 15 860 960 15 925 1100 990 1170 14 10 1000 1100 14 1190 1310 15 1170 1275 10 1170 1270 10 1200 1310 13 860 945 15 1200 1280 8 1315 1390 10 1240 1310 8 1280 1400 6 1130 1225 10 Aleaciones cercanas a α 8‐1‐1 8 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 1 1 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.37 IMI 679 2.25 11 5 1 ‐‐‐‐‐ 0.25 ‐‐‐‐‐ 4.82 IMI 685 6 ‐‐‐‐‐ 5 0.5 ‐‐‐‐‐ 0.25 ‐‐‐‐‐ 4.49 6‐2‐4‐2S 6 2 4 2 ‐‐‐‐‐ 0.2 ‐‐‐‐‐ 4.54 Ti‐11 6 2 1.5 1 ‐‐‐‐‐ 0.1 0.35 Bi 4.45 IMI 829 5.5 3.5 3 .03 ‐‐‐‐‐ 0.3 1 Nb 4.61 Recocido 780 °C ST (α+β) envejecido a 500 °C ST (β) envejecido a 500 °C ST (α+β) recocido a 500 °C ST (β) envejecido a 700 °C ST (β) envejecido a 625 °C Aleaciones α‐β IMI 318, 6‐4 6 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.46 IMI 550 4 2 ‐‐‐‐‐ 4 ‐‐‐‐‐ 0.5 ‐‐‐‐‐ 4.60 IMI 680 2.25 11 ‐‐‐‐‐ 4 ‐‐‐‐‐ 0.2 ‐‐‐‐‐ 4.86 6‐6‐2 6 2 ‐‐‐‐‐ 6 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.7(Fe,Cu) 4.54 6‐2‐4‐6 6 2 4 6 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.68 IMI 151 4 4 ‐‐‐‐‐ 4 ‐‐‐‐‐ 0.5 ‐‐‐‐‐ 4.62 Ti‐8 Mn ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 8 Mn 4.72 13‐11‐13 3 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 13 ‐‐‐‐‐ 11 Cr 4.87 Beta III 4.5 6 11.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 5.07 8‐8‐2‐3 3 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 8 8 ‐‐‐‐‐ 2 Fe 4.85 Transage 129 2 2 11 ‐‐‐‐‐ 11 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.81 Beta C 3 ‐‐‐‐‐ 4 4 8 ‐‐‐‐‐ 6 Cr 4.82 Recocido a 700 °C, ST (α+β) envejecido a 500 °C ST (α+β) envejecido a 500 °C ST (α+β) envejecido a 500 °C ST (α+β) envejecido a 550 °C ST (α+β) recocido a 590 °C ST (α+β) envejecido a 500 °C recocido a 700 °C Aleaciones β ST (β) envejecido a 480 °C ST (β) dúplex envejecido a 480 y 600 °C ST (β) envejecido a 580 °C ST (β) 124 envejecido a 540 °C ST (β) 10‐2‐3 3 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 10 ‐‐‐‐‐ 2 Fe 4.65 envejecido a 1250 1320 8 580 °C a
ST (α), ST (α+β) y ST (β) corresponde a un tratamiento de solución en los campos de las fases α, α + β, β, respectivamente. El tratamiento de recocido implica, normalmente, un tiempo más corto que el tratamiento de envejecimiento. La influencia de la morfología de α se ha descrito antes, donde se sabe que una forma lenticular favorece una alta tenacidad a fractura (Klc), mientras que una morfología globular mejora la ductilidad. El efecto de la morfología de α y el tamaño de la sección en las propiedades tensiles y la tenacidad a fractura se muestran en las tablas 51 y 52; como aumenta la resistencia, disminuye la tenacidad de fractura y viceversa. La química, particularmente en el contenido intersticial (por ejemplo, O2), influye en la tenacidad a fractura con valores altos de Klc asociados con valores bajos de O2 y la textura también puede verse afectada. Tabla 51. Límite elástico y Tenacidad a la Fractura con deformación plana de varias Aleaciones de Titanio. Aleación Morfología de α o Método de Procesamiento Equiaxial
Transformado
a
α+β laminado + mil annealed Equiaxial
Ti‐6Al‐6V‐2Sn Transformado
Equiaxial
Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐6Mo Transformado
α+β forjado, tratamiento de solución y envejecimiento Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐2Mo forjado β forjado, tratamiento de solución y envejecimiento α‐β procesado Ti‐17 β procesado a
Oxígeno Estándar (<0.20 wt.%) Ti‐6Al‐4V Tenacidad a Fractura Límite Elástico, con Deformación Plana, (MPa) (KIC) (MPa√m) 910
44‐66 875
88‐110 1095 32 1085
33‐55 980
55‐77 1155
22‐23 1120
33‐55 903 81 895 84 1035‐1170 33‐50 1035‐1170 53‐88 Tabla 52. Relación de Resistencia a la Tracción a Tamaño de Aleaciones de Titanio con Tratamiento por Solución y Envejecidas. Aleación Ti‐6Al‐4V Ti‐6Al‐6V‐2Sn (Cu + Fe) Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐6Mo Ti‐5Al‐2Sn‐2Zr‐4Mo‐4Cr (Ti‐17) Ti‐10V‐2Fe‐3Al
Ti‐13V‐11Cr‐3Al Ti‐11.5Mo‐6Zr‐4.5Sn (Beta III) Ti‐3Al‐8V‐6Cr‐4Zr‐4Mo (Beta C) Resistencia a la Tracción de una Barra Cuadrada de Sección Transversal:
13 mm
25 mm
50 mm
75 mm
100 mm 150 mm
MPa MPa MPa MPa MPa MPa 1105
1070
1000
930
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
1205
1205
1070
1035
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
1170
1170
1170
1140
1105 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
1170
1170
1170
1105
1105 1105
1240
1240
1240
1240
1170 1170
1310
1310
1310
1310
1310 1310
1310
1310
1310
1310
1310 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
1310
1310
1240
1240
1170 1170
Aleaciones Intermetálicas. Las propiedades típicas de los Aluminuros de Titanio del tipo Ti3Al (α2) se muestran en la Tabla 53. Un buen ejemplo de cómo el control microestructural puede conducir al ajuste de las propiedades mecánicas es la alta ductilidad a temperatura ambiente obtenida por un procesamiento especial que produce una cantidad óptima de α2 primario equiaxiado. Recientemente, el control de la microestructura en las aleaciones TiAl(γ), especialmente en el campo de las dos fase γ + α2, ha dado lugar a interesantes combinaciones de propiedades mecánicas, incluyendo una ductilidad a temperatura ambiente de aproximadamente el 5%. Con la microestructura lenticular se obtiene alta dureza/baja ductilidad, mientras que con las microestructuras dúplex se obtiene una combinación de propiedades opuestas (Tabla 53). 125 Tabla 53. Propiedades Típicas de Aluminuros de Titanioa del tipo Ti3Al. Aleación UTS, MPa YS, MPa Elongación, % Klc, MPa√m Ti‐25Al Ti‐24Al‐11Nb Ti‐25Al‐10Nb‐3V‐1Mo Ti‐24Al‐14Nb‐3V‐0.5Mo 538 824 1042 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 1010 940 1133 963 538
787
825
‐‐‐‐‐‐‐‐
952
705 989
860
0.3
0.7
2.2
c
26.0
5.8
10.0 3.4
6.7
‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐
13.5
‐‐‐‐‐‐‐‐
28.3
‐‐‐‐‐‐‐ 20.9
42.3
Ti‐24.5Al‐17Nb Ti‐25Al‐17Nb‐1Mo Ti‐15Al‐22.5Nb a.
Composición en % b. Horas a 650 °C/38 MPa c.
Procesada especialmente Ruptura por b
Fluencia ‐‐‐‐‐‐‐‐ 44.7 360 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 62 ‐‐‐‐‐‐‐ 476 0.9 Aleaciones de Titanio Fundidas. Debido a que las aleaciones obtienen sus formas casi acabadas directamente del estado fundido, obtienen una microestructura que no se puede modificar por tratamientos termomecánicos utilizados con materiales fundidos y forjados (lingotes). Adicionalmente, pueden ocurrir una serie de defectos en las piezas moldeadas, como la porosidad, lo que puede degradar las propiedades mecánicas. La microestructura de los productos fundidos, por ejemplo, en la aleación Ti‐6Al‐4V, consta de grandes granos β, extensos límites de grano α, α intergranular alargada y gruesa, que se encuentran en colonias (de platos alineados de manera similar) o en una morfología Widmanstatten. Esto ocasiona unas propiedades (tales como resistencia, tenacidad de fractura, tasa de crecimiento de grieta a fatiga y comportamiento a fluencia) con un nivel relativamente alto (Tabla 54). Sin embargo, la ductilidad y la fatiga S‐N son inferiores a los productos fundidos y forjado (Fig. 37). Ambas propiedades, ductilidad y fatiga S‐N, se pueden mejorar mediante el uso de cualquier tratamiento térmico innovador o el uso de hidrógeno como un elemento de aleación temporal (procesamiento por termohidrogenado, THP) para refinar la microestructura (figura 38). La fatiga a altos ciclos de las aleaciones de titanio, tales como el Ti‐6Al‐4V, se puede mejorar con la compactación isostática en caliente (HIPing). También es posible la fundición de aleaciones de titanio distintas de las aleaciones Ti‐6Al‐4V convencionales. Un ejemplo es la aleación Ti‐
3AL‐8V‐6Cr‐4Zr‐4Mo (38‐6‐44 o beta C), que presenta excelentes propiedades tensiles y un impresionante comportamiento a fatiga, con un límite de endurancia del 85% por encima del valor promedio típico de la aleación Ti‐6Al‐4V. Recientemente, se han fabricado aleaciones fundidas γ que se podrían utilizar en la automoción y en los motores a reacción de las turbinas de gas avanzadas. Tabla 54. Propiedades a Tracción a Temperatura Ambiente de varias Aleaciones de Titanio Fundidas. Aleación Condición Titanio puro comercial Ti‐6Al‐4V Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐2Mo Ti‐5Al‐2.5Sn‐ELI Fundición bruta o recocido
Fundición bruta o recocido
Doble recocido Recocido Resistencia a la Tracción, MPa 550
1035
1035
805
Límite Elástico, MPa 450
890
895
745
Elongación, Reducción de % Área, % 17 32 10 19 8 16 11 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
126 Figura 37. Fatiga Axial Suave a Temperatura Ambiente versus Esfuerzo Cíclico Máximo para la aleación Ti‐6Al‐4V. Banda de dispersión de datos para la fundición, fundición a presión y compactados isostáticamente en caliente y material (lingote) forjado recocido. Figura 38. Refinamiento de la microestructura de la fundición Ti‐6Al‐4V (izquierda) usando la técnica de procesamiento por termohidrogenación (derecha). 5.3.6. Propiedades Químicas y Comportamiento a Corrosión El titanio se utiliza en la industria aeroespacial y en aplicaciones comerciales debido a su alta relación resistencia a densidad, sus buenas características a fractura y, en general, su excelente resistencia a la corrosión. La excelente resistencia a la corrosión del titanio en la mayoría de los entornos se debe a su estable y firmemente adherida, película de protección superficial. Esta película se compone básicamente de TiO2 en la interfaz metal – medio ambiente con capas delgadas subyacentes de TiO y Ti2O3. Esta película consigue de forma natural y se mantiene cuando el metal y sus aleaciones están expuestos a la humedad o el aire. En general, deben evitarse los ambientes con anhidros, tales como el cloro o el metanol, así como las condiciones de reducción desinhibidas. La película pasiva formada en el aire no es estable y no se regenera si está deteriorada durante la exposición a estos ambientes. Se encuentra disponible información sobre la velocidad de corrosión general (uniforme) del titanio y muchas de sus 127 aleaciones expuestas a una amplia variedad de ambientes. En términos generales, el titanio comercialmente puro es resistente a ambientes naturales, incluyendo el mar fresco, salobre y aguas de minas; productos alimenticios, petróleo bruto; fluidos corporales y materiales de desecho. La resistencia extraordinaria del titanio no aleado y la aleación 0.2Ti‐Pd (ASTM Grados 2 y 7; véase la tabla 55) en ambientes que contienen cloruros y ambientes acuosos está bien establecida. Con pocas excepciones, el titanio sin alear funciona bien cuando se expone a ácidos inorgánicos oxidantes (por ejemplo, ácido nítrico y ácido crómico), amoníaco acuoso, amoníaco anhidro, fundido de azufre, hidrocarburos puros, agua regia, sulfuro de hidrógeno, cloro húmedo, la mayoría de los ácidos orgánicos, solución cáustica diluida y el dióxido de cloro. Tabla 55. Límite de Concentración de Ácido para los grados ASTM 2a, 7a, y 12a de Titanio en Ácidos de Reducción Pura. b
Límite de Concentración de Ácido, wt. %
Grado 2
Grado 7
Grado 12 HCL 6 25 9 24 °C 0.6 4.6 1.3 Ebullición H2SO4 5 48 10 24 °C 0.5 7 1.5 Ebullición H3PO4 30 80 40 24 °C 0.7 3.5 2 Ebullición (a) Grado 2, Ti‐50A; Grado 7, Ti‐0.2Pd; Grado 12, Ti‐0.3Mo‐0.8Ni., (b) Para una velocidad de corrosión alrededor de 5 mil por año. Ácido/Temperatura El titanio no es particularmente resistente a los ácidos inorgánicos reductores puros (es decir, los que generan hidrógeno durante la reacción metal‐ácido), como el ácido sulfúrico, clorhídrico y fosfórico. El metal se disuelve rápidamente por ácido fluorhídrico. Otros entornos que se deben evitar incluyen las soluciones que contienen fluoruros (por ejemplo, fluoruro de amonio), concentrado cáustico caliente, ciertos ácidos orgánicos (por ejemplo, oxálico, cítrico concentrado y tricloroacético y fórmico en ebullición no aireada) y poderosos agentes oxidantes (por ejemplo, anhidro líquido, cloro gaseoso, oxígeno líquido y gaseoso, RFNA, anhidro tetróxido de nitrógeno y bromo líquido). Deben evitarse sobre todo oxidantes potentes, ya que, bajo ciertas condiciones (en impacto), la reacción puede ser pirofórica. La figura 39 muestra que el uso de titanio se puede ampliar a la región de "ácidos reductores" por la aleación del metal con pequeñas cantidades de un metal noble como el 0.2% en peso de paladio (tabla 55). Se pueden obtener similares beneficios pero de menor medida con la adición de pequeñas cantidades de níquel y molibdeno (por ejemplo, 0.3% en peso de Mo y 0.8% en peso de Ni; ASTM titanio grado 12). El titanio sin alear es especialmente útil para aplicaciones en las que esencialmente no se puede tolerar productos de corrosión en el proceso líquido. El metal se utiliza ampliamente en la fabricación de alimentos, drogas y equipo de procesamiento de tintes, incluso pequeñas trazas de contaminación de iones metálicos podría afectar negativamente la calidad, color y/o sabor del producto fabricado. El titanio, en la mayoría de los entornos, es un cátodo efectivo, con lo que el acoplamiento de metal a metal menos noble puede resultar en una alta corrosión galvánica, una rápida disolución del material anódico y el titanio puede absorber hidrógeno. El titanio y sus aleaciones son susceptibles a la corrosión por celdas de concentración del tipo de inhibidor cuando, por ejemplo, se utilizan iones oxidantes de metales pesados para inhibir la corrosión general y por grietas existente. Se puede aminorar la corrosión por celdas de concentración de las aleaciones de titanio, en algunos casos, ya sea mediante el uso del titanio Grados 7 o 12 (véase la tabla 55) para la fabricación de componentes enteros o sólo en las zonas de grieta. El paladio y el níquel en estas aleaciones, respectivamente, mejoran la pasividad (es decir, la protección anódica) en corrosión por grietas. 128 Figura 39. Comportamiento general a corrosión del Titanio Comercialmente Puro y la aleación Ti‐Pd comparada con otros metales y aleaciones en ácidos oxidantes y reductores, con y sin iones cloruro. Cada metal o aleación se puede usar en estos ambientes por debajo de su respectiva línea sólida. La resistencia del titanio al ataque por picaduras inducidas por cloruros es una razón principal para la utilización de este material (por ejemplo, sustituyendo los aceros inoxidables del tipo 316L en los procesos de las refinerías de petróleo). Sin embargo, bajo ciertas condiciones el titanio es susceptible al ataque por picaduras y se ha reportado picaduras en soluciones de salmuera caliente a 130 °C en evaporadores de sal. También se puede atenuar el ataque por picaduras mediante el uso de los Grados 7 y 12. Las aleaciones de titanio son susceptibles a la corrosión bajo tensión (SCC) en un número de entornos, incluyendo el metanol anhidro que contiene trazas de halogenuros, anhidro RFNA y sales que contienen cloruros calientes. Se sabe que varias de aleaciones de titanio y el titanio sin alear (con un contenido relativamente alto de oxígeno) se han agrietado en agua de mar a temperatura ambiente si los materiales contienen grietas preexistentes. Se ha explicado la fuerte influencia de la microestructura sobre la SCC en la aleación de titanio β metaestable Beta III (Ti‐11.5Mo‐6Zr‐4.5Sn), donde se demostró que la aleación era susceptible a la SCC cuando están presentes los granos β equiaxiados y los límites de grano continuo α, pero un material trabajado en el que ninguna de estas características microestructurales existe es inmune a la SCC. Aunque no se ha sabido de fallos en servicio relacionados con la corrosión bajo tensión por sales calientes (HSSCC), la HSSCC es una limitación potencial si las aleaciones de titanio se encuentran sometidas a altos niveles de esfuerzos y a una exposición de larga duración a temperaturas por encima de unos 220 °C. La casi inmunidad de las aleaciones de titanio con una resistencia relativamente alta a la corrosión por fatiga en soluciones que contienen cloruros permite a estos materiales que se utilicen en muchos ambientes hostiles (por ejemplo, fluidos corporales) donde otras aleaciones fallan cuando se someten a esfuerzos cíclicos. La película pasiva tenaz, que se forma naturalmente, en el titanio y sus aleaciones ofrece una excelente resistencia a la corrosión por erosión. Para aplicaciones en las que los componentes se ven afectados por las gotas de agua a alta velocidad (como los álabes de las turbinas), se ha demostrado que el titanio sin alear tiene una resistencia superior comparado con los álabes de aleaciones convencionales (por ejemplo, aceros inoxidables austeníticos y Monel). Es sabido que el comportamiento a fatiga del titanio y sus aleaciones es sensible en su condición superficial; daño superficial causado por fricción, puede afectar negativamente la capacidad de estos materiales para soportar los esfuerzos 129 cíclicos. Por ejemplo, la corrosión por fricción puede reducir la resistencia a fatiga de una aleación de titanio, como el Ti‐6Al‐4V en más de un 50%. 5.3.7. Selección de las Aleaciones de Titanio y Aspectos de Diseño Como se discutió antes hay cuatro clases de aleaciones de titanio: las aleaciones casi α, las aleaciones α‐β, las aleaciones β y los intermetálicos Aluminuros de Titanio. Se puede hacer una clasificación en las aleaciones utilizadas principalmente para su resistencia a la corrosión y las utilizadas en aplicaciones estructurales para soportar carga. Una lista parcial de las aleaciones de titanio más importantes en la actualidad se muestra en la tabla 56. Dentro de categoría de las aleaciones resistentes a la corrosión se encuentran los grados comercialmente puro y las aleaciones que contienen adiciones específicas para mejorar el comportamiento a corrosión (por ejemplo, el grupo de metales del platino, como Pt, Pd y Ru). Se puede hace una amplia separación de las aleaciones estructurales, entra las que se utilizan predominantemente a temperatura ambiente y las que se utilizan a temperaturas elevadas (a 600 ◦ C para aleaciones terminales, hasta un máximo de 900 °C para el intermetálicos basado en el TiAl equiatómico). Tabla 56. Aleaciones de Titanio mas importantesa Aleación Titanio sin alear Número UNS Designación ASTM R50250 Grado 1 R52400 y R52250 R53400
R56320
R54520
R54620
R54810
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
R56400
R56401
R56620
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
R58650
Grado 12
Grado 9
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Grado 5
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐6Mo R56260 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Ti‐3Al‐8V‐6Cr‐4Mo‐4Zr Ti‐10V‐2Fe‐3Al Ti‐15V‐3Al‐3Cr‐3Sn Ti‐3Al‐7.4Mo‐10.5Cr Ti‐1.5Al‐5.5Fe‐6.8Mo Ti15‐Mo‐3Al‐2.7Nb‐0.25Si Alpha‐2 (Ti3Al) aluminide R58640
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
R58210
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Gamma (TiAl) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Ti‐0.2Pd Ti‐0.3Mo‐0.8Ni Ti‐3Al‐2.5V Ti‐5Al‐2.5Sn Ti‐6Al‐2Sn‐4Zr‐2Mo‐0.1Si Ti‐8Al‐1Mo‐1V Ti‐6Al‐2.7Sn‐4Zr‐0.4Mo‐0.45Si Ti‐2.5Cu Ti‐5Al‐3.5Sn‐0.3Zr‐1Nb‐0.3Si
Ti‐5.8Al‐4Sn‐3.5Zr‐0.7Nb‐0.5Mo‐0.35Si Ti‐4.3Al‐1.4Mn Ti‐6.7Al‐3.3Mo‐0.3Si Ti‐6.4Al‐3.3Mo‐1.4Zr‐0.28Si
Ti‐7.7Al‐0.6Mo‐11Zr‐1.0Nb‐0.12Si Ti‐6Al‐4V Ti‐6Al‐4VELI Ti‐6Al‐6V‐2Sn Ti‐4Al‐4Mo‐4Sn‐0.5Si Ti‐4.5Al‐3V‐2Mo‐2Fe Ti‐6Al‐1.7Fe‐0.1Si Ti‐5Al‐2Sn‐2Zr‐4Mo‐4Cr Grado 7 y 11 Ti‐Ni ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Cerme Ti ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
(a) IMI, Imperial Metals Industries (ahora parte de Timet). Comentarios Los grados 2‐4 han aumentado la resistencia debido a
un mayor contenido de oxígeno BT1‐0 (puro) y BT1‐0 ruso. Resistentes a la corrosión, la sustitución por Ru reduce los costes Resistente a la corrosión
Formable, tubos
Soldable, usos criogénicos BT5‐1 ruso. Resistente a la fluencia
Alto módulo
Timetal 1100 usado a 600 °C IMI‐230
IMI‐829
IMI‐834
Estructural OT4 ruso.
Alta temperatura BT8 ruso
Alta temperatura BT9 ruso
Alta temperatura BT18 ruso
Aleación workhorse BT6 ruso
Bajos Intersticios, tolerancia al daño Mayor resistencia que Ti‐6Al‐4V IMI 551
Aleación superplástica SP‐700 Aleación de bajo costo Timetal 62S Ti‐17, alta resistencia, moderada temperatura Moderada temperatura, resistencia y fluencia a largo término. Beta C (38‐6‐44)
Ti‐10‐2‐3, piezas forjadas de alta resistencia Ti‐15‐3, alta resistencia y se puede procesar como chapa
Estructural BT15 ruso.
LCB Timetal beta de bajo costo Timetal 21S
Intermetálicos experimentales Se trabaja mejor con las aleaciones en dos fases (α2+γ), semicomercial. Aleaciones con memoria de forma TiB2 o TiAl
Al diseñar con titanio y sus aleaciones es conveniente dividir en las dos áreas mencionadas anteriormente: resistentes a la corrosión y aplicaciones estructurales. 130 Diseños Resistentes a la Corrosión. Como se discutió antes, la gran película de óxido adherente que se forma en la superficie del titanio y sus aleaciones ofrece una resistencia excepcional en una amplia gama de ácidos y álcalis, así como la sal natural y aguas contaminadas. Las aleaciones de titanio son especialmente resistentes a la corrosión en ambientes oxidantes y este comportamiento se puede ampliar al régimen de reducción con la adición de metales del grupo del platino. Un resumen de los ambientes de corrosión donde la película de óxido de titanio ofrece resistencia se muestra en la Tabla 57. Diseños Estructurales. Con su alta relación resistencia – densidad, excelentes propiedades relacionadas con fractura (tenacidad de fractura, fatiga y velocidad de crecimiento de grieta a fatiga) y superior resistencia ambiental, el titanio es el material de elección para muchas aplicaciones estructurales aeroespaciales y terrestres (soportar carga). La selección del titanio para los fuselajes y motores se basa en sus propiedades específicas: reducción de peso (debido a la relación resistencia – densidad) junto con la fiabilidad atribuible a su excepcional resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas en general. Se han diseñado motores de turbina de gas muy eficientes mediante el uso de componentes de aleación de titanio, tales como los álabes del ventilador, los álabes del compresor, rotores, discos, centros y otras partes como la entrada del distribuidor. El titanio es el material más común para las piezas del motor que operan hasta 593 °C debido a su resistencia y a la capacidad de tolerar temperaturas moderadas en las partes del sistema de enfriamiento del motor. Otras ventajas claves de las aleaciones base titanio son la baja densidad (lo que se traduce en economía de combustible) y su buena resistencia a la fluencia y la fatiga. El desarrollo de los Aluminuros de Titanio permitió el uso del titanio en secciones con mayor temperatura de una nueva generación de motores. Las aleaciones de titanio han sustituido al níquel y las aleaciones de acero en el bastidor y los componentes del tren de aterrizaje en el Boeing 777. Esto incluye partes de fundición invertida que permiten que fabricar formas complejas a un costo relativamente bajo. Por ejemplo, los escudos térmicos que protegen los componentes del ala de los gases de escape son de fundición de titanio. La fundición en crisol frío permite la producción de metales limpios, fundamentalmente, para aplicaciones estructurales al mismo tiempo que se controlan los costos. La unión por conformado/difusión superplástica/o y la metalurgia de polvos han contribuido a aumentar el uso de las aleaciones de titanio en los nuevos diseños del fuselaje, mediante la reducción del costo de mecanizado y la cantidad de residuos producidos. Tabla 57. Ambientes corrosivos donde la película de óxido de titanio proporciona resistencia. Cloro y otros halogenuros •
Totalmente resistente a los vapores del cloro y sus compuestos. •
Totalmente resistente a las soluciones de cloritos, hipocloritos, percloratos y dióxidos de cloro. •
Resistencia a vapores de bromo, yodo y sus compuestos, es similar resistencia al cloro. Agua •
Inmune a la corrosión en todos los medios naturales, mar, aguas salobres y aguas contaminadas. •
Inmune a la corrosión influenciada microbiológicamente (MIC). Ácidos minerales oxidantes
Altamente resistentes a los ácidos nítrico, crómico, perclórico, e hipocloroso (vapor de cloro). Gases Resistentes a la corrosión por dióxido de azufre, amonio, dióxido de carbono, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y nitrógeno. Soluciones salinas de compuestos inorgánicos •
Altamente resistentes a los cloruros de calcio, cobre, hierro, amoníaco, manganeso y níquel. •
Altamente resistente a las sales de bromuro. •
Altamente resistentes a los sulfuros, sulfatos, carbonatos, nitratos, cloratos e hipocloritos. Ácidos orgánicos
En general muy resistentes a los ácidos acético, tereftálico, adípico, cítrico, fórmico, láctico, esteárico, tartárico y tánico. Productos químicos orgánicos
Resistentes a la corrosión en procesos orgánicos con flujos de alcoholes, aldehídos, esteres, cetonas e hidrocarburos, con el aire o la humedad. Medios alcalinos
Velocidad de corrosión baja en los hidróxidos de sodio, potasio, calcio, magnesio y amoníaco. Información proporcionada como una visión general. Antes de especificar el titanio en cualquier medio ambiente agresivo, consulte a expertos en corrosión. Adaptado de James S. Grauman y Brent Willey, "Shedding New Light on Titanium in CPI Construction", Chemical Engineering, August 1998. 131 5.3.8. Aplicaciones El mercado de las aleaciones de titanio y los requerimientos de los productos se pueden enmarcar en tres principales segmentos: motores a reacción, fuselajes y aplicaciones industriales (véase la tabla 58). El primero de estos dos segmentos está relacionado con el amplio mercado aeroespacial, que domina el uso del titanio y consume aproximadamente cantidades iguales en los motores y los fuselajes. Estas dos aplicaciones se basan principalmente en titanio de alta resistencia específica (relación resistencia – densidad). El tercero y más pequeño segmento de mercado es el industrial, que se basa en titanio de excelente resistencia a la corrosión en agua salada y otros ambientes agresivos. Como se indica en la tabla 58, estos segmentos de mercado tienen proporciones similares en los Estados Unidos y Europa, aunque el total de mercado de EE.UU. es de aproximadamente 2.5 veces el de Europa. En Japón, la mayoría del titanio es para uso no‐aeroespacial. La capacidad de titanio de la antigua Unión Soviética se estima en alrededor de 90 millones de kg por año, una capacidad que podría cambiar totalmente el mercado occidental con productos a bajo costo. Tabla 58. Aleaciones de Titanio – Requerimientos del mercado y del producto. Segmento del Mercado Mercado en USA Cuota Europea •
Motores a reacción 42% 37% •
•
•
•
•
Fuselajes 38% 33% •
•
•
•
Industria 20% 30% •
•
•
Total 6
Consumo en 2008, kg x 10 100%
23.6 100%
9.1 Requerimientos del Producto Resistencia a la tracción a altas temperaturas. Resistencia a la fluencia Estabilidad a altas temperaturas Resistencia a fatiga Tenacidad a la fractura Alta resistencia a la tracción Resistencia a fatiga Tenacidad de fractura Fabricable Resistencia a la corrosión Resistencia adecuada Fabricable Costos competitivos Las necesidades de productos para las aleaciones de titanio en cada segmento de mercado son sobre la base de las necesidades específicas para la aplicación particular. Por ejemplo, los requerimientos del motor a reacción se centran principalmente en la resistencia a la tracción, resistencia a la fluencia y estabilidad térmica a temperaturas elevadas. En segundo nivel son consideradas la resistencia a la fatiga y la tenacidad a fractura. Las aplicaciones en fuselajes requieren alta resistencia a la tracción combinada con una buena resistencia a la fatiga y tenacidad a fractura. También se considera importante la fácil fabricabilidad de los componentes. Las aplicaciones industriales enfatizan la buena resistencia a la corrosión en una variedad de medios de comunicación como una consideración primordial, así como la adecuada resistencia, fabricabilidad y costos competitivos, en relación con otros tipos de aleaciones resistentes a la corrosión. Las aplicaciones en motores a reacción incluyen los discos y los álabes del ventilador (Figs. 40 y 41). Los componentes de fuselajes fabricados a partir de titanio varían desde pequeñas a grandes partes de las vigas de apoyo del tren de aterrizaje principal, la popa de una sección del fuselaje y la viga forjada de un camión (figuras 42, 43 y 44). Las aplicaciones no‐aeroespaciales tradicionales incluyen la cubierta de los tubos en los equipos de transferencia de calor (Fig. 45) y la carcasa de relojes (Fig. 46). También se incluyen 132 artículos deportivos (Fig. 47), cubiertas para la prevención en la corrosión del agua de mar sobre muelles (Fig. 48) y los techos de los edificios (Fig. 49). Figura 40. Disco de Ventilador fabricado con una aleación Ti‐6Al‐4V forjado de un motor serie CF6 de la General Electric. Cada forjado es de 90 cm (35 pulgadas) de diámetro y 250 kg (550 lb) de peso. (Courtesy Wyman‐Gordon Company). Figura 41. Álabes de titanio para motores a reacción. (Cortesía de RMI Titanium Company). Figura 42. Viga de apoyo del tren de aterrizaje principal fabricada con Ti‐6Al‐4V forjado para el Boeing 747. Cada forjado es de 6.2 m de largo, 97 cm de ancho, 28 cm de espesor y pesa más de 1600 kg. (Cortesía Wyman‐Gordon Company). 133 Figura 43. Popa Ti‐6Al‐4V/Ti‐8Mn "bala cola de bote" de la sección del fuselaje del F‐5. La sección del plano experimenta un calentamiento debido a su proximidad al motor. (Cortesía Northrop‐Grumman Corporation, División de Aviones). Figura 44. Boeing 777 Ti‐10V‐2FE‐3AL viga forjada de camión, montaje soldado alrededor de 10 m de largo. (Cortesía Boeing Commercial Airplane Company). Figura 45. Tubos de titanio en un equipo de transferencia de calor. (Cortesía de RMI Titanium Company) 134 Figura 46. Carcasa de relojes de aleación de titanio fabricado mediante el proceso PIM (moldeado por inyección de polvo). (Courtesy Hitachi Metals Precision/Casio Computer Co.) Figura 48. Cubierta de titanio para prevenir la corrosión en un muelle de observación aluvial. (Cortesía Nippon Steel). Figura 49. Techo de titanio soldado por electrodo, Centro Tecnológico Futtsu, Japón. (Cortesía Nippon Steel). Tabla 59. Titanio (wt. %) en el fuselaje El alto costo de las aleaciones de titanio a menudo limita el empleo. Por ejemplo, la tabla 59 compara la cantidad de titanio previsto para su uso en tres sistemas de la Fuerza Aérea de los EE.UU., expresado como porcentaje en peso del fuselaje, con cifras de un primer diseño para la comparación. Así pues, mucho trabajo se ha centrado en la reducción de costos de los componentes, manteniendo al mismo tiempo niveles aceptables de propiedades mecánicas, incluyendo técnicas de conformado casi terminados y la formulación de aleaciones de un 135 menor coste. Un área de expansión para el titanio se encuentra en los automóviles con alrededor de 16 millones de automóviles y camiones ligeros producidos en los Estados Unidos cada año. Así pues, con sólo 1.8 kg de titanio por vehículo podría aumentar por más del doble del consumo anual de titanio en los Estados Unidos aunque con un efecto dramático sobre la infraestructura de titanio. Se fabricó a mediados de los años 1950 un automóvil todo de titanio (Fig. 50). Sin embargo, el uso generalizado en gran volumen de producción de automóviles (Fig. 51) requerirá que sea un producto rentable. Recientemente, un atractivo comportamiento balístico de las aleaciones de titanio ha permitido su uso en vehículos militares blindados. Una novedad ha sido la utilización de las aleaciones de titanio en los clubes de golf, sobre todo el metal "madera" (Fig. 52). También la obligación de reducir los efectos nocivos (tal como los tipo I, duros, grandes defectos intersticiales (O2 y N2)) y la posibilidad mar cercana de la fusión de palanquillas a la configuración final (por lo tanto, reducir los costos) se ha traducido en un aumento presente y previsto para facilitar la fusión en crisol. A finales de la década de 1990 el mercado del titanio tuvo un descenso menor debido a la disminución de los aviones comerciales, especialmente por parte de la Compañía Boeing. Sin embargo, el mercado se fortaleció nuevamente a finales de 1990 y en combinación con el aumento de las aplicaciones no‐aeroespaciales del titanio dará lugar a una continuación de la tendencia general de crecimiento. El principal factor que restringe mucho más el uso generalizado del titanio y sus aleaciones es el costo. Sin embargo, ahora hemos visto avances significativos del uso de las aleaciones de titanio en la familia del automóvil Toyota Altezza. Si los rumores de un menor costo de extracción por el proceso de "electrolisis invertida" proceso son verdaderos, entonces se va a producir un aumento espectacular en el uso del titanio y sus aleaciones. Figura 50. Automóvil GM Titanium Firebird 2, fabricado todo de titanio en 1956. 136 Figura 51. Primeros componentes sustituidos por titanio para un gran volumen de producción de automóviles. (Cortesía de la Sociedad de Japón de titanio). Figura 52. Palos de golf fabricados de titanio. (Cortesía TaylorMade Golf.) 5.4. ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO Cuando un techo de casi 3 kilogramos de aluminio se colocó en la parte superior del Monumento a Washington tras su ejecución en 1884, el aluminio era tan raro que se consideró un metal precioso. Sin embargo, en menos de 100 años, el aluminio se ha convertido en el metal más utilizado después del hierro. Si bien, todas las aleaciones de aluminio son descubrimientos recientes en comparación con metales como hierro, cobre, plomo y estaño, la industria del aluminio continúa desarrollando nuevas aleaciones y aplicaciones. La penetración de las nuevas tendencias, sin embargo, se ve reforzada por un conocimiento de la historia del aluminio. En la naturaleza, el aluminio se encuentra perfectamente combinado con otros elementos, principalmente oxígeno y silicio, en depósitos de bauxita roja arcillosa cerca de la superficie de la Tierra. Debido a que es tan difícil extraer aluminio puro a partir de su estado natural, no fue hasta 1807 que fue identificado por Sir Humphry Davy de Inglaterra, quien lo llamó aluminio después de alumine, el metal que los romanos creían estaba presente en la arcilla. Davy había producido con éxito, pequeñas y relativamente puras, cantidades de potasio, pero fracasó al intentar aislar el aluminio. En 1825 Hans Oersted de Dinamarca finalmente produjo un pequeño trozo de aluminio mediante el calentamiento de una amalgama de potasio con cloruro de aluminio. Napoleón III de Francia, intrigado con las posibles aplicaciones militares de los metales, promovió la investigación que permitió a Sainte‐Claire Deville mejorar el método de producción en 1854, que utiliza sodio, que es menos costoso, en lugar de potasio. Sin embargo, en estas reacciones químicas, los procesos de recuperación siguen siendo demasiado caros para una amplia gama de aplicaciones prácticas. En 1886, Charles Martin Hall de Oberlin, Ohio y Paul L.T. Héroult en París, trabajando independientemente, descubrieron casi simultáneamente el proceso electrolítico que se utiliza ahora para la producción comercial de aluminio. El proceso Hall‐
Héroult comienza con óxido de aluminio (Al2O3), un material fino de color blanco conocido como alúmina y producido por el refinado químico de la bauxita. La alúmina se disuelve en un líquido salino que se llama criolita, celda de carbón revestido. Se crea una batería por el paso de una corriente eléctrica directa del revestimiento de la celda que actúa como cátodo y un ánodo de carbono suspendido en el centro de la celda, que separa el aluminio y el oxígeno. El 137 fundido de aluminio producido se extrae y se enfría en un sólido. Hall fue a patentar este proceso y encontró ayuda, en las cercanías de Pittsburgh en 1888, lo que se convirtió en la Aluminum Company of America, ahora se llama Alcoa. El éxito de esta empresa fue ayudado por el descubrimiento de Karl Joseph Bayer de Alemania, por esta misma época, de un proceso práctico que lleva su nombre para el refinado de bauxita en alúmina. 5.4.1. Características del Aluminio Aunque el aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre, cuesta más que algunos metales menos abundantes debido a la energía necesaria para extraer el metal a partir de minerales. Su uso generalizado se debe a las cualidades de aluminio, que incluyen: Alta relación Resistencia‐Peso. El aluminio es el metal más ligero, más que otros como el magnesio, con una densidad alrededor de un tercio de la del acero. Sin embargo, la resistencia de las aleaciones de aluminio, rivales del acero al carbono templado, pueden alcanzar los 700 MPa. Esta combinación de alta resistencia y peso ligero del aluminio lo hace especialmente adecuado para los vehículos de transporte tales como barcos, coches de ferrocarril, aeronaves, cohetes, camiones y, cada vez más, los automóviles, así como las estructuras portátiles, tales como escaleras, andamios y pasarelas. Fácil Fabricación. El aluminio es uno de los metales más fácil se puede conformar y fabricar, incluyendo operaciones tales como extrusión, doblado, laminación, embutición, estirado, forjado, fundición, hilado y mecanizado. De hecho, todos los métodos utilizados para conformar otros metales se pueden usar para conformar aluminio. El aluminio es el metal más apropiado para la extrusión, este proceso (por el cual el metal sólido es empujado a través de una abertura, esboza la forma de la parte resultante) es especialmente útil, ya que pueden producir piezas con secciones transversales complejas en una sola operación. Los ejemplos incluyen productos de ventanaje en aluminio como los marcos de las ventanas, umbrales de puertas, miembros de enmarcado y entre‐ventanas utilizados en la elaboración de los muros de revestimiento y para la fachada exterior de muchos edificios. Resistencia a la corrosión. El aluminio reacciona con el oxígeno muy rápidamente, pero la formación de la película de óxido dura impide la posterior oxidación del metal. Esta delgada, dura e incolora película de óxido se une fuertemente a la superficie del aluminio y se reforma rápidamente cuando hay daño. Alta conductividad eléctrica. El aluminio conduce el doble de la electricidad con el mismo peso comparado con el cobre, por lo que es ideal para su uso en cables de transmisión eléctrica. Alta conductividad térmica. El aluminio conduce el calor tres veces mas que el hierro, en beneficio de aplicaciones de calefacción y refrigeración, incluidos los radiadores de automóviles, bobinas de evaporador del refrigerador, intercambiadores de calor, utensilios de cocina y componentes del motor. Alta resistencia a temperaturas criogénicas. El aluminio no es propenso a la rotura frágil a bajas temperaturas y tiene una mayor resistencia y tenacidad a bajas temperaturas, por lo que es útil para los recipientes criogénicos. Reflectividad. El aluminio es un excelente reflector de energía radiante, por lo que se utiliza para la calefacción, los reflectores de las lámparas y en aislamiento. No Tóxico. Como el aluminio es no tóxico, que se utiliza ampliamente en la industria del embalaje para alimentos y bebidas, así como las tuberías y los depósitos utilizados en el procesamiento de alimentos y utensilios de cocina. 138 Reciclabilidad. El aluminio es fácilmente reciclable; alrededor del 30% de la producción e aluminio de los EE.UU. es a partir de material reciclado. El aluminio fabricado a partir de material reciclado requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir aluminio a partir de bauxita. Una buena combinación de propiedades de este metal desempeña un papel importante en su selección para una aplicación determinada. Un ejemplo de ello son las canaletas de lluvia y de desagüe, hechas de aluminio porque se pueden laminar de una manera fácil y rápida con equipos portátiles en el lugar de la obra y es resistente a la corrosión. Otro ejemplo son las latas de bebidas, que se benefician del peso ligero del aluminio para su transporte y su reciclabilidad. 5.4.2. Sistema de Designación de Aleaciones y Revenidos Los metales en su estado puro se utilizan muy poco, con la adición de uno o más elementos a un metal se obtienen aleaciones que tiene a menudo propiedades muy diferentes, comparadas con el material sin alear. Si bien la adición de elementos de aleación a veces degrada ciertas características del metal puro (tales como la resistencia a la corrosión o la conductividad eléctrica), esto es aceptable para ciertas aplicaciones porque otras propiedades (tales como la resistencia) se pueden mejorar ostensiblemente. Para alear el aluminio se utilizan cerca de 15 elementos y aunque generalmente comprenden menos del 10% de la aleación en peso, que pueden afectar dramáticamente las propiedades del material. Las aleaciones de aluminio se dividen en dos categorías: las aleaciones forjadas, que hay que trabajarlas para darle forma y las aleaciones de fundición, las cuales desde el estado líquido se vierten en un molde que determina su forma. La Asociación de aluminio mantiene un sistema de designación, para cada categoría, ampliamente reconocido; que se describe en la norma ANSI H35.1, las denominaciones para las aleaciones de aluminio y tratamientos, se analizan a continuación. 5.4.2.1. Aleaciones de Aluminio Forjadas En el sistema de designación de la Asociación de Aluminio (Aluminum Association) para las aleaciones de aluminio, se asigna un número de cuatro dígitos a cada aleación registrada en la asociación. El primer número de la aleación designa el elemento de aleación principal, el cual produce un grupo de aleaciones con propiedades similares. Los dos últimos dígitos son asignados secuencialmente por la asociación. El segundo dígito indica una modificación de una aleación. Tabla 60. Sistema de Designación y Características de las Aleaciones de Aluminio Forjadas Número de Serie 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx Elemento de Aleación Primario Ninguno Cobre Manganeso Silicio Magnesio Magnesio y Silicio Zinc Resistencia a la Corrosión Relativa Excelente
Normal
Buena
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Buena
Buena
Normal
Resistencia Relativa Normal
Excelente
Normal
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Buena
Buena
Excelente
Tratamiento Térmico No Tratable Térmicamente Tratable Térmicamente No Tratable Térmicamente No Tratable Térmicamente No Tratable Térmicamente Tratable Térmicamente Tratable Térmicamente Por ejemplo, la aleación 6463 es una modificación de la aleación 6063 con un poco más de límites restrictivos sobre determinados elementos de aleación tales como el hierro, manganeso, cromo y para obtener mejores características de acabado. Los principales elementos de aleación y las propiedades de las aleaciones resultantes se enumeran a continuación y se resumen en la Tabla 60: 139 1xxx. Esta serie es para el aluminio comercialmente puro, definido en la industria como al menos el 99% de aluminio. Los números asignados dentro de la serie 1xxx son para las variaciones en la pureza y elementos que comprenden las impurezas, los principales son el hierro y silicio. Los principales usos de las aleaciones de esta serie son: conductores eléctricos y almacenamiento o procesamiento de químicos, porque las propiedades mas atractivas de las aleaciones de esta serie son la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión. Los dos últimos dígitos del número de aleación denotan los dos dígitos a la derecha del punto decimal del porcentaje del material (aluminio). Por ejemplo, 1060 significa una aleación que es 99,60% de aluminio. La resistencia del aluminio puro es relativamente baja. 2xxx. El principal elemento de aleación para este grupo es el cobre, que produce una alta resistencia, pero reduce la resistencia a la corrosión. Estas aleaciones se encuentran entre las primeras aleaciones de aluminio que se desarrollaron y originalmente se llamaban duraluminio. La aleación 2024 es quizás la más conocida y más utilizada en los aviones. Las aleaciones originales aluminio‐cobre no son muy soldables, pero los diseñadores han superado este obstáculo con el desarrollo de otras aleaciones en esta serie. 3xxx. El manganeso es el principal elemento de aleación para la serie 3xxx, aumenta la resistencia del aluminio sin alear alrededor de un 20%. Tienen buena resistencia a la corrosión y buena trabajabilidad, consiste principalmente de las aleaciones 3003, 3004 y 3105. Las aleaciones de la serie 3xxx se adaptan bien a productos arquitectónicos como los canalones de aguas lluvia, cubiertas y revestimientos. 4xxx. Se adiciona silicio a las aleaciones de la serie 4xxx para reducir el punto de fusión para aplicaciones de soldadura por fusión y soldadura fuerte. El silicio también ofrece buenas características de flujo, que en el caso de las piezas forjadas proporcionar un llenado más completo de formas complejas. La aleación 4043 se utiliza comúnmente para el alambre de relleno en soldadura. 5xxx. Las aleaciones de la serie 5xxx contienen magnesio, consiguiéndose una alta resistencia y resistencia a la corrosión. Las aleaciones de este grupo se utilizan en los cascos de buques y otras aplicaciones marinas, alambre de soldadura y recipientes de almacenamiento soldados. La resistencia de las aleaciones de esta serie es directamente proporcional al contenido de magnesio, en rangos de hasta aproximadamente el 6%. 6xxx. Las aleaciones de este grupo contienen magnesio y silicio en proporciones que forman siliciuro de magnesio (Mg2Si). Estas aleaciones tienen un buen equilibrio de resistencia a la corrosión y resistencia mecánica. La aleación 6061 es de las más populares de todas las aleaciones de aluminio y tiene un límite elástico comparable al acero al carbono templado. La aleaciones de la serie 6xxx son muy fáciles de extruir, por lo que la mayoría de los productos extruídos se utilizan ampliamente en la construcción, la edificación y otras aplicaciones estructurales. 7xxx. El principal elemento de aleación de esta serie es el zinc. La serie 7xxx incluye dos tipos de aleaciones: las aleaciones aluminio‐zinc‐magnesio (como la 7005) y las aleaciones aluminio‐
zinc‐magnesio‐cobre (como la 7075 y 7178). Las aleaciones de esta serie incluyen algunas de las aleaciones de aluminio más fuertes (como la 7178), que tiene una resistencia última a la tracción mínima de 580 MPa, y se utilizan en los marcos de aviones y componentes estructurales. Sin embargo, la resistencia a la corrosión de las aleaciones serie 7xxx aleadas con cobre es menor que la de las series 1xxx, 3xxx, 5xxx o 6xxx. Las aleaciones 7xxx sin cobre son resistentes a la corrosión, y algunas (como la 7008 y 7072) se utilizan como revestimiento para protección catódica de las aleaciones de aluminio menos resistentes a la corrosión. 140 8xxx. La serie 8xxx está reservada para elementos de aleación que no sea utilicen para la serie 2xxx a través de 7xxx. El hierro y el níquel se utilizan para aumentar la resistencia sin una pérdida significativa en la conductividad eléctrica, como en las aleaciones conductoras 8017. 9xxx. Esta serie no está actualmente en uso. Las aleaciones experimentales son designadas de conformidad con el citado sistema, pero con el prefijo X hasta que ya no son experimentales. Los productores también ofrecen aleaciones patentadas a las que asignan sus propios números de designación o nombres de marca. La composición química límite en porcentaje en peso para las aleaciones forjadas comunes se muestra en la Tabla 61. Otros países pueden registrar variaciones nacionales de estas aleaciones en virtud de este sistema. Estas variaciones les asignan una letra mayúscula después de la designación numérica (por ejemplo, 6005A, una variación en 6005 utilizada en Europa). Las variaciones en límites de composición química nacionales son similares a los límites de la Asociación del Aluminio, pero varían ligeramente. Algunas organizaciones de normas de otros países tienen sus propios sistemas de designación que difieren del sistema de la Asociación de Aluminio. Las series 2xxx y 7xxx a veces se denominan como aleaciones de aviones, pero se utilizan también en otras aplicaciones, incluidos los retenedores utilizados en los edificios. Las aleaciones de las series 1xxx, 3xxx y 6xxx a veces se denominan "suaves", mientras que las aleaciones de las series 2xxx, 5xxx y 7xxx son llamadas "duras". Esta descripción se refiere a la facilidad de extrusión de las aleaciones, las aleaciones duras son más difíciles de extruir, lo que requiere mayor capacidad de las prensas y, por tanto, más caras. Tabla 61. Composición Química Nominal de las Aleaciones de Aluminio Forjado1,2. Composición Química, % Designación AA Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti 1050 1060 1100 11458 11757 1200 12307 1235 1345 13506 2011 2014 2017 0.25 0.25 0.95Si+Fe 0.55Si+Fe 0.15Si+Fe 1.00Si+Fe 0.70Si+Fe 0.65Si+Fe 0.30 0.10 0.40 0.50‐1.2 0.20‐0.8 0.40 0.35 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.40 0.40 0.7 0.7 0.7 0.05 0.05 .05‐0.2 0.05 0.10 0.05 0.10 0.05 0.10 0.05 5.0‐6.0 3.9‐5.0 3.5‐4.5 0.05 0.03 0.05 0.05 0.02 0.05 0.05 0.05 0.05 0.01 ‐‐‐‐‐‐ 0.4‐1.2 0.4‐1.0 0.05 0.03 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.02 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.05 0.05 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.2‐0.8 0.4‐0.8 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.10 0.05 0.05 0.10 0.05 0.04 0.10 0.10 0.10 0.05 0.05 0.30 0.25 0.25 0.03 0.03 ‐‐‐‐‐‐ 0.03 0.02 0.05 0.03 0.06 0.03 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.15 0.15 2018 0.9 1.0 3.5‐4.5 0.20 0.45‐.9 0.10 0.25 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto 2024 2025 2036 2117 2124 0.50 0.50‐1.2 0.50 0.8 0.20 0.50 1.0 0.50 0.7 0.30 3.8‐4.9 3.9‐5.0 2.2‐3.0 2.2‐3.0 3.8‐4.9 0.3‐0.9 0.4‐1.2 0.1‐0.4 0.2 0.3‐0.9 1.2‐1.8 0.05 0.3‐0.6 0.2‐0.5 1.2‐1.8 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.15 0.15 0.15 ‐‐‐‐‐‐ 0.15 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 Resto Resto Resto Resto Resto 2218 0.9 1.0 3.5‐4.5 0.20 1.2‐1.8 0.10 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 1.7‐
2.3 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 1.7‐
2.3 0.25 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto 0.0518 0.15 Resto 0.0518 0.15 Resto 0.05 0.15 Resto 0.10 0.25 0.25 0.40 .02‐
0.1 0.1‐
0.2 .04‐
0.1 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.10 0.05 0.05 0.05 0.05 0.15 0.15 0.15 0.15 Resto Resto Resto Resto 0.25 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto 0.10 0.10 0.20 0.20 0.0516 0.05 0.15 0.15 Resto Resto 2219 0.20 0.30 5.8‐6.8 0.2‐0.4 0.02 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 2319 0.20 0.30 5.8‐6.8 0.2‐0.4 0.02 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 2618 0.10‐0.25 3003 3004 3005 3105 0.6 0.30 0.6 0.6 4032 11.0‐13.5 4043 404511 4.5‐6.0 9.0‐11.0 0.9‐
1.3 0.7 0.7 0.7 0.7 1.9‐2.7 ‐‐‐‐‐‐ 1.3‐1.0 ‐‐‐‐‐‐ .05‐0.2 0.25 0.30 0.30 1.0‐1.5 1.0‐1.5 1.0‐1.5 0.3‐0.8 ‐‐‐‐‐‐ 0.8‐1.3 0.2‐0.6 0.2‐0.8 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.20 1.0 0.5‐1.3 ‐‐‐‐‐‐ 0.8‐1.3 0.10 0.8 0.8 0.30 0.30 0.05 0.05 0.05 0.05 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.9‐
1.2 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.5‐
1.3 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 Otros22 c/u
Total3 0.039 ‐‐‐‐‐‐ 0.039 ‐‐‐‐‐‐ 16 0.05
0.15 0.039 ‐‐‐‐‐‐ 0.0219 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 0.039 ‐‐‐‐‐‐ 0.039 ‐‐‐‐‐‐ 0.039 ‐‐‐‐‐‐ 13
0.03 0.10 0.0510 0.15 0.05 0.15 0.05 0.15 20 Aluminio mín.4 99.50 99.60 99.00 99.45 99.75 99.00 99.30 99.35 99.45 99.50 Resto Resto Resto 141 404711 414511 434311 4643 5005 5050 11.0‐13.0 9.3‐10.7 6.8‐8.2 3.6‐4.6 0.30 0.40 0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7 0.30 3.3‐4.7 0.25 0.10 0.20 0.20 0.15 0.15 0.10 0.05 0.20 0.10 0.10 0.15 ‐‐‐‐‐‐ 0.1‐0.3 0.5‐1.1 1.1‐1.8 5052 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2‐2.8 5056 0.30 0.40 0.10 .05‐0.2 4.5‐4.6 5083 0.40 0.40 0.10 0.4‐1.0 4.0‐4.9 5086 0.40 0.50 0.10 0.2‐0.7 3.5‐4.5 5154 0.25 0.40 0.10 0.10 3.1‐3.9 5183 0.40 0.40 0.10 0.5‐1.0 4.3‐5.2 5252 0.08 0.10 0.10 0.10 2.2‐2.8 5254 0.45Si+Fe ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.01 3.1‐3.9 5356 0.25 0.40 0.10 .05‐0.2 4.5‐5.5 5454 0.25 0.40 0.10 0.5‐1.0 2.4‐3.0 5456 0.25 0.40 0.10 0.5‐1.0 4.7‐5.5 5457 5554 5556 0.08 0.25 0.25 0.10 0.40 0.40 0.20 0.10 0.10 .15‐.45 0.5‐1.0 0.5‐1.0 0.8‐1.2 2.4‐3.0 4.7‐5.5 5652 0.40Si+Fe ‐‐‐‐‐‐ 0.04 0.01 2.2‐2.8 5654 0.45Si+Fe ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.01 3.1‐3.9 5657 60037 6005 0.08 0.35‐1.0 0.6‐0.9 0.10 0.6 0.35 0.10 0.10 0.10 0.03 0.80 0.10 0.6‐1.0 0.8‐1.5 0.4‐0.6 6053 (15)
0.35 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 1.1‐1.4 6061 0.40‐0.8 0.7 .15‐0.4 0.15 0.8‐1.2 6063 6066 6070 610112 6105 0.20‐0.6 0.9‐1.8 1.0‐1.7 0.30‐0.7 0.6‐1.0 0.35 0.50 0.50 0.50 0.35 0.10 0.7‐1.2 .15‐0.4 0.10 0.10 0.10 0.6‐1.1 0.4‐1.0 0.03 0.15 .45‐0.9 0.8‐1.4 0.5‐1.2 .35‐0.8 .45‐0.8 6151 0.6‐1.2 1.0 0.35 0.20 .45‐0.8 6162 6201 0.4‐0.8 0.5‐0.9 0.50 0.50 0.20 0.10 0.10 0.03 0.7‐1.1 0.6‐0.9 62537 (15)
0.50 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 1.0‐1.5 6262 0.4‐0.8 0.70 .15‐0.4 0.15 0.8‐1.2 6351 6463 6951 0.7‐1.3 0.2‐0.6 0.2‐0.5 0.50 0.15 0.80 0.10 0.20 .15‐0.4 0.4‐0.8 0.05 0.10 0.4‐0.8 .45‐0.9 0.4‐0.8 7005 0.35 0.40 0.10 0.2‐0.7 1.0‐1.8 7
7008 0.10 0.10 0.05 0.05 0.7‐1.4 7049 0.25 0.35 1.2‐1.9 0.20 2.0‐2.9 ‐‐‐‐‐‐ 0.15 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.10 .15‐
.35 .05‐
.20 .05‐
.25 .05‐
.25 .15‐
.35 .05‐
.25 ‐‐‐‐‐‐ .15‐
.35 .05‐
.20 .05‐
.20 .05‐
.20 ‐‐‐‐‐‐ .05‐.2 .05‐.2 .15‐
.35 .15‐
.35 ‐‐‐‐‐‐ 0.35 0.10 0.15‐
0.35 0.04‐
0.35 0.10 0.40 0.10 0.03 0.10 0.15‐
0.35 0.10 0.03 0.04‐
0.35 0.04‐
0.14 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.06‐
0.20 0.12‐
0.25 0.10‐
0.22 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.20 0.20 0.20 0.10 0.25 0.25 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.15 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.0516 0.0516 0.05 0.0516 0.05 0.05 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 Resto Resto Resto Resto Resto Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.25 0.15 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.25 0.15 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.20 0.20 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.25 0.15 0.0516 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.05 ‐‐‐‐‐‐ 0.039 0.10 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.20 0.05 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.10 .06‐
0.2 0.0516 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.25 0.20 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.25 0.20 0.05 0.15 Resto 9
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.25 0.25 ‐‐‐‐‐‐ .05‐.2 .05‐.2 0.03 0.0516 0.0516 0.10 0.15 0.15 Resto Resto Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto 16
‐‐‐‐‐‐ 0.20 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.20 0.10 .05‐
.15 ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto 0.05 0.05 0.05 0.0317 0.05 0.15 0.15 0.15 0.10 0.15 Resto Resto Resto Resto Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.25 0.15 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.25 0.10 1.6‐
2.4 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.0317 0.15 0.10 Resto Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.15 0.15 0.055 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.20 0.05 0.20 4.5‐
5.0 4.5‐
5.5 7.2‐
8.2 5.7‐
6.7 0.8‐
1.3 5.1‐
6.1 5.1‐
6.1 6.3‐
7.3 5.2‐
6.2 0.20 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.01‐
0.06 0.05 0.05 0.05 0.15 0.15 0.15 Resto Resto Resto 0.0514 0.15 Resto 0.05 0.05 0.10 Resto 0.10 0.05 0.15 Resto 0.15 Resto 0.05 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.04 ‐‐‐‐‐‐ 70727 0.7Si+Fe ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.10 0.10 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 7075 0.40 0.50 1.2‐2.0 0.30 2.1‐2.9 7175 0.15 0.20 1.2‐2.0 0.10 2.1‐2.9 7178 0.40 0.50 1.6‐2.4 0.30 2.4‐3.1 7475 0.10 0.12 1.2‐1.9 0.06 1.9‐2.6 8030 0.10 0.15‐
‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ Resto 0.15 1.9‐2.6 0.1‐0.2 0.15 0.10 0.20 0.15 ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.10 0.10 0.05 0.25 2.0‐2.6 8017 Resto Resto Resto 0.10 0.25 0.25 0.10 0.10 0.15 0.01‐
0.05 0.05 Resto 0.05 0.15 0.15 ‐‐‐‐‐‐ 0.12 0.55‐
0.8 0.3‐
0.15 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 7050 0.18‐
0.28 0.18‐
0.28 0.18‐
0.28 0.18‐
0.25 0.05 0.0219 0.05 0.05 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.06 21 0.05
‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.15 Resto 0.20 0.05 0.15 Resto 0.10 0.05 0.15 Resto 0.20 0.05 0.15 Resto 0.06 0.05 0.15 Resto ‐‐‐‐‐‐ 0.0323 0.10 Resto ‐‐‐‐‐‐ 24
0.10 Resto 0.03 142 0.8 0.4‐
1.0 0.25‐
8177 0.10 0.45 Fuente: Aluminum Association. 8176 0.03‐
0.015 0.30 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 ‐‐‐‐‐‐ 0.0525 0.15 Resto 0.04 ‐‐‐‐‐‐ 0.04‐
0.12 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.05 ‐‐‐‐‐‐ 0.0326 0.10 Resto Nota: La publicación en este documento son las denominaciones y la composición química límite para algunos aluminios forjados sin alear y para aleaciones de aluminio forjado aleados registrados en la Asociación del Aluminio (The Aluminum Association). Esta lista no incluye todas las aleaciones registradas en la Asociación del Aluminio. Una lista completa de las denominaciones figura en el "Registration Record of International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys”. Estas listas es mantenida por el Comité Técnico de Normalización de Productos de la Asociación del Aluminio. 1.
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Composición en porcentaje en peso máximo a menos que se muestre como un rango o un mínimo, Excepto para el "Aluminio" y "Otros", el análisis se hace normalmente para los elementos para los cuales se muestran los límites específicos. Para efectos de determinar la conformidad con estos límites, se observa un valor o se calcula un valor a partir del análisis obtenido y se redondea a la unidad más cercana en el último lugar a mano derecha de las cifras empleadas para expresar el límite especificado, de conformidad con la práctica recomendada ASTM E 29 . La suma de los "Otros" elementos metálicos de 0.010% o más cada uno, expresa el segundo decimal antes de determinar la suma. El contenido de aluminio para el aluminio sin alear no se hace por procesos de refinado, es la diferencia entre 100.00% y la suma de todos los demás elementos metálicos presentes en cantidades de 0.010% o más cada uno, expresado al segundo decimal antes de determinar la suma. También contiene cada uno de 0.40‐0.7% de plomo y bismuto. Conductor eléctrico. Anteriormente designado EC. Aleación revestida. Hoja delgada de metal. 0.05% de vanadio como máximo. También contiene 0.20‐0.6% de plomo y bismuto. Aleación para broncesoldar. Conductor de bus. Vanadio, más el 0.02% de titanio máximo; boro 0.05% máximo; galio 0.03% como máximo. Zirconio 0.08‐0.20. 45‐65% de silicio del contenido actual de magnesio. Berilio máximo de 0.0008 únicamente para la soldadura de electrodos y soldadura con varilla. Boro 0.06% como máximo. Vanadio 0.05‐0.15; zirconio 0.10‐0.25. Galio máximo de 0.03%, 0.05% de vanadio como máximo. Además de las aleaciones de referencia al pie de nota 16, se aplica un 0.0008% en peso máximo de berilio a cualquier aleación que se va utilizar como electrodo de soldadura o de soldadura varilla. Zirconio 0.08‐0.15. "Otros" incluye los elementos enumerados para los que no se específica un límite como se muestra en los elementos metálicos no listados. El productor puede analizar las muestras para trazas de elementos no especificados en el registro o pliego de condiciones. Sin embargo, ese análisis no es necesario y no pueden cubrir todas las formas metálicas "Otros" elementos. En caso de que el productor o comprador realice algún análisis que establezca que los "Otros" elementos superan el límite del "Total", el material se considerará disconforme. Boro 0.04% máximo; litio 0.003% máximo. 0.001‐0.04 de Boro. Galio 0.03% como máximo. Boro 0.04% como máximo. Algunas aleaciones están dotadas de un fino recubrimiento de aluminio puro o aleación de aluminio resistente a la corrosión (como la 7072), el producto resultante se llama alclad. Este revestimiento es unido metalúrgicamente a uno o ambos lados de las láminas, placas, tubos de 3003 o alambres de 5056 y puede ser 1.5‐10% del total del espesor. La aleación del revestimiento se elige porque es anódica a la aleación del núcleo y así lo protege de la corrosión. La corrosión que se produce ocurre en la interfaz revestimiento‐núcleo y, a continuación, se extiende lateralmente, haciendo el revestimiento muy eficaz en la protección de materiales delgados. Debido a que el revestimiento en general tiene una menor resistencia que el metal base, las aleaciones alclad tienen una resistencia ligeramente inferior que las aleaciones sin revestimiento para un mismo espesor. 5.4.2.2. Aleaciones de Aluminio Fundidas Las aleaciones fundidas contienen una mayor proporción de elementos de aleación que las aleaciones forjadas. Esto resulta en una estructura heterogénea que en general es menos dúctil que la estructura más homogénea de las aleaciones forjadas. Las aleaciones fundidas también contienen más silicio que las aleaciones forjadas para proporcionar fluidez necesaria para los procesos de fundición. Mientras que el sistema de designación de las aleaciones fundidas de la Asociación del Aluminio utiliza cuatro dígitos como el sistema de las aleaciones forjadas, la mayoría de las similitudes terminan ahí. El sistema de designación de las aleaciones fundidas tiene tres dígitos, seguido de un punto decimal, seguido por otro dígito. El primer 143 dígito indica el elemento principal de aleación. Los siguientes dos dígitos designan la aleación, o en el caso de las aleaciones fundidas comercialmente puras, el nivel de pureza. El último dígito indica la forma de producto, 1 o 2 para lingotes (dependiendo de los niveles de impureza) y 0 para las piezas moldeadas. Una modificación de la aleación original se designa por un prefijo, una letra (A, B, C, etc.), al número de aleación. Los principales elementos de aleación son los siguientes: 1xx.x. Estos son las aleaciones fundidas de aluminio comercialmente puras; un ejemplo de su uso está en el rotor de los motores. 2xx.x. El uso del cobre como el principal elemento de aleación produce aleaciones fundidas más fuertes. Las aleaciones de este grupo se utilizan para máquinas herramientas, aeronaves, y las piezas del motor. La aleación 203.0 tiene la mayor resistencia a elevadas temperaturas y es apta para el servicio a 200 °C. 3xx.x. El silicio, con cobre y/o magnesio, se utilizan en esta serie. Estas aleaciones tienen una excelente fluidez y resistencia y son las más utilizadas de las aleaciones de aluminio fundidas. La aleación 356.0 y sus modificaciones son muy populares y se utilizan en diferentes aplicaciones. Las aleaciones con alto contenido de silicio tienen buena resistencia al desgaste y se utilizan en la automoción para los bloques del motor y los pistones. 4xx.x. El uso del silicio en esta serie ofrece una excelente fluidez en aleaciones fundidas como lo hace para las aleaciones forjadas y se adaptan bien a piezas de fundición con detalles, como marcos de máquina de escribir y tienen buena resistencia a la corrosión general. La aleación A444.0 tiene una resistencia moderada y buena ductilidad. 5xx.x. Las aleaciones fundidas con magnesio tienen buena resistencia a la corrosión, especialmente en medio marino (por ejemplo, la 514.0), buena maquinabilidad y pueden tener acabados atractivos, sin embargo, son mas difíciles de fundir que las series 200, 300 y 400. 6xx.x. Esta serie no se utiliza. 7xx.x. Aleado principalmente con zinc, esta serie es difícil de fundir y se utiliza cuando son importantes sus características de acabado o maquinabilidad. Estas aleaciones tienen una mejor o moderada resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión general, pero no son adecuadas para temperaturas elevadas. 8xx.x. Esta serie es aleada con alrededor de 6% de estaño y se utiliza principalmente para rodamientos, siendo superior a la mayoría de otros materiales para este fin. Estas aleaciones se utilizan para el tren de laminación de grandes rodamientos, bielas y cojinetes del cárter de los motores diesel. 9xx.x. Esta serie está reservado para las aleaciones fundidas con otros elementos distintos de los utilizados en las otras series. La composición química de aleaciones fundidas comunes se muestra en la Tabla 62. Tabla 62. Composición química de las Aleaciones de Aluminio de uso común fundidas en arena y en molde permanentea, b. Composición Química, % Aleación 201.0 204.0 Productoc S S, P Si Fe Cu Mn Mg 0.10 0.15 4.0‐5.2 0.20‐
0.50 0.15‐
0.55 0.15‐
0.35 0.20 0.35 4.2‐5.0 0.10 Cr Ni Zn ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.10 Ti 0.15‐
0.35 0.15‐
0.30 c/u Otros Totalj 0.05h i
0.05 0.10 0.15 144 208.0 S, P 2.5‐3.5 1.2 222.0 S, P 2.0 1.5 242.0 295.0 296.0 308.0 319.0 S, P S P P S, P 0.7 0.7‐1.5 2.0‐3.0 5.0‐6.0 5.5‐6.5 1.0 1.0 1.2 1.0 1.0 3.5‐4.5 9.2‐
10.7 3.5‐4.5 4.0‐5.0 4.0‐5.0 4.0‐5.0 3.0‐4.0 328.0 S 7.5‐8.5 1.0 1.0‐2.0 1.2 2.0‐4.0 0.50 1.0 3.0‐4.0 0.50 1.2 0.50‐
1.5 0.35 0.20 1.6‐2.0 0.10 d 332.0 P 333.0 P 336.0 P 354.0 S, P 8.5‐
10.5 8.0‐
10.0 11.0‐
13.0 8.6‐9.4 d
0.50 0.50 0.35 0.35 0.35 0.50 0.50 0.20‐
0.6 355.0 S, P 4.5‐5.5 0.6 1.0‐1.5 0.50
C355.0 S, P 4.5‐5.5 0.20 1.0‐1.5 0.10 356.0 S, P 6.5‐7.5 0.6d 0.25 0.35d A356.0 S, P 6.5‐7.5 0.20 0.20 0.10 357.0 S, P 6.5‐7.5 0.15 0.05 0.03 0.10 0.15‐
0.35 1.2‐1.8 0.03 0.05 0.10 0.10 0.20‐
0.6 0.50‐
1.5 0.05‐
0.50 0.7‐1.3 0.40‐
0.6 0.40‐
0.6 0.40‐
0.6 0.20‐
0.45 0.25‐
0.45 0.45‐
0.6 ‐‐‐‐‐‐ 0.35 1.0 0.25 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.50 ‐‐‐‐‐‐ 0.50 0.8 0.25 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.35 0.25 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 1.7‐2.3 ‐‐‐‐‐‐ 0.35 ‐‐‐‐‐‐ 0.35 0.35 0.35 0.50 1.0 1.0 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 0.15 0.15 0.35 0.50 0.50 0.35 0.25 1.5 0.25 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.50 ‐‐‐‐‐‐ 0.50 1.0 0.25 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.50 ‐‐‐‐‐‐ 0.50 1.0 0.25 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.50 ‐‐‐‐‐‐ 2.0‐3.0 0.35 0.25 0.05 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.20 0.05 0.15 0.25 ‐‐‐‐‐‐ 0.35 0.25 0.05 0.15 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.20 0.05 0.15 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.35 0.25 0.05 0.15 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.20 0.05 0.15 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.20 0.05 0.15 A357.0 S, P 6.5‐7.5 0.20 0.20 0.10 0.4‐0.7 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 359.0 443.0 B443.0 A444.0 512.0 513.0 514.0 S, P S, P S, P P S P S 8.5‐9.5 4.5‐6.0 4.5‐6.0 6.5‐7.5 1.4‐2.2 0.30 0.35 0.20 0.8 0.8 0.20 0.6 0.40 0.50 0.20 0.6 0.15 0.10 0.35 0.10 0.15 0.10 0.50 0.35 0.10 0.8 0.30 0.35 ‐‐‐‐‐‐ 0.25 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.25 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.50 0.35 0.10 0.35 1.4‐2.2 0.15 520.0 S 0.25 0.30 0.25 0.15 0.5‐0.7 0.05 0.05 0.05 3.5‐4.5 3.5‐4.5 3.5‐4.5 9.5‐
10.6 0.04‐
0.20 0.20 0.25 0.25 0.20 0.25 0.20 0.25 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.15 0.25 0.05 0.15 535.0 S, P 0.15 0.15 0.05 6.2‐7.5 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐
0.25 0.05f 0.15 ‐‐‐‐‐‐‐ 2.7‐3.3 0.25 0.05 0.15 ‐‐‐‐‐‐‐ 4.0‐4.5 0.25 0.05 0.15 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 6.0‐7.0 0.25 0.05 0.15 ‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐ 6.0‐7.0 0.20 0.05 0.15 0.40‐
0.6 ‐‐‐‐‐‐‐ 5.0‐6.5 0.15‐
0.25 0.05 0.20 0.35 0.15 7.0‐8.0 0.25 0.05 0.25 0.05 0.15 705.0 S, P 0.20 0.8 0.20 707.0 S, P 0.20 0.8 0.20 710.0 S 0.15 0.50 0.35‐
0.65 0.35‐
0.65 0.10‐
0.25 0.40‐
0.6 0.40‐
0.6 0.05 711.0 P 0.30 0.7‐1.4 712.0 S 0.30 0.50 0.25 0.10 1.1 0.40‐
1.0 0.6 713.0 S, P 0.25 0.05 1.4‐1.8 1.8‐2.4 0.6‐0.8 0.25‐
0.45 0.50‐
0.65 0.20‐
0.50 0.20‐
0.40 0.20‐
0.40 850.0 S, P 0.7 0.7 0.7‐1.3 0.10 0.10 0.06‐
0.20 ‐‐‐‐‐‐‐ 851.0 S, P 2.0‐3.0 0.7 0.7‐1.3 0.10 0.10 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.7 1.7‐2.3 0.10 0.6‐0.9 ‐‐‐‐‐‐‐ 771.0 S 0.15 852.0 S, P 0.40 Fuente: Aluminum Association. a.
b.
0.15 0.10 0.10 0.8‐1.0 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.7‐1.3 0.30‐
0.7 0.9‐1.5 e
0.05 0.15 0.05 ‐‐‐‐‐‐ 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.15 0.35 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.10‐
0.20 0.20 ‐‐‐‐‐‐‐
g 0.30 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.20 ‐‐‐‐‐‐‐g 0.30 ‐‐‐‐‐‐‐ 0.20 ‐‐‐‐‐‐‐g 0.30 6.5‐7.5 Las aleaciones enumeradas se incluyen en las Especificaciones Federal QQ‐A‐596d, ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS EN MOLDE PERMANENTE Y SEMIPERMANENTE, QQ‐A‐601E, ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS EN ARENA y la especificación militar MIL‐A‐21180c, ALEACIONES DE ALUMINIO FUNDIDAS, ALTA RESISTENCIA. Las otras aleaciones se encuentran registradas y disponibles en la Asociación del Aluminio. La información sobre estas deberán solicitarse a las fundiciones individuales o a los proveedores de lingotes. Excepto para el caso de "Aluminio" y "Otros", el análisis se hace normalmente para los elementos que tienen los límites específicos que se muestran. Para efectos de determinar la conformidad con estos límites, se obtiene un valor observado o un valor calculado a partir de un análisis y se redondea a la unidad más cercana en el último lugar a mano derecha de las cifras empleadas para expresar el límite especificado, de conformidad con el texto siguiente: Cuando la cifra siguiente más allá de la última cifra o en el lugar que deben conservarse, es inferior a 5, la cifra ponderada en el último lugar debe mantenerse sin cambios. Cuando la cifra siguiente más allá de la última cifra o en el lugar que debe conservarse, es mayor que 5, la cifra ponderada en el último lugar se debe aumentar en 1. Cuando la cifra siguiente más allá de la última cifra o en el lugar que debe conservarse es de 5 (1) no existen cifras o sólo ceros, más allá de este 5, si la cifra en el último lugar que deben conservarse, es extraño, debería aumentar en 1; incluso, debería mantenerse sin cambios; 145 (2)
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
Si el próximo 5 más allá de la cifra en el último lugar que debe conservarse, le sigue cualquier cifra distinta de cero, la cifra que debe ponderarse en el último lugar se incrementará en 1; si es par o impar. S = fundición en arena P = fundición en molde permanente Si la cantidad de hierro es superior a 0.45%, el contenido de manganeso no deberá ser inferior a la mitad del contenido de hierro. También contiene 0.04‐0.07% de berilio. También contiene 0.003‐0.007% de berilio, 0.005% máximo de boro. También contiene 5.5–7.0% de estaño. También contiene 0.40‐1.0% de plata. También contiene 0.05 máx. % de estaño. La suma de los "Otros" elementos metálicos de 0.010% o más cada uno, expresa al segundo decimal antes de determinar la suma. 5.4.2.3. Revenidos Las aleaciones de aluminio se revienen por tratamiento térmico o por endurecimiento por deformación para aumentar la resistencia mecánica más allá del efecto de endurecimiento que produce la adición de elementos de aleación. Las aleaciones se dividen en dos grupos basados en si el aumento de la resistencia mecánica se puede obtener o no por tratamiento térmico. Ambos grupos de aleaciones, los tratables térmicamente y los no tratables térmicamente pueden endurecerse mediante endurecimiento por deformación, también llamado trabajo en frío. Las aleaciones que no son tratables térmicamente sólo puedes endurecerse por trabajo en frío. Si una aleación puede o no recibir tratamiento térmico depende de sus elementos de aleación. Las aleaciones en la que la cantidad de elemento de aleación en solución sólida en aluminio aumenta con la temperatura son tratables térmicamente. Las aleaciones forjadas de las series 1xxx, 3xxx, 4xxx y 5xxx no son tratables térmicamente, mientras que las aleaciones forjadas de las series 2xxx, 6xxx y 7xxx lo son, con pocas excepciones. Los métodos de endurecimiento se resumen en la Tabla 63. Las aleaciones no tratables térmicamente también pueden ser tratadas térmicamente, pero este tratamiento sólo se utiliza para estabilizar las propiedades a fin de que la resistencia mecánica no disminuya con el tiempo, comportamiento llamado envejecimiento de ablandamiento (age softening), y sólo se requiere para las aleaciones con una apreciable cantidad de magnesio (la serie 5xxx). Un calentamiento entre 110 – 180 °C causa todo el ablandamiento que se pueda producir a la vez y, por tanto, se utiliza como tratamiento térmico de estabilización. Antes del revenido, las aleaciones están en condición de recocido (en una condición más débil pero más dúctil). El revenido, mientras aumenta la resistencia mecánica, disminuye la ductilidad y, por tanto, disminuye la trabajabilidad. Para reducir el material a la condición de recocido, los tratamiento de recocido típicos que se pueden utilizar se muestran en la tabla 64. El endurecimiento por deformación se consigue por deformación mecánica del material a temperatura ambiente. En el caso de láminas y placas, esto se hace mediante la reducción de su espesor por laminación. Como el material es trabajado, se vuelve más resistente a la deformación e incrementa su resistencia mecánica. El efecto de este trabajo sobre el límite elástico de algunas aleaciones no tratables térmicamente se muestra en la Fig. 53. 146 Figura 53. Efecto del Trabajo en Frío en el Límite Elástico Se pueden aplicar dos tratamientos térmicos en condición de recocido a las aleaciones tratables térmicamente. En primer lugar, al material se le puede aplicar un tratamiento térmico por solución. Esto permite elementos solubles de aleación para entrar en solución sólida, que se mantienen en un estado supersaturado concerniente al temple, un enfriamiento rápido controlado se realiza usualmente utilizando el aire o el agua. A continuación, el material puede someterse a un tratamiento térmico de precipitación, también llamado envejecimiento artificial, mediante la cual se precipitan los constituyentes desde la solución sólida para aumentar la resistencia. Un ejemplo de este proceso es la producción de una lámina de 6061‐
T6. Desde su condición inicial, material recocido 6061‐O, se calienta a 530 °C lo más rápidamente posible (tratamiento térmico por solución), y luego se enfría lo más rápidamente posible (temple), que se traduce a un estado de revenido T4. Luego, el material se calienta a 160 °C y se mantiene durante 18 h (tratamiento térmico de precipitación); hasta un enfriamiento a temperatura ambiente el revenido es T6. Tabla 63. Métodos de Endurecimiento. Aluminio Puro 1xxx Aleaciones 2xxx – Cu 6xxx – Mg, Si 7xxx – Zn Aleaciones 3xxx – Mn 5xxx – Mg Tratamiento Térmico
Tratamiento térmico de solución, envejecimiento natural o envejecimiento artificial Endurecimiento por Deformación (Trabajo en frío) Endurecimiento por Deformación (Trabajo en Frío) Temperado – T Temperado – H Tabla 64. Tratamientos de Recocido típicos para las Aleaciones de Aluminio. Aleación Temperatura del Metal (°C) 1060 1100 1145 1235 1345 1350 2014 2017 2024 343
343
343
343
343
343
2
413
2
413
2
413
Tiempo a Temperatura aprox. (h) 1.
1.
1.
1.
1.
1.
2 – 3
2 – 3
2 – 3
Designación Temperado O O O O O O O O O 147 2117 2219 3003 3004 3005 3105 5005 5050 5052 5056 5083 5086 5154 5254 5454 5456 5457 5652 6005 6053 6061 6063 6066 7072 7075 7175 7178 7475 Lámina de Bronce: Nº 11 y 12 Nº 23 y 24 1.
2.
3.
2
413
2
413
413
343
413
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
343
2
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2
413
2
413
2
413
2
413
343
3
413
3
413
3
413
3
413
2 – 3
2 – 3
343 343 1. 1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
1.
2 – 3
2 – 3
2 – 3
2 – 3
2 – 3
1.
2 – 3
2 – 3
2 – 3
2 – 3
1. O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O Tiempo en el horno no se precisará más tiempo del necesario para que todas las partes estén a la temperatura de recocido. La tasa de enfriamiento no es importante. Estos tratamientos están destinados a eliminar los efectos del tratamiento térmico por solución e incluyen enfriamiento a una tasa de alrededor de 10 °C por hora a partir de la temperatura de recocido a 260 °C. La tasa de enfriamiento posterior no es importante. Se puede utilizar un tratamiento a 343 °C, seguido por un enfriamiento incontrolado para eliminar los efectos del trabajo en frío, o eliminar parcialmente los efectos del tratamiento térmico. Este tratamiento está destinado a eliminar los efectos del tratamiento térmico por solución e incluye un enfriamiento a una tasa descontrolada desde 204 °C o menos, seguido de un recalentamiento a 232 °C durante 4 h. Se puede utilizar un tratamiento a 343 °C, seguido por un enfriamiento incontrolado para eliminar los efectos del trabajo en frío o eliminar parcialmente los efectos del tratamiento térmico. El aluminio con tratamiento térmico por solución también pueden someterse a un envejecimiento natural. El envejecimiento natural, como el envejecimiento artificial, es una precipitación de elementos de aleación de solución sólida, pero debido a que ocurre a temperatura ambiente, se produce mucho más lentamente (período de días y meses en lugar de horas) que el envejecimiento artificial. Ambos procesos de envejecimiento producen un aumento de la resistencia y una correspondiente disminución en la ductilidad. El material que será sometido a operaciones de conformado severo (como el alambre de partida en frío para hacer remaches o tornillos) a menudo es comprado en condición de revenido T4, conformado y, a continuación, envejecido artificialmente o permitir que envejezca naturalmente. Se debe tener cuidado al conformar el material antes que haya transcurrido un período de tiempo demasiado largo, o el envejecimiento natural del material hará que se endurezca y disminuirá su trabajabilidad. A veces el material en la condición de revenido T4 se refrigera para evitar el envejecimiento natural si se requiere un conformado en frío para la fabricación en un producto. El sistema de designación de los revenidos es el mismo para las aleaciones forjadas y fundidas, aunque las aleaciones fundidas únicamente son tratadas térmicamente y no endurecidas por deformación, con la excepción de algunas aleaciones fundidas 85 × .0. La designación del revenido sigue a la designación de la aleación, los dos están separados por un guión (por ejemplo, 5052‐H32). Las designaciones de revenidos básicos son letras. Las subdivisiones de los revenidos básicos se dan por uno o más números seguidos de letras. Las designaciones básicas de los revenidos son las siguientes: 148 F, En bruto. Se aplica a los productos originados de procesos de conformado en los que no hay control sobre las condiciones térmicas o endurecimiento por deformación empleados. Para productos forjados, no hay propiedades mecánicas límites. O, Recocido. Se aplica a los productos forjados que están recocidos para obtener un revenido de menor resistencia y los productos fundidos que están recocidos para mejorar la ductilidad y estabilidad dimensional. A la letra O le puede seguir un número distinto de cero. H, Endurecimiento por Deformación. (Únicamente productos forjados). Se aplica a los productos que obtienen el aumento de su resistencia por un endurecimiento por deformación, con o sin tratamientos térmicos complementarios para producir cierta reducción en la resistencia. A la letra H le siguen siempre dos o más números. W, Tratamiento Térmico por Solución. Es un revenido inestable que se aplica únicamente a las aleaciones que envejecen espontáneamente a temperatura ambiente después del tratamiento térmico por solución. Esta designación es específica sólo cuando el período de envejecimiento es natural se indica, por ejemplo, W½ h. T, Tratados Térmicamente para producir un revenido estable distinto de F, O u H. Se aplica a los productos que son tratados térmicamente, con o sin endurecimiento por deformación complementario, para producir revenidos estables. A la letra T siempre le siguen uno o más números. Para los revenidos de endurecimiento por deformación, el primer dígito del número siguiente a la H denota: H1, Únicamente endurecido por deformación. Se aplica a los productos que son endurecidos por deformación para obtener la resistencia deseada sin tratamiento térmico complementario. El número después de esta designación indica el grado de endurecimiento por deformación. Ejemplo: 1100‐H14. H2, Endurecido por Deformación y Recocido Parcialmente. Se aplica a los productos que son endurecidos por deformación más que la cantidad final deseada y, a continuación, reducida la resistencia al nivel deseado con el recocido parcial. Para las aleaciones que tienen un envejecido de ablandamiento a temperatura ambiente, el revenido H2 tiene la misma resistencia última a la tracción mínima que el correspondiente revenido H3. Para otras aleaciones, el revenido H2 tiene la misma resistencia última a la tracción mínima que el correspondiente revenido H1 y una elongación ligeramente mayor. El número que sigue a esta designación indica el endurecimiento por deformación restante después de que el producto ha sido parcialmente recocido. Ejemplo: 3005‐H25. H3, Endurecido por Deformación y Estabilizado. Se aplica a los productos que se han endurecido por deformación y cuyas propiedades mecánicas se estabilizan ya sea por un tratamiento térmico a baja temperatura o como resultado de un calentamiento introducido durante la fabricación. La estabilización generalmente mejora la ductilidad. Esta designación sólo es aplicable a las aleaciones que, a menos que se estabilice, gradualmente se envejecen por ablandamiento a temperatura ambiente. El número siguiente a esta designación indica el grado de endurecimiento por deformación restante después de que se ha producido la estabilización. Ejemplo: 5005‐H34. H4, Endurecido por Deformación y lacado o pintado. Se aplica a los productos que son endurecidos por deformación y sometidos a algunas operaciones térmicas durante el posterior pintado o lacado. El número después de esta designación indica el grado de endurecimiento por deformación restantes después de que el producto ha sido tratado térmicamente, como 149 parte del curado de la pintura o lacado. Se aplican las propiedades mecánicas límites correspondientes a H2X o H3X. El dígito siguiente a la designación H1, H2, H3 o H4 indica el grado de endurecimiento por deformación. El número 8 es para los revenidos con la más alta resistencia última a la tracción producida normalmente. El número 4 es para los revenidos cuya resistencia última está aproximadamente en la mitad del camino entre el revenido O y el revenido HX8. El número 2 es para los revenidos cuya resistencia última está aproximadamente a mitad de camino entre el revenido O y el revenido HX4. El número 6 es para los revenidos cuya resistencia última está aproximadamente a mitad de camino entre el revenido HX4 y el revenido HX8. Los números 1, 3, 5 y 7 del mismo modo designan a los revenidos intermedios entre los definidos anteriormente. El número 9 designa a los revenidos cuya resistencia última a la tracción mínima excede a la del revenido HX8 por 15 MPa o más. El tercer dígito, cuando se utiliza, indica una variación en el grado de revenido o las propiedades mecánicas de un revenido de dos dígitos. Un ejemplo es el patrón o el repujado de las láminas hechas a partir de los revenidos H12, H22, H32; estos se asignan a los revenidos H124, H224, H324, respectivamente, desde el endurecimiento por deformación adicional al repujado causa un ligero cambio en las propiedades mecánicas. Para los revenidos tratados térmicamente, los números del 1 al 10 después de la T denotan: T1, Enfriado desde una temperatura elevada y luego envejecido naturalmente a una condición esencialmente estable. Se aplica a los productos que no se trabajan en frío después del enfriamiento desde una temperatura elevada, o en los que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado no se pueden registrar en las propiedades mecánicas límite. Ejemplo: Extruído 6005‐T1. T2, Enfriado desde una temperatura elevada, trabajado en frío y luego envejecido naturalmente a una condición esencialmente estable. Se aplica a los productos que son trabajados en frío para mejorar la resistencia después del enfriamiento desde una temperatura elevada o en la que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las propiedades mecánicas límite. T3, Tratamiento Térmico por Solución, trabajado en frío y luego envejecido naturalmente a una condición esencialmente estable. Se aplica a los productos que son trabajados en frío para mejorar la resistencia después del tratamiento térmico por solución en la que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las propiedades mecánicas límite. Ejemplo: Lámina 2024‐T3. T4, Tratamiento Térmico por Solución y luego envejecido naturalmente a una condición esencialmente estable. Se aplica a los productos que no son trabajados en frío después del tratamiento térmico por solución en el que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado no se podrá registrar en las propiedades mecánicas límites. Ejemplo: Lámina 2014‐
T4. T5, Enfriado desde una temperatura elevada y luego envejecido artificialmente. Se aplica a los productos que no son trabajados en frío después del enfriamiento a partir de una temperatura elevada en la que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado no se podrá registrar en las propiedades mecánicas límite. Ejemplo: 6063‐T5 extrusiones. T6, Tratamiento Térmico por Solución y luego envejecido artificialmente. Se aplica a los productos que no se trabajan en frío después del tratamiento térmico por solución en el que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado no se podrá registrar en las propiedades mecánicas límites. Ejemplo: Extruído 6063‐T6. 150 T7, Tratamiento Térmico por Solución y, a continuación, sobreenvejecido/estabilizado. Se aplica a productos forjados que son envejecidos artificialmente después del tratamiento térmico por solución y se llevan más allá de un punto de máxima resistencia para proporcionar el control de algunas características importantes. Se aplica a los productos fundidos que son envejecidos artificialmente después del tratamiento térmico por solución para proporcionar resistencia y estabilidad dimensional. Ejemplo: Remache en frío 7050‐T7 y extrusión en frío de alambres y varillas. T8, Tratamiento Térmico por Solución, trabajado en frío y, a continuación, un envejecimiento artificial. Se aplica a los productos que son trabajados en frío para mejorar la resistencia o en los que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las propiedades mecánicas límite. Ejemplo: Lámina 2024‐T81. T9, Tratamiento Térmico por Solución, envejecimiento artificial y, a continuación, trabajado en frío. Se aplica a los productos que son trabajados en fríos para mejorar la resistencia después del envejecimiento artificial. Ejemplo: Tuerca 6262‐T9. T10, Enfriado desde una temperatura elevada, trabajado en frío y, a continuación, envejecido artificialmente. Se aplica a los productos que son trabajados en frío para mejorar la resistencia o en los que el efecto del trabajo en frío en el estirado o enderezado se registra en las propiedades mecánicas límite. Se pueden añadir dígitos adicionales a las designaciones T1 a T10 para las variaciones en el tratamiento. El revenido de alivio de esfuerzos sigue el formato T5, que se podrá continuar con otros números. 5.4.3. Propiedades Mecánicas para Aleaciones de Aluminio Forjadas y Fundidas Las propiedades mecánicas son propiedades relacionadas con el comportamiento del material cuando se someta a una fuerza. La mayoría se miden de acuerdo con los métodos de ensayo estándar proporcionados por la American Society for Testing and Materials (ASTM). Las propiedades mecánicas de interés para el aluminio y los métodos de ensayo ASTM por el que se miden figura en la tabla 65. Las propiedades mecánicas dependen de la aleación y el revenido, así como, en algunos casos, de la forma de producto. Por ejemplo, los extruídos 6061‐T6 tienen una resistencia a la tracción mínima de 260 MPa, mientras que las láminas y placas de 6061‐T6 tienen una resistencia última a la tracción mínima de 290 MPa. Tabla 65. Métodos de Ensayos ASTM para las Propiedades Mecánicas de Aleaciones de Aluminio. Propiedad Resistencia a la Tracción Resistencia a la Cizalladura Tenacidad a Fractura con Deformación Plana
Método de Ensayo ASTM B557
B565
B645
Existen varias bases para las propiedades mecánicas. Una propiedad típica es una propiedad promedio. Una propiedad mínima es definida por la industria del aluminio como el valor que en el 99% de las muestras es igual o superior con una probabilidad del 95%. (Los militares de EE.UU. llama a los valores mínimos, valores "A" y también define como valores "B" los valores que en el 90% de las muestras es igual o superior con una probabilidad del 95%, criterio un 151 poco menos estrictos que los valores más altos del límite elástico). Algunas propiedades mecánicas mínimas se dan en la ASTM y otras especificaciones; más figuran en la tabla 66 para aleaciones forjadas y en la tabla 67 para las aleaciones fundidas. Las propiedades mecánicas mínimas son llamadas "garantía" cuando las especificaciones de los productos que requieren ser satisfechas, que se denomina "espera", no requieren especificaciones del producto. El diseño estructural de componentes de aluminio se basa generalmente en resistencias mínimas. Las normas para este tipo de diseño se dan en las Especificaciones de la Asociación del Aluminio para Estructuras de Aluminio, que forma parte del Manual de Diseño del Aluminio. Los factores de seguridad que se utilizan allí varían desde 1.65 a 2.64 por tipo de estructura, tipo de fallo (límite elástico o fractura) y tipo de componente (miembro o conexión) se aplican a la resistencia mínimas a fin de determinar la capacidad de seguridad de un componente. La resistencia típica debería utilizarse para determinar la capacidad de fabricación de equipos (por ejemplo, la fuerza necesaria para una pieza de corte) o la resistencia de las piezas diseñadas para fallar a una determinada fuerza para evitar un fallo de toda la estructura. (Los paneles de alivios de presión son un ejemplo de ello, llamados diseños fragmentables). La resistencia última máxima se especifica para algunos productos de aluminio (por lo general, en los revenidos más suaves), pero estos materiales son por lo general destinados a ser trabajados en frío en productos de uso final, cambiando su resistencia. 5.4.4. Desarrollo de las Aleaciones y Procesos de Fabricación para el Aluminio Del aluminio producido alrededor del 25% se consume en aplicaciones en transporte, 25% en embalaje, el 15% en la edificación y mercado de la construcción y el 13% en productos eléctricos. Otros mercados incluyen de consumo duradero como electrodomésticos y muebles, maquinaria y equipo para uso en petroquímica, textil, minería y herramientas para industrias, reflectores, polvos y pastas utilizadas para la pintura, explosivos y otros productos. Tabla 66. Propiedades Mecánicas Mínimas para Aleaciones de Aluminio Forjadas. Aleación y Temperado 1060‐O 1060‐H12 1060‐H14 1060‐H16 1060‐H18 1100‐O 1100‐H12 1100‐H14 1100‐H16 1100‐H18 1350‐O 1350‐H12 1350‐H14 1350‐H16 1350‐H19 2011‐T3 2011‐T8 2014‐O 2014‐T4, T451 2014‐T6, T651 Alclad 2014‐O Alclad 2014‐T3 Elongación en 50 mm (2 in.), % Muestra de 1.3 mm (1/2 in.) de diámetro ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 25 20 17 15 (d) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (e) 15 12 18 Dureza, HBa Resistencia Última a Cizalladura, MPa Resistencia a la Fatigab, MPa Módulo de Elasticidadc, GPa 30 75 90 105 125 35 105 115 140 150 30 85 95 110 165 295 310 95 Muestra de 1.6 mm (1/16 in.) de espesor 43 16 12 8 6 35 12 9 6 5 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 19 23 26 30 35 23 28 32 38 44 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 100 45 50 55 60 70 75 60 70 75 85 90 55 60 70 75 105 220 240 125 20 30 35 45 45 35 40 50 60 60 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 50 125 125 90 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 70 70 73 425 290 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 20 105 260 140 73 485 415 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 13 135 290 125 73 175 70 21 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 125 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 435 275 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 255 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 Resistencia Última a la Tracción, MPa Límite Elástico a Tensión, MPa 70 85 95 110 130 90 110 1215 145 165 85 95 110 125 185 380 405 185 152 Alclad 2014‐T4, T451 Alclad 2014‐T6, T651 2017‐O 2017‐T4, T451 2018‐T61 2024‐O 2024‐T3 2024‐T4, T351 2024‐T361(f) Alclad 2024‐O Alclad 2024‐T3 Alclad 2024‐T4, T351 Alclad 2024‐T361(f) Alclad 2024‐T81, T851 Alclad 2024‐T861(f) 2025‐T6 2036‐T4 2117‐T4 2124‐T851 2218‐T72 2219‐O 2219‐T42 2219‐T31, T351 2219‐T37 2219‐T62 2219‐T81, T851 2219‐T87 2618‐T61 3003‐O 3003‐H12 3003‐H14 3003‐H16 3003‐H18 Alclad 3003‐O Alclad 3003‐H12 Alclad 3003‐H14 Alclad 3003‐16 Alclad 3003‐H18 3004‐O 3004‐H32 3004‐H34 3004‐H36 3004‐H38 Alclad 3004‐O Alclad 3004‐H32 Alclad 3004‐H34 Alclad 3004‐H36 Alclad 3004‐H38 3105‐O 3105‐H12 3105‐H14 3105‐H16 420 255 22 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 255 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 470 415 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 285 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 180 70 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 22 45 125 90 72 425 275 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 22 105 260 125 72 420 185 485 315 75 345 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 20 18 12 22 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 120 47 120 270 125 285 115 90 140 74 73 73 470 325 20 19 120 285 140 73 495 395 13 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 130 290 125 73 180 75 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 125 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 450 310 18 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 275 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 440 290 19 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 275 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 460 365 11 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 285 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 450 415 6 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 275 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 485 455 6 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 290 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 400 340 295 485 330 175 360 255 195 165 440 255 75 185 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 24 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 18 20 19 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 27 8 11 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 240 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 195 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 205 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 125 125(g) 95 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 71 71 71 73 74 73 73 360 250 17 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 395 415 315 290 11 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 105 73 73 455 350 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 105 73 475 440 110 130 150 180 200 395 370 40 125 145 170 185 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 30 10 8 5 4 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 10 40 20 16 14 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 115 28 35 40 47 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 260 75 85 95 105 110 105 125 50 55 60 70 70 73 74 69 69 69 69 69 110 40 30 40 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 75 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 130 125 10 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 85 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 150 145 8 16 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 180 170 5 14 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 105 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 200 185 4 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 180 215 240 260 285 70 170 200 230 250 20 10 9 5 5 25 17 12 9 6 45 52 63 70 77 110 115 125 140 145 95 105 105 110 110 69 69 69 69 69 180 70 20 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 215 170 10 17 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 115 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 240 200 9 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 125 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 260 230 5 9 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 140 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 285 250 5 6 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 145 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 115 150 170 195 55 130 150 170 24 7 5 4 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 85 95 105 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 69 69 69 153 3105‐H18 3105‐H25 4032‐T6 5005‐O 5005‐H12 5005‐H14 5005‐H16 5005‐H18 5005‐H32 5005‐H34 5005‐H36 5005‐H38 5050‐O 5050‐H32 5050‐H34 5050‐H36 5050‐H38 5052‐O 5052‐H32 5052‐H34 5052‐H36 5052‐H38 5056‐O 5056‐H18 5056‐H38 5083‐O 5083‐H321, H116 5086‐O 5086‐H32, H116 5086‐H34 5086‐H112 5154‐O 5154‐H32 5154‐H34 5154‐H36 5154‐H38 5154‐H112 5252‐H25 5252‐H38, H28 5254‐O 5254‐H32 5254‐H34 5254‐H36 5254‐H38 5254‐H112 5454‐O 5454‐H32 5454‐H34 5454‐H111 5454‐H112 5456‐O 5456‐H112 5456‐H321, H116 5457‐O 5457‐H25 5457‐H38, H28 5652‐O 5652‐H32 5652‐H34 5652‐H36 5652‐H38 5657‐H25 5657‐H38, H28 6061‐O 6061‐T4, T451 6061‐T6, T651 Alclad 6061‐O Alclad 215 180 380 125 140 160 180 200 140 160 180 200 145 170 195 205 220 195 230 260 275 290 290 435 415 290 195 160 315 40 130 150 170 195 115 140 165 185 55 145 165 180 200 90 195 215 240 255 150 405 345 145 3 8 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 25 10 6 5 4 11 8 6 5 24 9 8 7 6 25 12 10 8 7 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 9 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 30 18 14 10 8 35 10 15 22 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 120 28 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 36 41 46 51 36 46 53 58 63 47 60 68 73 77 65 105 100 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 115 105 260 75 95 95 105 110 95 95 105 110 105 115 125 130 140 125 140 145 160 165 180 235 220 170 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 85 90 90 95 95 110 115 125 130 140 140 150 150 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 69 79 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 70 70 70 70 70 71 71 71 71 315 230 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 16 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 160 71 260 115 22 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 160 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 71 290 205 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 71 325 270 240 270 290 310 330 240 235 255 130 115 205 230 250 270 115 170 10 14 27 15 13 12 10 25 11 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 58 67 73 78 80 63 68 185 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 150 150 165 180 195 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 145 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 115 125 130 140 145 115 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 71 71 70 70 70 70 70 70 69 285 240 5 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 75 160 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 240 270 290 310 330 240 250 275 305 260 250 310 310 115 205 230 250 270 115 115 205 240 180 125 160 165 27 15 13 12 10 25 22 10 10 14 18 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 24 22 58 67 73 78 80 63 62 73 81 70 62 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 150 150 165 180 195 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 160 165 180 160 160 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 115 125 130 140 145 115 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 71 71 350 255 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 16 90 205 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 71 130 180 50 160 22 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 32 48 85 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 69 205 185 6 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 125 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 195 230 260 275 290 160 90 195 215 240 255 140 25 12 10 8 7 12 30 18 14 10 8 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 47 60 68 73 77 40 125 140 145 160 165 95 110 115 125 130 140 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 70 70 70 70 69 195 165 7 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 50 105 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 125 55 25 30 30 85 60 69 240 145 22 25 65 165 95 69 310 275 12 17 95 205 95 69 115 50 25 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 75 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 230 130 22 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 150 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 154 6061‐T4, T451 Alclad 6061‐T6, 290 255 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 185 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 T651 6063‐O 90 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 25 70 55 69 6063‐T1 150 90 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 42 95 60 69 6063‐T4 170 90 22 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6063‐T5 185 145 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 60 115 70 69 6063‐T6 240 215 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73 150 70 69 6063‐T83 255 240 9 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 82 150 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6063‐T831 205 185 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 125 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6063‐T832 290 270 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 185 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6066‐O 150 85 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 18 43 95 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6066‐T4, 360 205 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 18 90 200 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 T451 6066‐T6, 395 360 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 12 120 235 110 69 T651 6070‐T6 380 350 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 235 95 69 6101‐H111 95 75 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6101‐T6 220 195 15 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 71 140 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6351‐T4 250 150 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69 6351‐T6 310 285 14 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 95 200 90 69 6463‐T1 150 90 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 42 95 70 69 6463‐T5 185 145 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 60 115 70 69 6463‐T6 240 215 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 74 150 70 69 7049‐T73 515 450 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 12 135 305 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 7049‐T7352 515 435 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 11 135 295 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 7050‐
T73510, 495 435 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 12 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 T73511 7050‐
525 470 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 11 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 305 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 T7451(h) 7050‐T7651 550 490 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 11 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 325 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 7075‐O 230 105 17 16 60 150 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 7075‐T6, 570 505 11 11 150 330 160 72 T651 Alclad 220 95 17 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 150 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 7075‐O Alclad 7075‐T6, 525 460 11 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 315 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72 T651 (a) 500 kg de carga y bola de 10 mm. (b) Sobre la base de 500.000.000 ciclos de esfuerzos completamente invertidos utilizando la máquina y la muestra del tipo R.R. Moore. (c)
Promedio del módulo de tensión y compresión. Módulo de compresión es aproximadamente un 2% mayor que el módulo de tensión. (d) El cable 1350‐O tendrá un alargamiento de aproximadamente 23% en 250 mm (10 pulgadas). (e) El cable 1350‐H19 tendrá un alargamiento de aproximadamente 1½ % en 250 mm (10 pulgadas). (f)
Los temperados T361 y T861 fueron anteriormente designados T36 y T86, respectivamente. (g) Sobre la base de 107 ciclos usando un ensayo tipo flexión de láminas como muestras. (h) T7451, aunque no se ha registrado anteriormente, ha aparecido en la literatura y en algunas especificaciones como T73651. Tabla 67. Propiedades Mecánicas Típicas (y mínimas) para Aleaciones de Aluminio Fundidas. Aleación Temperado Aluminio Puro Lingote ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100.1 Lingote ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 150.1 Lingote ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 170.1 Aleaciones Fundidas en Arena T43 201.0 T6 T7 204.0 T4 T4 206.0 T6 T4 A206.0 T71 Resistencia Última a la Traccióna, MPa Límite Elásticoa al 0.2 %, MPa 70 40 70 Elongacióna en 50 mm (2 in.), % Cizalla, MPa Fatigab, MPa Dureza, HBc Límite Elástico a Compresión, MPa 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 40 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 40 20 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 414 448 467 372 (295) 345 (275) 380 (345) 380 (345) 400 (372) 255 379 414 255 (185) 193 (165) 240 (205) 250 (205) 330 (310) 17.0 8.0 5.5 14 (5) 10 (6) 10 (6) 5‐7 (‐‐‐‐‐) 5 (3) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 77 90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 77 95 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 255 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 160 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 155 208.0 A206.0 208.0 213.0 222.0 224.0 240.0 242.0 A242.0 F T55 T4 F F O T61 T62 T72 F F O T571 T77 T75 T4 295.0 T6 T62 319.0 T7 F T5 T6 F T51 T6 355.0 C355.0 T61 T7 T71 T77 T6 F T51 356.0 T6 T7 A356.0 357.0 A357.0 A390.0 443.0 T71 F T51 T6 T71 F T51 T6 T7 T6 F, Fs T5 T6 T7 F 511.0 F T4 F 512.0 F 514.0 F 520.0 T4 535 F A535.0 B535.0 705.0 F F F/T5 F/T5 F/T7 A444.0 707.0 710.0 F 712.0 F 145 (130) (145, mín.) 354 145 165 186 283 421 380 235 214 186 221 207 214 221 (200) 250 (220) 283 (248) (200, mín.) 186 207 250 (215) 159 193 241 (220) 269 264 240 240 270 (248) 164 172 228 (207) 235 (214) 93 159 179 278 207 172 179 345 278 317 179 179 278 250 131 (117) 145 159 145 138 (117) 172 (150) 331 (290) 275 (240) 250 262 (205) (227) (255) 241 (220) 240 97 (‐‐‐‐‐) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 250 97 103 138 276 331 276 200 217 124 207 159 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 (‐‐‐‐‐) 165 (138) 220 (‐‐‐‐‐) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 124 179 164 (‐‐‐‐‐) 83 159 172 (138) 241 250 200 193 200 (172) 124 138 164 (138) 207 (200) 145 83 124 207 138 90 117 296 234 248 179 179 278 250 55 (‐‐‐‐‐) 62 62 83 90 (70) 83 (‐‐‐‐‐) 179 (150) 145 (125) 124 130 (117) (152) (207) 172 (138) 172 2.5 (1.5) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 7.0 2.5 1.5 1.0 <0.5 4.0 10.0 1.0 0.5 1.0 0.5 2.0 2.0 8.5 (6) 5.0 (3) 2.0 (‐‐‐‐‐) (3, mín.) 2.0 1.5 2.0 (1.5) 3.0 1.5 3.0 (2) 1.0 0.5 1.5 3.5 5.0 (2) 6.0 2.0 3.5 (3) 2.0 (‐‐‐‐‐) 3.53.5 6.0 3.0 6.0 3.0 5.0 3.0 2.0 3.0 3.0 <1.0 <1.0 <1.0 <1.0 8.0 (3) 9.0 12.0 3.0 2.0 (‐‐‐‐‐) 9.0 (6) 16.0 (12) 13 (9) 9.0 10 (5, mín.) (2, mín.) (1, mín.) 5.0 (2) 5.0 117 76 55 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 255 117 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 76 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 152 165 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 76 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 80 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 131 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 200 76 80 172 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 152 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 65 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 165 193 62 80 179 248 193 241 179 70 70 70 70 100 85 75 80 255 248 248 200 193 70 90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 138 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 60 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 145 179 59 70 172 165 62 75 214 138 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 164 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 59 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 62 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 60 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 60 85 100 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 140 115 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 214 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 96 55 40 62 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 117 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 50 96 138 48 50 83 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 193 70 70 165 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 207 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 62 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 65 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 179 55 75 172 179 179 9 518 156 (235) 240 (220) 303 F (270) T2 (248) 771.0 T5 (290) 330 T6 (275) 275 F (225) 772.0 310 T6 (303) 138 850.0 T5 (110) 138 851.0 T5 (117) 186 852.0 T5 (165) Aleaciones Fundidas en Molde Permanente T43 414 201.0 T6 448 T7 469 325 204.0 T4 (248) 345 T4 (275) 206.0 385 T6 (345) T4 430 415 A206.0 T71 (372) T7 436 213.0 F 207 T52 241 222.0 T551 255 T65 331 238.0 F 207 T571 276 242.0 T61 324 T63 476 249.0 T7 427 T4 255 276 296.0 T6 (240) T7 270 308.0 F 193 F 185 T5 207 319.0 248 T6 (214) F 207 324.0 T5 248 T62 310 332.0 T5 248 F 234 T5 234 333.0 T6 290 255 T7 (215) T551 248 336.0 T65 324 T6 380 354.0 T62 393 T51 (185, mín.) 290 T6 (255) 355.0 310 T62 (290) T71 (235, mín.) F 179 T51 186 356.0 262 T6 (207) T7 221 283 A356.0 T61 (255) 357.0 F 193 713.0 F (172) 172 (152) 248 (228) (185) (262) 262 (240) 220 (193) 240 (220) 76 (‐‐‐‐‐) 76 (‐‐‐‐‐) 152 (124) (4) 5.0 (3) 3 (2) (2, mín.) (2, mín.) 9 (5) 7 (5) 10 (6) 8.0 (5) 5.0 (3) 2.0 (‐‐‐‐‐) 255 379 414 200 (193) 207 (165) 262 (207) 265 345 (310) 347 165 214 241 248 165 234 290 414 359 131 179 (152) 138 110 125 180 165 (‐‐‐‐‐) 110 179 269 193 131 172 207 193 (‐‐‐‐‐) 193 296 283 317 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 185 (‐‐‐‐‐) 275 (‐‐‐‐‐) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 124 138 186 (138) 165 207 (‐‐‐‐‐) 103 17.0 8.0 5.0 7 (5) 10 (6) 12 (6) 17 5 (3) 11.7 1.5 1.0 <0.5 <0.5 1.5 1.0 0.5 6.0 9.0 9.0 5.0 (2) 4.5 2.0 2 2 2 (1.5) 4.0 3.0 3.0 1.0 2.0 1.0 1.5 2.0 (‐‐‐‐‐) 0.5 0.5 6 3 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 4 (1.5) 1.5 (‐‐‐‐‐) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 5.0 2.0 5.0 (3) 6.0 10.0 (5) 6.0 179 63 74 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 96 55 45 76 96 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 124 70 65 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 255 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 255 207 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 85 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 152 186 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 89 83 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 85 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 117 138 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 220 83 95 193 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 186 186 228 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 96 83 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 100 105 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 131 172 207 193 83 90 193 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 262 276 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 117 117 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100 110 90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 289 324 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 234 70 90 186 248 70 105 276 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 207 90 80 186 172 76 70 165 193 90 90 220 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 157 T51 T6 A357.0 358.0 359.0 A390.0 443.0 B443.0 444.0 A444.0 T61 T6 T62 T61 T62 F T5 T6 T7 F F T4 F T4 513.0 F 705.0 707.0 711.0 713.0 T5 T5 F T5 850.0 T5 851.0 T101 T5 852.0 T5 200 360 (310) 359 345 365 325 365 200 200 310 262 160 160 193 165 160 186 (150) 240 (290, mín.) 248 275 160 (124) 160 138 221 (185) 145 295 (‐‐‐‐‐) 290 290 317 255 317 200 200 310 262 62 62 83 76 70 110 (‐‐‐‐‐) 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 130 185 76 (‐‐‐‐‐) 76 76 159 (‐‐‐‐‐) 4.0 5.0 (3) 5.0 6 3.5 7 3.5 <1.0 <1.0 <1.0 <1.0 10.0 10 25 13.0 21 7.0 (2.5) 22 (4, mín.) 8 6 12.0 (8) 12 5.0 5.0 (3) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 241 90 100 303 241 296 317 220 234 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 103 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 117 103 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 100 105 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 100 110 110 145 120 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 50 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 296 289 317 262 303 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 413 352 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 62 77 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 152 70 50 96 152 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 193 179 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 76 62 55 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70 75 124 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 138 172 103 62 45 76 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 96 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 62 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 76 145 76 70 158 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación Fundida en Molde 360.0 F 324 172 3.0 207 131 A360.0 F 317 165 5.0 200 124 364.0 F 296 159 7.5 200 124 380.0 F 330 165 3.0 214 145 A380.0 F 324 160 4.0 207 138 383.0 F 310 150 3.5 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 384.0 F 325 172 1.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A384.0 F 330 165 2.5 200 138 F 279 241 1.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 76 390.0 T5 296 265 1.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A390.0 F 283 240 1.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ B390.0 F 317 248 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 392.0 F 290 262 <0.5 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 413.0 F 296 145 2.5 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ A413.0 F 241 110 3.5 172 130 443.0 F 228 110 9.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ C443.0 F 228 95 9.0 130 110 513.0 F 276 152 10.0 179 124 515.0 F 283 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 10.0 186 130 518.0 F 310 186 8.0 200 138 (a) los valores mínimos se muestran en paréntesis y se enumeran debajo de sus valores típicos. (b) Resistencia para 5 × 108 en un ensayo de viga rotativa R.R. Moore. (c)
Bola de 10 mm con 500 kgf de carga. Los actuales mercados para el aluminio se han desarrollado a lo largo de la breve historia de la producción industrial del metal. La producción comercial se convirtió realidad con la invención del proceso Hall – Héroult en 1886 y el nacimiento de la industria eléctrica, un requisito a causa de la energía requerida por este proceso de fundición. El primer uso del aluminio fue para fabricar utensilios de cocina en la década de 1890, seguido poco después por los cables eléctricos. Poco después de 1900, se descubren los métodos para hacer más fuertes las aleaciones de aluminio con otros elementos (como por ejemplo el cobre) y por tratamiento térmico, abriendo nuevas posibilidades. Aunque los hermanos Wright utilizaron el aluminio en los motores de sus aviones, no fue hasta la Segunda Guerra Mundial que se produjo el crecimiento de la utilización del aluminio, impulsado en gran medida por el uso del aluminio en los aviones. Después de la guerra, las aplicaciones del aluminio en la edificación y la construcción tuvieron un auge debido al crecimiento de la demanda y el comercial advenimiento de los procesos de extrusión. El próximo gran mercado para el aluminio fue el del embalaje y envases, donde la cuota de aluminio en el mercado de bebidas pasó de cero a casi el 100%. El mercado de aluminio con un crecimiento más reciente ha sido en los 158 automóviles y camiones ligeros; donde se utilizan más de 100 kilogramos de aluminio, en promedio, en cada vehículo producido. En la década de 1990, el uso del aluminio creció a una tasa media de alrededor del 3% anual, después de la aparición de las primeras aleaciones de aluminio en la primera mitad del siglo XX, el desarrollo de las aleaciones de aluminio se convirtió poco a poco en el centro de aplicaciones más específicas. Esto ha reducido la probabilidad cruzar aleaciones de un mercado a otro, pero no la ha eliminado. Además, las nuevas aleaciones se están desarrollando tanto para los mercados maduros; como los aviones y los mercados en desarrollo; como los automóviles. Estas circunstancias se combinan y ofrecen a los diseñadores oportunidades para emplear el aluminio en nuevas aplicaciones. 5.4.4.1. Aleaciones Aluminio – Litio El litio es el elemento metálico ligero y puesto que la densidad de una aleación es la media ponderada de la densidad de sus constituyentes, el litio es un elemento atractivo como componente de aleación. Pero el litio tiene beneficios adicionales, disminuye la densidad un 3% por cada 1% de litio añadido (hasta el límite de solubilidad del 4,2%) y el módulo de elasticidad aumenta en 5‐6%. Las aleaciones de Aluminio‐Litio también son tratables térmicamente. Estas ventajas se compensan con la reactividad de litio, que requiere el uso de una atmósfera de gas inerte al añadirlo al metal líquido de la aleación. Las aleaciones Al‐Li a menudo son aleadas con cobre, magnesio, zirconio u otros elementos para mejorar sus propiedades. Dado que no existen series de aleaciones de aluminio‐litio, cuando el litio es el mayor elemento de aleación, el número de designación es 8xxx. Cuando otros elementos de aleación se encuentran en mayor proporción que el litio, el número de designación se basa en el elemento que se encuentra en mayor proporción (como el 2195, que contiene 4% de cobre y el 1% de litio). Los alemanes desarrollaron la primera aleación de aluminio‐litio en la década de 1920, pero las primeras aleaciones utilizadas en aplicaciones comerciales se desarrollaron para los aviones entre los años 1950 y 1970. La aleación 2020 se utilizó para la película de las alas de compresión del Vigilante RA5C Vigilante, pero su registro se suspendió en 1974. Las solicitudes se vieron obstaculizados por su baja ductilidad y tenacidad de fractura. La segunda fase del desarrollo de las aleaciones de Al‐Li, que se produjeron en el decenio de 1980, utiliza niveles relativamente altos de litio (más de 2%) con el fin de maximizar la mejora de las propiedades. Las aleaciones 2090 y 8090, típicas de esta fase, lograron algunos éxitos pero fueron limitados por el comportamiento anisotrópico y una resistencia a la corrosión relativamente baja. Por último, a finales de los años 1980 y 1990, el trabajo realizado en Martin Marietta dado como resultado las aleaciones de Al‐Li Weldalite, que parece estan destinadas a lograr un éxito significativo en la industria aeroespacial y en aplicaciones aeronáuticas. Estas aleaciones son soldables y usan cobre como el principal de aleación, con modestas cantidades de litio (algo más del 1%), alrededor de 0,4% de magnesio y 0,4% de plata. La más prometedora aplicación para experimentación, material extremadamente ligero y fuerte en vehículos de lanzamiento espacial, en donde el costo de alcanzar la órbita terrestre es de aproximadamente $8000/kg y el número de reutilizaciones es limitado. El tanque de combustible externo del transbordador espacial de los EE.UU. es un buen ejemplo. La primera aplicación de las aleaciones tipo Weldalite es el uso de la aleación 2195 para sustituir a la 2219, una aleación de aluminio‐cobre soldable para la lanzadera de los tanques de hidrógeno líquido y oxígeno líquido, produciendo un ahorro de peso de 3500 kg. La aleación 2197 se está utilizando ahora para reformar las mamparas de los aviones de combate F‐16, la mejora de la gama y el rendimiento de la aeronave. Como el consumo ha aumentado, los costes de los materiales de las aleaciones de Al‐Li han caído de una prima 20 veces mayor que la de las aleaciones comunes a menos de 4 veces. 159 5.4.4.2. Nuevas Aleaciones de Aluminio para la Automoción La necesidad de reducir las emisiones al mismo tiempo que se mejora el rendimiento y se adicionan características, ha impulsado a los fabricantes a utilizar más el aluminio en los automóviles y camiones ligeros. Este esfuerzo se ha visto acompañado por el desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio concebidas específicamente para estas aplicaciones. Estas aleaciones son demasiado nuevas para ser listadas en las especificaciones ASTM o en la Aluminum Standards and Data. Los automóviles y los camiones ligeros se someten a un ciclo de horneado de pintura a una temperatura lo suficientemente elevada como para afectar el revenido tanto de las aleaciones tratables térmicamente como de las no tratables térmicamente, las aleaciones de la industria del automóvil se presentan en la condición de revenido T4 (tratamiento térmico por solución) y O (recocida), respectivamente. Ambas tienen la mejor conformabilidad, en estas condiciones de revenido, para el trabajo en frío que se someten en el proceso de conformado de paneles de la carrocería. La operación de conformado incrementa la resistencia mecánica a través del trabajo en frío. El posterior horneado de pintura envejece artificialmente las aleaciones tratables térmicamente, que además puede aumentar su resistencia, pero re‐recoce las aleaciones no tratables térmicamente, eliminando cualquier incremento de resistencia logrado con el trabajo en frío. Sin embargo, una alta resistencia no es necesariamente importante en estas aplicaciones. Las aleaciones de automoción caen en tres grupos: •
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Serie 2xxx (aleaciones aluminio‐cobre), incluidas 2008, 2010 y 2036. Las aleaciones 2008 y 2010 se desarrollaron para proporcionar una mayor conformabilidad que la 2036. La aleación 2036 tiene más cobre que la 2008 y 2010, lo que supone alrededor de un 40% más de resistencia mecánica, pero menos resistencia a la corrosión. Estas aleaciones son tratables térmicamente. Serie 5xxx (aleaciones aluminio‐magnesio), incluidas 5182 y 5754. La aleación 5182 se desarrolló para los extremos de las latas de bebidas. Tiene un alto contenido de magnesio, proporcionando no solo alta resistencia, sino también sensibilidad a la corrosión si se exponen a temperaturas por encima de los 65 °C durante períodos prolongados. La aleación 5754 es una variante de la 5454, con un poco más de magnesio (3.1 vs 2.7%), menor resistencia pero mejor conformabilidad. Serie 6xxx (aleaciones aluminio‐magnesio‐silicio), incluidas 6009, 6111 y 6022. Estas aleaciones son tratables térmicamente y pueden alcanzar una resistencia mecánica bastante elevada durante el ciclo de hornear la pintura. La más reciente de estas aleaciones, 6022, se utiliza en los paneles de la carrocería del Plymouth Prowler. Las aleaciones extruídas no han experimentado un uso significativo en el automóvil, pero algunas aleaciones, como la 7029, se utilizaron en el parachoques durante algún tiempo. 5.4.4.3. Espumas de Aluminio Las espumas de aluminio de celdas cerradas se fabrican por burbujeo de gas o aire a través de las aleaciones de aluminio o compuestos de matriz de aluminio para crear un producto ligero y fuerte. La densidad de la espuma es del 2‐20% la del aluminio sólido. Las ventajas de las espumas de aluminio incluyen sus propiedades ignífugas, una alta relación resistencia‐peso, rigidez y absorción de energía. Las aplicaciones actuales incluyen los paneles de aislamiento acústico. Se pueden fundir bloques de tamaño estándar, así como piezas con formas complejas. 5.4.4.4. Compuestos de Matriz Metálica base Aluminio 160 Un producto relativamente nuevo, los compuestos de matriz metálica base aluminio (MMCs) consisten de una matriz de aleación de aluminio con carbono, refuerzos metálicos, o, más comúnmente, cerámicos. De todos los metales, el aluminio es el más comúnmente usado como material de la matriz en los MMCs. Los MMCs combinan la baja densidad del aluminio con los beneficios de la cerámica tales como resistencia, rigidez (por el aumento del módulo de elasticidad), resistencia al desgaste y propiedades a altas temperaturas. Se pueden conformar tanto en estado sólido como en líquido en piezas forjadas, extruídas, láminas, placas y piezas moldeadas. Las desventajas incluyen disminución de ductilidad y un alto costo (los MMCs cuestan alrededor de tres veces más que las aleaciones de aluminio convencionales). Sin embargo, a pesar de que está siendo desarrollado, los MMCs se han aplicado en partes de automóviles tales como en los pistones de motores diesel, camisas de cilindro, eje motriz y componentes de frenos como los rotores. Los refuerzos se caracterizan como continuos o discontinuos, dependiendo de su forma y preparación hasta 10‐70% de los compuestos por volumen. Las fibras continuas o refuerzos de filamento (designado f) incluyen grafito, carburo de silicio (SiC), de boro y óxido de aluminio (Al2O3). Los refuerzos discontinuos incluyen whiskers de carburo de silicio (designado w), partículas de SiC o Al2O3 (designado p), o Al2O3 corta o picada (designado c) o fibras de grafito. El sistema de designación estándar para los MMCs de Aluminio de La Asociación del Aluminio identifica cada uno de ellos como: Material matriz/material de refuerzo /% en volumen de refuerzo, forma Por ejemplo, 2124/SiC/25 w es la aleación de aluminio 2124 reforzada con un 25% en volumen de whiskeys de carburo de silicio; 6061/Al2O3/10 p es aleación de aluminio 6061 reforzada con un 10% en volumen de partículas de óxido de aluminio. 5.4.4.5. Soldadura por Fricción (Friction Stir Welding) Soldadura por fricción (FSW) es una nueva técnica por la cual una herramienta no consumible gira y está sumida en la junta hecha por las partes a unir. La herramienta se desplaza entonces a lo largo de la junta, plastificando el material a unirse a ella. No se necesita un llenado o gas protector ni hay necesidad de controlar corrientes o voltajes de aplicación y no se producen humos de soldadura. Se ha aplicado a aleaciones de las series 2xxx, 5xxx, 6xxx y 7xxx, en espesores de hasta 25 mm (1 in.). La soldadura por fricción produce soldaduras uniformes con poca aportación de calor y las consiguientes distorsiones y pérdida de resistencia. La desventaja son las altas presiones que se debe ejercer sobre el trabajo. Las aplicaciones comerciales incluyen tanques de combustible de cohetes y las cubiertas de buques, es especialmente apropiada para hacer soldaduras en juntas largas que se producen en masa. 5.4.4.6. Recubrimientos de Hidrocalcita Aunque el aluminio se usa a menudo sin recubrimiento, a veces son necesarios para la apariencia o para la protección a corrosión. Sin embargo, muchos de los recubrimientos no se ajustan bien al aluminio sin un pretratamiento superficial. El pretratamiento más eficaz durante muchos años ha sido un recubrimiento de cromato, pero las soluciones oxidantes utilizadas para hacer recubrimientos de cromato, cromo hexavalente (CR6+), es carcinógeno. También se utilizan cianuro y otras sustancias tóxicas en las operaciones de recubrimientos de cromo. El anodizado es una alternativa a los recubrimientos de cromato, pero es más caro. La seguridad de los trabajadores las cuestiones medioambientales han llevado a la búsqueda de métodos alternativos de pretratamientos de recubrimientos. Recientemente, se ha desarrollado un recubrimiento de hidrocalcita en la Universidad de Virginia que reemplace el 161 recubrimiento de cromato. El recubrimiento de hidrocalcita cuesta menos que el cromato, no es tóxico y es eficaz en aleaciones con bajo contenido de cobre (series 3xxx, 5xxx y 6xxx). 5.4.5. Aplicaciones de las Aleaciones de Aluminio Los principales mercados de la industria del aluminio son: la construcción y edificación, el transporte, bienes de consumo duraderos, sector eléctrico, maquinaria y equipos, envases y embalajes, las exportaciones y otros usos finales. Como se describe a continuación, cada uno de los principales mercados comprende una amplia gama de usos finales. Aplicaciones en la Construcción y Edificación. El aluminio es utilizado ampliamente en edificios de todo tipo, puentes, torres y tanques de almacenamiento. Debido a que las formas y placas de acero estructural tienen un costo inicial más bajo, el aluminio se utiliza las principales consideraciones son: las ventajas de ingeniería, construcción, diseños arquitectónicos únicos, peso ligero, y/o resistencia a la corrosión. Estructuras estáticas. El diseño y fabricación de estructuras estáticas de aluminio difieren poco de las prácticas utilizadas con acero. El módulo de elasticidad del aluminio es un tercio que el del acero y requiere una atención especial en los miembros a compresión. Sin embargo, ofrece ventajas en virtud de las cargas de choque y en los casos de menores desajustes. Cuando se realiza un buen diseño, el aluminio ahorra más del 50% del peso requerido por un acero de bajo carbono en pequeñas estructuras; su pueden obtener niveles de ahorro similares en puentes de gran luz o móviles. El ahorro también se obtiene de los bajos costes de mantenimiento y en la resistencia de contaminación atmosférica o corrosión medioambiental. Las operaciones de conformado, cizallado, aserrado, perforado y taladrado se pueden realizar en los mismos equipos utilizados para la fabricación de acero estructural. Dado que las aleaciones de aluminio estructural deben su resistencia al buen control en los tratamientos térmicos, hay que evitar otro tipo de operaciones térmicas posteriores como el conformado en caliente. Se debe prestar especial atención a los requerimientos en resistencia de las áreas soldadas debido a la posibilidad de efectos de recocido localizados. Edificios. Los corrugados u otro tipo de productos como láminas rígidas se utilizan en cubiertas y revestimiento para la construcción de edificaciones en el sector industrial y agrícola. Aplicaciones adicionales para láminas, placas, piezas fundidas y extrusiones tenemos: ventiladores, listones de drenaje, tanques de almacenamiento, ventanas, marcos de puertas y otros. Productos de aluminio, tales como techos, tapajuntas, cunetas y canaletas se utilizan en los hogares, hospitales, escuelas y edificios comerciales y de oficinas. Muros exteriores, muros cortina y aplicaciones interiores como cableado, conductos, tuberías, ductos y barandas utilizan el aluminio en muchas formas y acabados. El aluminio se utiliza en puentes y accesorios de carreteras como barandas en puentes, guarda raíles en autopistas, normas de iluminación, torres de control del tráfico, señales de tráfico y la cadena de enlace de las vallas. El aluminio también es comúnmente utilizado en las estructuras de los puentes, especialmente en construcciones de gran luz, móviles basculante y de levantamiento vertical. En la construcción de puentes portátiles militares y puentes sobre autopistas se utilizan cada vez más elementos de aluminio. Andamios, escaleras, estructuras de subestación eléctrica y otras estructuras utilizan el aluminio, principalmente en forma de perfiles estructurales y formas especiales de extrusión. Grúas, transportadores y sistemas de manejo pesados incorporan importantes cantidades de aluminio. Los tanques de almacenamiento de agua a menudo son construidos con aleaciones de aluminio para mejorar la resistencia a la corrosión y proporcionar una buena apariencia. Envases y embalajes. Las industrias de alimentos y drogas usan el aluminio debido a que no es tóxico, no es adsortivo y es inastillable. También minimiza el crecimiento bacteriano, forma 162 sales incoloras y se puede limpiar con vapor. Se puede obtener un ahorra por su bajo calor específico volumétrico cuando los contenedores o transportadores debe moverse dentro y fuera de áreas calientes o refrigeradas. Las propiedades antichispa del aluminio son valiosas en los molinos de harina y otras plantas sometidas al fuego y riesgos de explosión. La resistencia a la corrosión es importante en el transporte marítimo de mercancías frágiles, valiosos productos químicos y cosméticos. Contenedores sellados de aluminio diseñados para el transporte por aire, a bordo, por ferrocarril o camión se utilizan para los productos químicos no adecuados para envío a granel. Los envases ha sido para el aluminio uno de los mercados de más rápido crecimiento, los productos incluyen envases flexibles y contenedores de alimentos, tapas de botella, tubos plegables, bebidas y alimentos enlatados. El papel de aluminio funciona bien en los envases, bolsas y envolturas de los productos alimenticios y medicamentos, así como para usos domésticos. Las latas de bebidas han sido la industria de aluminio con mayor éxito y la penetración en el mercado de los alimentos se puede acelerar. Refrescos, cerveza, café, snacks, carne e incluso el vino están envasados en latas de aluminio. La cerveza de barril se distribuye en barriles de aluminio alclad. El aluminio se utiliza ampliamente en los tubos plegables para pasta de dientes, ungüentos, alimentos y pinturas. Transporte. Automoción. Los productos forjados y de fundición de aluminio han encontrado un amplio uso en la construcción de automóviles. El uso del aluminio por unidad es de aproximadamente 70 kg y se espera que aumente drásticamente por los mandatos de ahorro de combustible y el énfasis en el reciclado continuo. El mayor uso se realiza en los automóviles de turismo con aproximadamente 295 kg. El aluminio fundido en arena, matriz y molde permanente son de importancia crítica en la construcción de motores, bloques de motor, pistones, culatas, colectores de admisión, cárteres, carburadores, caja de transmisión y balancín de válvulas y son componentes probados. Las válvulas de freno y las pinzas de freno se unen a otros innumerables componentes en el diseño de los coches. Las llantas de aluminio fundido siguen creciendo en popularidad. Las láminas de aluminio se utilizan para cubiertas, tronco cubiertas, tomas de aire y parachoques. Las piezas extraídas y forjadas están encontrando nuevos usos como las llantas de aleación de aluminio forjado. Camiones. Debido a limitaciones de peso y el deseo de aumentar la carga útil, los fabricantes están empleando el aluminio en la cabina, el remolque y en el diseño del camión. Las láminas de aleaciones se utilizan en el cuerpo de la cabina del camión y el peso muerto, también se reduce usando largueros extruídos, marco de carriles, y miembros cruzados. Son habituales los parachoques extruídos o conformados de láminas y las ruedas forjadas. Los tanques de combustible de aluminio ofrecen reducción de peso, resistencia a la corrosión y una atractiva apariencia. Las piezas moldeadas y piezas forjadas se utilizan ampliamente en motores y sistemas de suspensión. Remolques de camiones. Están diseñados para una máxima carga útil y un funcionamiento económico en consideraciones de requisitos legales de peso. El aluminio se utiliza en los marcos, pisos, techos y estanterías. Se utilizan comúnmente las llantas de aluminio forjado. El cuerpo de camiones cisterna y volquetes son hechos de láminas y/o placas en ensambles remachados y soldados. Casas móviles y remolques de viaje. Por lo general se construyen de láminas de aleación de aluminio desnudo o utilizado con esmalte de acabado en madera o acero y los marcos de aleación de aluminio extruído. Autobuses. Los fabricantes de autobuses también se ocupan de la reducción del peso muerto. Las láminas de aluminio, placas y extrusiones se utilizan en componentes en el cuerpo y el 163 parachoques. Son comunes las ruedas forjadas. Se utilizan ampliamente el motor y los componentes estructurales en fundición, forjado y extruído. Rodamientos. Las aleaciones de aluminio‐estaño se utilizan en motores a gasolina y motores diesel en las bielas y los cojinetes principales. Los rodamientos forjados y fundidos pueden ser compuestos con un dorso de acero y babbit u otra placa superpuesta. Vagones de ferrocarril. El aluminio se utiliza en la construcción de las tolvas de los coches del ferrocarril, caja de automóviles, vehículos frigoríficos y vehículos cisterna (Fig. 54). El aluminio también se utiliza ampliamente en los coches ferroviarios de pasajeros, en particular los de los sistemas de transporte colectivo. Figura 10. El uso intensivo de aluminio en todos los sistemas de transporte minimiza el peso muerto y reduce los costes de funcionamiento y mantenimiento. Cortesía de Alcan International. Aplicaciones Marinas. El aluminio es comúnmente utilizado para una gran variedad de aplicaciones marinas, incluidos los principales miembros resistentes, tales como el cascos, las casetas de cubierta y otras aplicaciones tales como tapas de escotilla, ventanas, puertos aéreos, escaleras de alojamiento, pasarelas, mamparos, placa cubierta, equipos de ventilación, equipo salvavidas, mobiliario y tanques de combustible. Además, los buques están haciendo un amplio uso de las placas de aleaciones de aluminio soldada en grandes tanques utilizados para el transporte de gases licuados. Con la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio actual admiten diseños que ahorran alrededor del 50% del peso de diseños similares en acero. Un sustancial ahorro de peso en las casetas de cubierta y el equipo de cubierta permitió aligerar las estructuras de apoyo. El ahorro acumulado en el peso mejorar la estabilidad del buque y permitir disminuir las vigas. A velocidades comparables, las embarcaciones más ligeras y más estrechas requerirán una planta de energía más pequeña y se quemará menos combustible. Por consiguiente, 1 kg de peso ahorrado por el uso de estructuras más ligeras o equipos a menudo acarrea a una disminución global en peso desplazado de 3 kg. El aluminio también reduce el mantenimiento que resulta de ataques corrosivos o biológicos. El módulo de elasticidad relativamente bajo de las aleaciones de aluminio ofrece ventajas en estructuras hechas sobre un casco de acero. Se obtiene bajos niveles de esfuerzos a flexión en una superestructura de aluminio para los cascos de acero, en comparación con los esfuerzos inducidos en una superestructura de acero similar. En consecuencia, las casetas de cubierta hechas de aluminio continuo se pueden construir sin juntas de dilatación. Las aleaciones fundidas se utilizan en partes estructurales y carcasas de motores fuera de borda sujetos a inmersión continua o intermitente, campanas de motor, pantallas térmicas, y otros partes, incluidos los accesorios. Otras aplicaciones marinas se encuentran en sonoboyas, marcadores de navegación, bote de remos, canoas, remos y palas. Sector Aeroespacial. El aluminio se utiliza en prácticamente todos los segmentos de la industria de los aviones, misiles y naves espaciales en el fuselaje, motores, accesorios y tanques de 164 combustible líquido y oxidante. El aluminio se utiliza ampliamente debido a su alta relación resistencia‐densidad, resistencia a la corrosión y eficiencia en peso y eficiencia, especialmente en diseños a compresión. El aumento de la resistencia a la corrosión en agua salada y otros ambientes está garantizado mediante el uso de aleaciones alclad o recubrimientos anódicos. El exterior de las aeronaves expuesto al medio ambiente salino se suele fabricar a partir de aleaciones con recubrimiento. La resistencia a la corrosión se puede reforzar con acabados orgánicos u otros recubrimientos de protección. Aplicaciones eléctricas Aleaciones Conductoras. El uso del aluminio predomina en la mayoría de las aplicaciones de conductores. El aluminio de composición controlada se trata con la adición de trazas de boro para eliminar el titanio, vanadio y zirconio, cada uno de los cuales aumenta la resistividad. El uso de aluminio se basa en una combinación de bajo costo, alta conductividad eléctrica, resistencia mecánica adecuada, baja gravedad específica y una excelente resistencia a la corrosión. La aleación conductora (1350) más común ofrece una conductividad mínima del 61.8% de la International Annealed Copper Standard (IACS) y de 55 a 124 MPa de resistencia a la tracción mínima, dependiendo del tamaño. En comparación con el IACS sobre la base de la masa en lugar del volumen, la conductividad mínima del aluminio 1350 estirado es 204.6%. Otras aleaciones se utilizan en las barras colectoras, para el servicio a temperaturas ligeramente elevadas y en las instalaciones de televisión por cable. El forrado de cable se realiza por medio de extrusión, la cubierta en posición final y alrededor del cable se alimenta a través de un orificio axial en la matriz de extrusión. También puede hacerse por enhebrado del cable a través de un tubo prefabricado y luego apretar el tubo alrededor de las dimensiones finales del cable por reducción del tubo y estirado de la matriz. Los accesorios de conductores pueden ser laminados, extruidos, fundidos o forjados. Las formas comunes de los conductores de aluminio son hilos de alambre individuales y múltiples (agrupados o trenzados). Cada uno se utiliza en aplicaciones aéreas u otras aplicaciones tensadas, así como en aislamientos no tensados. Tamaño a tamaño la resistencia de corriente continua, de los conductores de aluminio más comunes, es de aproximadamente 1.6 a 2.0 veces la del IACS, sin embargo, como consecuencia de la menor gravedad específica, la conductividad del aluminio base requiere un peso de aproximadamente la mitad tanto como un conductor de cobre equivalente. Los conductores de aluminio de acero reforzado (ACSR) consisten en una o más capas concéntricas de cable de aluminio trenzado con un galvanizado de alta resistencia o un alambre aluminizado de acero básico, que a su vez puede ser un solo hilo o un grupo de trenzas concéntricas. La resistencia eléctrica se determina por la sección transversal del aluminio, mientras que la resistencia a la tracción se determina en el compuesto con el núcleo de acero proporcionando de 55 a 60% de la resistencia total. La construcción ACSR se utiliza para la resistencia mecánica. La relación resistencia‐peso es cerca de dos veces mayor que la de cobre de resistencia de corriente directa. El uso de cables ACSR permite un menor número de postes o torres. Motores y generadores. El aluminio ha sido durante mucho tiempo utilizado para el bobinado y partes estructurales de los de los rotores. Los anillos del rotor y los ventiladores de refrigeración son fundidos a presión integralmente con barras de núcleo laminado del rotor de los motores de jaula. Partes estructurales de aluminio, como los marcos de estator, son fundidos en matriz, su resistencia a la corrosión puede ser necesaria en entornos específicos (en motores para el hilado natural y fibras sintéticas, en los generadores en aviones cuando el peso es igualmente importante). Otras aplicaciones son las bobinas inductoras en máquinas de corriente directa, el bobinado del estator de motores y el bobinado en transformadores. Los cables aleados se utilizan en bobinas de campo de turbogeneradores extremadamente grandes, donde las temperaturas de funcionamiento y fuerzas centrífugas podrían dar lugar a fallos por fluencia. 165 Transformadores. Las bobinas de aluminio han sido ampliamente utilizadas en transformadores de potencia del tipo seco y se han adaptado a devanado de la bobina secundaria en transformadores de corriente constante del tipo suspensión magnética. Su uso disminuye el peso y permite a la bobina flotar en suspensión electromagnética. El aluminio se empieza a utilizar en dispositivos concretos en el reactor que protegen los transformadores de las sobrecargas. Las formas extruídas y láminas punzonadas se utilizan en las antenas de radar, los tubos conformados en caliente y extruídos se utilizan en antenas de televisión, estirados o extruídos por impacto se utilizan en condensadores y escudos y recubrimientos vaporizados de alta pureza en revestimientos de tubos catódicos. Ejemplos de aplicaciones en las que otras propiedades eléctricas que no son magnéticas dominan son el chasis para equipos electrónicos, recipientes hilados a presión para equipos de a bordo, placas de nombre grabado, elementos como pernos, tornillos y tuercas. Además, se utilizan formas de aletas en los componentes electrónicos para facilitar la eliminación de calor. El aluminio se puede utilizar como celda base para la deposición de selenio en la fabricación de rectificadores de selenio. Iluminación. El aluminio es la base en lámparas incandescentes y fluorescentes y otras láminas de aleaciones para las tomas. Se utilizan partes fundidas, estampadas e hiladas, a menudo artísticamente, en cuadros, pisos y otros accesorios de iluminación. El aluminio reflector es común en los fluorescentes y otros sistemas de iluminación instalados. Condensadores. El aluminio en forma de láminas domina todos los demás metales en la construcción de electrodos de condensadores. Condensadores de electrolítico seco y sin electrolito son los tipos básicos de condensadores de amplio uso comercial. Los condensadores de electrolítico seco se suelen emplear como electrodos en bobinas. El papel saturado con un electrolito operativo, envuelto en la bobina, separa mecánicamente la cinta. En los diseños para uso intermitente en los circuitos alternos, ambos electrodos son anodizados en un electrolito caliente de ácido bórico. El resultado es una película anódica delgada que constituye el elemento dieléctrico. Sólo la hoja que actúa como ánodo es anodizada en un electrolítico seco en ensamblajes destinados para aplicaciones en corriente directa. Los electrodos anodizados son de alta pureza, mientras que los electrodos sin anodizar utilizan cintas de aluminio de menor pureza. Antes de anodizar normalmente, pero no siempre, se ataca químicamente para aumentar la superficie efectiva. Contenedores para condensadores de electrolítico seco pueden ser hilados o extruídos por impacto. Bienes de consumo duraderos Electrodomésticos. Peso ligero, excelente apariencia, adaptabilidad a todas las formas de manufactura y bajos costos de fabricación son las razones para el amplio uso del aluminio en los aparatos eléctricos del hogar. El peso ligero es una característica importante en las aspiradoras, planchas eléctricas, lavavajillas portátiles, procesadores de alimentos y mezcladores. Los bajos costos de fabricación dependerán de varias propiedades, incluyendo la capacidad de adaptación a la fundición en matriz y la facilidad de acabado, ya que para una apariencia naturalmente agradable y una buena resistencia a la corrosión no es necesario un acabado costoso. Además de sus otras características deseables la cobresoldabilidad del aluminio hace que sea útil para evaporadores en refrigeradores y congeladores. Tubo se pone en una lámina repujada sobre tiras de aleación de soldadura con un flujo adecuado, el ensamblaje se suelda en el horno y el flujo residual se elimina por sucesivos lavados en agua hirviendo, ácido nítrico y agua fría. El resultado es un evaporador con una alta conductividad térmica y eficiencia, buena resistencia a la corrosión y bajos costos de fabricación. Prácticamente todas las piezas de aluminio en los aparatos eléctricos son fundidas en matriz (con la excepción de unas pocas partes en molde permanente). Los utensilios de cocina de aluminio pueden ser fundidos, estirados o hilados. El asa se une a los utensilios por remachado 166 o soldadura por puntos. En algunos utensilios, al acero inoxidable interior se le adhiere una capa de aluminio exterior, en otros, el interior es recubierto con teflón o porcelana. Resina de silicona, teflón u otros recubrimientos mejoran la utilidad de los utensilios de aluminio al calor. Muchas piezas moldeadas son partes funcionales internas y se usan sin necesidad de un acabado posterior. Se aplican generalmente acabados orgánicos a piezas fundidas por presión como las que se utilizan en los enseres eléctricos. Las formas forjadas se fabrican principalmente a partir de láminas, tubos, alambres y se utilizan en aproximadamente las mismas cantidades que las piezas moldeadas. Las aleaciones forjadas se seleccionan sobre la base de la resistencia a la corrosión, características de anodizado, conformabilidad u otro tipo propiedades de ingeniería. Los colores naturales que algunas aleaciones toman después del anodizado son extremadamente importantes para los equipos de manipulación de alimentos, las aplicaciones incluyen refrigeradores de verduras, sartenes para carnes, cubiteras y estantes. Mobiliario. Peso ligero, bajo mantenimiento, resistencia a la corrosión, durabilidad y una atractiva apariencia son las principales ventajas del aluminio en los muebles. Bases de sillas, marcos de asiento y apoyabrazos son fabricados a partir de tubos fundidos, estirados o extrudidos (redondos, cuadrados o rectangulares), también de láminas o barras. Con frecuencia, estas partes se conforman en el recocido o parcialmente en el tratamiento térmico de revenido y posteriormente se tratan térmicamente y se envejecen. Los diseños generalmente se basan en las necesidades de servicio, sin embargo, a menudo el estilo impone sobrediseños o ineficientes secciones. La fabricación es convencional, por lo general se unen por soldadura con arco o soldadura con latón. Se utilizan diversos procedimientos de acabado: mecánico, anódico, color anodizado, anodizado y teñido, recubiertos de esmalte o pintado. Secciones tubulares, normalmente redondas y a menudo conformadas y soldadas de chapas planas, son la forma más popular del aluminio para muebles de jardín. Maquinaria y Equipo Equipos de procesamiento. En la industria petrolera, se utilizan tapas de aluminio en tanques de almacenamiento de acero, el exterior está cubierto con pintura de aluminio pigmentado y las tuberías de aluminio transportan los productos derivados del petróleo. El aluminio se utiliza ampliamente en la industria del caucho ya que resiste a todos los tipos corrosión que se produce en la transformación del caucho y es no adhesivo. Las aleaciones de aluminio son ampliamente utilizadas en la fabricación de explosivos debido a su característica no pirofórica. Fuertes oxidantes se procesan, almacenan y envían en sistemas de aluminio. El aluminio es especialmente compatible con azufre, ácido sulfúrico, sulfuros y sulfatos en la industria de la energía nuclear, elementos combustibles con camisas de aluminio protegen el uranio de la corrosión del agua, impiden la entrada de productos de reacción en el agua de refrigeración, transfieren el calor eficiente del uranio al agua y contribuyen a reducir al mínimo la captura parasitaria de neutrones. Los tanques de aluminio se utilizan para contener el agua pesada. Equipos de textiles. El aluminio se utiliza ampliamente en maquinaria y equipo textil en forma de extrusiones, tubos, planchas, piezas moldeadas y piezas forjadas. Es resistente a muchos agentes corrosivos encontrados en las fábricas textiles y en la fabricación de hilados. Una alta relación resistencia‐peso reduce la inercia de piezas de maquinaria que trabajan a altas velocidades. Una precisión dimensional permanente con peso ligero mejora el equilibrio dinámico de los miembros de máquinas que trabajan a altas velocidades y reduce las vibraciones. La pintura generalmente es innecesaria. 167 Maquinaria de Minas de Carbón. El uso de equipos de aluminio en las minas de carbón ha aumentado en los últimos años. Las aplicaciones incluyen vehículos, cubas y contenedores, accesorios para techos, herramientas antichispa, postes extensibles portátiles y transportadores vibratorios. El aluminio es resistente a condiciones de corrosión asociadas con la minería superficial y profunda. El aluminio no es necesita limpieza y ofrece buena resistencia a la abrasión, vibración, separación y al desgarro. Tuberías de Riego y Herramientas Portátiles. El aluminio es ampliamente utilizado en aspersores portátiles y sistemas de riego. Las herramientas portátiles utilizan grandes cantidades de aluminio en motores eléctricos y a gas y en carcasas de motor. Carcasas de precisión de fundición y componentes de motores, incluidos los pistones, se utilizan para taladros, motosierras, sierras de cadena a gasolina, lijadoras, máquinas de desbarbado, destornilladores, amoladoras, cizallas, martillos, herramientas de varios impactos y las herramientas de banco. Las aleaciones de aluminio forjadas se encuentran en muchas de las mismas aplicaciones y en herramientas manuales tales como llaves y alicates. Instrumentos. Sobre la base de combinaciones de resistencia y estabilidad dimensional, las aleaciones de aluminio se utilizan en la fabricación de ópticas, telescópica, espacio de orientación y otros instrumentos de precisión y dispositivos. Para garantizar la precisión dimensional y estabilidad en la fabricación y montaje de piezas para estos equipos, en las fase de mecanizado se aplican algunas veces tratamientos térmicos adicionales para alivio de esfuerzos o después de la soldadura o del montaje mecánico. Otras aplicaciones Reflectores. La reflectividad de la luz es de un 95% en superficies especialmente preparadas con aluminio de alta pureza. El aluminio es en general superior a otros metales en su capacidad para reflejar el infrarrojo o la termorreflectividad. Es resistente a la decoloración superficial por sulfuros, óxidos y contaminantes atmosféricos y tiene de tres a diez veces más de vida útil que la plata para los espejos en los proyectores, telescopios y reflectores similares. La termorreflectividad puede ser del 98% para una superficie altamente pulida. El rendimiento se reduce sólo ligeramente, cuando el metal con el tiempo pierde su brillo inicial. Cuando se necesita máxima reflectividad se utilizan tratamientos químicos o electroquímicos para el brillo; seguido normalmente de un tratamiento anódico rápido, a veces termina con una capa de laca. Los reflectores que requieren menos brillo pueden ser simplemente pulidos y lacados. Un decapado en una solución cáustica suave produce un acabado difuso, que también pueden ser protegidos por laca clara, un revestimiento anódico o ambas cosas. Pastas y Polvos. La adición de hojuelas de aluminio para pigmentos de pinturas explota las ventajas intrínsecas de alta reflectancia, durabilidad, baja emisividad y mínima penetración de la humedad. Otras aplicaciones de pastas y polvos incluyen las tintas de impresión, artículos pirotécnicos, jabón flotante, concreto aireado, soldadura con termita y aditivos para mejorar la energía del combustible. Materiales de ánodo. Las aleaciones de aluminio muy electronegativas se emplean habitualmente como ánodos de sacrificio, por lo general en estructuras de acero o en las tuberías, construcción en alta mar, barcos, tanques y unidades de almacenamiento. 5.5. NÍQUEL Y ALEACIONES DE NÍQUEL El níquel en su forma elemental o aleado con otros metales y materiales ha hecho importantes contribuciones a nuestra actual sociedad y promete continuar el suministro de materiales, incluso para un futuro más exigente. 168 Se han realizado importantes avances en la tecnología de níquel que han servido para dar forma a la industria actual. Algunas de estas se enumeran a continuación. •
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El descubrimiento en 1905 de Monel, una aleación de níquel – cobre de alta resistencia a la tracción desarrollada para ser muy resistente a la corrosión atmosférica, el agua salada, y diversos ácidos y soluciones alcalinas. Trabajo de desarrollo por Marsh de aleaciones de níquel‐cromo que condujeron al descubrimiento de la serie de aleaciones Nimonic (Ni‐Cr + Ti), que se utilizan principalmente en aplicaciones que requieren resistencia a la fluencia, alta resistencia, y estabilidad a alta temperatura. El trabajo de Elwood Haynes en aleaciones binarias de níquel‐cromo y cobalto‐cromo utilizadas para aplicaciones que deben ser resistentes a la oxidación y resistentes al desgaste. El trabajo de Paul D. Merica sobre el uso de níquel en hierro moldeado, bronce y acero, así como su importante descubrimiento que el aluminio y titanio conducen al endurecimiento por precipitación de las aleaciones base níquel. Este mecanismo continúa proporcionando la base material para el fortalecimiento de las superaleaciones actuales. El trabajo de William A. Mudge en el endurecimiento por precipitación de aleaciones níquel‐cobre (K‐Monel). El establecimiento de las instalaciones Kure Beach y Harbor Island, NC, para los ensayos de corrosión por F.L. LaQue. Estas dos instalaciones, establecidas en 1935, comprenden el centro LaQue de Tecnología de la Corrosión. La adición de ferrocromo (70Cr‐30Fe) al níquel para crear aleaciones Inconel conocidas por su alta resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación y resistencia a la carburización. Trabajo de desarrollo durante el decenio de 1920 de aleaciones de níquel – molibdeno que llevaron al descubrimiento de la serie de aleaciones Hastelloy, conocidas por su alta resistencia a la corrosión. Otros avances en aleaciones resistentes a altas temperaturas utilizadas para aplicaciones aeronáuticas permitieron el desarrollo de las aleaciones Nimonic 80 y Nimonic 80A durante la década de 1940. El desarrollo de turbo‐compresores, para motores de aviones, que operan a temperaturas que van desde 650 a 815 °C; como el rotor que gira a una velocidad de 20000 a 30000 rpm, permitieron la mejora de las aleaciones endurecidas por precipitación Hastelloy B y Hastelloy X. La producción de los primeros motores de turbina de gas llevaron al desarrollo de nuevas aleaciones para álabes, válvulas y discos con la mejora en la resistencia a la fluencia y resistencia a la fatiga (Figura 55). La introducción de una nueva familia de aleaciones Fe‐Ni‐Cr (serie Incoloy) con un contenido de níquel inferior (20 a 40% en peso), diseñada para satisfacer la necesidad de resistencia a la oxidación a altas temperaturas y protección contra la corrosión acuosa. Los avances en metalurgia de polvos (P/M) llevó al desarrollo de superaleaciones aleadas mecánicamente. Las nuevas tecnologías de fusión (fusión por inducción en vacío, fusión con haz de electrones, fusión/refinado por plasma, fundición por arco con cáscara en vacío) en coordinación con el moldeado de matriz invertida permitió el desarrollo de piezas moldeadas de grano fino equiaxiado, así como la solidificación dirigida y las superaleaciones monocristalinas. 169 Figura 55. Distribución de materiales en un motor a reacción 5.5.1. Propiedades del Níquel y Aleaciones de Níquel Las forma comercial del níquel y las aleaciones base níquel son totalmente austenítica y se utilizan y/o seleccionan principalmente por su resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión acuosa. Desde una perspectiva de la nomenclatura, son aleaciones que contienen más del 30% de níquel. La figura 56 clasifica estas aleaciones por el contenido de níquel, mientras las relaciona con las aleaciones más comunes de aceros inoxidables austeníticos (se ha omitido la seria de aleaciones Ni‐Cu, Monel). Todos estos materiales se caracterizan por tener de 15 a 23% Cr y, por lo tanto, se pueden clasificar por el contenido de níquel. Los aceros austeníticos, por lo tanto, son aleaciones de hierro‐cromo‐níquel. 170 Figura 56. Gráfico de aleaciones base Níquel que muestran las aleaciones que contienen cantidades variables de níquel y hierro. El contenido de cromo es constante en aproximadamente 18 a 20%. Las temperaturas de operación máximas sugeridas para cada una de las agrupaciones son las siguientes: •
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Fe‐Cr‐Ni: 1050 °C Fe‐Ni‐Cr: 1150 °C Ni‐Cr‐Fe: 1200 °C Existen variaciones para cada una de estas series para mejorar sus características a corrosión o sus propiedades mecánicas. Por lo tanto, el molibdeno y el nitrógeno puede añadirse a esta serie de aleaciones para mejorar su resistencia a la corrosión por picaduras y a la corrosión por fisuras; se adiciona cromo mejorar la resistencia a la sulfatación; aluminio, titanio, niobio y permitir el fortalecimiento a través del endurecimiento por precipitación (endurecimiento por envejecimiento). Sin embargo, en todos los casos, el contenido de níquel permite mejoras en la resistencia a la fatiga y rendimiento a altas temperaturas, especialmente en ambientes reductores (carburación y nitruración). 171 La tabla 68 proporciona una perspectiva general de la resistencia a la corrosión de los grupos de aleaciones. En general, cuanto mayor sea el contenido de níquel en una aleación, mayor será su resistencia inherente a ambientes reductores (ácidos y alcalinos). Por el contrario, el acero inoxidable austenítico (aleaciones Fe‐Cr‐Ni) depende del oxígeno o condiciones oxidantes para ayudar a mantener la película de óxido protectora para su resistencia a la corrosión. La inexistencia de esta película los hace susceptibles a la corrosión por picaduras y a la corrosión por fisuras. Las aleaciones que tienen elementos del grupo de transición ofrecen grados de resistencia en condiciones tanto oxidantes como reductoras. Estas aleaciones suelen contener cantidades variables de molibdeno y ofrecen un amplio rango de resistencia a estos entornos mixtos. Tabla 68. Resistencia a la corrosión de aleaciones base níquel Serie de Aleación Aplicaciones Ambientes Acuosos(a)
Aleaciones con buena fabricabilidad, se utiliza
para los buques y en tuberías que transportan Reductor derivados químicos complejos. Aleaciones que contienen molibdeno para Alloys C‐276, 625, G3/G30, C‐ 22/622, 825 aplicaciones de agujeros y grietas resistentes a la Neutral, Reductor, Oxidante corrosión. Aleaciones utilizadas normalmente en el Alloys 800, 904L; type 304, 316, 317 procesamiento de alimentos, en la industrial de Oxidante stainless steels pulpa y papel y en el transporte químico. (a) Ambientes reductores; sosa cáustica (NaOH), ácido clorhídrico, ácido sulfúrico (solución diluida), ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico necesita de aleaciones con alto contenido de molibdeno. Ambientes Neutrales: sales de ácidos orgánicos (NaCl, bisulfatos). Ambientes oxidantes: ácido sulfúrico (concentrado), ácido fosfórico, ácido nítrico, ácido nítrico necesita de aleaciones con alto contenido de cromo. Nickel 200; Alloys 400, 600 Las figuras 57a y 57b muestran el rendimiento y capacidad a altas temperaturas de las aleaciones base níquel. Cuanto más alto sea el contenido de níquel, mayor será la resistencia. En la Fig. 57a, las aleaciones de níquel‐cromo‐hierro presentan una excelente resistencia a la oxidación. Esta característica es la más deseada en aleaciones especificadas en aplicaciones para los motores a reacción en el sector aeroespacial y en requerimientos en procesos térmicos. La aleación 230 con adición de tungsteno (Ni‐22Cr‐14W‐2Mo‐3Fe‐5Co) combina excelente resistencia a altas temperaturas con resistencia excepcional a los ambientes oxidantes hasta 1150 °C. Las aleaciones de níquel‐cromo‐hierro también poseen una excelente resistencia a la carburación (Fig. 57b). (a) (b) Figura x. (a) Resistencia a la oxidación cíclica en 1095 °C. Cada ciclo consistió en 15 minutos de calentamiento seguido de 5 minutos de enfriamiento al aire, (b) Resistencia a carburación en gas a 980 y 1090 °C. 100 h de duración del ensayo. 172 La tabla 69 muestra la composición de las aleaciones de níquel forjadas y las propiedades se muestran en la tabla 70. Tabla 69. Composición de níquel y aleaciones base níquel. Aleación Ni Cu (a)
Composicióp, wt% Mn C Fe Níquel puro comercial y Aleaciones con bajo contenido en Níquel
Níquel 200 99.0 min 0.25 0.40
0.35
Níquel 201 99.0 min 0.25 0.40
0.35
Níquel 205 Níquel 211 Níquel 212 Níquel 222 Níquel 270 99.0 min
93.7 min
(b) (b) 97.0 min 99.0 min
(b) 99.9 min Duraníquel 93.0 min 301 Aleaciones Níquel – Cobre Aleación (b) 63.0 min
400 Aleación (b) 40.0‐45.0
401 Aleación (b)
63.0 min R ‐ 405 Aleación 29.0‐33.0 450 Aleación (b)
63.0 min K ‐ 500 0.15 0.20 0.35 Si S Otros 0.15
0.02
0.35
0.35
0.01 0.01 0.15 0.15 0.008 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
0.01‐0.08 Mg, 0.01‐0.05 Ti 0.20 0.15 0.015 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10
0.20
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.20 Mg
0.01‐0.10 Mg, 0.005 Ti 0.005 Mg, 0.005 Ti 4.00‐4.75 Al, 0.25‐1.00 Ti 0.25 0.75 0.20 0.25
4.25 –
5.25 1.5 – 1.25
0.10 0.10 0.30 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.10 0.008 0.01 0.05 0.003 0.02 0.005 0.003 0.25 0.60 0.50 0.30 1.00 0.01 28.0‐34.0 2.5 0.20 0.3 0.5 0.024 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Balance 0.75 2.25 0.10 0.25 0.015 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 28.0‐34.0 2.5 2.0 0.3 0.5 0.025‐0.060 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Balance 0.4 – 1.0 1.0 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 0.02 27.0‐33.0 2.0 1.5 0.25 0.5 0.01 1.0 Zn, 0.05 Pb, 0.02 P 2.30‐3.15 Al, 0.35‐0.85 Ti (a)
Aleación Ni Cr Fe Co Mo
Aleaciones Níquel – Cromo y Níquel – Cromo – Hierro
Aleación Bal 22.0 3.0 5.0 2.0 230 14.0
6.0‐
Aleación 72.0 ‐
‐‐‐‐ ‐‐‐‐ (b) 10.0 600 min
17.0 21.0
Aleación 58.0‐
‐
bal ‐‐‐‐ ‐‐‐‐ 601 63.0 25.0 20.0
10.0
8.0‐
Aleación 44.5 ‐
3.0 ‐
10.
617 min. 24.0 15.0 0 20.0
8.0‐
Aleación 58.0 ‐
5.0 1.0 10.
625 min. 23.0 0 27.0
Aleación 58.0 7.0‐
‐
‐‐‐‐ ‐‐‐‐ 690 min. 11.0 31.0 17.0
2.8‐
Aleación 50.0‐
‐
Bal. 1.0 (b)
3.3 718 55.0 21.0 14.0
Aleación 70.0 5.0‐
1.0 ‐‐‐‐‐ ‐
(b) X750 min.
9.0 17.0 14.0
5.0‐
Aleación 70.0 ‐
‐‐‐‐ ‐‐‐‐ (b) 9.0 751 min.
17.0 Aleación 78.0 20 1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ (d) MA754
Aleación 13.
51.6 21.5 5.5 2.5 C‐22 5 Aleación 14.5
4.0‐
15.‐
Bal. 2.5 C‐276 ‐
7.0 17. W
Composición, wt%
Nb
Ti
Al
C
Mn
Si B Otros
14.
0 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐ 0.3 0.10 0.5 0.4 0.00
5 0.02 La ‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐ ‐‐‐‐ 0.15 1.0 0.5 ‐‐‐‐‐ 0.5 Cu ‐‐‐‐ ‐‐‐‐ ‐‐‐‐ 1.0‐
1.7 0.10 1.0 0.50 ‐‐‐‐ 1.0 Cu ‐‐‐‐ ‐‐‐‐ 0.6 0.8‐
1.5 0.05‐
0.15 1.0 1.0 0.00
6 0.5 Cu ‐‐‐‐ 3.15‐
(c) 4.15
0.40 0.4
0 0.10 0.5
0 0.50 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐ ‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.05 0.0
5 0.50 ‐‐‐‐‐‐ 0.50 Cu ‐‐‐‐‐ 4.75‐
(c) 5.50
0.2‐
0.8 0.08 0.3
5 0.35 0.00
6 0.30 Cu ‐‐‐‐‐ 0.70‐
(c) 1.20
0.4‐
1.0 0.08 1.0 0.50 ‐‐‐‐‐ 0.50 Cu ‐‐‐‐‐ 0.7‐
(c) 1.2
2.0‐
2.6 ‐‐‐‐‐ 0.10 1.0 0.5 ‐‐‐‐‐ 0.5 Cu ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.5 0.3 0.05 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐ ‐‐‐‐ 0.6 Y2O3 4.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.01 1.0 0.1 ‐‐‐‐‐ 0.3 V 3.0‐
4.5 ‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.01 1.0 0.08 ‐‐‐‐‐ 0.35 V 0.65
‐
1.15 2.25
‐
2.75 173 Aleación G3 Bal. Aleación HX Bal. Aleación S Bal. Aleación W 63.0 Aleación X Bal. 16.5
21.0
‐
23.5 20.5
‐
23.0 14.5
‐
17.0 18.0‐
21.0 5.0 17.0‐
20.0 0.5‐
2.5 3.0 2.0 5.0 6.0 2.5 20.5
‐23. 17.0‐
20.0 6.0‐
8.0 8.0‐
10.
0 14‐
16.
5 1.5 0.50
(c) ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.01
5 1.0 1.0 ‐‐‐‐ 1.5‐
2.5Cu 0.2‐
1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.05‐
0.15 1.0 1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.1‐
0.5 0.02 0.3‐
1.0 0.20
‐
0.75 0.01
5 0.01‐
0.1La, 0.35 Cu 24 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.12 1.0 1.0 ‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐ 0.5‐
2.5 8.0‐
10.
0 0.2‐
1.0 ‐‐‐‐‐ 0.15 0.5
0 0.05‐
0.15 1.0 1.0 .008 0.5Cu 0.2 0.10 1.0 0.4 ‐‐‐‐‐ 0.6Ta
.02La .02Zr 0.10 1.5 1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.06‐
0.10 1.5 1.0 ‐‐‐‐‐ .85‐ 1.2Al+Ti ‐‐‐‐‐ Aleaciones Hierro – Níquel – Cromo Aleación 556 20.0 22.0 Bal. 18.0 3.0 2.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ Aleación 800 30.0‐
35.0 19.‐
23.0 39.5 min. ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.15
‐
0.60 Aleación 800HT 30.0‐
35.0 19‐
23.0 39.5 min. ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.15
‐
0.60 Aleación 825 Aleación 925 38.0‐
46.0 19.‐
23.5 22.0 min. ‐‐‐‐‐ 2.5‐
3.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.6‐
1.2 0.2 0.05 1.0 0.5 ‐‐‐‐‐ 44.0 21.0 28.0 ‐‐‐‐‐ 3.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 2.1 0.3 0.01 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 32.0‐
19‐
2.0‐
20 Cb3 Bal. ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 1.0 38.0 21 3.0 35.0‐
22.5
3.5‐
0.15‐
20Mo‐4 Bal. ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 40.0 ‐25 5.0 0.35 33.0‐
22‐
5.0‐
20Mo‐6 Bal. ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 37.20 26 6.7 Aleaciones con Expansión Controlada (Fe – Ni – Cr, Fe – Ni – Co)
Aleación 902 41.0‐
(b) 43.5
4.9‐
5.75 Bal. ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.1
5 0.6
0 0.1
5 0.6
0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.07 1.0 1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.03 1.0 0.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.03 1.0 0.5 ‐‐‐‐‐ 0.06 0.8 1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.15 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.01 ‐‐‐‐‐ 0.4 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.35 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.30 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 0.30 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 2.2
‐
2.7
5 0.3‐
0.8 Aleación 38.0 ‐‐‐‐‐ 42.0 15.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 3.0 1.4 0.9 903 Aleación 38.0
‐‐‐‐‐ 42.0 13.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.7 1.5 0.03 907 Aleación 38.0 ‐‐‐‐‐ 42.0 13.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 4.7 1.5 0.03 909 Aleaciones Níquel – Hierro Aleación 35.0‐
0.5 Bal. 1.0 0.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 36 38.0 Aleación 0.1
(e) 0.50 Bal. 1.0 0.5 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 42.0
42 5 Aleación 0.1
(e) 0.25 Bal. 1.0 ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐ 48.0
48 0 (a) Los valores únicos son los valores máximos a menos que se indique otra cosa. (b) Contenido de níquel más cobalto. (c) Contenido de niobio más tántalo. (d) Aleado mecánicamente, resistencia por dispersión, aleación pulvimetalúrgica. (e) Valor nominal; ajustado para satisfacer las necesidades de expansión. ‐‐‐‐‐ 3.0‐4.0 Cu 0.5‐1.5 Cu 2.0‐4.0 Cu 0.10 0.05 0.05 0.6
0 0.8
0 0.8
0 174 Tabla 70. Propiedades Mecánicas (a temperatura ambiente) y características de aleaciones base níquel. Propiedades para chapas recocidas a menos que se indique otra cosa. Aleación Resistencia Última a Tensión [MPa] Límite Elástico (compensación 0.2 %) [MPa] Módulo Elástico (Tensión) [GPa] Dureza Descripción/Principales Aplicaciones Níquel puro comercial y Aleaciones con bajo contenido en Níquel
Níquel 200 462 148 204 109 HB Níquel 201 403 103 207 129 HB Níquel 205 345 90 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Níquel 211 530 240 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Níquel 212 483 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Níquel 222 380 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Níquel forjado comercialmente puro con buenas propiedades mecánicas y excelente resistencia a la corrosión. El níquel 201 tiene baja cantidad de carbono (0,02% máx.) para aplicaciones de más de 315 °C. Utilizado para equipos de procesamiento de alimentos, tambores químicos, equipo de manipulación caustico y tuberías, componentes electrónicos, componentes aeroespaciales y de misiles, cubierta de los motores de cohetes, y dispositivos magnetostrictivos. Níquel forjado similar al níquel 200, pero con los ajustes de composición para mejorar el rendimiento en aplicaciones eléctricas y electrónicas. Utilizado para los ánodos y rejillas de válvulas, transductores magnetostrictivos, cables de plomo, cuadros de transistores y cajas de baterías. Las aleaciones de níquel‐
manganeso son ligeramente más duras que el níquel 200. La adición de manganeso proporciona resistencia a los compuestos de azufre a temperaturas elevadas. Utilizado como fusibles en las bombillas, como en redes de tubos de vacío y en montajes donde hay presencia de azufre de las llamas de calentamiento. Níquel forjado reforzado con una adición de manganeso. Se usa para aplicaciones en electricidad y electrónica tales como alambres de plomo, componentes de soporte en las lámparas y tubos de rayos catódicos y electrodos en lámparas incandescentes. Níquel forjado con una 175 Níquel 270 345 110 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 30 HRB Duraníquel 301 endurecida por precipitación 1170 862 207 30 – 40 HRC adición de magnesio para aplicaciones electrónicas. El magnesio proporciona la activación de los cátodos en dispositivos termiónicos. Se usa para las camisas de los cátodos revestidos de óxido calentados indirectamente Níquel de alto grado de pureza obtenido por metalurgia de polvos. Tiene una dureza base muy baja y alta ductilidad. Su extrema pureza es útil para los componentes de tiratrón de hidrógeno. También se utiliza para termómetros de resistencia eléctrica. La aleación de níquel‐
titanio‐aluminio se utiliza en aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión del níquel comercialmente puro, pero con mayor resistencia o propiedades elásticas. Estas aplicaciones incluyen diafragmas, resortes, abrazaderas, componentes de prensas de extrusión de plásticos y moldes para la producción de artículos de vidrio. Aleaciones Níquel – Cobre Aleación 400 550 240 180 110 – 150 HB Aleación 401 440 134 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación R ‐ 405 550 240 180 110 – 140 HB Aleación de níquel‐cobre con alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión en una amplia gama de medios, incluyendo el agua de mar, ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico, y álcalis. Utilizado por la ingeniería naval, química y equipos de procesamiento de hidrocarburos, válvulas, bombas, ejes, accesorios, retenedores, e intercambiadores de calor. Aleación de cobre‐níquel diseñada para aplicaciones eléctricas y electrónicas especializadas. Tiene un muy bajo coeficiente de resistencia a temperatura y una resistividad eléctrica en el rango medio. Utilizado en resistores de precisión de alambre bobinado y contactos bimetálicos. La versión sin mecanizado de la aleación 400. Se añade una cantidad controlada de azufre a la aleación que proporciona inclusiones de sulfuro que actúan como interruptores 176 Aleación 450 385 165 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación K‐500 endurecida por precipitación 1100 790 180 300 HB de viruta durante el mecanizado. Utilizado para medidores y partes de válvulas, retenedores y productos de tornillería. Aleación de cobre‐níquel del tipo 70‐30 que tiene una soldabilidad superior. Es resistente a la corrosión en agua de mar, tiene una buena resistencia a la fatiga y tiene conductividad térmica relativamente alta. Se usa para condensadores de agua de mar, condensador de placas, tubos de destilación, evaporadores, intercambiadores de calor de tubos y tuberías de agua salada. Aleación de níquel‐cobre endurecida por precipitación que combina la resistencia a la corrosión de la aleación 400 con una mayor resistencia y dureza. También tiene baja permeabilidad y es amagnética por encima de ‐100 °C. Se usa en ejes de bombas, herramientas e instrumentos de pozos de petróleo, excavadoras, resortes, válvulas de corte, retenedores y árboles porta‐hélice. Aleaciones Níquel – Cromo y Níquel – Cromo – Hierro
(a) Aleación 230
860 390 211 92.5 HRB Aleación 600 655 310 207 75 HRB Aleación 601 620 275 207 65 – 80 HRB Aleación de níquel‐cromo‐
tungsteno que combina excelente resistencia a alta temperatura con resistencia en ambientes oxidantes hasta 1150 °C y resistencia a los ambientes nitrurantes. Utilizado en el sector aeroespacial para componentes de turbina de gas, equipos de procesamiento químico y equipo de tratamientos térmicos. Aleación de níquel‐cromo con una buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas y la resistencia a los iones cloruro de la corrosión por tensión, corrosión por agua de gran pureza y la corrosión cáustica. Se usa en los componentes de hornos, en procesamiento de alimentos y químicos, en la ingeniería nuclear y para los electrodos de chispas. Aleación de níquel‐cromo con una adición de aluminio para que se 177 Aleación 617 (recocido por solución) 755 350 211 173 HB Aleación 625 930 517 207 190 HB Aleación 690 725 348 211 88 HRB destaque en la resistencia a la oxidación y otras formas de corrosión a alta temperatura. Asimismo, las propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. Se utiliza para hornos industriales; equipamiento de tratamientos térmicos tales como cestas, muflas, y retortas, equipos de procesos petroquímicos y otros y componentes de turbinas de gas. Aleación de níquel‐cromo‐
cobalto‐molibdeno con una excepcional combinación de estabilidad metalúrgica, resistencia y resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Se obtiene una buena resistencia a la oxidación por la adición de aluminio. La aleación también se resiste a una amplia gama de ambientes corrosivos acuosos. Utilizado en turbinas de gas para la cámara de combustión y conductos, en procesamiento petroquímico para líneas de transición y en equipamiento de tratamientos térmicos en producción de ácido nítrico. Aleación de níquel‐cromo‐
molibdeno con una adición de niobio que actúa como refuerzo de la aleación matriz y, por tanto, proporcionan una gran resistencia sin el fortalecimiento de un tratamiento térmico. La aleación resiste a una amplia gama de ambientes muy corrosivos y es especialmente resistente a la corrosión por picaduras. Se utilizan en la transformación química, ingeniería aeroespacial y marina, equipos de control de la contaminación y reactores nucleares. Aleación con alto‐cromo‐
níquel con excelente resistencia a muchos medios acuosos y atmósferas a altas temperaturas. Se utiliza en aplicaciones que implican soluciones de ácido nítrico/fluorhídrico. También es útil altas temperaturas de servicio en los gases que contienen azufre. 178 Aleación 718 (endurecida por precipitación) 1240 1036 211 36 HRC Aleación X750 (endurecida por precipitación) 1137 690 207 330 HB Aleación 751 (endurecida por precipitación) 1310 976 210 352 HB 965 585 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación MA754
Aleación de níquel‐cromo endurecida por precipitación que contiene una cantidad importante de hierro, niobio y molibdeno junto pequeñas cantidades de aluminio y titanio. Combina resistencia a la corrosión y de alta resistencia con excelente soldabilidad, incluida la resistencia al post‐
agrietamiento soldado. La aleación tiene excelente resistencia a la ruptura por fluencia a temperaturas de hasta 700 °C. Utilizado en turbinas de gas, motores de cohetes, naves espaciales, reactores nucleares, bombas y herramientas. Aleación de cromo‐níquel aleación similar a la aleación 600, pero endurecida por precipitación por adición de aluminio y titanio. La aleación tiene una buena resistencia a la corrosión y oxidación, junto con alta resistencia a la tracción y fluencia a temperaturas de hasta unos 700 °C. Su excelente resistencia a la relajación es útil en resortes y tornillos sometidos a altas temperaturas. Se utiliza en turbinas de gas, motores de cohetes, reactores nucleares, recipientes a presión, herramientas y estructuras de aeronaves. Aleación de níquel‐cromo similar a la X750, pero con el aumento del contenido en aluminio para un mayor endurecimiento por precipitación. Diseñado para usarlo en válvulas de escape en motores de combustión interna. En esa aplicación, la aleación ofrece alta resistencia a las temperaturas de funcionamiento, alta dureza en caliente para la resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión en los gases de escape que contienen plomo, óxido de azufre, bromo y cloro. Aleación de níquel‐cromo aleada mecánicamente con endurecimiento por dispersión de óxidos. La resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y estabilidad microestructural de la 179 Aleación C‐22 785 372 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 209 HB Aleación C‐276 790 355 205 90 HRB Aleación G3 690 320 199 79 HRB Aleación HX (recocido por solución) 793 358 205 90 HRB aleación hacen que sea útil para los álabes de las turbinas de gas y otras aplicaciones en servicio extremo. Aleación de níquel‐cromo‐
molibdeno con buena resistencia a la corrosión por picaduras, corrosión por fisuras y corrosión bajo tensión. También muestra una elevada resistencia a la oxidación, incluyendo cloro húmedo y mezclas que contienen ácidos nítricos y oxidantes. Se utiliza para el control de la contaminación y en equipamiento de pulpa y papel. Aleación de níquel‐cromo‐
molibdeno con adición de tungsteno. Tiene excelente resistencia a la corrosión en una amplia gama de ambientes severos. El alto contenido de molibdeno hace la aleación especialmente resistente a la corrosión por picaduras y la corrosión por fisuras. El bajo contenido de carbono reduce la precipitación de carburos durante la soldadura manteniendo la resistencia a la corrosión en estructuras soldadas. Se utiliza en el control de la contaminación, transformación química, producción de pulpa y papel y en el tratamiento de residuos. Aleación de níquel‐cromo‐
hierro con adiciones de molibdeno y cobre. Tiene una buena soldabilidad y resistencia a la corrosión intergranular en condición de material soldado. El bajo contenido de carbono ayuda a prevenir la sensibilización y la consiguiente corrosión intergranular de la soldadura de la zona afectada por el calor. Se utiliza en depuradoras de gases de combustión y para la manejo de ácido fosfórico y ácido sulfúrico. Aleación de níquel‐cromo‐
hierro‐molibdeno con excelente resistencia mecánica y resistencia a la oxidación a temperaturas de hasta 1200 °C. La matriz endurecida debido al contenido de molibdeno le confiere una alta 180 Aleación S (recocido por solución) 835 445 212 52 HRA Aleación W (recocido por solución) 850 370 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación X (recocido por solución) 785 360 196 89 HRB resistencia de aleación en solución sólida y buenas características de fabricación. Se utiliza en turbinas de gas, hornos industriales, equipos de tratamientos térmicos y en ingeniería nuclear. Aleación de alta temperatura con excelente estabilidad térmica, baja expansión térmica y resistencia a la oxidación a 1095 ° C. Conserva la resistencia y ductilidad después del envejecimiento a temperaturas de 425 a 870 °C. Desarrollado para aplicaciones que impliquen condiciones severas de calentamiento cíclico. Se utiliza ampliamente como anillos de cierre en motores de turbina de gas. Aleación endurecida por solución sólida que se ha desarrollado principalmente para la soldadura de aleaciones disímiles. Está disponible como alambre para la soldadura de tungsteno con arco y gas (GTAW), como alambre bobinado para la soldadura por arco bajo protección gaseosa (GMAW) y electrodos revestidos para soldadura electrodos revestidos (SMAW). También se fabrica en forma de láminas y placas para aplicaciones estructurales hasta a 760 °C. Aleación de níquel‐cromo‐
hierro‐molibdeno que posee una excepcional combinación de resistencia a la oxidación, fabricabilidad y resistencia a altas temperaturas. También se ha encontrado que tiene una excepcional resistencia a la corrosión bajo tensión en aplicaciones petroquímicas. Posee buena ductilidad tras una exposición prolongada a temperaturas de 650,760, y 870 °C durante 16.000 h. Aleaciones Hierro – Níquel – Cromo Aleación 556 815 410 205 91 HB Aleación de hierro‐níquel‐
cromo‐cobalto que combina una resistencia eficaz a la sulfidización, carburización y ambientes cloríferos a altas temperaturas con una 181 Aleación 800 600 295 193 138 HB Aleación 800HT Ver Aleación 800 Aleación 825 690 310 206 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ buena resistencia a la oxidación, buena fabricabilidad y excelente resistencia a altas temperaturas. También se ha encontrado que resiste la corrosión por sales fundidas y es resistente a la corrosión del zinc fundido. Se utiliza en incineradores de residuos, procesos químicos y equipos de fábricas de pulpa y papel. Aleación de hierro‐níquel‐
cromo con buena resistencia y excelente resistencia a la carburización y la oxidación en atmósferas sometidas a altas temperaturas. También resiste la corrosión en muchos entornos acuosos. La aleación se mantiene estable, estructura austenítica, durante la exposición prolongada a altas temperaturas. Se utiliza en tuberías de proceso, intercambiadores de calor, equipos de carburización, recubrimiento en elementos de calefacción, tuberías de generadores de vapor nucleares. Aleación hierro‐níquel‐
cromo que tiene la misma composición básica que la aleación 800, pero con una mayor resistencia a la ruptura por fluencia. Su alta resistencia es el resultado de un estrecho control del contenido de carbono, aluminio, titanio en relación con una alta temperatura de recocido. Se utiliza en el procesamiento químico y del petróleo, en plantas de energía para los tubos de los súper‐calentadores y re‐calentadores, en hornos industriales y para equipos de tratamiento térmico. Aleación de hierro‐níquel‐
cromo con adiciones de molibdeno y cobre. Tiene una excelente resistencia a los ácidos reductores y oxidantes, a la corrosión bajo tensión y a los ataques localizados, tales como corrosión por picaduras y corrosión por fisuras. La aleación es especialmente resistente al ácido sulfúrico y al ácido fosfórico. Se utiliza en el 182 (b) Aleación 925
1210 815 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 36.5 HRC 20 Cb3 550 240 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 90 HRB 20Mo – 4 615 262 186 80 HRB 20Mo – 6 607 275 186 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ procesamiento de químicos, equipos de control de la contaminación, tuberías de depósitos de petróleo y gas, reprocesamiento de combustible nuclear, producción de ácido, y equipos de decapado. Una aleación de hierro‐
níquel‐cromo endurecida por precipitación con adiciones de molibdeno y cobre. Se destaca de la aleación su resistencia a la corrosión general, corrosión por picaduras, corrosión por fisuras, corrosión bajo tensión en ambientes acuosos, incluyendo aquellos que contienen cloruros y sulfuros. Se utiliza en superficies y maquinaria de profundidad en equipos de producción de gas y petróleo. A acero inoxidable austenítico con alto contenido de níquel con una excelente resistencia a los productos químicos que contienen cloruros y ácidos sulfúrico, fosfórico y nítrico. Resiste corrosión por picaduras, corrosión por fisuras y ataque intergranular, utilizado para tanques, tuberías, intercambiadores de calor, bombas, válvulas y otros equipos de proceso químico. Aleación diseñada para aplicaciones que requieren una mayor resistencia a la corrosión por picaduras y a la corrosión por fisuras. Debe tenerse en cuenta para ambientes donde se encuentren problemas de corrosión por picaduras y corrosión por fisuras. Las aplicaciones incluyen intercambiadores de calor, tuberías y equipos de procesos químicos, tanques de mezcla y tanques de limpieza de metales y decapado. Un acero inoxidable austenítico que es resistente a la corrosión en ambientes con cloruro calientes con bajos pH. Tiene buena resistencia a la corrosión por picaduras, corrosión por fisuras y corrosión bajo tensión en ambientes con cloruros. También es resistente a la 183 oxidación los medios oxidantes. Las aplicaciones incluyen depuradores de humos, plataformas marinas y equipo para fábricas de pulpa y papel. Aleaciones con Expansión Controlada Aleación 902 (endurecida por precipitación) 1210 760 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación 903 (endurecida por precipitación) 1310 1100 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación 907 Ver aleación 903 Aleación 909 (endurecida por precipitación) 1275 1035 159 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Aleación de níquel‐cromo‐
hierro endurecida por precipitación por adiciones de aluminio y titanio. El contenido de titanio también ayuda a proporcionar un control del coeficiente termoelástico, que es la principal característica de la aleación. La aleación puede ser procesada para tener un módulo de elasticidad constante a temperaturas de ‐45 a 65 °C. Se utiliza en muelles de precisión, resonadores mecánicos y otros componentes de precisión elástica. Aleación de níquel‐ hierro‐
cobalto con adiciones de niobio, titanio, aluminio para el endurecimiento por precipitación. La aleación combina alta resistencia con un coeficiente de expansión térmica bajo y constante a temperaturas de hasta unos 430 °C. También tiene módulo de elasticidad constante y es altamente resistente a la fatiga térmica y al choque térmico. Se utiliza en turbinas de gas en anillos y camisas. Aleación de níquel‐hierro‐
cobalto con adiciones de niobio y titanio para el endurecimiento por precipitación. Tiene bajo coeficiente de expansión y alta resistencia igual que la aleación 903, pero con la mejora en las propiedades de ruptura por entalla a temperaturas elevadas. Se los utiliza para componentes de las turbinas de gas, incluidos los sellos, ejes y camisas. Aleación de níquel‐hierro‐
cobalto con una adición de silicio y además contiene niobio y titanio para el endurecimiento por precipitación. Es similar a Aleaciones 903 y 907 en el sentido de que tiene una baja expansión térmica y de alta resistencia. Sin embargo, la adición de 184 silicio mejora los resultados ruptura por entalla y las propiedades de tracción que se logran con menos restricciones en el procesamiento y tratamientos térmicos más cortos. Se utiliza para las cubiertas en turbina de gas, pantallas térmicas, válvulas y camisas. (a) Laminados en frío y recocidos a 1230 °C. Láminas de espesor, 1.2 a 1.6 mm. (b) Recocidos a 980 °C durante 30 minutos, enfriados al aire y envejecidos a 760 °C durante 8 h, enfriados en el horna a una velocidad de 55 °C/h, calentados a 620 °C durante 8 h, enfriados al aire. 5.5.2. Aplicaciones y Características del Níquel y las Aleaciones de Níquel El níquel y aleaciones de níquel se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, la mayoría implican elementos que requiere resistencia a la corrosión y/o resistencia al calor. Algunas de estas aplicaciones se muestran en la tabla 71: Tabla 71. Sectores de aplicación y productos fabricados de las aleaciones de níquel. Sectores de Aplicación Aviones de Turbinas a Gas Plantas de Energía de Turbinas a Vapor
Motores Alternativos Procesamiento de Metales Aplicaciones Médicas Vehículos Espaciales Equipos de Tratamientos Térmicos Sistemas de Energía Nuclear Industria Química y Petroquímica Equipos de control de la contaminación Fábrica de Procesamiento de Metales Sistemas de Licuefacción y gasificación de carbón Fábricas de Pulpa y Papel Aleaciones Especiales Productos Fabricados Discos, cámaras de combustión, pernos, ejes, sistemas de escape, cubiertas de turbina, álabes, válvulas, inyectores, dispositivo de postcombustión, inversor de empuje. Pernos, álabes, recalentadores. Turbocompresores, válvulas de escape, bujías, válvulas de asiento. Matrices, Herramientas para trabajo en caliente Usos en odontología, prótesis. Partes de motores de cohetes Distribuidor, objetos de unión, transportador de cinta, cestas, ventiladores, hornos de mufla. Vástago de válvula, resortes, canalizadores, mecanismos de control de vástago propulsor. Pernos, ventiladores, válvulas, recipientes de reacción, tuberías, bombas. Depuradoras, equipos de desulfuración de gases de combustión (camisas, ventiladores, conductos, recalentadores) Hornos, dispositivos de postcombustión, ventiladores de escape. Intercambiadores de calor, recalentadores, tuberías, Tuberías, depuradoras, equipo de blanqueado, álabes.
Aleaciones de baja expansión, aleaciones de resistencia eléctrica, aleaciones magnéticas, aleaciones con memoria de forma. 185 6. CONCLUSIONES Se ha presentado una revisión documental de los materiales metálicos que habitualmente se emplean en el sector metalmecánico de la C.V. contrastado con los materiales metálicos alternativos. Estas propuestas alternativas permitirán a las empresas interesadas en seguir la vía de la innovación disponer de respuestas nuevas a los problemas tradicionales, lo cual redundará en una mejora de las políticas de competitividad del mercado. Como fruto de este estudio se obtuvieron las siguientes conclusiones: •
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Los materiales metálicos que surgen como alternativa a los utilizados actualmente son: el magnesio y sus aleaciones, el titanio y sus aleaciones, los aceros avanzados de alta resistencia, el aluminio y sus aleaciones, el níquel y sus aleaciones. La razón principal para cambiar a cualquiera de los materiales alternativos es conseguir ahorro en costes de producción y de peso con las mismas o mejores relaciones de propiedades mecánicas y específicas que los materiales utilizados actualmente: alta resistencia, alta relación ductilidad/formabilidad, alta relación resistencia/peso, alta resistencia a la corrosión, alta relación rigidez/peso, etc. Debido al cumplimiento de las demandas medioambientales y las exigencias en materia de seguridad los materiales debe ser altamente reciclables (reducción en la producción de residuos e impacto medioambiental cercano a cero). Todo nuevo material, con porvenir, debe responder a exigencias no meramente técnicas, sino también a una demanda tanto de mercado como social. El mejor material para una determinada aplicación habrá de satisfacer una necesidad o efectuar un avance (innovación) económicamente asumible por el mundo en que vivimos. Con respecto a los Aceros Avanzados de Alta Resistencia: Ventajas: •
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Cambiar a aceros de alta resistencia puede generar grandes ahorros en costes de producción, ofreciendo al diseñador la libertad de hacer componentes de un modo más sencillo y con menos refuerzos. Los aceros de alta resistencia pueden ser cizallados, cortados, taladrados, doblados y soldados del mismo modo que los aceros suaves. Las técnicas convencionales de moldeado y unión funcionan bien en general. Se pueden obtener ahorros de peso de hasta el 50 %, cambiando el acero suave por aceros de mayor resistencia en componentes de seguridad. Mejor resistencia al impacto por colisiones. La reciclabilidad del acero y fundiciones no presenta mayores inconvenientes, su infraestructura está a punto desde hace varias décadas y no se altera la calidad de las especificaciones empleadas. Inconvenientes: •
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Problemas de calidad en las dimensiones de las piezas que surgen a causa de la recuperación elástica (springback) asociado con la alta resistencia, y con el aumento de la sensibilidad en el proceso por la variabilidad en las propiedades del material a niveles superiores de resistencia. Se necesitan grandes presiones de estampación. Tienen problemas de conformado en caliente. 186 Aplicaciones: •
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En vehículos de pasajeros; como barras de impacto lateral de puertas o los pilares B, mejorando al mismo tiempo la capacidad de resistencia al choque del vehículo. En Ferrocarriles; en vagones, puertas correderas, paneles divisorios, brazos de cierre y en construcción de las estructuras de seguridad de las locomotoras. En contenedores de residuos, en los brazos de las grúas y en los chasis y las bañeras de los camiones y remolques. En equipos agrícolas; en aperos de labranza y remolques para tractor. En equipos de elevación; en las apiladoras de alcance, empleadas para maniobrar contenedores y remolques en puertos y terminales. En vehículos y equipos de protección tales como limusinas, furgones de seguridad y vehículos policiales. Otras aplicaciones incluyen fachadas de edificios, vallas de seguridad y mostradores bancarios. Cambios en los procesos de fabricación actuales: •
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Todos estos aceros pueden ser unidos mediante soldadura continua bajo gas de protección (MAG) o por puntos de resistencia. La regulación de los parámetros de las máquinas de soldadura diferirá según el tipo de acero. En el caso particular de la soldadura por puntos, dependiendo del tipo de acero, habrá que prestar una especial atención a la intensidad de la corriente y a la presión de los electrodos, ya que los valores exigidos pueden llegar a ser notablemente superiores, en comparación con los requeridos en aceros convencionales. En el corte, los aceros avanzados de alta resistencia también presentan diferencias importantes respecto a los aceros convencionales. El aumento de la resistencia de estos aceros hace que las herramientas de corte habituales o las brocas utilizadas no sean válidas, siendo necesarias brocas específicas, con una dureza superior al acero en cuestión, y discos de corte especiales. En este tipo de operaciones también resulta de gran utilidad y rapidez el equipo de corte por plasma, especialmente en cortes de desecho, debiéndose regular de forma conveniente la profundidad del corte, al objeto de no dañar otras piezas adyacentes. En definitiva, las operaciones de corte se hacen más dificultosas, especialmente en los aceros de mayor resistencia. Son más rígidos, aspecto a tener en cuenta ante cualquier operación de repaso de chapa. Por este motivo, la reparación de una deformación es más laboriosa y limitada que en piezas de acero convencional. Los dados (troqueles) resultarán más costosos a causa requerir de una construcción más exigente, de insertos con mayor dureza y de periodos de pruebas más prolongados por los cortes adicionales requeridos. Con respecto al Aluminio y Aleaciones de Aluminio: Ventajas: •
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Pesa alrededor de un tercio menos que el acero o el cobre; es maleable, dúctil, de fácil mecanizado, es fácil fundirlo e inyectarlo y tiene una excelente resistencia a la corrosión y durabilidad. Puede competir con éxito con materiales menos costosos debido a las ventajas que aporta en ahorro de peso, eficacia estructural y flexibilidad de diseño. Las técnicas de fabricación específica del aluminio, tales como extrusiones complejas, múltiples huecos o extrusiones de paredes delgadas, de alta resistencia, moldeadas al vacío, permiten nuevas soluciones de diseño. 187 •
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Fácilmente reciclable sin perder propiedades y ahorrando un 95% de la energía necesaria para su producción electrolítica. No requiere pintado ni ninguna otra protección superficial y es muy fácil de limpiar. Su mantenimiento es mínimo. Inconvenientes: •
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La principal limitación del aluminio es la baja temperatura de fusión (660 °C), que restringe su campo de aplicación. La resistencia mecánica del aluminio se logra por acritud y por aleación; sin embargo ambos procesos disminuyen la resistencia a la corrosión. La dureza de los perfiles de aluminio es baja (comparándola con la acero que es el material de referencia), por lo que nos veríamos obligados a incrementar su ancho y/o espesor (su peso) en diferentes aplicaciones. Difícil de unir, sin embargo han surgido técnicas de unión como la soldadura por fricción y se han adecuado las técnicas utilizadas actualmente para otros materiales (TIG y MIG). El aluminio es, y seguirá siendo, un competidor temible de los aceros y de los otros materiales alternativos, sobre todo de las fundiciones, particularmente cuando se trata de pequeñas series. Aplicaciones: •
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Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. En la industria química el aluminio y sus aleaciones se utilizan para fabricar tubos, recipientes y aparatos. Debido a su elevada proporción resistencia‐peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a muy altos voltajes. El aluminio es muy utilizado en la arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales. Las tablas, las contraventanas y las láminas de aluminio constituyen excelentes aislantes. Se utiliza también en reactores nucleares a baja temperatura porque absorbe relativamente pocos neutrones. Con el frío, el aluminio se hace más resistente, por lo que se usa a temperaturas criogénicas. Debido a su poco peso y a su compatibilidad con comidas y bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios flexibles, y botellas y latas de fácil apertura. El reciclado de dichos recipientes es una medida de conservación de la energía cada vez más importante. La resistencia a la corrosión al agua del mar del aluminio también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos. Se puede preparar una amplia gama de aleaciones recubiertas y aleaciones forjadas que proporcionen al metal más fuerza y resistencia a la corrosión o a las temperaturas elevadas. Algunas de las nuevas aleaciones pueden utilizarse como planchas de blindaje para tanques y otros vehículos militares. En la fabricación de joyas, bisutería, carcasas de relojes, etc. La utilización del aluminio en el cableado subterráneo ha aumentado, al igual que en los transformadores, cajas de fusibles, sistemas de estéreo, televisiones y productos domésticos. 188 Cambios en los procesos de fabricación actuales: •
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El conformado de las aleaciones de aluminio se realiza con prensas de actuación lenta además se requiere más fuerza (a pesar de su baja resistencia) que para los aceros con un bajo contenido de carbono. El coeficiente de fricción entre el aluminio y los metales de corte es, comparativamente con otros metales, elevado. Este hecho puede causar el embotamiento de los filos de corte, deteriorando la calidad de la superficie mecanizada a bajas velocidades de corte e incluso a elevadas velocidades con refrigeración insuficiente. La conformabilidad del aluminio es baja (comparada con la del acero), posee mucha mayor tendencia al adelgazamiento y a la estricción. El empleo de aluminio obligaría, además, a un redimensionamiento de los útiles y técnicas de conformado (en estado semi‐sólido como thixoforming, thixoforging, rheocasting, etc.). Con respecto al Titanio y Aleaciones de Titanio: Ventajas: •
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La mejor resistencia/peso de los metales, una buena resistencia a fatiga, un buen rendimiento a temperaturas elevadas, una buena resistencia a la fluencia y a la corrosión explican su utilización en la industria aeronáutica y aeroespacial. La resistencia a la corrosión del titanio puro es excelente en casi todos los medios, incluso en el cuerpo humano, mucho mejor que la del acero inoxidable y las aleaciones de aluminio. Son bioinertes, biocompatibles y osteointegradores, lo que los hace el material idóneo para aplicaciones de biomateriales. El titanio no aleado y la mayoría de sus aleaciones son fácilmente soldables con los equipos apropiados para la soldadura de aceros inoxidables y aleaciones de níquel. Inconvenientes: •
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La obtención del metal es difícil debido a su alta reactividad con el oxígeno, nitrógeno y carbono a temperaturas elevadas, eso lo convierte en un material muy costoso. La resistencia mecánica del titanio es relativamente baja, pero puede aumentarse (disminuyendo su plasticidad) por disolución de otros elementos en la red del titanio. Es un mal conductor de la electricidad y del calor. Las aleaciones de titanio son poco o nada conformables en frío Debido a su alto punto de fusión y baja fluidez son difíciles de fundir. El titanio y las aleaciones de titanio presentan problemas de resistencia al desgaste, sin embargo, se están estudiando diferentes tratamientos de endurecimiento superficial para reducir el coeficiente de fricción del material y así mejorar la resistencia al desgaste. Aplicaciones: •
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Industria Aeronáutica Civil y Militar en turbinas de motores, compresores, álabes, fuselajes etc. Industria Automotriz en válvulas, retenedores, paneles de puertas, etc. Industria médica y quirúrgica en prótesis, rótulas, clavos y tornillos fijados a los huesos, implantes dentales, etc. Deporte y ocio, palos de golf, carcasas de relojes, bates de beisbol, etc. Construcción civil en cubiertas y techos. 189 Cambios en los procesos de fabricación actuales: •
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Es bien sabido que estos materiales presentan una alta tendencia a la oxidación a temperaturas relativamente bajas (del orden de 480 °C). En los procesos de mecanizado este hecho puede suponer la combustión de la viruta provocando alteraciones en la herramienta que llevan a su desgaste, dando lugar a pérdida en la calidad en las piezas y a una disminución del rendimiento del proceso. Para minimizar estos inconvenientes se emplean los fluidos de corte que en su doble acción lubricante y refrigerante, minimizan la fricción en la intercara herramienta‐pieza y disminuyen la temperatura en la misma. Sin embargo, estos líquidos suelen presentar inconvenientes medioambientales por lo que es necesario emplearlos en cantidades muy pequeñas o bien evitarlos, dando lugar a lo que se conoce como mecanizado en seco. Para conseguir una adecuada soldadura de muchas aleaciones, con limitación en su grado, se recomienda llevar a cabo un tratamiento previo de recocido para mejorar su ductilidad. En los procesos de conformado en caliente es necesario calentar (entre 700 y 970 °C, dependiendo del tipo de aleación) el material en una atmósfera gaseosa inerte y es aconsejable utilizar prensas de funcionamiento lento. Con respecto al Magnesio y Aleaciones de Magnesio: Ventajas: •
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Las aleaciones de magnesio son muy fáciles de mecanizar, pueden ser conformadas y fabricadas por la mayoría de los procesos de trabajado de metales. Buena resistencia mecánica aunque bajo E (~45 GPa). Amplia utilización del moldeo por inyección, con ventajas al tener bajo calor específico por unidad de volumen por lo que presenta un enfriamiento más rápido en menor tiempo, con buena fluidez que facilita el llenado y poca reacción con el Fe del molde. Para el moldeo se aplica igualmente el "squeeze casting" y el procesado semi‐sólido (thixoforming, thixoforging, rheocasting, etc.). Inconvenientes: •
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Muy mala resistencia a la corrosión. Difícil y costoso de deformar plásticamente. Las aleaciones de Mg tienen gran contracción durante la solidificación lo que origina una tendencia a rechupes. En moldeo en coquilla, la baja capacidad calorífica por unidad de volumen puede favorecer una solidificación prematura y por consiguiente una pieza incompleta. Aplicaciones: •
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En el sector de la automoción en cubiertas de motores, válvulas y engranajes de distribución, bridas, bastidores de cajas de transmisión y embragues, radiadores, accesos de lámparas, carcasas de motores, etc. Sus propiedades pirotécnicas, cuando está en forma de polvo, hacen que sea apropiado para señales marinas y de ferrocarriles. Herramientas eléctricas portátiles como taladros y esmeriles, escaleras, artículos deportivos. Maquinaria de imprenta y textil. Aeronaves y misiles. Equipos de manejo de materiales. 190 Cambios en los procesos de fabricación actuales: •
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Este material arde en el aire durante la fundición; por lo tanto, debe utilizarse cubiertas durante la fundición. A temperatura ambiente, el magnesio se endurece por deformación en frío rápidamente, reduciendo la conformabilidad en frío; de este modo, el conformado en frío está limitado a deformación moderada o curvado por rodillo de gran radio. Casi todas las operaciones de fusión del magnesio exigen el uso de fundentes para impedir la oxidación excesiva. El remachado es el método mas frecuentemente usado para unir piezas hechas con láminas o por extrusión. Sin embargo, los remaches no se hacen con aleaciones de magnesio, porque estas se endurecen rápidamente por el trabajo mecánico y al endurecerse se hacen quebradizas (sólo se deben usar remaches dúctiles de aluminio, preferiblemente aleación 5056‐H32, para minimizar la posibilidad de fallo por corrosión galvánica). Con respecto al Níquel y Aleaciones de Níquel: Ventajas: •
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El níquel es un metal duro, maleable y dúctil, que puede presentar un intenso brillo, tiene buenas características de resistencia tanto en caliente hasta 500 °C como en frío y posee alta maleabilidad. Las aleaciones de níquel tienen buena resistencia en caliente y resistencia a la corrosión, propiedades que son adecuadas para aplicaciones a altas temperaturas. Inconvenientes: •
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Posee alta densidad (8,8 g/cm3), lo que limita su uso Las aleaciones de níquel tienen un punto de fusión alto y no son fáciles de fundir. Las superaleciones de níquel son difíciles de mecanizar. Aplicaciones: •
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En el sector aeroespacial en motores de propulsión a chorro, componentes de cohetes, escudos contra el calor y partes similares. Su uso principal es para el recubrimiento del hierro y el acero para aumentar la resistencia al desgaste y a la corrosión. Se utiliza para la fabricación de materiales eléctricos y electrónicos debido a la resistencia a la corrosión a agentes atmosféricos. Álabes de turbinas de gas, evaporadores, reactores, canalizaciones y accesorios en la industria química. Herrajes, grifos, retenedores. Cambios en los procesos de fabricación actuales: •
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Se necesitan hornos que alcancen temperaturas muy altas para poder fundir. Desarrollo de líneas de producción por medio de la pulvimetalurgia. Cambio de herramientas de mecanizado de dureza igual o superior a estas aleaciones. 191 •
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7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS F. Porter. Zinc Handbook. Properties, Processing and Use in Design, Ed. Marcel Dekker, Inc. 1991. ASM Handbook, Volume 1, Properties and Selection: Irons, Steels, and High Performance Alloys. 1993. ASM Handbook, Volume 2, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special – Purpose Materials. 1993. ASM Handbook, Volume 15, Casting. 1993. S.W.K. Morgan. Zinc and its Alloys and Compounds, Ed. Ellis Horwood Limited. 1985. K.U. Kainer. Magnesium‐Alloys and Technology, Ed. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KG aA. 2003. F.C. Campbell. Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials, Elsevier Ltd. 2006. James K. Wessel. Handbook of Advanced Materials. Enabling New Designs, Ed. John Wiley & Sons, Inc. 2004 Keeler, Stuart. Advanced High Strength Steel (AHSS). Application Guidelines, International Iron & Steel Institute (Committee on Automotive Applications), 2006.