Preguntas frecuentes de la soldadura de aceros martensíticos: FAQ´s welding martensitic.

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La soldadura de los aceros martensíticos siempre es temida por el personal de la industria, que imagina que la microestructura martensítica necesariamente conducirá a la formación de grietas durante y después de la soldadura. Sin dudas los aceros
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  UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICAPOSGRADO Y MAESTRÍA EN MANTENIMIENTO DE PLANTAS INDUSTRIALESDiseño y Metalurgia de la Soldadura  Por: Ing. Alexis Tejedor De León, PhD,  I   NG- P  AED-  IGIP www.alexistejedor.org Soldadura de acerosmartensíticos La soldadura de los aceros martensíticos siempre es temida por el personal de la industria,que imagina que la microestructura martensítica necesariamente conducirá a la formación de grietasdurante y después de la soldadura. Sin dudas los aceros martensíticos exigen algunos cuidadosespeciales, no solamente en la soldadura, sino que durante todo su procesamiento, ya que sonsiempre aceros aleados. Sin embargo, cuando se realiza un procedimiento de soldadura adecuado ala combinación entre el tipo de material y las dimensiones del componente, con todos los cuidadosrelativosal control de la humedad del ambiente y de los consumibles, se torna más fácil obteneruna unión soldada íntegra y con óptimas propiedades mecánicas. 1.-¿Qué son aceros martensíticos? Son aleaciones ferrosas que presentan microestructura predominantemente martensítica,siempre con características de alto límite elástico, y casi siempre con alta dureza. Es fundamentalaclarar que la microestructura en cualquier acero martensíticode aplicación estructural o mecánicano es simplemente la martensita, y sí la martensita revenida formado en el tratamiento de templadoy revenido. 2.-¿Cómo es el tratamiento de templado y revenido, y qué ocurre a nivelmicroestructural? El templado esun tratamiento térmico que consiste en el enfriamiento del acero, a partir deuna temperatura donde la microestructura es austenítica (CFC), de forma lo suficientemente rápidapara que no haya tiempo de que ocurra la transformación difusional – austenitaen ferrita (CCC) ycementita. Cuando la estructura austenítica (inestable) llega a temperaturas muy bajas ocurre uncizallamiento entre los planos cristalinos y una estructura tetragonal con elevado nivel de tensionesinternas se forma. Es la martensita cuyos valores de dureza dependen directamente del contenido decarbono que se presentaba disuelto en la austenita antes de la transformación. Esto porque el carbono es un átomo intersticial que permanece “aprisionado” en el medio de la red cristalina, aumentando el tensionamiento de la red cuanto más átomos estuviesen presentes.El revenido es un tratamiento térmico que consiste en el calentamiento de las estructuramartensítica en temperaturas elevadas lo suficiente para que los átomos de carbono puedan salir dela red cristalina (precipitarse) y disminuir la tensión interna (alivia la tensión en el material).Mientras más alta la temperatura del revenido más baja será la dureza del acero después deltratamiento, ya que mayor cantidad de carbono habrá precipitado a partir de la martensita. Entemperaturas muy elevadas (próximas a la austenitización) el carbono puede hasta salir del todo dela red y la estructura pasa a ser ferrítica, muy blanda.3.-¿Todos los aceros martensíticos son templados y revenidos?  Ni todos los aceros martensíticos presentan los tratamientos térmicos formalmente conocidos como “beneficio”, que son el templado y el revenido. Algunos aceros ya salen de la siderúrgica en la forma tratada y pueden hasta sufrir ciclos que no son conocidos como templado yrevenido, pero que cumplen el mismo papel. 4.-¿Qué significa un material con alto límite elástico? Debido a la transformación martensítica, este tipo de acero se endurece en tensioneselevadas, generalmente con una relación LE/LR (tensión límite de endurecimiento / tensión límitede resistencia) superior a 0.9. Eso significa que antes de endurecer4se el material alcanza tensionesmuy alta (todavía en la región elástica), al contrario de los aceros ferríticos, que fácilmente llegan allímite plástico (se deforman) y cuya relación LE/LR, usual es del orden de 0.6. 5.-¿Esta propiedad (elevada relación LE/LR) puede perjudicar durante la soldadura? Claro, ya que el nivel de tensiones residuales de la soldadura es del orden del límitedeendurecimiento del material. No obstante, si el límite de endurecimiento es muy próximo del límitede resistencia, eso significa que cualquier tensión externa (aplicada), rápidamente eleva el nivel detensiones actuantes arriba del límite de resistenciay el material se agrieta. Por eso, cualquier aceromartensítico debe sufrir alivio de tensiones después de la soldadura, y antes del alivio todo cuidadoes poco en la manipulación del componente soldado, pues la ocurrencia de golpes o la realizaciónde unmaquinado pueden inducir a tensiones la cuales causan el agrietamiento. 6.-¿Por qué, ni siempre, los aceros martensíticos presentan elevada dureza? Porque existen un sin número de aceros martensíticos, con las composiciones más variadas,de bajo, medio o alto contenido de carbono, micro-aleados, baja aleación o alta aleación, cuyascaracterísticas metalúrgicas y propiedades mecánicas son totalmente diferentes..-aceros martensíticos estructurales de bajo carbono(0.6), micro aleados o de bajaaleación(tipo HY 80 o HY 1000), de dureza bajay cuya soldabilidad es excelente..-aceros martensíticos resistentes al calor: del tipo Cr-Mo, de bajo carbono y cuyasoldabilidad es buena..-aceros martensíticos ultra resistentes; usualmente de bajo medio contenido decarbono (tipo AISI 4130, 4140, 4340), con dureza que puede variar mucho en función de latemperatura del revenido, y cuya soldabilidad no es tan buena..-aceros martensíticos resistentes a la corrosión: de la serie 400, de bajo, medio o altocontenido de carbono (dependiendo de la aplicación), cuya soldadura exige cuidados especiales..-aceros martensíticos resistentes al desgaste, del tipo herramienta (serie A, O y Hentre otros), de medio a alto contenido de carbono, y cuya soldadura siempre es muy difícil..-Todavía existen los aceros martensíticos endurecibles por precipitación (tipomaraging o 17-4PH) 7.-¿Es verdad que el contenido de carbono influye en la soldabilidad? Si, tanto el carbono como los elementos de aleación influyen enla soldabilidad, sinembargo, el contenido de carbono es determinante, pues es el responsable por el nivel deendurecimiento. 8.-¿Existe algún procedimiento estándar para la soldadura de los aceros martensíticos?  No, pues cada material es diferente unodel otro.Pero existen algunos cuidados que soncomunes a todos los aceros martensíticos, que son:.-evitar soldar un material que haya sufrido trabajo (mantenimiento) sin antes aliviarlas tensiones, pues el material acumula tensiones internas y puede agrietarse durante la soldadura..-no soldar estos materiales en días de lluvia o con consumibles húmedos, ya que unode los problemas de los aceros martensíticos es el agrietamiento a frío, causada por la entrada dehidrógeno proveniente de la disociacióndel agua en el arco eléctrico..-evite la soldadura con procesos / procedimientos de aporte de calor muy elevado,pues las uniones soldadas pueden sufrir una pérdida de resistencia mecánica (suavizado) debido alcalor excesivo, además de permitir el crecimiento de granos en la ZAC, lo que favorece la pérdidade la resistencia al impacto..-determinar la temperatura de pre calentamiento en función del tipo de acero, siemprerecordando que en este caso no se deseaevitarla formaciónde martensita en el enfriamiento (loque es imposiblepues el acero es martensítico), y si evitar que la transformación ocurra con altagrado de tensión de contracción de la pieza, lo que provocaría el agrietamiento. Cabe recordar quetemperaturas muy elevadas de pre calentamie nto pueden, hasta incluso pueden que “borren” la dureza de estos aceros, favoreciendo su suavizado, o en todo caso retener la austenita en el poscalentamiento..-en el caso de que el alivio de tensiones no sea realizado luego después de ejecutadala soldadura, se debe pos calentar el componente en temperaturas en el orden de 50 ºC a 100 ºC,arriba de la temperatura de pre calentamiento, durante algunas horas, con la finalidad de que elhidrógeno, introducido en la soldadura, evolucione..-siempre procedaa aliviar las tensiones del material en temperaturas inferiores a lasdel revenido del acero, para evitar pérdida de resistencia mecánica en el resto del material.En el caso de los aceros inoxidables martensíticos se debe garantizar el enfriamiento rápido,después del alivio para evitar la fragilización a 475 ºCPista para la soldadura disímil entre un acero martensítico y otro acero cualquiera:El ProfesorErich Lessmannofrece una buena idea para lasoldadura entre un aceromartensítico y otro acerocualquiera, cuando este otro acero no puede, o no debe sufrir alivio detensiones, por ejemplo cuando se pretende soldar un acero martensítico ultra resistente (tipo AISI4340) a un acero inoxidable austenítico (tipo AISI 316).El alivio de tensiones usual para un AISI 4340 se sitúa en la región de los 600 ºC, en dondeocurre la máxima sensitización de los aceros inoxidables de la serie 300, de forma que, si elcomponente no puede perder la resistencia a la corrosión, se debe evitar soldarlos con pre-calentamiento y evitar el alivio. ¿Cómo hacer?:a.-)Soldar el canto del AISI 4340 con un consumible tipo AWS 309 (austenítico), conprecalentamiento recomendado para el AISI 4340, formando una almohada – varios pases-, en unacapa de espesor superior a 4 mm;b.-)realizar el alivio de este conjunto en la región recomendada para el AISI 4340;c.-)soldar a frío este conjunto al AISI 316, sin que el arco toque al acero de baja aleación.
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