Aceros y Tratamientos Térmicos: Propiedades, Clasificación y Aplicaciones

Aceros: Propiedades, Clasificación y Tratamientos Térmicos

Herramientas (F500)

Propiedades:

• Dureza en caliente.
• Buenas propiedades mecánicas (tenacidad, resistencia a la abrasión, al desgaste y fatiga térmica).
• Templabilidad.
• Resistencia a la descarburación y revenido.
• Maquinabilidad.
• Sin impurezas.
• Buena resistencia a altas temperaturas.

Elementos de aleación:

• Co (Cobalto): Endurece por disolución, buena dureza en caliente.
• Cr (Cromo): Mejora el temple, forma carburos, buena resistencia a altas temperaturas y evita la corrosión.
• Mo (Molibdeno): Mejora el temple, buena resistencia a altas temperaturas y a la picadura, buena templabilidad.
• Si (Silicio): Endurece por disolución sólida y buena resistencia a la oxidación.
• V (Vanadio): Empeora el temple, afina el grano y forma carburos.
• W (Wolframio): Forma carburos, buena resistencia y dureza a altas temperaturas.

Tratamientos Térmicos:

Fusión - Afino - Normalizado (Siderurgia) - Forjado - Recocido de Globulización - Mecanizado de desbaste - Recocido de Alivio de Tensiones - Temple - Revenido - Mecanizado.

Fatiga:

Se da cuando hay diferencia de temperatura entre el núcleo y el exterior del acero y produce una deformación plástica. Se evita:

• Precalentando.
• Limpiando el acero.
• Aumentando la tenacidad en caliente.

Se necesita mayor límite elástico.

Clasificación de Aceros

F-510 (Al Carbono):

Del F-510 al F-570 (%C: 0.6 al 1.1) y F-570 (1.3).

Propiedades:

• Baratos y buena maquinabilidad (producción corta).
• Mala indeformabilidad en tratamientos térmicos.
• Excelente resistencia a la descarburación.
• Mala templabilidad.
• Mala dureza en caliente.
• Tenacidad regular.
• Excelente maquinabilidad.
• Regular resistencia al desgaste.

F-550, 560 (Rápidos):

• Al W (Wolframio): F-5510, 5520, 5530.
• Al Mo (Molibdeno): F-5603.
• Al Mo-Co (Molibdeno-Cobalto).

Propiedades: Gran dureza a altas temperaturas, resistencia a la abrasión, temple y revenido, martensita y carburos.

F-520, 530, 540 (Aleados):

Cr.Ni.Mo, Al.Cr, Cr, Cr.Mn, W.

Carburos:

Se forman en el revenido a 500-600ºC, nuclean entre la ferrita y cementita tomando el C.

Fallos del material:

• Diseño de la herramienta.
• Tecnología de fabricación (fabricación y electroerosión).
• Tratamientos térmicos.
• Rectificado.

Composición Química de Diferentes Tipos de Acero (%)

Tabla. Aceros para muelles: C (0.5); Mn (0.8); Si (2); Cr (<1); Ni (<1); Mo (<0.2).

AISI 52100: C (1); Mn (0.35); Si (0.25); Cr (1.5); Ni (<0.25); Mo (<0.1).

Aceros de herramientas para trabajos en caliente: C (0.25); Mn (0.3); Si (0.3); Cr (5); Ni (<3); Mo (1.5).

Acero inoxidable de maquinabilidad mejorada: C (0.08); Mn (<2); Si (<1); Cr (17); Ni (9); Mo (2.5).

Acero superaustenítico: C (<0.03); Mn (<2); Si (<1); Cr (20); Ni (25); Mo (6).

Acero para cementación: C (0.1); Mn (0.5); Si (0.3); Cr (1); Ni (1); Mo (0.2).

Acero para temple y revenido de maquinabilidad mejorada: C (0.4); Mn (0.5); Si (0.3); Cr (1); Ni (1); Mo (0.2).

Acero inoxidable austenítico resistente a la picadura: C (<0.03); Mn (<2); Si (<1); Cr (17); Ni (12); Mo (2.5).

Cementación (F-150, F-151, F-154, C < 0.25%)

Tratamiento superficial de endurecimiento por difusión que consiste en difundir C, solo en las capas superficiales mediante un agente cementante (gas natural). De esta manera conservamos las propiedades mecánicas en el interior y aumentamos:

• Resistencia al desgaste.
• Resistencia a la corrosión.
• Resistencia a la fatiga.

Por otro lado, las elevadas temperaturas (por encima de A3) aumentan el tamaño de grano y obligan a aplicar tratamientos térmicos (temple + revenido).

Clasificación:

• Según composición:
  • Aceros al C.
  • Aceros de media aleación Cr+Ni+Mo+Mn < 3%.
  • Aceros de alta aleación Cr+Ni+Mo+Mn > 3%.
• Según resistencia:
  • Baja (60-80 kg/mm²).
  • Media (80-110 kg/mm²).
  • Alta (110-160 kg/mm²).
• En función del método de temple:
  • Al agua.
  • Al agua o al aceite.
  • Al aceite.

Capas de cementación:

• Delgada: < 0.5 mm (utilizadas en piezas pequeñas de acero al carbono, endurecidas con sales de amonio).
• Media: 0.5-1.5 mm (utilizadas en maquinaria y motores).
• Gran espesor: > 1.5 mm (se obtiene por cementación de materias sólidas y con cementantes gaseosos y líquidos).

Nitruración (Capa Blanca) F-170 al F-171

Tratamiento superficial por difusión que se utiliza sobre un material templado y revenido. Se usa un agente nitrurante NH₃ para difundir el N y crea capas muy finas (150-600 micras).

Propiedades:

• No engorda el grano.
• Capas más finas que la cementación.
• Más coste y tiempo.
• Mejor resistencia a la corrosión y dureza.
• Temperatura más baja.

Elementos de aleación (Cr, Al, Mo, Ni, Mn, Si, P, S):

Al y Cr endurecen.

Composición Química de Diferentes Tipos de Acero (%)

Tabla. Acero inoxidable dúplex: C (<0.03); Mn (<2); Si (<1); Cr (22); Ni (5); Mo (3).

Acero de fácil mecanizado: C (0.2); Mn (1.2); Si (<0.1); P (<0.04); S (0.2); Cr (-); Ni (-); Mo (-); Pb (>0.2).

Acero inoxidable ferrítico: C (0.08); Mn (<1); Si (<1); P (<0.04); S (<0.03); Cr (17); Ni (-); Mo (-).

Acero inoxidable austenítico 304: C (0.08); Mn (<2); Si (<1); P (<0.045); S (<0.03); Cr (18); Ni (8); Mo (-).

Acero para herramientas F-545 (Rápido): C (0.8); Mn (0.3); Si (0.3); P (<0.03); S (<0.03); Cr (5); Ni (-); Mo (1); W (18).

Acero para herramientas al C: C (1.1); Mn (0.3); Si (0.22); Cr (<0.25); Ni (<0.2); Mo (<0.1).

Acero al C de maquinabilidad mejorada: C (0.45); Mn (0.5); Si (0.2); Cr (<0.25); Ni (<0.2); Mo (<0.1).

Acero para nitruración: C (0.35); Mn (0.6); Si (0.4); Cr (1.5); Ni (<0.5); Mo (0.2).

Acero inoxidable austenítico 304L: C (0.03); Mn (<2); Si (<1); P (<0.045); S (<0.03); Cr (18); Ni (10); Mo (-).

Acero de gran resistencia F-127 (temple y revenido): C (0.3); Mn (0.5); Si (0.2); Cr (1); Ni (3); Mo (0.5).