Aceros Maraging

INTRODUCCION

Durante la guerra fría, se diseñaron en Estados Unidos bombarderos supersónicos que alcanzaban Mach 3, lo que producía un calentamiento cercano a los 250 a 300ºC, por tal razón no fue posible utilizar las típicas aleaciones de aluminio para este propósito, la única alternativa posible en ese entonces era el acero inoxidable, el cual se fabricaba en estructura tipo panales para reducir el peso, pero tanto hubo la necesidad de aumentar la razón resistencia/peso, para tales efectos se adicionó pequeñas cantidades de titanio y aluminio, lo que originó que la aleación experimentase un gran endurecimiento por precipitación cuando esta era calentada, así nacieron los aceros inoxidables PH, este mecanismo tiempo más tarde en los años 1960 fue tomado por Bieber en la Internacional Nickel Company, para crear lo que hoy se conoce como aceros maraging. Su nombre es una combinación de las palabras del idioma ingles martensite y aging, que resumen los tratamientos térmicos necesarios para obtener las propiedades mecánicas finales, estos son: una transformación martensítica seguido por la precipitación de compuestos intermetálicos durante un calentamiento isotérmico, envejecimiento.

ACEROS MARAGING

SISTEMA Fe-Ni

Los principales componentes de los aceros maraging son el Fe y Ni, por tanto para comprender un poco mas de sus características es necesario adentrarnos como primera aproximación en este sistema binario, figura 2

Según la figura 3, si el subenfriamiento desde la fase austenítica es el suficiente, este sistema experimenta una reacción martensítica: γ (f.c.c.) → α’ (b.c.c./b.c.t.), en que sigue existiendo la relación de N-W y K-S entre la austenita y martensita, como puede apreciarse en la figura 2 temperatura de inicio de transformación Ms disminuye con el contenido de Ni. Además se verifica la transformación de reversión de la austenita, donde la martensita se transforma adifusionalmente a austenita α’ (b.c.c./b.c.t.) → γ (f.c.c.), la temperatura de inicio de esta transformación As, disminuye también con el contenido de Ni en la solución.

Según el contenido de níquel que posee la aleación la morfología de la martensita producida será de listones o placas, estudios realizados por G. Krauss y A. Marder[4], definen los siguientes rangos de composiciones.

Tabla 1 Rango de composiciones en los cuales se presenta martensita tipo listón o martensita en placas, para el sistema Fe-Ni[3].

Figura 4.- Microestructura de la martensita en el sistema Fe-Ni, (a) Listones de martensita en una aleación Fe-20Ni, (b) Listones de martensita observados por TEM[4], (c) Martensita en placas en una aleación Fe-30,5Ni, la cual fue transformada una vez pulida[5].

En el proceso de temple los aceros maraging son calentados a temperaturas cercanas a los 800ºC por una hora, esto tiene como objetivo solubilizar cualquier tipo de precipitado en la fase auténtica estable, una vez logrado esto, son enfriados al aire debido a su gran templabilidad la austenita se transforma completamente a martensita, el principal objetivo de la transformación martensítica en los aceros maraging no es el aumentar la resistencia debido directamente a la microestructura producida, ya que por ejemplo la martensita de un acero Fe-18Ni-8Co-5Mo, no alcanzaría durezas superiores a 30 HRC.

Como en los aceros maraging la composición base no supera el 29 por ciento de níquel, la martensita formada será del tipo listón, esto último es muy importante en la obtención de las altas resistencias que presentan estos aceros, ya que la formación de este tipo de morfología involucra un aumento considerable de la densidad de dislocaciones,. se estima que esta llegaría a valores de 0,5 x 1012 dislocaciones por centímetro cuadrado, lo cual es de suma importancia en la etapa de envejecimiento, por tanto, el objetivo principal de la transformación martensítica en los aceros maraging es proporcionar una matriz sobresaturada en elementos de aleación y gran cantidad de sitios de nucleación, para producir así, una gran dispersión de los intermetálicos semi-coherentes que precipitarán en la etapa posterior de envejecido, que son los responsables finales de las grandes resistencias que adquieren este tipo de aceros, además esta matriz martensita relativamente blanda otorga las propiedades de tenacidad las cuales son incomparables a los niveles de resistencia logrados.

ELEMENTOS ALEANTES EN LOS ACEROS MARAGING

En comienzo, los aceros Maraging tuvieron en su aleación Fe-Ni ricos en una proporción de 20-25% de Ni, en menor Ti, Nb y un poco de aluminio. Continuando con las investigaciones, los creadores tuvieron prácticamente abandonado esos matices, por tener un fuerte contenido de Ni y adoptaron una base de 18% de Ni, con modificaciones en los contenidos de otros elementos de adición; hasta un punto de tres matices principales de acero Maraging. En la elaboración de éstos aceros el contenido de carbono es siempre lo más bajo posible ( < 0.03% ) y está en muy bajas concentraciones tal es así que se considera como una impureza, las reacciones con el titanio y el molibdeno producen compuestos intermetálicos que afectan las propiedades mecánicas por un endurecimiento de envejecimiento.

El principio se basa en una aleación y no el de un acero, porque el contenido de

carbono es prácticamente inexistente. Sus elementos constitutivos son: Fe, Ni,

Co, Mo, Ti.

• El Co y el Mo Asociados son elementos favorables, que mejoran la resistencia de éste acero

• El titanio es uno de los más activos elementos en el sistema de los aceros Maraging. Este es el que forma parte de los primeros precipitados en aparecer, una vez terminado el tratamiento de envejecimiento se encuentra casi completamente en estos, en desmedro de la matriz.

• El titanio mejora también la resistencia, pero su tendencia a la segregación obliga a limitarlo a un contenido de 0.50-0.70%.

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