tema 6 acers i tractaments termics

EPSS C9 MATERIALS EMPRATS EN

FABRICACIÓ MECÀNICA CLASSIFICACIÓ

DELS ACERS

E05 PROFESSOR:

RAÚL FERNÁNDEZ ROMÁN 1 DE13

6 Classificació dels acers _____________________________________________ 2

6.1 Influència dels elements d’aliació en els acers ____________________________ 2

6.2 Clasificació dels acers ________________________________________________ 3

6.2.1 Mètode de la manufactura __________________________________________________ 3

6.2.2 Segons la composició química _______________________________________________ 3

6.2.2.1 No aliats ___________________________________________________________ 3

6.2.2.2 Aliats _____________________________________________________________ 3

6.2.3 Segons la utilització _______________________________________________________ 3

6.2.3.1 Bàsics (de base o de construcció) ________________________________________ 3

6.2.3.2 De qualitat _________________________________________________________ 4

6.2.3.3 Especials __________________________________________________________ 4

6.3 Designacio dels acers ________________________________________________ 4

6.3.1 Designacio convencional numerica ___________________________________________ 4

6.3.2 Designacio convencional simbolica___________________________________________ 4

6.3.2.1 Designació de acers especials no aliats. ___________________________________ 5

6.3.2.2 Acers amb menys del 5% de l'element d'aliatge _____________________________ 5

6.3.2.3 Acers amb contingut superior al 5% d'almenys un element d'aliatge _____________ 6

6.4 Taula general d’acers segons norma U'E _______________________________ 7

Grup: F-11XX __________________________________________________________________ 7

Grup: F-12XX __________________________________________________________________ 7

Grup: F-14XX __________________________________________________________________ 7

Grup: F-15XX __________________________________________________________________ 7

Grup: F-17XX __________________________________________________________________ 8

Grup: F-3XXX __________________________________________________________________ 8

Inoxidables ferritics (F-31XX) ___________________________________________________ 8

Inoxidables martenciticos (F-34XX) _______________________________________________ 9

Inoxidables austeniticos (F-35XX) ________________________________________________ 9

Inoxidables endurits per precipitació (PH Precipitation Hardening) _______________________ 9

Martensitics ______________________________________________________________ 10

Semiaustenitics ____________________________________________________________ 10

Austenitics _______________________________________________________________ 10

Grup: F-51XX _________________________________________________________________ 10

Grup: F-52XX _________________________________________________________________ 10

Grup: F-53XX _________________________________________________________________ 10

Grup: F-55XX i F-56XX _________________________________________________________ 11

Tractaments tèrmics de l’acer ______________________________________________ 11

Recuits i normalitzat ____________________________________________________________ 11

Recuit total _________________________________________________________________ 11

Recuit de procés _____________________________________________________________ 11

Recuit d’eliminació de tensions _________________________________________________ 12

Recuit de globulització o d’esfereorització _________________________________________ 12

Normalitzat _________________________________________________________________ 12

Nitruració _____________________________________________________________________ 13

Trempats esglaonats o martrempat _________________________________________________ 13



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


6 CLASSIFICACIÓ DELS ACERS

6.1 I'FLUÈ'CIA DELS ELEME'TS D’ALIACIÓ E' ELS ACERS

ELEMENT AUGMENTA DISMINUEIX

Carboni (C) Duresa, resistència (al augmentar la quantitat de C, augmenta la capacitat de tremp).

Resiliència, ductilitat.

Manganès (Mn) Forjabilitat. Disminueix els efectes perjudicials del sofre.

Silici (Si) Duresa, resistència, límit elàstic, i les propietats magnètiques.

Ductilitat.

Crom (Cr) Duresa, resistència, límit elàstic, i les propietats magnètiques. Afavoreix la cimentació o carburació. S’empra per acers inoxidables.

Níquel (Ni) Augmenten les propietats mecàniques i la capacitat de tremp.

Molibdè (Mo) Augmenten les propietats mecàniques i la capacitat de tremp. Els acers son resistents inclòs a elevades temperatures i resistents a la corrosió.

Vanadi (V) Augmenta la solubilitat. La soldabilitat.

Wolframi o

Tungstè (W)

La resistència i la tenacitat. Els acers conserven la duresa i resistència a la corrosió a temperatures elevades. Bàsic en acers per eines.

Cobalt (Co) Conserva la duresa a temperatures elevades.

Alumini (Al) Augmenta la capacitat de nitrurar.

Coure (Cu) Augmenta la resistència a la corrosió (sempre que sigui en petites quantitats)

Sofre (S) Afavoreix el mecanitzat. Propietats mecàniques.

Fòsfor (P) Afavoreix la colabilitat. Baixa la viscositat. Propietats mecàniques.



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


6.2 CLASIFICACIÓ DELS ACERS

Per a classificar els acers s’utilitzen diversos mètodes:

6.2.1 MÈTODE DE LA MA'UFACTURA

Acers Bessemer (forn Bessemer)

Fos (forns eléctricos)

Forn de crissol (alt forn)

6.2.2 SEGO'S LA COMPOSICIÓ QUÍMICA

Per mitjà d'un codi alfa numèric, es dóna el contingut aproximat dels elements de la composició.

6.2.2.1 'O ALIATS

Un material és no aliat si compleix una o diverses de les següents condicions:

1. Si admet transformació plàstica en fred.

2. Respon a una qualitat mínima de soldabilitat i resiliència.

3. Admet el treball a alta i baixes temperatures.

4. Tenen limitació en perdudes magnètiques i mínims d'inducció magnètica.

5. Facilitat en la seva mecanització.

6. Admetre tractament tèrmic en tota la seva secció o solament la superfície.

6.2.2.2 ALIATS

Acers de construcció de gra fi, acers per a xapes i bandes, acers de silici i manganès per a motlles i peces sotmeses a abrasió, acers aliats per a carrils.

6.2.3 SEGO'S LA UTILITZACIÓ

6.2.3.1 BÀSICS (DE BASE O DE CO'STRUCCIÓ)

No admeten tractament tèrmic. Les característiques mecàniques exigides per la norma són mínimes. No se'ls exigeix cap altra qualitat particular.



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


6.2.3.2 DE QUALITAT

6.2.3.3 ESPECIALS

Acers especials no inclosos en els grups anteriors.

6.3 DESIG'ACIO DELS ACERS

6.3.1 DESIG'ACIO CO'VE'CIO'AL 'UMERICA

S'utilitzen cinc símbols:

F: Comú a tots els acers, mes 4 xifres. Ex: F-XXXX. Els 2 de l'esquerra a l'efecte de classificació són significatius. La primera xifra són grans grups d'acers segons el criteri d'utilització. La segona estableix els seus grups afins. Els 2 restants diferencien una classe d'una altra.

1ª xifra

ESPECIALS � 1,2,3,4,5

GENERALS � 6,7

MOLDEADOS � 8

6.3.2 DESIG'ACIO CO'VE'CIO'AL SIMBOLICA

S’identifica per:

Tipus d’acer

Grau



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


6.3.2.1 DESIG'ACIÓ DE ACERS ESPECIALS 'O ALIATS.

C: Indica el tant per cent de carboni

K: Indica el contingut màxim de sofre i fòsfor corresponent a la norma.

Ex: C35K

6.3.2.2 ACERS AMB ME'YS DEL 5% DE L'ELEME'T D'ALIATGE

Es designen pel tant per cent de carboni per 100, seguit pels símbols dels elements químics de l'aliatge que es considerin bàsics per a definir l'acer, ordenats de major a menor percentatge. I si són iguals per ordre alfabètic. A continuació s'expressa el producte dels continguts mitjos dels elements que es consideren precisos pels factors que s'indiquin en la taula.

SIMBOL FACTOR

Cobalt (Co)

Crom (Cr)

Manganès (Mn)

Níquel (Ni)

Silici (Si)

Wolframi (W)

4

Alumini (Al)

Beril·li (Be)

Coure (Cu)

Molibdè (Mo)

Niobi (Nb)

Terbi (Tb)

Tàntal (Ta)

Titani (Ti)

Vanadi (V)

Zirconi (Zr)

10

Nitrogen (N)

Fòsfor (P)

Sofre (S)

100

Bor (B) 1000

Ex: 38 Cr 4 → F1201

%C → 0.34% - 0.41%

%Cr → 0.90% - 1.20%



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


6.3.2.3 ACERS AMB CO'TI'GUT SUPERIOR AL 5% D'ALME'YS U' ELEME'T D'ALIATGE

Es designen amb la lletra "X", seguida del contingut mig de carboni en tant per cent i multiplicat per 100. Després vénen els símbols químics de l'aliatge seguits d'un numero que representa el tant per 100 mitjà dels elements indicats.

Ex: X6Cr13 → F3110

%C → 0.06%

%Cr → 13%



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


6.4 TAULA GE'ERAL D’ACERS SEGO'S 'ORMA U'E

6.4.1 GRUP: F-11XX

Designació: Acer no aliat per a tremp i revingut.

Elements característics de l'aliatge: Carboni (0,1% - 0,6%)

Propietats: Atès que no té elements d'aliatge significatius (això implica baixa trempabilitat), les propietats dependran del tant per cent de carboni. A major tant per cent de carboni, major duresa, límit elàstic i resistència, i menor ductibilitat i tenacitat.

Aplicacions: Amb baix tant per cent de carboni menor responsabilitat sota sol·licitació mecànica, per a peces per deformació en fred (útils agrícoles). Amb alt tant per cent de carboni, millora amb el tremp i el revingut i s'utilitza per a peces com eixos, suports, transmissions mitjanament carregats i d'espessors no gaire elevats, perquè a causa de la baixa trempabilitat no s'aconsegueix resistència en el nucli.

6.4.2 GRUP: F-12XX

Designació: Acers aliats per a tremp i revingut.

Elements característics de l'aliatge: Dels 1200 als 1202, com elements d'aliatge, el crom (augmenta la duresa, la resistència i el límit elàstic). 1203, manganès, augmenta el límit elàstic.1252 al 1253, crom i molibdè, disminueix la zona de fragilitat irreversible originada en el revingut a 350ºC i facilita la trempabilitat.1204; 1260 al 1282, níquel, crom i molibdè. Amb el níquel augmenta la tenacitat.

Propietats: A major tant per cent d'elements d'aliatge, major trempabilitat.

Aplicacions: Grup dels 1200 al 1202: Peces amb alta sol·licitació mecànica. Grup del manganès: Peces d'alta sol·licitació mecànica però que exigeixin poca deformació després del tremp. Grup del níquel, el crom i el molibdè: per a peces que requereixin bona tenacitat i peces sotmeses a fatiga. Ex: Cigüeñal i biela.

6.4.3 GRUP: F-14XX

Designació: Acers aliats per a molles (molt límit elàstic).

Elements característics de l'aliatge: Alt contingut en carboni i silici.

Propietats: Molt alt límit elàstic. Capaços d'absorbir grans deformacions sense arribar a deformar-se plàsticament.

Aplicacions: Molles, pinces, ballestes, ressorts, etc.

6.4.4 GRUP: F-15XX

Designació: Acers aliats per a cimentació (carburació) (ficar carboni en la superfície).

Elements característics de l'aliatge: Poc contingut en carboni.



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


Propietats: El baix tant per cent de carboni implica que posteriorment a la cimentació, la duresa aconseguida en el nucli serà menor i el material resulta més tenaç, mentre que en la superfície o zones localitzades on mitjançant l'aportació de carboni exterior permet l'obtenció d'alts valors de duresa i resistència al desgast per l'obtenció de martensita. El material queda amb bona tenacitat i gran duresa superficial.

Aplicacions: Engranatges, èmbols, guies.

6.4.5 GRUP: F-17XX

Designació: Acers aliats per a nitruració (nitrogen).

Elements característics de l'aliatge: Grups crom, vanadi i molibdè. Afavoreixen la formació d'una capa de gran duresa deguda a la formació de nitrurs per la difusió del nitrogen aportat exteriorment. Grup alumini: Provoca la formació de nitrurs que originen capes de major duresa però de menor tenacitat.

Aplicacions: Peces de gran resistència al desgast sotmeses a altes temperatures. Per exemple en matrius d'extrució d'alumini. Produeixen una menor deformació en el tractament que els F-15.

6.4.6 GRUP: F-3XXX

Designació: Acers inoxidables. Se seleccionen per la seva excel·lent resistència a la corrosió. Hi ha quatre categories d'acers inoxidables: Les tres primeres basades en l'estructura cristal·lina i la ultima basada en el mecanisme d'enduriment.

Elements característics de l'aliatge: Crom. Amb un tant per cent superior al 11.5

Propietats: El crom és un element molt reactiu químicament que s'oxida amb gran facilitat, generant una fina capa compacta d’òxid de crom que actua de barrera per a una oxidació posterior.

Aplicacions: Qualsevol maquina que s'utilitzi per a productes alimentosos. Peces que requereixin resistència a la corrosió.

6.4.6.1 I'OXIDABLES FERRITICS (F-31XX)

Són essencialment aliatges binaris de ferro amb crom. El contingut en crom segons normes UNE va del 11.5% al 18%, encara que existeixen amb major contingut en crom, no contemplats en la norma, fins al 30% de crom. Aquest grup d'acers presenta molt baix tant per cent de carboni, com màxim 0.022% fa que no millorin per tremp les seves característiques mecàniques.

Es denominen ferritics perquè la seva estructura roman en la seva major part ferritica (Fe(α)BCC).

El crom té estructura BCC i un comportament alfagen, estenent la regió de la fase α a costa de la fase γ, que pot arribar a desaparèixer quan el tant per cent de crom sigui molt alt. L'acer inoxidable ferritic és magnètic a causa de l'estructura de ferro α (Fe(α)).Aquests acers presenten una marcada transició dúctil - fràgil entre 0 i -10ºC, el



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


que fa desaconsellable el seu ús en aquest camp de temperatures.

Aplicacions: Bescanviadors de calor, equips de destil·lació, silenciadors de tubs d'escapament, electrodomèstics, coberteries, etc. El mes utilitzat és el F-3113.

6.4.6.2 I'OXIDABLES MARTE'SITICS (F-34XX)

Són aliatges binaris Ferro - Crom amb el tant per cent de crom comprès entre 11.5% i 18%. Amb el tant per cent de carboni entre 0.1 i 0,5% i els hi ha fins a de el 1.2%, encara que estiguin fora de norma. El contingut en crom es limita al 18%, sent un element alfagen. D'una altra forma el camp de l'austenita (Fase α) es fa tan petit que es requereix un control molt estricte sobre la temperatura d'austenizació sobre el tant per cent de carboni.

Aquests acers són també ferromagnétics i presenten una marcada transició dúctil - fràgil, igual que l'anterior, el que fa desaconsellable la seva utilització a baixes temperatures.

6.4.6.3 I'OXIDABLES AUSTE'ITICS (F-35XX)

Són essencialment aliatges de níquel, crom, ferro i en alguns casos molibdè. El contingut de crom roman entre 16 i el 20%, de níquel entre 6 i 14% i de molibdè entre 2 i 3%.

Presenta molt baix tant per cent de carboni.

El marcat caràcter gammagen del níquel augmenta el camp gamma fins a la temperatura ambient, la qual impedeix la seva transformació mitjançant tractament tèrmic.

Mitjançant deformació en fred augmenta la seva duresa, resistència i límit elàstic, mantenint valors d'allargament i extricció o ductibilitat relativament alts. Per tant és Fe (γ) amb estructura FCC no magnètic. Tenen excel·lents propietats de resiliència, ja que no presenta la transició dúctil - fràgil.

Són els més resistents a la corrosió. A l'afegir molibdè augmenta la resistència a la corrosió d'elements sotmesos a tensió.

El molibdè també té la missió de reforçar la resistència a la corrosió en ambients marins.

Presenten bones característiques de soldabilitat i deformació.

Aplicacions: Indústria d'alimentació, farmacèutica, química, etc.

6.4.6.4 I'OXIDABLES E'DURITS PER PRECIPITACIÓ (PH PRECIPITATIO' HARDE'I'G)

Presenten un enduriment per precipitació d'elements inter·metàl·lics mitjançant un procés d'envelliment que s'aplica després del conformat a dimensions finals, i dels distints tractaments de solubilizació prèvia.

La seva composició vària en funció dels 3 tipus existents, segons els elements de l'aliatge com Alumini, Coure, Niobi i Tàntal, que formen els composts.



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


Aplicacions: Aplicacions on hàgim d'obtenir característiques mecàniques que permetin una bona conformació per a posterior enduriment i per envelliment millorar les propietats finals conservant la seva característica d'inoxidable.

6.4.6.4.1 MARTE'SITICS

Deriven dels acers inoxidables austenitics encara que el seu menor contingut en níquel permet la transformació martensitica completa.

6.4.6.4.2 SEMIAUSTE'ITICS

Tenen un contingut major en níquel, per tant, la transformació martensita resulta incompleta quedant restes d'austenita.

6.4.6.4.3 AUSTE'ITICS

El seu contingut en níquel és tan elevat que impedeix la transformació martensitica.

6.4.7 GRUP: F-51XX

Designació: Acers no aliats per a eines.

Elements característics de l'aliatge: Tant per cent de carboni superior al 0.65

Propietats: Després del tractament de tremp, apareix martensita d'elevada duresa.

Aplicacions: Eines per a treball en fred.

6.4.8 GRUP: F-52XX

Designació: Acers aliats per a eines de treball en fred.

Elements característics de l'aliatge: Com principal el crom. Altres elements com: Vanadi, wolframi i molibdè.

Els elements de l'aliatge són carburigens i en presència de carboni suficient es produiran carburs amb el seu corresponent augment de duresa.

Propietats: Augmenta la trempabilitat i possibilita la trempabilitat de peces gruixudes. Gran resistència al desgast. Si li fem un tremp i posteriorment un revingut, el revingut es realitzaria a baixa temperatura per a mantenir alts els valors de duresa.

Aplicacions: Matrius de tall, punxons, moldes, etc.

6.4.9 GRUP: F-53XX

Designació: Acers aliats per a eines per a treballs en calent.

Elements característics de l'aliatge: Crom, molibdè, wolframi, vanadi i níquel.



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


Propietats: Similars al grup F-52XX, però al tenir menor tant per cent de carboni es formen menys carburs i la martensita formada serà de menor duresa. A canvi tindrà major tenacitat.

El revingut es realitzaria a la temperatura corresponent a la seva futura aplicació.

Aplicacions: Matrius de forja i estampació en calent, motlles i elements per a fosses lleugeres.

6.4.10 GRUP: F-55XX I F-56XX

Designació: Són acers aliats per a eines de tall ràpid. (HSS)

Elements característics de l'aliatge: Alt tant per cent de carboni més molibdè, wolframi, vanadi i cobalt especialment.

Propietats: Els seus elements formen carburs i l'alt percentatge de contingut en carboni forma martensita de gran duresa. Aquests acers posseeixen alta duresa i resistència al desgast.

Aplicacions: Eines com broques, freses, etc.

6.5 TRACTAME'TS TÈRMICS DE L’ACER

6.5.1 RECUITS I 'ORMALITZAT

Són tractaments tèrmics que mitjançant un refredament lent faciliten les transformacions. És un comportament contrari al tremp, ja que amb els refredaments ràpids impedeix les transformacions. Aquests tractaments s’han de realitzar després del trempat.

En funció dels objectius finals desitjats, n’hi ha cinc tipus:

6.5.1.1 RECUIT TOTAL

També s’anomena recuit complet o de regeneració. L’objectiu del recuit total és el control de la duresa. El procediment per a realitzar el recuit total és el següent:

• Escalfar a una temperatura Ac1 per acers hipereutectoides o Ac3 per acers hipoeutectoides més 40ºC.

• A continuació s’estableix un temps d’estabilització de la peça (25mm d’espessor tarda més o menys 1/2 hora).

• Finalment es sotmet a un refredament lent per permetre la transformació de la austenita que hi hagi.

6.5.1.2 RECUIT DE PROCÉS

És un tractament específic dels acers hipoeutectoides (%C de 0,3%). En ells la ferrita s’endureix per deformació en fred i acumulació de tensions, per això és un tractament usual en els processos de trefilatge i laminació.



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


• El tractament es realitza escalfant a temperatures inferiors a Ac1 (540-670ºC).

Això provoca la recristal·lització, eliminant les tensions acumulades i posteriorment es refreda a l’aire.

6.5.1.3 RECUIT D’ELIMI'ACIÓ DE TE'SIO'S

És aplicable a tots els acers amb tensions produïdes per la deformació en fred o per un refredament brusc.

• Consisteix en escalfar l’acer a una temperatura inferior a Ac1 (540-640ºC).

Això comporta la eliminació de les tensions per mecanismes de recuperació i posteriorment es refreda a l’aire. Aquest tractament té una gran aplicació en les peces que han patit un mecanitzat profund o de formes complexes.

6.5.1.4 RECUIT DE GLOBULITZACIÓ O D’ESFEREORITZACIÓ

És un tractament específic per als acers hipereutectoides i s’utilitza per la millora de la maquinabilitat.

El procediment per a realitzar-lo és el següent:

• Escalfar l’acer durant un temps de 12 a 15 hores a una temperatura de Ac1 menys 40ºC.

• Escalfar i refredar al voltant de la temperatura de Ac1 durant un temps suficient per homogenitzar la temperatura a tota la peça.

Amb això, s’aconsegueix que la cementita s’aglomeri formant esferes, que és la figura geomètrica idònia, ja que així, quan l’eina ataca a la peça no es produeix tanta col·lisió.

• Per acabar, s’escalfa just per sota de la temperatura Ac1 durant un temps prolongat i seguidament deixar-lo refredar dins del forn.

La microestructura resultant esta formada per cementita en forma globular en una matriu de ferrita tova i maquinable.

6.5.1.5 'ORMALITZAT

El normalitzat s’utilitza pel control de la duresa.

• El procediment consta en escalfar l’acer al voltant de la temperatura Ac3 + 50ºC o bé a la de Accm + 50ºC i després de l’austenitzat, es deixa refredar a l’aire.

Aquest refredament suposa una major velocitat de refredament i que la perlita sigui més fina. En conseqüència, presenta característiques de resistència majors que el recuit total. Poden utilitzar-se directament o tractar-se novament per produir les propietats requerides.



DELS ACERS

E05 PROFESSOR:


6.5.2 'ITRURACIÓ

Es tracta d’un tractament superficial que aporta nitrogen a la superfície del material a tractar. El nitrogen difon cap a l’interior de la peça per efecte de la temperatura, provocant un enduriment superficial.

Els elements de l’aleació de l’acer (Al, Cr, Mo i V) formen uns nitrurs a la matriu de l’acer, donant lloc a una capa de gran duresa.

Es a dir, quan tenim aquests elements, no fa falta difondre el nitrogen, ja que els elements ja formen els nitrurs al reaccionar al escalfar-los (al trempar-los).

Els acers de nitruració es classifiquen segons els elements:

• Acers al alumini. • Acers al crom, molibdè o vanadi.

Tots els acers són trempats i revinguts prèviament a la nitruració.

• La temperatura de revingut ha de ser sempre d’uns 50ºC per sobre de la temperatura de nitruració posterior.

Tipus de nitruracions:

• Nitruració líquida o carbonitruració. • Nitruració gasosa. • Nitruració iònica.

6.5.3 TREMPATS ESGLAO'ATS O MARTREMPAT

És un tractament que disminueix la distorsió que es pot provocar en els acers durant un tractament a refredament no uniforme.

Provoca que el material sigui més homogeni.

S’utilitza especialment en peces irregulars, amb molts racons i formes rares.

tema 6 acers i tractaments termics

Documents