Tema 1.1. Metalurgia de La Soldadura
10
1 Ingeniería de Materiales Paul Lean Sifuentes Diseño de construcciones soldadas Tema 1.1. Metalurgia de la soldadura Clasificación del acero Diseño de construcciones soldadas 2009 © Pontificia Universidad Católica del Perú Contenido Clasificación de las aleaciones ferrosas Aceros al carbono Designación de los aceros • Norma AISI (American Iron and Steel Institute - EEUU) • Norma DIN (Deutsche Industrie Normen - Alemania) Diseño de construcciones soldadas 2009 © Pontificia Universidad Católica del Perú Aleaciones ferrosas Los metales se clasifican en: • Aleaciones ferrosas: aceros al carbono, aceros inoxidables, hierros fundidos, etc. • Aleaciones no ferrosas: aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de titanio, etc. • Mas del 90% de los metales son aleaciones ferrosas. Las aleaciones ferrosas, en la práctica, se dividen en: • Aceros: hasta 2,0% C. Aceros de alta aleación hasta 2,5 % C. • Hierros fundidos o fundiciones: 2,0 a 4,5% C, teóricamente hasta 6,67 % C. Diseño de construcciones soldadas 2009 © Pontificia Universidad Católica del Perú Aleaciones ferrosas Aceros al carbono: es el grupo de aleaciones más importante de ingeniería debido a que: • Su costo es relativamente bajo ♦ El aluminio cuesta unas 5 veces mas ♦ El cobre 12 veces. • Cuentan con un amplio rango de propiedades mecánicas ♦ Variando el contenido en carbono ♦ Aplicando tratamientos térmicos y/o mecánicos Las aplicaciones de los aceros al carbono es amplia. Según el contenido de carbono se suelen dividir en: • Acero de bajo carbono : %C < 0,25 • Acero de medio carbono : 0,25 < %C < 0,55 • Acero de alto carbono : %C > 0,55 Diseño de construcciones soldadas 2009 © Pontificia Universidad Católica del Perú Aleaciones ferrosas Todos los aceros al carbono contienen Mn entre 0,3 % a 0,95 % que aumenta la resistencia mecánica y se contrapone al S. Además contienen Si que se le añade generalmente como desoxidante o procede del proceso de fabricación. Agregándole 0,25 % de Cu se mejora su resistencia a la corrosión en dos veces en relación al mismo acero sin cobre. Contienen cantidades limitadas de P y S generalmente menor a 0,05 %. • El P fragiliza al acero en frío, • El S fragiliza al acero en caliente. Diseño de construcciones soldadas 2009 © Pontificia Universidad Católica del Perú Denominación de los aceros Norma AISI/SAE (EE.UU.)
Transcript of Tema 1.1. Metalurgia de La Soldadura
1
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
Tema 1.1. Metalurgia de la
soldadura
Clasificación del acero
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Contenido
Clasificación de las aleaciones ferrosas
Aceros al carbono
Designación de los aceros
• Norma AISI (American Iron and Steel Institute -
EEUU)
• Norma DIN (Deutsche Industrie Normen - Alemania)
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aleaciones ferrosas
Los metales se clasifican en:
• Aleaciones ferrosas: aceros al carbono, aceros inoxidables,
hierros fundidos, etc.
• Aleaciones no ferrosas: aleaciones de aluminio, aleaciones de
cobre, aleaciones de titanio, etc.
• Mas del 90% de los metales son aleaciones ferrosas.
Las aleaciones ferrosas, en la práctica, se dividen en:
• Aceros: hasta 2,0% C.
Aceros de alta aleación hasta 2,5 % C.
• Hierros fundidos o fundiciones: 2,0 a 4,5% C, teóricamente
hasta 6,67 % C.
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aleaciones ferrosas
Aceros al carbono: es el grupo de aleaciones más importante de ingeniería debido a que: • Su costo es relativamente bajo
♦ El aluminio cuesta unas 5 veces mas
♦ El cobre 12 veces.
• Cuentan con un amplio rango de propiedades mecánicas
♦ Variando el contenido en carbono
♦ Aplicando tratamientos térmicos y/o mecánicos
Las aplicaciones de los aceros al carbono es amplia.
Según el contenido de carbono se suelen dividir en: • Acero de bajo carbono : %C < 0,25
• Acero de medio carbono : 0,25 < %C < 0,55
• Acero de alto carbono : %C > 0,55
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aleaciones ferrosas
Todos los aceros al carbono contienen Mn entre 0,3 % a 0,95 % que aumenta la resistencia mecánica y se contrapone al S.
Además contienen Si que se le añade generalmente como desoxidante o procede del proceso de fabricación.
Agregándole 0,25 % de Cu se mejora su resistencia a la corrosión en dos veces en relación al mismo acero sin cobre.
Contienen cantidades limitadas de P y S generalmente menor a 0,05 %. • El P fragiliza al acero en frío,
• El S fragiliza al acero en caliente.
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Denominación de los aceros
Norma
AISI/SAE (EE.UU.)
2
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros al carbono y de baja aleación
Aceros de baja aleación: elementos aleantes < 5 %
AISI ZYXX(X): • Z: Tipo de acero o aleación. Si Z es igual a:
♦ 1 : Aceros al Carbono (ordinario)
♦ 2 : Aceros al Níquel
♦ 3 : Aceros al Níquel-Cromo
♦ 4 : Aceros al: Mo, Cr-Mo, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo
♦ 5 : Aceros al Cromo
♦ 6 : Aceros al Cromo-Vanadio
♦ etc.
• Y: En aceros de un solo aleante, indica el % aproximado del elemento en la aleación.
• XX(X): Indica el % C x 100
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros de baja aleación
AISI 2515:
• Z = 2 Acero al níquel
• Y = 5 5 %Ni XX = 15 0,15 %C
• S < 0,040 y P < 0,035
AISI % C % Mn % Si % Ni % Cr
2330 0,28 – 0,33 0,40 – 0,60 ----- 3,25 – 3,75 -----
2515 0,12 – 0,17 0,40 – 0,60 ----- 4,75 – 5,25 -----
5120 0,17 – 0,22 0,70 – 0,90 0,15 – 0,35 ----- 0,70 – 0,90
5140 0,38 – 0,43 0,70 – 0,90 0,15 – 0,35 ----- 0,70 – 0,90
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros al carbono y de baja aleación
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
B
Aceros al carbono y de baja aleación
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros al carbono y de baja aleación
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros inoxidables
Son aceros de alta aleación: elementos aleantes > 5%
Se seleccionan por su resistencia a la corrosión en muchos ambientes, por su dureza o resistencia a relativamente altas temperaturas.
Contienen como mínimo 10,5% Cr.
La capa superficial de óxido de cromo lo protege contra posterior corrosión.
Clases de aceros inoxidables: • Aceros inoxidables austeníticos: AISI 202, AISI 304
• Aceros inoxidables ferríticos: AISI 405, AISI 430
• Aceros inoxidables martensíticos: AISI 410, AISI 502
• Aceros inoxidables endurecidos por precipitación (PH)
• Aceros inoxidables duplex
3
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros inoxidables austeniticos
AISI % C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo Otros
304 0,08 2,00 1,00 18,00-20,00 8,00-10,50 ----- -----
304L 0,03 2,00 1,00 18,00-20,00 8,00-12,00 ----- -----
304N 0,08 2,00 1,00 18,00-20,00 8,00-10,50 ----- 0,10-0,16N
316 0,08 2,00 1,00 16,00-18,00 10,00-14,00 2,00-3,00 -----
317 0,08 2,00 1,00 18,00-20,00 11,00-15,00 3,00-4,00 -----
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros inoxidables martensiticos
Presentan martensita después de un temple: • alta dureza
• resistencia mecánica
• resistencia al desgaste
% C: 0,15% - 1% C
% Cr: 2,0% - 18,0%.
Acero AISI 410 • 12%Cr- 0,15%C- 1,0%Mn
• pernos, ejes de bombas, válvulas, alabes de turbinas a gas y vapor.
Aceros > 0,2%C: • para cuchillería (AISI 420 y
AISI 440).
me
mb
ers
.trip
od
.co
m/m
qh
d_
ita
.mx/
u3
.htm
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros inoxidables dúplex
En la industria alimentaria son
empleados los aceros tipo
SAF2304 y SAF2205 y pueden
reemplazar ventajosamente a los
aceros AISI 304L y 316L,
reduciendo el riesgo de CBT.
Prácticamente desconocidos en nuestro medio.
Aparecieron hace ya más de 60 años.
Constituidos por: ferrita () y austenita ().
El empleo del N como elemento de aleación revolucionó el desarrollo de estas aleaciones en los 80.
Él más representativo es el acero dúplex 22%Cr-5%Ni.
Estas aleaciones son muy resistentes a la CBT y a la corrosión por picaduras inducida por cloruros.
Mayor resistencia mecánica que los inoxidables austeniticos.
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Propiedades: aceros inoxidables
UNE-EN10088 AISI F
MPa
máx
MPa %mín
Austeníticos
X2CrNi1911 304L 220 520 – 670 45
X2CrNiMo17-12-2 316L 240 530 – 680 40
X1CrNi25-21 310S 200 470 – 670 40
X2CrNiMoN 17-13-3 316N 300 580 – 780 35
X2CrNiMo18-12-4 317L 240 550 – 700 35
X2CrMnNiN 18-9-5 202 340 680 – 880 45
Ferriticos
X6CrAl13 410 240 400 – 600 19
X6Cr17 430 250 450 – 600 20
X2CrMoTi 29-4 430 430 550 - 700 18
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Propiedades: aceros inoxidables
UNE-EN10088 AISI F
MPa
máx
MPa %mín
Martensiticos
X12Cr13 403 450 650 – 850 15
X12CrS13 416 450 650 – 850 15
X20Cr13 420 500 700 – 850 13
X17CrNi16-2 431 600 800 – 950 12
Dúplex
X2CrNiN 23-4 400 600 – 850 20
X2CrNiMoN 22-5-3 480 660 – 950 25
X2CrNiMoCuN 25-6-3 500 690 – 940 17
X2CrNiMoCuWN 25-7-4 530 730 - 930 25
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros para herramientas
Templados en agua: AISI W1, AISI W2, AISI W5
Trabajo en frío:
• O, templable en aceite: AISI O1, AISI O2
• A: mediana aleación y templable en aire: AISI A2, AISI A3
• D: alto carbono y alto cromo: AISI D2, AISI D4
Resistentes al impacto: AISI S1, AISI S7
Aceros rápidos:
• T, base tungsteno (AISI T1, AISI T8)
• M, base molibdeno (AISI M1, AISI M7)
www.pasarlascanutas.com
Brocas para cemento: AISI S1
4
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros para herramientas
AISI % C % Cr %
Mn % Ni % V % W % Mo
%
Co
O7 1,10
1,30
0,35
0,85 1,00 ----- 0,40
1,00
2,00 0,30 -----
A7 2,00
2,85
5,00
5,75 0,8 -----
3,90
5,15
0,50
1,50
0,90
1,40 -----
A9 0,45
0,55
4,75
5,50 0,50
1,25
1,75
0,80
1,40 -----
1,30
1,80 -----
D5 1,40
1,60
11,00
13,00 0,6 ----- 1,00 -----
0,70
1,20
2,50
3,50
D7 2,15
2,50
11,50
13,50 0,60 -----
3,80
4,40 -----
0,70
1,20 -----
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros para herramientas
www.pasarlascanutas.com
Brocas para cemento: AISI S1 Troqueles: AISI O1
www.grupohergo.com
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Denominación de los aceros
Norma
DIN (ALEMANA)
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros al carbono
Estructurales
Norma Antigua DIN St 37, DIN St 42, DIN St 50
Ejemplo: DIN St 42
- Resistencia a la tracción como
mínimo de 42 kg/mm2
- De tablas entre 42–50 kg/mm2
Actualmente DIN S 185
- Acero estructural, con esfuerzo de
fluencia como mínimo de
185 MPa
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros al carbono
Estructurales
Apropiado para
tratamientos
térmicos
Norma Antigua DIN St 37, DIN St 42, DIN St 50
Ejemplo: DIN St 42
- Resistencia a la tracción como
mínimo de 42 kg/mm2
- De tablas entre 42–50 kg/mm2
Actualmente DIN S 185
- Acero estructural, con esfuerzo de
fluencia como mínimo de
185 MPa
DIN C 35
- Acero al C de
0,35% C
DIN CK 35
- Acero al C de bajo
fósforo y azufre
- %C = 0,35
- P < 0,025%
- S < 0,035%.
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros al carbono
Estructurales
Apropiado para
tratamientos
térmicos
Aceros para
herramientas
Norma Antigua DIN St 37, DIN St 42, DIN St 50
Ejemplo: DIN St 42
- Resistencia a la tracción como
mínimo de 42 kg/mm2
- De tablas entre 42–50 kg/mm2
Actualmente DIN S 185
- Acero estructural, con esfuerzo de
fluencia como mínimo de
185 MPa
DIN C 35
- Acero al C de
0,35% C
DIN CK 35
- Acero al C de bajo
fósforo y azufre
- %C = 0,35
- P < 0,025%
- S < 0,035%.
DIN C 60 W2
Acero al C para
herramienta de
0,6% C, calidad 2.
5
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros aleados
Baja aleación: Aleantes < 5,0 %
• DIN 41 Cr 4 (AISI 5140)
• DIN 13 Cr Mo 4 5
• Los elementos de aleación se ordenan en forma
decreciente.
• El % aproximado de los elementos aleantes se
obtiene al dividir los últimos números por un factor. ♦ 4 : para Co, Cr, Mn, Ni, Si, W.
♦ 10 : para Al, Be, Cu, Mo, Pb, Nb, Ta, Ti, V, Zr.
♦ 100 : para Ce, N, P, S.
♦ 1000 : para el B
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros aleados
Alta aleación: Aleantes > 5,0 %
• Ejemplos:
♦ DIN X 4 Cr Ni 18 10 (AISI 304)
♦ DIN X 2 Cr Ni 18 10 (AISI 304 L)
♦ DIN X 2 Cr Ni Mo 17 12 2 (AISI 316 L)
♦ DIN X 40 Cr Mo V 5 1 1 (AISI H 13)
♦ DIN X 210 Cr 12 (AISI D3)
• Los elementos de aleación se ordenan en forma
decreciente en función al valor de sus porcentajes.
• Los últimos números indican el porcentaje real de
los elementos aleantes.
Inoxidables
Herramientas
Diseño de construcciones soldadas
Tema1.1. Metalurgia de la
soldadura
Diagrama Fe-Fe3C
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Contenido
Diagrama de equilibrio Fe-Fe3C.
Relación entre microestructura y propiedades
mecánicas de los aceros ordinarios de acuerdo
al diagrama Fe-Fe3C.
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Introducción
El Fe es el elemento mayoritario en diversas aleaciones.
Las propiedades que presenta el hierro en estado casi puro son: • Es blando y dúctil (90 HB y 40 % deformación)
• Resistencia a la tracción: 270 MPa
• Densidad: 7,87 g/cm3
Los aceros son básicamente aleaciones Fe-C
Las aleaciones Fe-C no contienen mucho % C • Los aceros al carbono hasta 2,0 % C
• Los aceros de alta aleación hasta 2,5 % C
Se estudia las aleaciones Fe-C hasta 6,67 % C • Diagrama Fe-Fe3C (hierro-cementita)
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Alotropía del Fe
Líquido (amorfo)
1535 L Fe-
Fe- Fe-
Fe- Fe-
1410 Fe- (BCC ó CCCu)
910
Fe- (FCC ó CCCa)
Fe- (BCC ó CCCu)
tiempo
T °C
Curva de enfriamiento del hierro puro
Ferrita
Austenita
6
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
910 °C
FCC (CCCa)
Fe-
BCC (CCCu)
Fe-
Cambio alotrópico del Fe a 910 °C
Austenita
Temperatura ambiente
Ferrita
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Diagrama Fe-Fe3C: Fases presentes
Debido a que el diámetro atómico del C es pequeño
(menor que 1 Amstrong) se ubica en los intersticios de la
red cristalina de los átomos más grandes que
corresponden al Fe.
Las aleaciones que pertenecen al diagrama Fe-Fe3C
sólo pueden contener como fases sólidas:
• Soluciones sólidas intersticiales
♦ Fase: “Fe- ”
♦ Austenita: “ Fe-”
♦ Ferrita: “ Fe- ”
• Compuesto intersticial
♦ Cementita “Fe3C”.
Fe- (BCC)
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Diagrama de equilibrio Fe-Fe3C
Ferrita
Austenita
Fe- T °C
0,008 0,8 2,0 % C
E
Eutectoide
Fe- (BCC ó CCCu)
Fe- (FCC ó CCCa)
Austenita
Fe- (BCC ó CCCu)
Ferrita
Líquido (amorfo)
1535
1410
910
T °C
Liquido
+
+ L
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Diagrama de equilibrio Fe-Fe3C
L + Fe3C
+ Fe3C
(austenita + cementita)
+ Fe3C
(ferrita + cementita)
T °C 1 535
1 410
910
723
1 130
723
0,008 0,8 2,0 4,3 6,67 % C
Liquido + L
(austenita)
+
+ L
+
0,025 %C
R. I. Eutéctica: L + Fe3C (Ledeburita)
Fe3C
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
T °C 1 535
1 410
910
723
1 130
723
0,008 6,67 % C
Liquido
+ L L + Fe3C
(austenita) + Fe3C
(austenita + cementita) +
+ Fe3C
(ferrita + cementita)
+ L
+
Fe3C
Fe3C % C
% Fe3C %
% de fases a temperatura ambiente
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú ??
7
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Clasificación de las aleaciones - Fe-Fe3C
0
25
50
75
100
0.00 1.67 3.34 5.00 6.67
% Fe3C
% C
30
ACEROS HIERROS FUNDIDOS BLANCOS
2,0
Fe3C HB
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Región delta
1 410
1 492
1 535
0,18 % C 0,5 % C
0,1 % C + L
Liquido
+
+ Liquido
T °C
+ L
Reacción isotérmica peritéctica
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
0,18 % C
0,1%C 0,5%C
Reacción isotérmica peritéctica
L +
R. Peritéctica
L (0,5%C)
(0,1%C) 100 % (0,18%C)
100 % L (0,18 %C)
+
L +
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Reacción isotérmica eutectoide
910
723
(austenita)
+
+ Fe3C
(ferrita + cementita)
+ Fe3C
0,008 0,8 2,0 % C
+ Fe3C
AISI1080 +
Fe3C
T °C
0,8 % C
723 °C
Perlita
0,8 % C
1130
tiempo
T °C
0,025
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Perlita: + Fe3C
Fe3C Acero Eutectoide
AISI1080
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Enfriamiento: Acero hipoeutectoide
0,008 0,8 % C
910
723
(austenita)
T °C
AISI 1020
+
(0,2 % C)
723 ºc
perlita
Ferrita
+
Perlita
(microconstituyentes)
A3
75 % de ferrita
25 % de perlita
8
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Fe-Fe3C: Aceros hipoeutectoides
0
25
50
75
100
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80
% Perlita
% C
% Perlita % p
% C
0 0,8 % C
Primaria ( +Fe3C)
100 % Perlita 100 % Ferrita
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
0,1 % C. 0,4 % C.
Fe-Fe3C: Aceros hipoeutectoides
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
0,7 % C. 0,8 % C.
Fe-Fe3C: Aceros hipoeutectoides
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Enfriamiento fuera de equilibrio
Microestructura de equilibrio
Microestructura de equilibrio
Enfriamiento fuera de equilibrio
Enfriamiento fuera de equilibrio
Martensita de medio carbono
Martensita de alto carbono
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
0,008 0,8 2,0 % C
910
723
(austenita)
+
Ferrita
+
Perlita
+ Fe3C
T °C (1,6 % C)
DIN CK 160
Fe3C
Fe3Cred
Fe3Cred
+
Perlita
Perlita
Fe3Cred
Acm
Enfriamiento: Acero hipereutectoide
A3
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Microestructura: acero hipereutectoide
Aceros hipereutectoides
0,8 < %C < 2,0
Fases
• Ferrita ()
• Cementita (Fe3C)
Microconstituyentes
• Perlita ( + Fe3C)
• Cementita reticular o
cementita primaria.
9
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
+ + Fe3C
0,008 0,8 2,0 % C
910
723
(austenita)
T °C
Fases:
Ferrita y
cementita
% C
% Perlita %
Ferrita + perlita Perlita + cementita reticular
Fe3Cred
6,67
% C
% Fe3Cred % Perlita
Perlita
0,8
0,0
Aceros al C enfriados en equilibrio
Microconstituyentes
Acm
A3
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Propiedades de la ferrita y cementita
Ferrita • Hierro casi puro
• Solución sólida intersticial BCC (CCCu)
• Es blando y dúctil.
• Dureza de 90 HB y alargamiento de rotura de 40 %
• Resistencia a la tracción (máx) de 270 MPa
Cementita • Compuesto intersticial de 6,67 % C
• Su estructura cristalina es ortorrómbica
• Alta temperatura de fusión
• Es extremadamente duro y frágil.
• Dureza de 800 HB y alargamiento de rotura 0 %
• Muy baja resistencia a la tracción (máx) de 35 MPa
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Propiedades de la perlita (gruesa)
Es un microconstituyente y esta formado por dos fases:
• Ferrita:
• Cementita: Fe3C
Posee una resistencia a la tracción de 600 MPa
Dureza de 200 HB
Alargamiento de rotura de 25 %
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Resistencia de los aceros % C < 0,8
enfriados lentamente
Resistencia a la tracción de:
• Ferrita = 270 MPa; perlita = 600 MPa
100
)perlita(%x600)(%x270)MPa(
pmáx
8,0
C%8,0% p
8,0
C%Perlita%
)C(%x5,412270)MPa(máx
Perlita
Ferrita
(p)
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Aceros enfriados en equilibrio
Propiedades mecánicas
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 % C
DUREZA
HB
400
300
200
100
HB
40
30
20
10
%
%
máx (MPa)
600
400
200
máx
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Problema 1
Se muestra la microestructura de un acero
enfriado lentamente.
Determine el contenido de carbono.
10
Ingeniería de Materiales
Paul Lean Sifuentes
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Problema 2
Si se sabe que justamente por encima de la línea de transformación eutectoide un acero al carbono contiene 90 % de austenita como fase.
1. Determine su contenido de carbono.
2. Calcule el porcentaje relativo de las fases y de los constituyentes microestructurales a temperatura ambiente.
3. Esquematice su microestructura a temperatura ambiente.
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Problema 2: desarrollo
0,008 0,8 2,0 % C
910
723
+
Ferrita
+
Perlita
+ Fe3C
T °C
Fe3Cred
+
Perlita
Acm
A3
Diseño de construcciones soldadas
20
09
© P
on
tifi
cia
Un
ive
rsid
ad
Ca
tólic
a d
el
Pe
rú
Problema 2: desarrollo
72,0C%90100*8,0
C%%
Acero hipoeutectoide: %C < 0,8
4,1C%90100*8,067,6
C%67,6%
Acero hipoeutectoide: 0,8 < %C < 2,0
