Acero resistente al calor

Cómo medir el rendimiento
Sin embargo, el componente clave de un acero resistente al calor es su durabilidad a altas temperaturas, que se puede medir de diferentes formas. Una forma de medir el rendimiento de un acero a altas temperaturas es medir el UTS y el YS a temperaturas elevadas, normalmente más de 1200 °F. Muchos aceros resistentes al calor pueden contener un UTS de 30-50ksi a 1400 °F y un YS de hasta 30 ksi. Normalmente, las aleaciones que tienen un contenido suficientemente alto de cromo y níquel funcionan mejor en esta categoría de resistencia a la tracción y límite elástico a temperatura elevada, incluidas HL, HP, HU y HK. Las aleaciones de esta categoría suelen tener una estructura totalmente austenítica. Debido a la mayor presencia de elementos de aleación, estas aleaciones también tienden a ser más caras.
Otra forma de medir el rendimiento del acero resistente al calor es en términos de su resistencia a la fluencia y a la rotura por tensión. La fluencia es extremadamente común en piezas fundidas de acero resistentes al calor. Para aquellos que no están familiarizados, la fluencia es la tensión que se produce en las piezas fundidas que están sometidas a tensiones a altas temperaturas. Si bien no es posible evitar por completo la fluencia, la mayoría de las aleaciones de acero resistentes al calor están diseñadas para minimizar el efecto de la fluencia hasta cierto punto, lo que a su vez prolonga la vida útil de la pieza fundida. Donde la fluencia se vuelve más problemática es en casos seleccionados donde conduce a la deformación de la pieza fundida e incluso puede provocar fracturas debido a que la resistencia de la pieza fundida se ve comprometida de tal manera que se fractura por debajo de las propiedades definidas en una prueba de tracción a temperatura elevada.

Selección de aleación
La fluencia se puede tener en cuenta en el diseño de la fundición y en la selección de la aleación, un ingeniero puede seleccionar un diseño de fundición que permitirá que la pieza continúe funcionando durante un período prolongado en caso de fluencia y también puede seleccionar una aleación que sea más resistente a la fluencia. . En términos de selección de aleaciones, un ingeniero debe seleccionar una aleación que ralentice el proceso de deformación plástica y tenga una alta tensión de ruptura, priorizando una u otra según la aplicación. En términos de control de la deformación, la mejor opción suele ser optar por una aleación que contenga al menos un 30 % de níquel y un 15 % de cromo para obtener una estructura totalmente austenítica; HT, HU y HP son excelentes ejemplos. Algunas aleaciones de hierro, cromo y níquel, como HK, también funcionan bien en este ámbito.
Cuando se trata de la tensión de ruptura, controlar el contenido de carbono para que esté en el rango del {{0}}.3-0.7% será la variable más importante. En el rango de 0.3-0.7% de carbono, el metal será mucho más resistente a las tensiones de ruptura que aquellos con un 0,2% o menos. Otros elementos de aleación también son clave, en particular suficiente níquel para formar una estructura austenítica (al menos 18%, preferiblemente 22%+) y un contenido de cromo superior al 15% son claves, HK, HN y HP son ejemplos de calidad. Algunas de las aleaciones más resistentes a la ruptura contendrán cierto contenido de elementos de aleación especializados como tungsteno o niobio, aunque el contenido de carbono sigue siendo la variable de mayor impacto a controlar.

Evitando la oxidación
Otra clave del acero inoxidable es la resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Por esta razón, un acero inoxidable resistente al calor debe contener un mínimo de 12% de cromo para resistir la formación de óxido de hierro a altas temperaturas. Se puede obtener una mayor resistencia a la oxidación mediante un mayor contenido de cromo y níquel.

Fatiga térmica
Si una pieza fundida está sujeta a ciclos térmicos o choques, eso también debe tenerse en cuenta cuando se trata de la selección de la aleación para un acero resistente al calor. No existe una buena manera de medir la fatiga térmica en una pieza fundida; existen pruebas de fatiga térmica, pero no se corresponden en gran medida con la realidad.

Cómo resistir la carburación
La resistencia a la carburación es otra consideración a tener en cuenta, especialmente para piezas fundidas que participarán en una aplicación como el tratamiento térmico comercial. Un mayor contenido de níquel y cromo aumenta en gran medida la resistencia del metal a la penetración del carbono en la superficie de la pieza fundida. El silicio también juega un papel vital en la resistencia a la carburación; pequeños aumentos en el silicio pueden marcar una diferencia drástica en la capacidad de la aleación para resistir la penetración del carbono; normalmente se utiliza alrededor del 2% de silicio en piezas fundidas destinadas a resistir la carburación. Se han añadido otros elementos de aleación a los aceros inoxidables para resistir la carburación, aunque no se utilizan ampliamente y su eficacia sigue siendo discutible.
Otras Consideraciones
En casos raros, es necesario tener en cuenta un entorno con alto contenido de azufre que provocará oxidación en las piezas fundidas de acero. Las aleaciones resistentes al calor con alto contenido de níquel son muy propensas a la corrosión en un entorno con alto contenido de azufre debido a su estructura totalmente austenítica, por lo que las aleaciones que son completamente ferríticas suelen ser una mejor selección.