Influencia de los distintos elementos de aleación en los aceros inoxidables.

1. El cromo forma parte del grupo de elementos llamados alfágenos. El bucle que aparece, llamado bucle gamma, en la zona de bajo contenido de Cromo se debe a esta propiedad.

Vemos que hasta 12-13% de Cromo el acero tiene un punto de transformación alfa-gamma en el calentamiento, y a partir de este valor no hay otro punto de transformación.

Esto es rigurosamente válido para aleaciones teóricas (sin Carbono) solamente.

El agregado de Carbono desplaza el bucle gamma hacia con tenidos mayores de Cromo, ensanchando al mismo tiempo la zona de estructura mixta alfa-gamma. El desplazamiento máximo de la curva que limita las aleaciones que se vuelven completamente austeníticas, se obtiene con un contenido de Carbono del 0,6%. Cantidades mayores de este elemento ocasionan un aumento de la cantidad de carburos libres. El contenido de Cromo que corresponde a este máximo es de 18%. A partir de este punto, y hasta 26-27% de Cromo, las aleaciones presentan estructuras mixtas alfa-gamma y por encima de 27% la aleación es definitivamente ferrítica.

Esto se debe a la influencia gammágena del Carbono, ampliando el campo de estabilidad de la austenita.

2. Existe a temperaturas inferiores, y para contenidos de Cromo del 45%, una zona de estabilidad de una fase muy importante por su desfavorable influencia, llamada fase sigma, que es un compuesto intermetálico Hierro-Cromo soluble por encima de 850°. Es una fase paramagnética, y su aparición se manifiesta bajo la forma de un notable endurecimiento y extrema fragilidad.

ACCIÓN DEL NÍQUEL

El Níquel pertenece al grupo de elementos llamados Gammágenos.

Cuando los aceros también contienen Cromo, la acción opuesta de éste se combina produciendo aleaciones cuyas estructuras son variadísimas, siendo el más representativo el tipo 18-8, clásico acero austenítico

El diagrama de la Fig. 2, es el diagrama de equilibrio de un acero 18-8 para distintos contenidos de Carbono. La curva nos indica la solubilidad de Carbono en la fase gamma, en función de la temperatura.

1. Austenita-buclegamma aleaciones Fe-Cr sin carbono.
2. Austenita-buclegamma aleaciones Fe-Cr-C C- 0,60%
3. Austenita + Ferrita – Zona bifásica – aleaciones Fe-Cr-C C = 0,60%

El diagrama explica porque el tratamiento térmico de recocido de los Aceros Inoxidables Austeníticos, se realiza por enfriamiento brusco.

Si enfriamos bruscamente un acero de este tipo, previamente calentado a 1.100°C, lograremos mantener esta solución en un estado de equilibrio inestable y obtendremos una austenita homogénea, que contendrá el Carbono en solución; caso contrario el Carbono precipitará en forma de carburo de Cromo, preferentemente en el contorno del grano, y de esta forma el contenido de Cromo puede descender por debajo del límite de inoxidabilidad y la aleación deja de ser inatacable. Así se explica la corrosión intergranular.

Por lo tanto el Níquel:
1°- Ensancha el campo de formación de la austenita y aumenta su estabilidad. Con un contenido de 18% de Cromo y 8% de Níquel, se obtienen aleaciones que son austeníticas a temperatura ambiente.
2°- El Níquel desplaza la estabilidad de la fase sigma, hacia contenidos inferiores de Cromo y temperaturas más elevados.

Otros elementos de aleación

Silicio: Aumenta la resistencia de los Aceros Inoxidables frente al Oxígeno, al aire, y gases oxidantes calientes. Se emplea en aleaciones resistentes al calor. Es un elemento alfágeno.

Aluminio: Empleado en los aceros resistentes al calor, se comporta como el Silicio.

Molibdeno: Influye sobre la pasividad y resistencia de los Aceros Inoxidables a los ácidos reductores, y en presencia de iones cloro. Es un elemento alfágeno, por lo tanto se deberá tener en cuenta esta acción si se quiere tener un acero totalmente austenítico tipo 316. Además favorece la resistencia en caliente de los aceros austeníticos.

Manganeso: Es un elemento gammágeno, pero no tiene una influencia apreciable en cuanto a la inoxidabilidad.

Nitrógeno: Actúa en forma análoga al Carbono, es decir es un elemento gammágeno. Se lo emplea para convertir en austeníticos aceros con bajo tenor de Níquel o para elevar la resistencia mecánica en los aceros del tipo ELC. Su porcentaje debe ser rigurosamente controlado pues si bien es un gran austenitizante y eleva notablemente la resistencia mecánica, tiene efectos indeseables como provocar una disminución en la tenacidad, entre otros.

Cobre: Se añade en ciertos tipos de aceros, pues mejora la resistencia a la corrosión en medios no oxidantes. No tiene influencia sobre la estructura.

Titanio-Niobio: Utilizados por su mayor afinidad química por el Carbono, para evitar la precipitación de Carburos durante enfriamientos lentos de Aceros Inoxidables Austeníticos. Son elementos alfágenos.

Azufre, Selenio, Fósforo: Se añaden para facilitar el mecanizado.

Cuando el acero tiene simultáneamente varios elementos, su estructura depende de la suma de las acciones de cada uno de ellos. Esto se puede apreciar en el diagrama de SCHAEFFER mostrado en la Fig. 3.

De acuerdo a lo visto en los diagramas de equilibrio, y a las propiedades de los diferentes elementos relacionados con la resistencia a la corrosión y con la estructura, es posible la realización de un número infinito de composiciones que convienen para los distintos usos.

La práctica los resume en:
1) Aceros Inoxidables Martensíticos:	Son aceros que contienen 12 a 17% de Cromo y 0,1 a 0,5% de Carbono. Son capaces de transformarse completamente en austeníticos durante el calentamiento y de templarse en el enfriamiento (algunas de las aleaciones comerciales) Raramente contienen otros elementos de aleación, salvo el Silicio para resistir la oxidación en caliente. Alcanzan una resistencia mecánica de 145 a 200 kg/mm2 luego del temple y de 80 a 130 kg/mm2 luego de revenidos, dependiendo del contenido de Carbono el valor final. Poseen buena resistencia a la corrosión frente a ciertos ácidos débiles orgánicos e inorgánicos, y algunos productos alimenticios, donde no haya por ejemplo procesos enzimáticos de fermentación. En la práctica se los conoce como "inoxidables al agua".
2) Aceros Inoxidables Ferríticos:	Son aquellos que contienen 16 a 30% de Cromo. El contenido de Carbono debe ser bajo pero puede llegar a 0,35% para contenidos de Cromo del 30%. Normalmente el contenido de C es menor de 0,1%. Estos aceros no tienen punto de transformación, por lo tanto no se pueden endurecer por temple. Son sensibles al crecimiento de grano por calentamiento a alta temperatura y experimentan gran fragilidad. Su resistencia mecánica es de alrededor de 50 Kg/mm2, y su alargamiento del 22%. En general se pueden considerar con mejor resistencia química que los aceros martensíticos pero peor que los austeníticos.
3) Aceros Inoxidables Austeníticos:	Son aceros que contienen de 18 a 25% de Cromo y 8 a 12%, o hasta 20% de Níquel. Su composición está equilibrada para que conserven estructura austenítica a temperatura ambiente. Como no tienen punto de transformación hace que sean sensibles al crecimiento de grano a alta temperatura, pero sin embargo este crecimiento no engendra fenómenos de fragilidad tan notables como en los ferríticos. Las características mecánicas son muy buenas. Tienen gran ductibilidad, una resistencia mecánica entre 56 a 60 Kg/mm2 y un alargamiento del 60%. Su resistencia mecánica se ve aumentada considerablemente por deformación plástica en frío. Además tienen elevada resiliencia con una temperatura de transición de fractura muy baja (hasta alrededor de -200°C), lo cual los hace ideales para procesos criogénicos
4) Aceros Inoxidables Austeníticos-Ferríticos:	Son análogos a los anteriores, cuya composición se ha equilibrado de forma que contengan cierta cantidad de ferrita. El contenido de Cromo es de 20 a 25% y el Níquel 8%. Poseen una resistencia mecánica de aproximadamente 70 Kg/mm2. Presenta la ventaja de ser insensibles a la corrosión intercristalina y a la corrosión bajo tensiones.