TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS MARAGING

INTRODUCCIÓN
Los aceros Maraging se desarrollaron inicialmente en 1960 y se sigue avanzando en la tecnología de este tipo especial de acero con alto contenido de níquel. Es una innovación de gran valor, designada con este nombre en USA en los laboratorios de la Internacional Nickel Company. El debate de una aleación apta para un endurecimiento por envejecimiento de la martensita le dió lugar a la apelación §MARtensitic-AGING§, esto quiere decir Maraging. En estas composiciones se forma martensita al enfriarlas desde la temperatura de austenización pero la martensita formada en ellas es, a diferencia de la martensita presente en los aceros de aleación AISI, es dúctil y tenaz. La ductilidad y tenacidad de esta martensita es el resultado de su bajo contenido de carbono que es inferior a 0.03%. Los aceros de esta clase pueden trabajarse en frío, en el estado martensítico y se les puede endurecer por precipitación a temperaturas inferiores a la temperatura de austenización, por ejemplo, 482.2 °C. Se supone que el endurecimiento resulta de la precipitación de compuestos como Ni₃Mo y Ni₃Ti. Los aceros Maraging que se endurecen ofrecen resistencias a la cesión hasta de 21098 Kg/cm² (300000 psi) y resistencias de impacto Charpy de muesca V, bastante 1.383 Kg m (10 ft lb). La resistencia al impacto de aceros Maraging cuya resistencia de cesión es de 14065 Kg/cm² (200000 psi) se encuentra en la escala de 6.915 a 8.298 Kg m (50-60 ft lb). Este metal especial es fabricado ahora en muchas acerías y toma un lugar de gran importancia en las industrias, estos aceros son especialmente útiles en la manufactura de estructuras grandes con exigencias de resistencias críticas, tales como envolturas para vehículos espaciales, largueros para superficies hidrodinámicos y pistones para prensas de extrusión.
PRINCIPIOS
En comienzo, los aceros Maraging tuvieron en su aleación Fe-Ni ricos en una proporción de 20-25% de Ni, en menor Ti, Nb y un poco de aluminio. Continuando con las investigaciones, los creadores tuvieron prácticamente abandonado esos matices, por tener un fuerte contenido de Ni y adoptaron una base de 18% de Ni, con modificaciones en los contenidos de otros elementos de adición; hasta un punto de tres matices principales de acero Maraging. En la elaboración de éstos aceros el contenido de carbono es siempre lo más bajo posible ( < 0.03% ) y está en muy bajas concentraciones tal es así que se considera como una impureza, las reacciones con el titanio y el molibdeno producen compuestos intermetálicos que afectan las propiedades mecánicas por un endurecimiento de envejecimiento. El Co y el Mo asociados son elementos favorables, que mejoran la resistencia de éste acero. El titanio mejora también la resistencia, pero su tendencia a la segregación obliga a limitarlo a un contenido de 0.50-0.70%. Contenidos en silicio y manganeso inferiores cada uno a 0.12%, la suma de los dos no debe pasar el 0.20% para salvaguardar la resiliencia. El Aluminio no es introducido como desoxidante por la poca resistencia, la dosis no debe pasar del 0.1%. La composición de los aceros Maraging esta determinada en la siguiente tabla:

COMPOSICIÓN DE LOS ACEROS MARAGING

Composición (a) %
Tipo	Ni	Mo	Co	Ti	Al
18 Ni	18	3.3	8.5	0.2	0.1
200
18 Ni	18	5.0	7.75	0.4	0.1
250
18 Ni	18	5.0	9.0	0.65	0.1
300
18 Ni	18	4.2(b)	12.5	1.6(b)	0.1
350
18 Ni	17	4.6	10.0	0.3	0.1
(Fund)

(a) PARA TODOS LOS TIPOS EL CONTENIDO DE CARBONO NO SOBREPASA EL 0.03%.

(b) ALGUNOS PRODUCTOS USAN UNA COMBINACIÓN DE 4.8%Mo Y 1.4% Ti, NOMINAL.

El principio se basa en una aleación y no el de un acero, porque el contenido de carbono es prácticamente inexistente. Sus elementos constitutivos son: Fe, Ni, Co, Mo, Ti.

METALURGIA FÍSICA
Transformación de fase
En el diagrama metaestable Fe-Ni, se muestra la transformación de austenita a martensita en el enfriamiento y el cambio de martensita a austenita en el calentamiento; al igual se muestra en el diagrama de equilibrio, que el alto contenido de Ni las fases de equilibrio a baja temperatura son de austenita y ferrita. En el diagrama metaestable, no ocurre transformación de fase hasta Ms (temperatura donde se alcanza la transformación martensítica). En equilibrio el enfriamiento es muy lento y produce secciones duras solamente de martensita, sin problemas de baja templabilidad, propia de las secciones de largo tamaño. El resto de los componentes de la aleación en el acero hacen que se modifique la temperatura de Ms significativa para éstos, pero la características son independientes de la velocidad de enfriamiento. Para la mayoría de los tipos de acero Maraging, Ms esta en el orden de 200-300 °C y el acero es completamente martensítico a esta temperatura.
Endurecimiento por envejecimiento
Es producido por tratamiento térmico severo a una temperatura típica del orden de 480 °C. Durante esta etapa el diagrama de fase del equilibrio llega a ser importante. Este comportamiento a 480 °C, la estructura tiende hacía la fase del equilibrio, primordialmente la ferrita y la austenita. Afortunadamente, las reacciones de precipitación que causan endurecimiento proceden más rápido que las reacciones de reversión que producen austenita y ferrita. Así, muchas sustancias que aumentan en proporción son tomadas antes de la reversión. Con largo tiempo de envejecimiento o más altas temperaturas, se alcanzan la máxima dureza.
Sobreenvejecimiento
El ablandamiento de los aceros Maraging es usualmente el resultado de un Sobreenvejecimiento por precipitación de partículas gruesas y a la reversión de la austenita. Gran cantidad de sustancias de austenita en el orden del 50% puede eventualmente ser formada. El acero Maraging normalmente contiene pequeñas o casi poca austenita después del tratamiento normal de calor, pero a veces la austenita es deliberadamente formada. Por ejemplo: si el acero Maraging va a hacer usado en una aplicación como el moldeo a presión del aluminio y el acero esta sobreenvejecido el material entonces será ligeramente ablandado de ante mano. Esto reduce a un mínimo su servicio y resulta una superficie de acero tensionado. El extremo sobreenvejecimiento también ha sido utilizado como un tratamiento intermedio para mejorar la respuesta al trabajo en frío del metal o para minimizar los efectos de los gradientes térmicos durante el trabajo en caliente y posterior almacenamiento de secciones fuertes o duras. El hiperenvejecimiento del acero Maraging muestra resistencia a la fractura y el agrietamiento por corrosión del acero ante una carga. Desafortunadamente estos presentan consideraciones en las variables de tratamiento, sin embargo con un tratamiento especifico se logran propiedades deseadas de resistencia mecánica. En general, con el esfuerzo causante de deformación, nos ayuda a mejorar el diseño del acero Maraging; logrando así con la aleación envejecida esfuerzos altos de límite elástico.
TRATAMIENTO TÉRMICO
El tratamiento térmico para el acero Maraging es estándar. Aleaciones con alto contenido de titanio son susceptibles a la formación de TiC que se ubican en los límites de grano de la austenita después de un sostenimiento de temperatura que varia en el orden de 900-1100 °C. Estos carburos pueden fragilizar gravemente la aleación cuando seguidamente viene un endurecimiento por envejecimiento, primero dando una baja energía de fractura a lo largo de los límites de grano de la Austenita. Prolongando el recocido en un rango de temperatura, podría evitarse para toda la composición.
Tratamiento de la solución
En los aceros Maraging la solución está en el recocido (austenizado), una hora por pulgada de sección de tamaño. Con una atmósfera controlada se pueden minimizar los daños en las superficies. Normalmente Hidrógeno seco o una atmósfera de amoniaco. La velocidad de enfriamiento después del recocido es pequeña para que no afecte cada microestructura o sus propiedades. Esto es esencialmente; sin embargo, el acero debe ser enfriado en un cuarto de temperatura controlada antes del endurecimiento por envejecimiento. Si esto no se hace el acero puede contener austenita no transformada dando lugar a estructuras no esperadas.
Endurecimiento por envejecimiento
Normalmente se hace en un rango de 455-510 °C de tres a doce horas. En tratamientos típicos 480 °C en aceros 18Ni (200), 18 Ni (250) y 18 Ni (300) sostenido de tres a seis horas y en aceros 18 Ni (350) de seis a doce horas, este último tiene un rango de temperatura de 495- 510 °C. Para aplicaciones semejantes como herramientas de fundición, envejecidas a temperatura del orden de 530 °C generalmente. Los cambios en longitud son muy pequeños durante el endurecimiento esto se admite en muchos aceros Maraging hasta el final del maquinado. Cuando se requieren dimensiones exactas, se necesitan aceros cuya fabricación de una concentración buena.
LIMPIEZA DESPUES DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
Para remover las películas de oxido formadas por el tratamiento térmico la técnica más eficiente es usar ráfagas de gravilla. Los aceros Maraging pueden ser limpiados químicamente por desoxidación en ácido sulfúrico o por desoxidación direccional, primero en ácido clorhídrico y después en ácido Fluorhídrico-Nítrico. En aceros convencionales se debe tener cuidado con la sobreoxidación.
APLICACIONES
Las altas cualidades de diseño en los aceros Maraging los hacen útiles en aplicaciones exigentes como en piezas de misiles y de aviación, cascarones de submarinos de grandes profundidades, matrices de forja y de colada bajo presión, todas las piezas de alta de alta resistencia y de formas complicadas, puesto que las propiedades citadas no se tienen por endurecimiento estructural sino basándose en temperatura y después de la fabricación completa. También se utilizan como envolturas para vehículos espaciales y pistones para prensas de extrusión.
NOTAS
Las especificaciones de estos aceros fijan contenidos de azufre y fósforo que no sobrepasan el 0.01%, ya que de lo contrario la ductilidad puede resultar muy disminuida. Científicos han demostrado que la tenacidad y ductilidad máximas en los aceros Maraging Con 18% de Ni se logran cuando los contenidos de azufre y fósforo no sobrepasan el 0.003-0.004%. Investigaciones realizadas por la International Nickel Limited demostraron que 0.005% de Pb en éstos aceros reduce la relación resistencia a la tracción con entalla/resistencia a la tracción a 350 °C, mientras que un aumento del contenido de Bismuto en el intervalo 0.001-0.010% tiene un efecto similar progresivo. La soldabilidad de los aceros Maraging empeora si no se mantiene un cuidadoso control de las impurezas.
CONCLUSIONES

• El carbono de hecho, es una impureza en el acero Maraging y esta en muy bajas concentraciones.
• El uso de precipitados intermetálicos para causar el endurecimiento produce características únicas de dureza que se diferencian de los aceros convencionales.
• Lo más interesante de los aceros Maraging es que después de un recocido, seguido de un enfriamiento al aire libre, la estructura se compone de martensita dúctil y tenaz.
• Este acero es especialmente útil en la manufactura de estructuras grandes con exigencias de resistencia crítica.
• Este acero tiene un contenido de Ni que oscila entre 17-20%, con elementos de aleación tales como Co, Mo, Ti. Con un tiempo de envejecimiento y temperatura de tratamiento adecuados, se alcanzará la máxima dureza.

REFERENCIAS
SMET De, Gerard. La Pratique des Traitements Thermiques des Métaux Industriels. Septiéme édition. Dunod-Paris.1972.
AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Metals Handbook. Vol. 4, Heat Treating. November, 1981. G.Mayer Y C.A. Clark. Revista CENIM. "Revisión de los efectos de los elementos traza en los aceros y aleaciones que contienen Níquel". Vol. 10, Número 4. Agosto 1974.
DOYLE, E. Lawrence. Proceso de Manufactura y Materiales para Ingenieros. Editorial Diana-Mexico.1980.