Aceros Y Superaleaciones Termorresistentes

Estructura y Propiedades de las Aleaciones-Facultad de Ingeniería-UNLP
Aceros y superaleaciones termorresistentes

Aceros y superaleaciones termorresistentes
Se denominan aceros y superaleaciones termorresistentes a aquellos materiales aptos
para solicitaciones mecánicas en servicios a altas temperaturas (entre 260 a 1200ºC) y que
además poseen resistencia a la formación de cascarilla poroxidación a alta temperatura. Se
utilizan en plantas químicas y petroquímicas, plantas generadoras de potencia, turbinas, etc. A
fin de mantener la resistencia mecánica bajo estas condiciones, deben poseer microestructuras
que se mantengan estables a las altas temperaturas de operación.
Los aleantes que se utilizan para mejorar la resistencia a la termofluencia y a la
oxidación a alta temperatura sonfundamentalmente: Cr, Mo, Ni, W, Nb, V, Ti, Al y Si. El Cr,
Al y Si forman óxidos refractarios densos y adherentes que resultan efectivos para bloquear la
difusión de oxígeno y frenar el desarrollo del proceso de oxidación del material al formar
Cr2O3, Al2O3 o SiO2. El resto de los aleantes producen endurecimiento por solución sólida y
por dispersión de finos carburos o precipitación de fasesintermetálicas.
El efecto de los aleantes más importantes y sus rangos de composición se detallan a
continuación:

Cromo (Cr): 5 a 25%, previene la oxidación y la corrosión a elevada
temperatura, forma carburos y endurece por solución sólida.

Molibdeno (Mo) y Tungsteno (W): 0 a 12%, forman carburos y endurecen por
solución sólida.

Aluminio (Al): 0 a 6%, brinda resistencia a la oxidación y endurecepor
precipitación.

Titanio (Ti): 0 a 6%, forma carburos y endurece por precipitación.

Niobio (Nb):0 a 5%, forma carburos y endurece por solución sólida y por
precipitación.

Manganeso (Mn): 0 a 1.6%, estabiliza la austenita y endurece por solución
sólida y por carburos.

Silicio (Si): 0 a 2.5%, previene la oxidación y la corrosión por sulfuros y
endurece por solución sólida.
La mayoría de estosaceros se ubican dentro de las siguientes categorías: aceros al
Carbono, aceros al Carbono-Molibdeno (C-Mo), aceros al Carbono-Cromo-Molibdeno (C-CrMo) y aceros inoxidables (ferríticos, martensíticos y austeníticos). También se encuentran las
superaleaciones base Ni, base Fe-Ni y base Co.
Los aceros más utilizados de estos tipos están cubiertos por las especificaciones de:
ASME (American Societyof Mechanical Engineers), ASTM (American Society of Testing
Materials), API (American Petroleum Institute), ANSI (American National Standar Institute) y
AISI (American Iron and Steel Institute).

1. Aceros al carbono
Son adecuados cuando la corrosión o la oxidación no son severas. Se utilizan en
condensadores, intercambiadores de calor o calderas. Son los materiales que predominan en lafabricación de estos recipientes por su bajo costo, propiedades mecánicas versátiles, amplia
disponibilidad de formas y buena soldabilidad. El acero de menor contenido de carbono
contiene nominalmente 0.15% C y se utiliza para varias aplicaciones en tuberías. Los aceros de
medio contenido de carbono poseen 0.35% C (máx.) con manganeso desde 0.3 a 1.06%. Éstos
se utilizan en tuberías, caños, en condición deforjados y fundidos.

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Aceros y superaleaciones termorresistentes

Cuando las aplicaciones son de bajas solicitaciones mecánicas se pueden utilizar los
aceros al carbono hasta 425ºC. Para temperaturas cercanas a 540ºC pueden resistir por cortos
períodos de tiempo. En las Fig. 1-4 se comparan algunas propiedades a temperaturaselevadas
de los aceros al carbono con otras aleaciones.

Figura 1- Efecto de la temperatura en la tensión máxima de varios metales y aleaciones.

Figura 2- Tensión necesaria para producir la ruptura en 100h para varias aleaciones.

2. Aceros al C-Mo y al C-Cr-Mo
Los aceros al C-Mo (Mo < 0.5%) y C-Cr-Mo (Mo entre 0.5 y 1% y Cr de 0.5 a 9%) tienen en
general bajo contenido de carbono (0.15%...