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Acero inoxidable endurecido por precipitación: definición, composición, propiedades, aplicaciones, grados y más
- John
El acero inoxidable endurecido por precipitación mejora significativamente su resistencia mecánica y durabilidad a través de una tecnología de tratamiento térmico única, lo que lo convierte en el material elegido en muchos campos, como el aeroespacial, la fabricación de automóviles, el petróleo y el gas, etc. Entonces, ¿qué es exactamente el acero inoxidable endurecido por precipitación?
En este artículo, le presentaremos todo sobre el acero inoxidable endurecido por precipitación en detalle, como su definición, composición, propiedades, aplicaciones, grados comunes, procesamiento y técnicas de soldadura de este material de alto rendimiento.
¿Qué es el acero inoxidable endurecido por precipitación?
El acero inoxidable endurecido por precipitación (acero inoxidable PH) es un tipo de acero inoxidable que logra una alta resistencia y una excelente resistencia a la corrosión mediante tecnología de tratamiento térmico. Se divide en tipos martensítico, semiaustenítico y austenítico. Pertenece a la serie de aleaciones Fe-Cr-Ni y se le añade cobre, molibdeno, niobio, titanio y aluminio.
Tipos de aceros inoxidables endurecidos por precipitación
Los aceros inoxidables PH se clasifican en tres tipos según su estructura matricial después del tratamiento térmico: martensítico, semiaustenítico y austenítico.
Acero inoxidable martensítico PH
Al igual que el 17-4 PH, comienzan con una estructura austenítica a temperaturas de recocido (1040–1065 °C) y se transforman en martensita al enfriarse. El envejecimiento a 482–593 °C aumenta su resistencia a 1170–1376 MPa. Estos aceros se utilizan en aplicaciones de alta resistencia, como la industria aeroespacial y las válvulas, pero tienen baja ductilidad, lo que dificulta el conformado en frío.
Acero inoxidable semiaustenítico PH
Conservan su estructura austenítica después del tratamiento térmico de solución y son más dúctiles, lo que los hace ideales para el conformado. Para endurecerse, la austenita primero se transforma en martensita y luego se envejece a 455–593 °C. A menudo se encuentran en forma de láminas, como 17-7 PH, para resortes y sujetadores donde se requiere conformabilidad y resistencia.
Acero inoxidable austenítico PH
Al igual que el A286, conservan su estructura austenítica no magnética después del tratamiento térmico. El envejecimiento a 650-760 °C aumenta la dureza y la resistencia. Aunque sus propiedades mecánicas son inferiores a las de los otros dos tipos, tienen buena tenacidad y son ideales para aplicaciones de alta temperatura, como motores a reacción y álabes de turbinas.
Composición química del acero inoxidable endurecido por precipitación
La composición química del acero inoxidable PH incluye típicamente hierro, cromo y níquel, con la adición de pequeñas cantidades de cobre, titanio, aluminio, molibdeno, niobio y otros elementos para lograr el efecto de endurecimiento por precipitación. Estos elementos de aleación, combinados con proporciones específicas y procesos de tratamiento térmico, ayudan a formar fases de endurecimiento a diferentes temperaturas, mejorando así la resistencia del material y la resistencia a la corrosión.
Para su referencia, hemos enumerado las composiciones químicas típicas de tres aceros inoxidables PH en la siguiente tabla.
| C | Cr | Ni | Cu | Al | Mo | Ti | Mn | Si | P | S | V | ||
| 17-4 PH (%) | Martensítico | ≤ 0.07 | 15.0-17.5 | 3.0-5.0 | 3.0-5.0 | – | ≤ 0.5 | – | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.04 | ≤ 0.03 | – |
| 17-7 PH (%) | Semi-austenítico | ≤ 0,09 | 16.0-18.0 | 6.5-7.75 | – | 0.75-1.5 | – | – | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.04 | ≤ 0.03 | – |
| A2869 (%) | Austenítico | ≤ 0.08 | 14.0-16.0 | 24.0-27.0 | ≤ 0.35 | – | 1.0-1.5 | 1.9-2.3 | ≤ 2.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.03 | ≤ 0.025 | 0.10-0.50 |
Propiedades del acero inoxidable endurecido por precipitación
Las siguientes características son claves para comprender el rendimiento de los aceros inoxidables endurecidos por precipitación.
- Alta resistencia: Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación presentan altas resistencias a la tracción y al límite elástico, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta carga.
- Resistencia a la corrosión: Estos aceros proporcionan una buena resistencia a la corrosión en diversos entornos, particularmente cuando se combinan con elementos como el cromo y el níquel.
- Dureza: Los procesos de envejecimiento aumentan significativamente la dureza, lo que hace que estos aceros sean ideales para aplicaciones resistentes al desgaste.
Propiedades físicas
| Propiedad física | Valores específicos | Descripción |
| Densidad | 7,7-8,0 g/cm³ | Proporciona buena estabilidad estructural y resistencia. |
| Conductividad térmica | 15-20 W/m·K | Adecuado para aplicaciones de intercambio de calor. |
| Expansión térmica | 10-12 µm/m-K | Baja expansión, reduciendo la distorsión ante cambios de temperatura. |
| Punto de fusión | 1400-1450°C | Garantiza durabilidad a altas temperaturas. |
| Propiedades magnéticas | Varía (depende del tipo) | Los tipos martensíticos y semiausteníticos suelen ser magnéticos. |
| Resistividad eléctrica | Moderado | Adecuado para aplicaciones donde la conductividad no es crítica. |
Propiedades mecánicas
| Propiedad mecánica | Valores específicos | Descripción |
| Resistencia a la tracción | 850-1700 MPa | Proporciona una alta capacidad de carga. |
| Límite elástico | 800-1500 MPa | Alta resistencia a la deformación permanente. |
| Alargamiento | 10-20% | Puede estirarse antes de romperse, lo que indica ductilidad. |
| Dureza | 35-47 HR | Muy alta dureza después del envejecimiento, ideal para piezas resistentes al desgaste. |
| Módulo de elasticidad | 190-210 GPa | Resistencia a la deformación elástica, ofreciendo rigidez. |
| Resistencia a la fatiga | Moderado | Buena resistencia a cargas cíclicas y fallas por fatiga. |
| Resistencia a los impactos | Moderado-alto | Capaz de absorber energía y resistir daños por impacto. |
| Dureza | Moderado | Capacidad de deformarse sin romperse bajo una fuerza repentina. |
| Soldabilidad | Bien | Se puede soldar, pero puede ser necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura. |
| Formabilidad | Moderado-alto | Se puede moldear en formas complejas, particularmente en tipos semiausteníticos. |
Propiedades químicas
| Propiedad química | Rendimiento | Descripción |
| Resistencia a la corrosión | Moderado-alto | Buena resistencia a la corrosión en una variedad de entornos. |
| Resistencia a la oxidación | Alta | Fuerte resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas. |
| Estabilidad química | Alta | Estable bajo diversas exposiciones químicas, ideal para entornos hostiles. |
| Resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) | Moderado-alto | Mejor que los aceros austeníticos, especialmente en entornos de cloruro. |
Grados de acero inoxidable endurecidos por precipitación
El acero inoxidable PH se presenta en distintos grados, cada uno con propiedades y campos de aplicación únicos. A continuación, se presentan algunos grados de acero inoxidable PH comunes y sus características y aplicaciones.
| Grado | Tipo | Características | Aplicaciones |
| 17-4 PH | Martensítico | Alta resistencia, resistencia moderada a la corrosión, fácil de mecanizar. | Piezas aeroespaciales, válvulas, engranajes, ejes, bombas, usos de alta resistencia. |
| 15-5 PH | Martensítico | Alta resistencia, buena tenacidad, excelente resistencia a la corrosión. | Aeroespacial, procesamiento químico, maquinaria de precisión, industria nuclear |
| PH 13-8 meses | Martensítico | Alta resistencia, tenacidad superior, excelente resistencia a la corrosión bajo tensión. | Estructuras aeroespaciales, equipos para petróleo y gas, componentes de turbinas |
| 13-8 PH | Martensítico | Alta resistencia, buena tenacidad, buena resistencia a la corrosión. | Dispositivos aeroespaciales, petroquímicos y médicos para aplicaciones de alta resistencia. |
| 17-7 PH | Semi-austenítico | Excelente formabilidad, alta resistencia después del envejecimiento, buena resistencia a la corrosión. | Resortes, sujetadores, piezas de aeronaves que requieren resistencia y conformabilidad. |
| Soy 350 | Semi-austenítico | Buena conformabilidad, alta resistencia, buena resistencia a la corrosión. | Álabes de turbina, resortes, sujetadores, piezas de alta resistencia y resistentes a la corrosión. |
| Soy 355 | Semi-austenítico | Buena resistencia, formabilidad y resistencia a la corrosión. | Piezas aeroespaciales, herramientas, equipos de corte con buena conformabilidad y resistencia. |
| PH 15-7 meses | Semi-austenítico | Buena conformabilidad, alta resistencia, buena resistencia a la fatiga y a la corrosión. | Resortes, recipientes a presión, piezas de aeronaves que necesitan resistencia, resistencia a la corrosión y conformabilidad. |
| XM-16 | Semi-austenítico | Buena resistencia, ductilidad, formabilidad y resistencia a la corrosión. | Dispositivos médicos, componentes aeroespaciales con buena formabilidad y resistencia. |
| A286 | Austenítico | Buena resistencia a altas temperaturas, excelente resistencia a la fluencia, no magnético. | Aplicaciones de alta temperatura como componentes de motores a reacción y álabes de turbinas. |
| 17-10 P | Austenítico | Mantiene la estructura austenítica, no es magnético y tiene un excelente rendimiento a altas temperaturas. | Usos resistentes a la corrosión y a altas temperaturas, como equipos químicos e intercambiadores de calor. |
| 17-10 meses | Austenítico | Excelente resistencia a la corrosión, no magnético, resistencia a altas temperaturas. | Equipos de procesamiento químico, maquinaria de alta temperatura. |
¿Qué es el acero inoxidable endurecido por precipitación 15-5?
El 15-5 PH es un acero inoxidable endurecido por precipitación martensítica, una aleación de acero inoxidable resistente a la corrosión, de alta resistencia y tenaz. El nombre “15-5” hace referencia a su composición: aproximadamente 15% de cromo y 5% de níquel. Se utiliza en piezas aeroespaciales, equipos de procesamiento químico, ejes y engranajes, etc.
¿Qué es el acero inoxidable endurecido por precipitación 17-4?
17-4 PH is a martensitic precipitation-hardening stainless steel with high strength and excellent corrosion resistance. The name “17-4” refers to its composition: approximately 17% chromium and 4% nickel, with copper and niobium/aluminum added for increased strength and hardness. 17-4 PH is widely used in aerospace components, chemical and petrochemical equipment, medical equipment, etc.
Endurecimiento por precipitación de aceros inoxidables
Acero inoxidable endurecido por precipitación Está disponible en diversas formas para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones industriales. Las formas más comunes incluyen:
- Chapas y placas de acero inoxidable endurecidas por precipitación:Se utiliza en equipos aeroespaciales, automotrices e industriales debido a su alta resistencia y resistencia a la corrosión.
- Barras y varillas de acero inoxidable endurecidas por precipitación:Se emplea en la fabricación de componentes de precisión, como ejes, engranajes y sujetadores que requieren durabilidad y dureza.
- Tubos y tuberías de acero inoxidable endurecidos por precipitación:Se utiliza frecuentemente en las industrias química, petroquímica y de petróleo y gas, donde la resistencia y la resistencia a la corrosión son fundamentales para los sistemas de transporte de fluidos.
- Alambre de acero inoxidable endurecido por precipitación:Común en dispositivos médicos, resortes y sujetadores donde se necesita alta resistencia y flexibilidad.
- Forjados de acero inoxidable endurecidos por precipitación:Se utiliza en aplicaciones de servicio pesado, como álabes de turbinas y componentes estructurales, debido a su capacidad para soportar altas tensiones y temperaturas.
Estas formas permiten utilizar aceros inoxidables endurecidos por precipitación en entornos exigentes donde tanto la alta resistencia como la resistencia a la corrosión son esenciales.
Pros y contras del endurecimiento por precipitación del acero inoxidable
Ventajas
- Alta resistencia: después del endurecimiento por precipitación, la resistencia del material mejora significativamente, y la resistencia a la tracción alcanza los 850-1700 MPa.
- Buena resistencia a la corrosión: el acero inoxidable PH exhibe una mejor resistencia a la corrosión en comparación con el acero inoxidable martensítico tradicional, lo que lo hace adecuado para entornos hostiles.
- Buena procesabilidad: En el estado tratado en solución, el material es relativamente blando, lo que hace que sea fácil de procesar y dar forma.
- Soldabilidad: Con una soldadura y un tratamiento térmico adecuados, el acero inoxidable PH puede lograr una excelente calidad de soldadura.
Desventajas
- Tratamiento térmico complejo: El proceso de endurecimiento por precipitación implica múltiples pasos de tratamiento térmico, lo que hace que el proceso sea más complejo y costoso.
- Resistencia limitada a altas temperaturas: el acero inoxidable PH se destaca a temperaturas moderadas, pero la exposición prolongada a altas temperaturas puede degradar su rendimiento.
- Limitaciones magnéticas: Ciertos aceros inoxidables PH pueden desarrollar un ligero magnetismo en condiciones específicas, lo que restringe su idoneidad para algunas aplicaciones.
¿Para qué se utiliza el acero inoxidable endurecido por precipitación?
Acero inoxidable endurecido por precipitación Se utiliza en aplicaciones que requieren una combinación de alta resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión. Los usos más comunes incluyen:
- Componentes aeroespaciales:Se utiliza para piezas de alta resistencia, como álabes de turbinas, engranajes y componentes estructurales, debido a su capacidad para retener la resistencia a altas temperaturas.
- Productos sanitarios:Se emplea en instrumentos quirúrgicos, implantes ortopédicos y herramientas dentales debido a su biocompatibilidad y durabilidad.
- Industria del petróleo y el gas:Se utiliza para válvulas, ejes de bombas y accesorios donde tanto la resistencia a la corrosión como la resistencia mecánica son fundamentales en entornos hostiles.
- Equipos de procesamiento químico:Adecuado para recipientes, reactores y sistemas de tuberías debido a su excelente resistencia a la corrosión y tenacidad.
- Energía nuclear:Se utiliza en componentes sometidos a altos esfuerzos, como elementos internos y sujetadores de reactores, debido a su resistencia a la radiación y su durabilidad a largo plazo.
- Aplicaciones marinas:Se encuentra en ejes de hélice, bombas y hardware, donde la resistencia a la corrosión y al agua de mar es esencial.
Soldadura de acero inoxidable endurecido por precipitación
PH stainless steel has good weldability, especially in the solution-treated condition. Common welding methods, such as TIG and MIG, can be used, but care must be taken to avoid softening in the heat-affected zone. For thicker materials, post-weld aging treatment is often recommended to restore the strength of the weld area.
Al soldar acero inoxidable PH, lo mejor es utilizar materiales de relleno que coincidan con el metal base. Por ejemplo, se puede utilizar alambre ER630 al soldar acero inoxidable 17-4 PH. Además, mantener un aporte de calor bajo y minimizar el tamaño de la zona afectada por el calor son fundamentales para garantizar la calidad de la soldadura.
Diferencia entre acero inoxidable endurecido por precipitación y martensítico
The primary distinction between acero inoxidable martensítico and PH stainless steel resides in their distinct strengthening methodologies and consequential performance attributes.
Mecanismo de fortalecimiento: En términos de mecanismos de fortalecimiento, el acero inoxidable martensítico logra su mayor resistencia mediante una combinación de procesos de temple y revenido. Por el contrario, el acero inoxidable PH obtiene su resistencia de la formación de precipitados metálicos dentro de su microestructura, un proceso conocido como endurecimiento por precipitación.
Actuación: El acero inoxidable PH generalmente tiene mayor resistencia y mejor resistencia a la corrosión, pero menor rendimiento a altas temperaturas en comparación con el acero inoxidable martensítico.
Conozca otros tipos de acero inoxidable: austenítico, ferríticoy dúplex.
¿El acero inoxidable endurecido por precipitación es magnético?
Las propiedades magnéticas del acero inoxidable PH dependen de la composición de su aleación y del proceso de tratamiento térmico. La mayoría de los aceros inoxidables PH martensíticos presentan cierto nivel de magnetismo después del tratamiento en solución, mientras que los aceros inoxidables PH austeníticos y semiausteníticos generalmente permanecen no magnéticos en la mayoría de las condiciones. Al tomar decisiones sobre la selección de materiales, es imperativo tener en cuenta las demandas específicas de la aplicación, así como las condiciones de procesamiento asociadas.
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¿Qué es el endurecimiento por precipitación?
El endurecimiento por precipitación, o endurecimiento por envejecimiento, es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza para mejorar la resistencia a la fluencia. En el acero inoxidable PH, este proceso implica tres pasos clave: tratamiento de solución, temple y envejecimiento.
- Solución Tratamiento: Durante las etapas iniciales del tratamiento de la solución, el material se calienta normalmente en un rango de temperatura de 1040 °C a 1065 °C. Esta temperatura elevada facilita la disolución de los elementos de aleación, lo que da como resultado la formación de una solución sólida homogénea.
- Enfriamiento: Después del tratamiento en solución, el material se enfría rápidamente para retener los elementos solutos en un estado sobresaturado, lo que evita la formación de precipitados. Los medios de extinción más comunes incluyen aire y agua.
- Envejecimiento: El material se recalienta a una temperatura más baja (por ejemplo, 480 a 620 °C) y se mantiene durante varias horas para permitir que se formen precipitados finos, mejorando la resistencia y la dureza del material.
¿Cuál es la diferencia entre revenido y endurecimiento por precipitación?
Templado y endurecimiento por precipitación Ambos son procesos de tratamiento térmico, pero difieren en el propósito, el método y los materiales a los que normalmente se aplican.
Objetivo: El templado se realiza después del endurecimiento (temple) para reducir la fragilidad del acero endurecido y, al mismo tiempo, conservar parte de su dureza para que el material sea más resistente y menos propenso a agrietarse. El endurecimiento por precipitación aumenta la resistencia y la dureza mediante la formación de partículas diminutas (denominadas precipitados) en la estructura del metal.
Material: El revenido se utiliza para aceros martensíticos en acero inoxidable. El endurecimiento por precipitación se utiliza para acero inoxidable endurecido por precipitación.
Proceso: Durante el revenido, el material se enfría y luego se recalienta a una temperatura más baja (150-650 °C). La temperatura y la duración del revenido controlan el grado en que se reduce la dureza y se aumenta la tenacidad. El endurecimiento por precipitación implica dos etapas: tratamiento en solución (calentamiento y temple) y envejecimiento (recalentamiento a una temperatura moderada, generalmente 480-620 °C). Durante el envejecimiento, se forman precipitados finos que aumentan la dureza y la resistencia.
Solicitud: El templado se utiliza para herramientas, cuchillos y otros elementos que requieren una gran dureza pero que deben minimizar la fragilidad. El endurecimiento por precipitación es común en componentes aeroespaciales, automotrices e industriales donde la resistencia y la resistencia a la corrosión son fundamentales.
Endurecimiento por envejecimiento vs. endurecimiento por precipitación
Endurecimiento por envejecimiento y Endurecimiento por precipitación Son procesos de tratamiento térmico utilizados para mejorar la resistencia y la dureza de las aleaciones.
Endurecimiento por envejecimiento
- Definición:Un proceso general que aumenta la resistencia a través de la formación de precipitados.
- Pasos:Implica tratamiento de solución, temple y envejecimiento.
- Aplicaciones:Se utiliza comúnmente para aluminio, titanio y algunos aceros inoxidables.
- Mecanismo:Fortalece formando partículas que dificultan el movimiento de dislocación.
Endurecimiento por precipitación
- Definición:Un tipo específico de endurecimiento por envejecimiento que se centra en la formación controlada de precipitados.
- Pasos:Similar al endurecimiento por envejecimiento, pero enfatiza la optimización del tamaño y la distribución del precipitado.
- Aplicaciones:Se utiliza en el endurecimiento por precipitación de aceros inoxidables (por ejemplo, 17-4 PH) y aleaciones de níquel.
- Mecanismo:Se enfoca en precipitados finos y distribuidos uniformemente para mejorar la resistencia y la tenacidad.
En resumen, el endurecimiento por envejecimiento es más amplio, mientras que el endurecimiento por precipitación optimiza específicamente las características del precipitado para un mejor rendimiento.
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