Acero martensítico envejecido 350 Polvo

El polvo de acero martensítico envejecido 350 es un polvo de acero martensítico endurecible por precipitación diseñado para la fabricación aditiva, especialmente para aplicaciones que requieren una gran dureza y resistencia junto con una buena ductilidad. Es conocido por su altísima resistencia gracias a una mezcla única de molibdeno, cobalto, níquel, aluminio, titanio y otros elementos de aleación.

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Índice

Visión general

Acero martensítico envejecido 350 polvo es un polvo de acero martensítico endurecible por precipitación diseñado para la fabricación aditiva, especialmente para aplicaciones que requieren una gran dureza y resistencia junto con una buena ductilidad. Es conocido por su altísima resistencia gracias a una mezcla única de molibdeno, cobalto, níquel, aluminio, titanio y otros elementos de aleación.

Los aceros martensíticos son únicos por su bajo contenido en carbono y su mayor disponibilidad de níquel-aluminio-molibdeno. Los bajos niveles de carbono evitan la segregación o la precipitación de carburos, mientras que la fuerte aleación promueve el endurecimiento por envejecimiento dentro de la matriz de martensita a partir de la precipitación de fases intermetálicas.

Propiedades clave del acero martensítico envejecido 350 en polvo:

  • Muy alto límite elástico y resistencia a la rotura
  • Buena ductilidad y tenacidad
  • Excelente resistencia a la fractura
  • Gran dureza
  • Resistente al envejecimiento excesivo y a los cambios dimensionales a temperaturas moderadamente altas
  • Buena soldabilidad
  • Tratable térmicamente para adaptar las propiedades
  • Buena mecanizabilidad y pulibilidad

El acero martensítico envejecido 350 se utiliza en los sectores aeroespacial, de aviación, defensa, petróleo y gas, deportes de motor, utillaje, moldes y componentes de matrices. Permite a los ingenieros reducir el peso manteniendo las prestaciones y la durabilidad.

La designación "350" se refiere a una resistencia última a la tracción de 350 ksi o 2400 MPa tras el tratamiento de envejecimiento. También existen variantes de mayor resistencia, como el acero martensítico envejecido 300 y el acero martensítico envejecido 550.

Composición

El polvo de acero martensítico 350 suele tener la siguiente composición:

Acero martensítico envejecido 350 Composición del polvo

Elemento de aleación Peso %
Níquel (Ni) 17-19
Cobalto (Co) 8-9
Molibdeno (Mo) 4-5
Titanio (Ti) 0.6-0.8
Aluminio (Al) 0.05-0.15
Carbono (C) ≤ 0.03
Manganeso (Mn) ≤ 0.1
Fósforo (P) ≤ 0.01
Azufre (S) ≤ 0.01
Silicio (Si) ≤ 0.1
Hierro (Fe) Saldo

La resistencia de los aceros martensíticos procede de los precipitados intermetálicos que se forman durante el tratamiento de envejecimiento, no de los carburos de carbono. De ahí que el nivel de carbono se mantenga deliberadamente bajo.

El titanio es fundamental para producir los precipitados endurecedores Ni3Ti. El aluminio optimiza la actividad del titanio formando precipitados de Ni3(Al,Ti). El alto contenido en níquel y cobalto se reparte con más fuerza durante el enfriamiento y mejora la cinética del endurecimiento por envejecimiento.

El molibdeno refuerza la solución sólida. Las impurezas como el silicio, el manganeso, el fósforo y el azufre se reducen al mínimo, ya que pueden reducir la tenacidad a la fractura.

Propiedades

Propiedades físicas y mecánicas del acero martensítico envejecido 350 en polvo

Propiedad Descripción
Densidad 8 g/cm3
Punto de fusión 1400°C ± 30°C
Conductividad térmica 10-12 W/m.K
Módulo de elasticidad 190-210 GPa
Relación de Poisson 0.28-0.30
Resistividad eléctrica 0,80 microhm-cm
Coeficiente de dilatación térmica 10-11 x 10-6 /K
Dureza 40-52 HRC, 400-550 HB

Propiedades mecánicas típicas de las piezas as-built

Propiedades Acero martensítico envejecido 350
Resistencia a la tracción 235 ksi (1600 MPa)
Resistencia a la tracción 290-330 ksi (2000-2275 MPa)
Alargamiento a la rotura 3-8%
Reducción de la superficie 30-35%

Propiedades mecánicas típicas - Tratamiento térmico y envejecimiento

Propiedades Acero martensítico envejecido 350
Resistencia a la tracción 280-300 ksi (1930-2070 MPa)
Resistencia a la tracción 340-350 ksi (2350-2400 MPa)
Alargamiento a la rotura 8-13%
Reducción de la superficie 8-15%
Resistencia a la fractura 75-100 MPa√m
Dureza 50-52 HRC, 475-525 HB

Las extraordinarias resistencias ultraelevadas se consiguen mediante un tratamiento térmico adicional y ciclos de envejecimiento que favorecen el endurecimiento por precipitación.

La temperatura y el tiempo de envejecimiento adecuados son fundamentales para alcanzar el nivel deseado de endurecimiento por envejecimiento: un envejecimiento excesivo puede provocar reducciones de la resistencia y la dureza.

Además de su resistencia, las piezas de acero martensítico envejecido también presentan una buena ductilidad, tenacidad a la fractura y resistencia a la rotura en comparación con otras aleaciones aeroespaciales. La relación resistencia-peso es excepcionalmente alta.

Aplicaciones

La incomparable relación resistencia-peso del acero martensítico envejecido 350 lo hace adecuado para:

Acero martensítico envejecido 350 Polvo Aplicaciones

Sectores Piezas y componentes
Aeroespacial Componentes del tren de aterrizaje, actuadores, accesorios, fijaciones, engranajes
Aviónica Cajas y carcasas reforzadas
Defensa Artillería, cañones, casquillos de munición, óptica
Deportes de motor Suspensión, mecanismos de dirección
Automoción Herramientas de precisión, moldes de inyección
Herramientas y troqueles Matrices de conformado, matrices de prensado, moldes, matrices de fundición
Petróleo y gas Válvulas, bombas, cables

Las 350 piezas de acero martensítico envejecido, ligeras pero excepcionalmente resistentes, permiten un ahorro de peso crítico sin sacrificar la durabilidad extrema necesaria bajo cargas de trabajo dinámicas.

El tratamiento térmico permite adaptar las propiedades del acero martensítico envejecido a diferentes aplicaciones: dureza moderadamente alta para resistir el desgaste, límite elástico máximo para usos de carga o balísticos, o resistencia y ductilidad equilibradas.

La impresión 3D permite incorporar geometrías complejas, como celosías y canales de refrigeración, a las piezas de acero martensítico envejecido para reducir aún más el peso sin perder rigidez ni rendimiento. Esto es cada vez más valorado por sectores como el aeroespacial y el automovilístico.

Especificaciones, grados y normas

Especificaciones materiales

Especificación Descripción
AMS 6514 Barras, forja y palanquilla de aceros recocidos y endurecidos por precipitación
MIL-S-46850 Acero martensítico envejecido de alta resistencia para piezas de trenes de aterrizaje de aeronaves
ASTM A564 / A564M Especificación normalizada para aceros martensíticos
AMS 2759 / 2759M Chapas de acero recocido y endurecido por precipitación
MIL-S-16216K Especificación militar para chapas de acero martensítico envejecido

Grados disponibles

Grado Resistencia nominal a la tracción
Acero martensítico envejecido 200 200 ksi (1380 MPa)
Acero martensítico envejecido 250 250 ksi (1720 MPa)
Acero martensítico envejecido 350 350 ksi (2400 MPa)
Acero martensítico envejecido 550 550 ksi (3790 MPa)

El grado indica la resistencia nominal a la tracción alcanzada tras el tratamiento térmico y el envejecimiento. También existen otras variantes como el acero martensítico envejecido 300 (2110 MPa) para aplicaciones específicas.

Normas del sector

  • AMS 2772 - Tratamiento térmico de aceros martensíticos
  • AMS 2773 - Retroceso de aceros martensíticos
  • AMS 2774 - Endurecimiento por envejecimiento de aceros martensíticos
  • SAE AMS 7001 - Inspección ultrasónica de acero martensítico envejecido
  • SAE AMS 2655 - Inspección por partículas magnéticas del acero martensítico envejecido

Estas normas ayudan a los productores y usuarios finales a procesar y comprobar la calidad de los materiales y componentes de acero martensítico envejecido.

Acero martensítico envejecido 350 Proveedores de polvo

Acero martensítico envejecido 350 Fabricantes de polvo

Empresa Descripción
Tecnología LPW Proveedor líder de polvo metálico para la industria AM
Sandvik Osprey Reputado fabricante de polvos de aleaciones especiales
Erasteel Productor de aceros blandos e inoxidables de alto rendimiento
Aditivo para carpinteros Principal productor de polvos de aleación a medida
Praxair Suministra polvos metálicos avanzados al sector aeroespacial
AP&C Especializada en polvos metálicos atomizados con gas y agua

Precios indicativos

Forma del producto Precios
Acero martensítico envejecido 350 Polvo $115-145 por kg
Alambre de acero martensítico envejecido 350 $165-215 por kg

Los precios varían en función de las cantidades pedidas, los plazos de entrega, los controles de calidad y los servicios de valor añadido prestados por el fabricante. Los pedidos al por mayor suelen beneficiarse de descuentos de los proveedores de polvo.

Servicios de valor añadido

  • Tamizado y clasificación
  • Desarrollo de mezclas y aleaciones personalizadas

Procesamiento del polvo de acero martensítico envejecido

Los polvos de acero martensítico envejecido poseen una buena fluidez y densidad de empaquetamiento, lo que los hace adecuados para la fabricación aditiva por chorro de ligante y fusión de lecho de polvo con láser.

Es necesario optimizar los parámetros para conseguir impresiones de alta densidad con las propiedades mecánicas deseadas.

Parámetros de impresión

Parámetro Alcance típico Papel
Grosor de la capa 20-50 μm Las capas más finas mejoran la resolución
Potencia del láser 100-400 W Fusión de partículas para su consolidación
Velocidad de exploración 100-1000 mm/s Equilibrio entre densidad y edificabilidad
Distancia entre escotillas 80-150 μm Escotillas superpuestas para densificación
Temperatura del lecho de polvo 100-150°C Minimiza las tensiones residuales

Tratamiento térmico

El solubilizado seguido de un tratamiento de envejecimiento es vital para conseguir una resistencia ultraelevada en el acero martensítico envejecido 350.

Programa típico de tratamiento térmico

  • Recocido en solución - Calentar a 820-830°C durante 1 hora y enfriar al aire
  • Endurecimiento por precipitación - Envejecimiento a 480°C durante 6 horas y enfriamiento al aire hasta temperatura ambiente.

Las temperaturas y la duración pueden ajustarse ligeramente en función del tamaño de las piezas y de las limitaciones del horno.

La mayoría de las piezas de acero martensítico envejecido requieren un mecanizado adicional mediante procesos como el fresado o el torneado CNC para alcanzar los requisitos de tolerancia y acabado superficial que exigen las aplicaciones finales, especialmente en sectores como el aeroespacial.

Comparación con otros materiales

Comparación con los aceros inoxidables

Parámetro Acero martensítico envejecido 350 Aceros inoxidables
Densidad Más alto 7,7-8 g/cm3
Fuerza 2-3 veces superior Hasta 1000 MPa
Soldabilidad Comparable Excelente
Resistencia a la corrosión Baja Extremadamente alto
Coste 5-10 veces más caro Menor coste por kg

Aunque carece de resistencia a la corrosión, el acero martensítico envejecido ofrece una resistencia muy superior a la de todas las series de aceros inoxidables, incluidas las superaleaciones Inconel. Esto lo hace ideal para componentes estructurales.

Comparación con aleaciones de aluminio y titanio

Parámetro Acero martensítico envejecido 350 Aleaciones Al/Ti
Densidad Similar/Superior ~4,5/7,8 g/cm3
Fuerza Hasta 2 veces mayor 330-1100 MPa
Ductilidad Baja Hasta 25% de elongación
Rigidez Más alto Rigidez moderada
Coste Similar/Inferior Precios comparables

Los aceros martensíticos compiten con la relación resistencia-peso del aluminio y el titanio de calidad aeronáutica, pero evitan problemas como el agrietamiento y la distorsión propios de estas aleaciones más ligeras. Su mayor módulo elástico también lo hace más rígido.

Comparación con otros aceros

Parámetro Acero martensítico envejecido 350 Chapas/aceros para herramientas
Resistencia a la tracción 1,5-2 veces superior Hasta 300 ksi
Dureza Mejor Tenacidad variable
Dureza 1,5-2 veces superior Hasta 54 HRc
Maquinabilidad y pulibilidad Mejor Más desgaste de la herramienta

El polvo de acero martensítico envejecido supera a las variedades estándar de aceros para moldes y herramientas en términos de dureza, tracción y límite elástico alcanzables. Esto es útil para herramientas de corte que necesitan dureza en caliente.

Casos prácticos de aplicaciones

Soportes aeroespaciales

  • Soportes 350 de acero martensítico envejecido creados con AM para montar el sistema de radar
  • Reducción de peso 30% respecto a las piezas tradicionales de acero inoxidable 316L
  • Mantiene la rigidez en las regiones delgadas mediante la optimización de la topología

Caja de cambios para coches de carreras

  • Carcasa completa de la caja de cambios en H impresa en 3D
  • Soporta vibraciones, presiones y temperaturas extremas durante las carreras
  • 70% más ligero que la carcasa de aluminio fundido
  • Reducción de los tiempos por vuelta y aumento de la eficiencia del combustible

Herramientas de moldeo por inyección

  • Insertos de acero martensítico envejecido 350 para moldeo por inyección de plástico
  • UltiMaker sPro 230 utilizado para imprimir los insertos de las herramientas
  • Reducción del plazo de entrega de 26 a 2 semanas
  • Las plaquitas 60% duraron más que las de acero para herramientas

Proyectiles de artillería

  • Construcción de obuses de acero martensítico envejecido mediante fusión por láser en lecho de polvo
  • Conseguido 30% aumento de la velocidad de salida gracias al aligeramiento de peso
  • Soportó tensiones de disparo superiores a 50.000 psi
  • Reducción de la dispersión y mejora de la precisión

Herramientas criogénicas para pasadores

  • Insertos, localizadores, dispositivos de sujeción impresos en acero martensítico envejecido
  • Optimizado para condiciones bajo cero de hasta -150°C
  • Manejo de tensiones térmicas durante la soldadura criogénica de aluminio
  • Aumento de la vida útil de las herramientas en 8 veces con respecto a las piezas de acero para herramientas

Estos ejemplos de aplicación ponen de relieve las ventajas de acero maraging 350 polvo como la resistencia extrema de las piezas, la reducción del peso, la flexibilidad de diseño, la personalización de las piezas y la mejora del rendimiento en entornos operativos difíciles.

Ventajas e inconvenientes

Ventajas

  • Resistencia excepcional a la tracción y al límite elástico
  • Elevada relación resistencia/peso
  • Tratable térmicamente para adaptar las propiedades
  • Buena resistencia a la fractura
  • Estabilidad dimensional a temperaturas más elevadas
  • Excelente mecanizabilidad y pulibilidad
  • Las piezas se pueden soldar y reparar

Limitaciones

  • Más caros que los aceros estándar
  • Menor resistencia a la corrosión
  • Propenso a agrietarse si no se procesa correctamente
  • Requiere tratamiento posterior y acabado
  • Difícil de reciclar tras su uso
  • Disponibilidad comercial y experiencia limitadas

Perspectivas de futuro

El acero martensítico envejecido se utiliza cada vez más en los sectores aeroespacial, de defensa, deportes de motor, utillaje y otros sectores que precisan materiales metálicos de gran resistencia.

Los avances en el postprocesado y la garantía de calidad prometen aumentar los índices de adopción al mejorar la calidad y la fiabilidad de la pieza final.

Las nuevas técnicas de fabricación por pulverización y condensación también pretenden aumentar la rentabilidad y la sostenibilidad medioambiental de la AM basada en polvo de acero martensítico envejecido.

Los elevados costes iniciales, los largos plazos de entrega y las limitaciones de propiedad han obstaculizado hasta ahora una implantación más generalizada. Pero los continuos avances metalúrgicos, las mejoras en la cadena de suministro y los esfuerzos de normalización pretenden hacer que los aceros martensíticos sean también más accesibles para las pequeñas y medianas empresas.

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