Acero martensítico envejecido C250 Polvo
El acero martensítico envejecido C250 en polvo es una aleación 18% de acero reforzado con níquel y cobalto (C250) que destaca por su gran resistencia y tenacidad sin perder maleabilidad. Los aceros martensíticos martensíticos ofrecen una resistencia de 2 a 5 veces superior a la de los grados austeníticos o martensíticos estándar mediante el refuerzo por precipitación de compuestos intermetálicos.
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Índice
El acero martensítico envejecido C250 en polvo es una aleación 18% de acero reforzado con níquel y cobalto (C250) que destaca por su gran resistencia y tenacidad sin perder maleabilidad. Los aceros martensíticos martensíticos ofrecen una resistencia de 2 a 5 veces superior a la de los grados austeníticos o martensíticos estándar mediante el refuerzo por precipitación de compuestos intermetálicos.
El acero martensítico envejecido C250 se suministra en forma de polvo para técnicas de fabricación aditiva como la fusión por láser en lecho de polvo (LPBF), que permite imprimir geometrías complejas directamente a partir de modelos digitales CAD. Esto permite la creación rápida de prototipos y la producción de componentes ligeros y de alto rendimiento para aplicaciones aeroespaciales, de automoción, médicas y de herramientas.
Visión general de Acero martensítico envejecido C250 Polvo
El polvo de acero martensítico envejecido C250 tiene las siguientes propiedades:
Cuadro 1: Descripción general del acero martensítico envejecido C250 en polvo
| Propiedades | Detalles |
|---|---|
| Material de base | Aleación de hierro, níquel y cobalto |
| Densidad | 8,1 g/cc |
| Gama de tamaños de partículas | 15-45 micras |
| Método de producción | Atomización de gases |
| Características principales | Resistencia ultra alta, Buena tenacidad a la fractura, Soldabilidad, Endurecimiento durante el tratamiento térmico de envejecimiento |
| Nombres comerciales comunes | 18Ni300, NS333, X3NiCoMoTi 18-9-5 |
Algunas de las principales ventajas del polvo de acero martensítico envejecido C250 son:
- Resistencia a la tracción ultraelevada de hasta 2500 MPa tras el envejecimiento
- Alargamiento superior al de los aceros inoxidables típicos
- Buena resistencia a la fractura en comparación con las aleaciones de alta resistencia
- Más blandos que los inoxidables de endurecimiento por precipitación en estado disuelto para el mecanizado
- Menor distorsión en comparación con los aceros martensíticos durante el tratamiento térmico
- Excelente estabilidad dimensional durante el envejecimiento
- Fácilmente soldable en estado envejecido o tratado por disolución
El acero martensítico envejecido C250 también tiene algunas limitaciones:
- Requiere tratamiento de envejecimiento para desarrollar toda su fuerza
- El contenido relativamente alto de aleación aumenta el coste
- Sensible a la fragilización a altas temperaturas
- Dureza inferior a la de los inoxidables martensíticos
Cuadro 2: Composición del polvo de acero martensítico envejecido C250
| Elemento de aleación | Peso % | Papel |
|---|---|---|
| Níquel | 17 – 19% | Endurecedor de fase |
| Cobalto | 8 – 9% | Reforzador de precipitaciones |
| Molibdeno | 4.6 – 5.2% | Reforzador de precipitaciones |
| Titanio | 0.6 – 0.8% | Reforzador de precipitaciones |
| Aluminio | 0.05 – 0.15% | Desoxidante |
| Manganeso | 0 – 0.1% | Desoxidante |
| Carbono | < 0,03% | Desoxidante |
| Hierro | Saldo | Base metálica |
Esta composición crea una matriz martensítica metaestable tras el recocido por disolución que permite un endurecimiento secundario significativo por precipitación homogénea de fases intermetálicas durante el tratamiento de envejecimiento.
Cuadro 3: Propiedades principales del acero martensítico envejecido C250 en polvo
| Propiedades | Acero martensítico envejecido C250 |
|---|---|
| Densidad | 8,1 g/cc |
| Punto de fusión | 1450°C |
| Módulo de elasticidad | 180-210 GPa |
| Resistividad eléctrica | 0,7 microOhmios-cm |
| Conductividad térmica | 16 W/mK |
| CTE | 10-11 x 10-6/K |
| Relación de Poisson | 0.3 |
Aplicaciones de Acero martensítico envejecido C250 Polvo
El polvo de acero martensítico envejecido C250 se utiliza en las siguientes aplicaciones industriales debido a su gran resistencia, tenacidad a la fractura y estabilidad térmica:
Aplicaciones aeroespaciales
- Componentes de motores de turbina, como discos, ejes y tornillería
- Componentes estructurales del fuselaje
- Carcasas de motores de cohetes
- Fijaciones, válvulas y accesorios aeroespaciales
Aplicaciones de automoción
- Piezas de la cadena cinemática para deportes de motor como bielas, ejes
- Suspensiones y chasis de alto rendimiento
- Matrices, utillaje
Aplicaciones industriales
- Moldes de inyección de plástico
- Matrices de extrusión para tubos
- Moldes de soplado
- Matrices de forja y estampación
- Pinzas, efectores finales para robots
Cuadro 4: Especificaciones, calidades y normas del acero martensítico envejecido C250
| Especificación | Grado | Estándar |
|---|---|---|
| MIL-S-46850D | X3NiCoMoTi18-9-5 | UNS K94530 |
| AMS 6514D | 300 | DIN 1.2709 |
| AMS 6512 | – | – |
| ISO 683/13 | Z 300 | – |
| – | NS333 | – |
Cuadro 5: Proveedores y precios del acero martensítico envejecido C250 en polvo
| Proveedor | Nombre del producto | Tamaño de las partículas | Precio por kg |
|---|---|---|---|
| Tecnología LPW | Acero martensítico C250 | 15-45 μm | $165 |
| Productos en polvo Carpenter | Remanio C250 | 15-45 μm | $155 |
| Sandvik Osprey | MARAGE 300 | 15-53 μm | $175 |
| Praxair | C250 Polvo | 10-45 μm | $149 |
Tratamiento térmico del acero martensítico envejecido C250
Los aceros martensíticos se suministran recocidos y decapados. Un procedimiento específico de tratamiento térmico consistente en un recocido en solución seguido de envejecimiento permite al acero martensítico envejecido C250 alcanzar su resistencia ultraelevada:
Recocido de soluciones
El primer paso es un recocido de homogeneización en solución que suele realizarse a 820 °C ± 15 °C durante 1 a 3 horas, seguido de un enfriamiento inmediato a temperatura ambiente. Esto ablanda el material, pero transforma la microestructura en una matriz martensítica metaestable mediante un enfriamiento lento para evitar la formación de otras fases de equilibrio, como la ferrita o la cementita.
Envejecimiento
A continuación, el acero martensítico envejecido se somete a una temperatura de entre 400 °C y 500 °C durante 3-6 horas, en función del grosor de la sección. Esto facilita la precipitación controlada por difusión de compuestos intermetálicos como Ni3Ti y Fe2Mo, que obstruyen el movimiento de dislocación y provocan un refuerzo significativo.
Una exposición prolongada a temperaturas de envejecimiento más elevadas puede comprometer las propiedades, mientras que una temperatura o un tiempo insuficientes impedirán el endurecimiento completo.
Tabla 6: Proceso típico de tratamiento térmico del acero martensítico envejecido C250
| Paso | Temperatura | Tiempo | Modo refrigeración |
|---|---|---|---|
| Recocido de soluciones | 820°C ± 15°C | 1-3 horas | Aire frío |
| Acondicionamiento | 350°C - 400°C | 1-3 horas | Aire frío |
| Envejecimiento | 450°C - 500°C | 3-6 horas | Aire frío |
A continuación se enumeran las propiedades conseguidas tras el tratamiento de envejecimiento:
Tabla 7: Propiedades mecánicas tras el tratamiento de envejecimiento
| Propiedades | Acero martensítico envejecido C250 |
|---|---|
| Resistencia a la tracción | 2465 - 2535 MPa |
| Límite elástico | 2275 - 2345 MPa |
| Alargamiento | 8 – 10 % |
| Reducción de la superficie | 25 – 30 % |
| Dureza | 50 - 52 HRC |
| Energía de impacto Charpy | 75 - 100 J |
Endurecimiento por inducción: Para determinados componentes como ejes, engranajes y elementos de fijación que requieren una mayor resistencia al desgaste, puede realizarse un endurecimiento adicional de la superficie mediante tratamiento térmico por inducción tras el envejecimiento para conseguir una dureza superior a 50 HRC hasta una profundidad de 2 mm sin afectar a las propiedades del núcleo.
Microestructura del acero martensítico envejecido C250
La microestructura del acero martensítico envejecido C250 consiste en:
Matriz martensítica: La matriz es predominantemente martensítica con una morfología de malla de grano fino producida por enfriamiento tras el recocido en solución. Esta estructura metaestable proporciona suficiente carbono y elementos de aleación en solución sólida para la precipitación durante el envejecimiento.
Precipitados intermetálicos: Los precipitados esféricos a escala nanométrica de las fases Ni3Mo y Ni3Ti se dispersaron uniformemente por la matriz alcanzando fracciones de volumen máximas tras el tratamiento de envejecimiento completo. Estos precipitados coherentes fijan el movimiento de dislocación, lo que conduce a un fortalecimiento drástico.
Carburos y nitruros: También pueden aparecer diminutas partículas cúbicas ricas en titanio, molibdeno y carburos/nitruros de hierro, pero comprenden una fracción de volumen < 5%.
La combinación de una matriz de martensita templada y una fina dispersión de precipitados intermetálicos permite obtener la extraordinaria resistencia y tenacidad que presentan los aceros martensíticos.
Parámetros de impresión para Acero martensítico envejecido C250 Polvo
Máquina y ajustes
- Máquinas: Sistemas de fusión selectiva por láser como EOS M290, Renishaw AM250, Concept Laser M2
- Grosor de la capa: 20-50 μm
- Potencia del láser: 195-400 W
- Velocidad de escaneado: 600-1200 mm/s
- Diámetro del haz: 70-100 μm
- Espacio entre escotillas: 80-120 μm
- Gas de protección: Argón
- Contenido de oxígeno: <0,1%
Consideraciones sobre el proceso
- Baja tensión residual y escalabilidad más fácil en comparación con los aceros martensíticos
- Se necesitan energías láser moderadas debido a una reflectividad inferior a la del acero inoxidable
- La orientación de las piezas se optimiza para minimizar las estructuras de soporte
- Se pueden imprimir piezas densas de 100% >99,5% sin grietas ni defectos de porosidad
- No es necesario un tratamiento térmico adicional tras el procesamiento SLM
- Se mantienen unos márgenes mínimos para el mecanizado de acabado tras la impresión.
Cuadro 8: Propiedades conseguidas con la fabricación aditiva
| Propiedades | Gama |
|---|---|
| Densidad | >99,5% |
| Rugosidad superficial | Hasta 12 μm Ra |
| Resistencia a la tracción | 2300-2500 MPa |
| Límite elástico | 2100-2300 MPa |
| Alargamiento a la rotura | 3-10% |
Con unos parámetros óptimos, es posible fabricar componentes de acero martensítico envejecido C250 totalmente densos con propiedades convencionales mediante la fabricación aditiva por fusión en lecho de polvo. Esto facilita diseños complejos y ligeros inalcanzables mediante fundición o mecanizado.
Ventajas e inconvenientes de Acero martensítico envejecido C250 Polvo
Cuadro 9: Ventajas y limitaciones del acero martensítico envejecido C250 en polvo
| Ventajas | Limitaciones |
|---|---|
| Resistencia ultra alta de hasta 2500 MPa | El coste es superior al de los aceros al carbono |
| Conserva la tenacidad y la ductilidad tras el envejecimiento | Requiere tratamiento térmico para desarrollar todas sus propiedades |
| Baja distorsión durante el tratamiento térmico | Menor resistencia al desgaste que los aceros inoxidables martensíticos |
| Componentes más pequeños y ligeros | Capacidad limitada de alta temperatura hasta 300-400°C |
| Excelente estabilidad dimensional | Susceptible a la fragilización por hidrógeno con el tiempo |
| Buena soldabilidad en todas las condiciones |
Preguntas frecuentes
P: ¿Para qué se utiliza el acero martensítico envejecido?
R: Los aceros martensíticos se utilizan principalmente en la industria aeroespacial, los deportes de motor, el utillaje y los moldes, donde la resistencia ultra alta, la tenacidad a la fractura y la estabilidad térmica son fundamentales para el rendimiento y la durabilidad.
P: ¿Es resistente a la corrosión el acero martensítico envejecido?
R: Aunque es menos resistente que los aceros inoxidables, el acero martensítico envejecido ofrece una resistencia a la corrosión moderadamente buena, comparable a la de los aceros de baja aleación, que puede mejorarse aún más mediante niquelado o cromado.
P: ¿Cuál es la diferencia entre los aceros martensíticos y martensíticos?
R: Los aceros martensíticos utilizan aleaciones de níquel, cobalto y molibdeno para precipitar compuestos intermetálicos, evitando la transformación martensítica basada en C para el refuerzo. Esto les confiere unas propiedades mecánicas superiores.
P: ¿Es necesario templar el acero martensítico envejecido?
R: No. El acero martensítico envejecido se enfría en aire después del solubilizado para formar martensita blanda que posteriormente se envejece para inducir el endurecimiento por precipitación. Se evita el agrietamiento por enfriamiento rápido.
P: ¿Es magnético el acero martensítico envejecido?
R: Sí, el acero martensítico envejecido en todas las condiciones muestra un comportamiento ferromagnético debido a su matriz austenítica basada en el hierro. El contenido de níquel no es lo suficientemente alto como para volverse paramagnético.
P: ¿Cuál es la diferencia entre el acero martensítico envejecido de grado 300, 350 y C250?
R: Los grados denotan niveles de límite elástico tras el envejecimiento. C250 implica un límite elástico mínimo de 1880 MPa o 250 ksi, mientras que los aceros martensíticos de grado 300 y 350 se especifican para límites elásticos mínimos de 2050 MPa y 2415 MPa, respectivamente.
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