Microestructura de los aceros inoxidables martensíticos 416, 420 y 440C
Se compra un acero inoxidable martensítico con 12% de cromo para un molde o un cuchillo que debe resistir la corrosión y aun así templarse, y su estructura tiene dos características que deciden si cumplirá su función: la red de carburos que presenta y cuánta austenita quedó después del temple. Esta página reúne las micrografías publicadas de 420, 440C, 416, 440B y los grados estrechamente relacionados 403, 410 y 422 en estado recocido, templado y revenido y tal como se coló, con los reactivos que revelan cada característica.
Qué decide la lectura en estos grados
El nivel de cromo hace que todos estos grados sean lentos para atacar y rápidos para formar carburo en los límites de grano, por lo que la elección del reactivo importa más aquí que en un acero de herramienta de baja aleación. Cuatro reactivos cubren la mayor parte del trabajo. El reactivo de Ralph y el reactivo de Vilella revelan el carburo y los límites de grano en los estados recocido y templado, el picral al 4% con HCl se usa cuando se desea un contraste más suave, y el reactivo de Fry modificado resalta el carburo en el extremo de alto carbono de la familia. Un ataque de tinte como el reactivo de ácido sulfámico de Beraha es el indicado cuando la red de carburos debe separarse de la matriz en color, y los grados de alto carbono son tan fáciles de descarburizar y de agrietar en el carburo como los aceros de herramienta junto a los que se ubican.
Redes de carburos en el estado recocido
El 420 recocido a lo largo de la barra presenta una red de carburos en los límites de grano, y cuán pesada sea esa red decide cómo se mecaniza el acero y cómo se templa. Las dos placas siguientes son del mismo grado y el mismo estado bajo un reactivo simple y bajo un ataque de tinte, que es la forma más rápida de mostrar lo que aporta el ataque de tinte. Bajo el reactivo de Ralph la red se lee como un límite oscuro delgado. Bajo el ataque de tinte de ácido sulfámico el carburo toma su propio color y la red puede trazarse alrededor de los granos sin que la matriz compita por la atención.
Una red de carburos no es automáticamente un defecto. Una red ligera que se desintegra durante la permanencia de austenización es normal para el grado, y una red continua pesada que sobrevive hasta la pieza endurecida es una trayectoria de fisuración. Por eso la red se evalúa en la barra recocida y de nuevo después del temple, y por eso el recocido de esferoidización y la temperatura de austenización se especifican para estos grados. Los programas se detallan en el tratamiento térmico del inoxidable 420 página.
Aspecto después del temple y revenido
Un acero inoxidable martensítico correctamente templado y revenido es una matriz martensítica fina con carburo disperso, y las diferencias entre los grados se manifiestan principalmente en cuán gruesa es la martensita y cuánto carburo queda. La serie siguiente abarca los 403, 410, 420 y las versiones de metalurgia de polvos y refundidas del 422, cada uno con el reactivo que usó su propio artículo, y la razón por la que las placas se imprimen una al lado de la otra es que la misma estructura se ve diferente bajo cada uno de ellos.
La serie recocida en toda la familia
En el estado recocido la familia va desde el extremo de bajo carbono de fácil mecanizado hasta el extremo de alto carbono, y el contenido de carburo aumenta con él. La serie siguiente abarca el 403, el 416 de calidad para bujes, el 420, un grado resulfurizado y el 440C. La placa del 416 es la que hay que observar cuando la mecanizabilidad es el requisito, porque el azufre que lo hace mecanizable también introduce partículas de sulfuro de manganeso en la estructura, y el 440C en el otro extremo presenta la población de carburos más pesada del grupo.
Carburo agrietado en los grados trabajados en frío
El extremo de alto carbono de esta familia se trabaja en frío, y trabajar en frío una estructura que ya presenta carburo grueso agrieta el propio carburo. La placa siguiente es de 440B y 440C después de una deformación en frío excesiva, y los carburos agrietados son el daño. Un carburo agrietado es un concentrador de tensiones en la pieza terminada, por lo que la cantidad de reducción en frío y el tamaño de carburo en la barra de partida se especifican, y la misma regla se aplica a los carburos de acero de herramienta que se comportan de la misma manera en D2 y D3.
Austenización del 440C, de martensita a austenita
El 440C es el grado en el que la austenita retenida es más fácil de producir por accidente. Las tres placas siguientes son del mismo acero austenizado en pasos de 1150 °C a 1260 °C. En el extremo inferior del rango la estructura tal como se templa es principalmente martensita con algo de austenita retenida, y en el extremo superior del rango es mayormente austenita retenida. Una pieza que debía ser dura y en cambio es blanda e dimensionalmente inestable generalmente ha sido llevada por esta escalera, que es el mismo mecanismo que la serie de austenización para aceros de herramienta muestra en O1 y S7.
La estructura tal como se coló y el carburo eutéctico
Un lingote de 440C no es el mismo material que una barra laminada del mismo grado. La estructura tal como se coló es una matriz martensítica con un constituyente de carburo eutéctico situado en las regiones interdendríticas, a 560 HV en la placa siguiente. Ese carburo eutéctico es grueso y es la razón por la que estos grados se trabajan en caliente antes de venderse, y es lo que todavía presenta una pieza de barra mal trabajada o mal ubicada. Leerlo en una probeta tal como se coló o mal trabajada es cómo un proveedor muestra la diferencia entre producto convencional y refundido.
Descarburización en una superficie templada
Un acero inoxidable martensítico pierde carbono en la superficie cuando se calienta al aire, y la pérdida se manifiesta como ferrita libre en una pieza templada. La placa siguiente es una probeta de 420 cuya superficie se descarburizó antes del temple, atacada con tinte de modo que la ferrita libre, la zona parcialmente descarburizada y la martensita sana por debajo toman cada una un color diferente. La capa superficial de la pieza es blanda y la sección bajo ella es correcta, por lo que un ensayo de dureza tomado en el exterior dará una lectura baja y un ensayo tomado después de un rectificado ligero dará una lectura verdadera, lo cual vale la pena saber antes de rechazar una colada. La misma verificación en una superficie de acero de herramienta se describe en el microestructura del acero para herramientas página.
Los grados detrás de estas placas
Los programas de tratamiento térmico para los grados mostrados aquí están en las 420, 440C, 416 y 410 páginas de tratamiento térmico del acero inoxidable, y la comparación de propiedades mecánicas en toda la familia está en el Tabla de propiedades del acero inoxidable martensítico. Los aceros de herramienta que se leen de la misma manera, con las mismas preguntas de carburo y austenita retenida, se recopilan en el microestructura del acero para herramientas página.
Compilado del ASM Handbook, Volumen 9, Metallography and Microstructures, los artículos Metallography and Microstructures of Stainless Steels and Maraging Steels y Color Metallography (G.F. Vander Voort), ASM International, 2004. Placas Fig. 38, 44 a 48, 50 y 56. Cada leyenda se leyó de la capa de texto buscable del archivo y se verificó contra la placa impresa, y cada placa se recortó del archivo a 1,5 veces su ancho de píxeles impreso. Las placas son un resumen de referencia de la práctica publicada más que una especificación de Aobo Steel, por lo que confirme el grado, el estado y la posición de ensayo contra el certificado de ensayo del material antes de redactar una hoja de proceso.