L'acer inoxidable és un dels materials més utilitzats en enginyeria i tecnologia, a causa de la seva excel·lent combinació de resistència, resistència a la corrosió i estètica. Tanmateix, els acers inoxidables convencionals tenen algunes limitacions, com ara una baixa tenacitat, una mala soldabilitat i un cost elevat. Per superar aquests inconvenients, a la dècada de 1970 es va desenvolupar una nova classe d'acer inoxidable, anomenada acer inoxidable dúplex (DSS).
Entre els diversos graus d'acer inoxidable dúplex, el 2205 és el més utilitzat i estudiat. Té una composició nominal de 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo i 0.15% N.
Composicions químiques de l'acer inoxidable dúplex 2205
Les composicions químiques de l'acer inoxidable dúplex 2205 són crucials per determinar les seves propietats i rendiment. Els principals elements que constitueixen l'acer inoxidable dúplex 2205 són el crom (Cr), el níquel (Ni), el molibdè (Mo) i el nitrogen (N).
Composicions químiques | Estoig |
|
Cr | 22-23% | Responsable de la formació de la fase ferrítica i de la resistència a la corrosió millorada. |
Ni | 4.5-6.5% | Responsable de formar la fase austenita i millorar la ductilitat i la tenacitat. |
Mo | 3-3.5% | Ajuda a millorar la resistència a la corrosió per picadura i esquerdes. |
N | 0.14-0.2% | Responsable de l'estabilització de la fase austenítica i de l'augment de la resistència a la corrosió per picadura i esquerdes. |
C | 0.03% | Aquests elements tenen efectes menors o negatius sobre les propietats i el rendiment de l'acer inoxidable dúplex 2205. Per tant, el seu contingut s'ha de mantenir el més baix possible. |
Mn | 2% | |
Si | 1% | |
P | 0.03% | |
S | 0.02% | |
Cu | 0.5% |
Hi ha diferents graus d'acer inoxidable dúplex 2205, com ara l'S31803 i l'S32205 , que tenen composicions químiques lleugerament diferents. La principal diferència entre aquests graus és el contingut de nitrogen. L'S31803 té un contingut de nitrogen inferior al de l'S32205, la qual cosa significa que l'S31803 té una resistència a la corrosió per picadura i esquerdes inferior a l'S32205. Tanmateix, l'S31803 té un contingut de ferrita superior al de l'S32205, la qual cosa significa que l'S31803 té una resistència i duresa superiors a l'S32205.
Propietats mecàniques de l'acer inoxidable dúplex 2205
Les propietats mecàniques de l'acer inoxidable dúplex 2205 es troben entre les característiques més atractives d'aquest material, ja que superen les de l'acer inoxidable convencional i altres aliatges. Les propietats mecàniques de l'acer inoxidable dúplex 2205 inclouen resistència, ductilitat, duresa, fatiga i tenacitat a la fractura.
- força
La resistència és la capacitat d'un material per resistir la deformació i la fallada sota forces aplicades.
El límit elàstic de l'acer inoxidable dúplex 2205 és aproximadament el doble que el dels acers inoxidables austenítics i comparable al dels acers d'alta resistència i baix aliatge.
La resistència a la tracció de l'acer inoxidable dúplex 2205 també és superior a la de l'acer inoxidable austenític i similar a la de l'acer inoxidable endurit per precipitació.
- Ductilitat
La ductilitat és la capacitat d'un material de deformar-se plàsticament sense trencar-se ni esquerdar-se.
L'acer inoxidable dúplex 2205 té bona ductilitat, a causa de la presència de la fase austenita, que proporciona deformació plàstica i enduriment per deformació.
L'elongació i la reducció de l'àrea de l'acer inoxidable dúplex 2205 són superiors a les dels acers inoxidables ferrítics i inferiors a les dels acers inoxidables austenítics.
- Duresa
La duresa és la resistència d'un material a la indentació o a l'abrasió.
La duresa de l'acer inoxidable dúplex 2205 és superior a la de l'acer inoxidable austenític i inferior a la de l'acer inoxidable martensític. La duresa de l'acer inoxidable dúplex 2205 es pot augmentar mitjançant el treball en fred o l'envelliment, però això pot reduir la ductilitat i la resistència a la corrosió.
- Fatiga
La tenacitat a la fractura és la capacitat d'un material de resistir la propagació d'esquerdes i la fractura sota esforç.
L'acer inoxidable dúplex 2205 té una alta resistència a la fatiga, a causa de la combinació equilibrada de fases de ferrita i austenita, que proporcionen un bon equilibri entre resistència i tenacitat. La resistència a la fatiga de l'acer inoxidable dúplex 2205 és superior a la de l'acer inoxidable austenític i inferior a la de l'acer inoxidable ferrític.
- Duresa fractural
La tenacitat a la fractura és la capacitat d'un material de resistir la propagació d'esquerdes i la fractura sota esforç.
L'acer inoxidable dúplex 2205 té una alta tenacitat a la fractura, a causa de la presència de la fase austenita, que proporciona fractura dúctil i absorció d'energia. La tenacitat a la fractura de l'acer inoxidable dúplex 2205 és superior a la de l'acer inoxidable ferrític i inferior a la de l'acer inoxidable austenític.
Procés de fosa d'acer inoxidable dúplex 2205
El procés de fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 és un mètode per produir components de forma gairebé neta abocant metall fos en un motlle i deixant-lo solidificar en la forma desitjada.
- Elaboració de motlles: El motlle és la cavitat que defineix la forma i la mida de la peça de fosa.
- Fusió i abocament: El procés de fusió i abocament consisteix a escalfar l'acer inoxidable dúplex 2205 a un estat líquid i transferir-lo al motlle.
- Solidificació i refredament: El procés de solidificació i refredament implica la transformació del metall líquid en un metall sòlid dins del motlle.
- Desemmotllament i neteja: El procés de desemmotllament i neteja consisteix a treure la peça del motlle i eliminar l'excés de metall, sorra, ceràmica o guix.
- Inspecció i proves: El procés d'inspecció i proves implica comprovar la qualitat i el rendiment de la peça de fosa segons les especificacions i els estàndards.
El procés de fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 també planteja alguns reptes i solucions, com ara:
- Esquerdament en calent: L'esquerdament en calent és la formació d'esquerdes a la peça de fosa durant o poc després de la solidificació, a causa de l'estrès tèrmic, la segregació o la transformació de fase del metall.
- Solució: L'esquerdament en calent es pot prevenir o reduir optimitzant el disseny del motlle, la geometria de la fosa, la temperatura de colada, la velocitat de refredament i la composició química del metall.
- Transformació de fase: La transformació de fase és el canvi de les fases de ferrita i austenita en la peça de fosa durant o després de la solidificació, a causa de la temperatura, la composició o la deformació del metall.
- Segregació: La segregació és la distribució desigual dels elements d'aliatge en la peça de fosa, a causa de la diferent solubilitat, difusivitat o densitat dels elements en el metall líquid o sòlid.
Avantatges de la fosa d'acer inoxidable dúplex 2205
La fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 és un mètode de fabricació superior en comparació amb altres mètodes, com ara la forja, el laminat i el mecanitzat.
- Producció de forma gairebé neta
La fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 pot produir components complexos i grans amb un mínim de residus de material i mecanitzat. Per exemple, un estudi de l'American Foundry Society va mostrar que la fosa d'un cos de vàlvula a partir d' acer inoxidable dúplex 2205 estalviava un 40% de material i un 30% de temps de mecanitzat en comparació amb la forja.
- Alt rendiment i resistència a la corrosió
La fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 pot aconseguir una microestructura equilibrada de ferrita i austenita, que proporciona una alta resistència, ductilitat, duresa, resistència a la fatiga i tenacitat a la fractura.
La fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 també pot resistir diversos tipus de corrosió, com ara picadures, esquerdes, esquerdes per corrosió sota tensió i corrosió general, a causa de l'alt contingut de crom, molibdè i nitrogen. Aquestes propietats fan que la fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 sigui adequada per a aplicacions exigents, com ara les indústries del petroli i el gas, la química i la marina.
- Beneficis ambientals, econòmics i socials
La fosa d'acer inoxidable dúplex 2205 pot reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle, el consum de recursos i l'impacte ambiental del procés de fabricació, en comparació amb altres mètodes.
Aplicacions de les peces de fosa DSS 2205
- Aeroespacial:Tren d'aterratge, peces del motor i elements estructurals.
- Automoció:Sistemes d'escapament, turbocompressors i injectors de combustible.
- Biomèdica:Implants, pròtesis i instruments quirúrgics.
- Construcció: Ponts, torres i canonades.
- Vàlvules
- Bombes
- Impulsors
- Guarnicions
Conclusió
L'acer inoxidable dúplex 2205 és un aliatge d'acer inoxidable dúplex de qualitat avançada. També té una bona resistència a la fatiga i una excel·lent resistència a la corrosió sota tensió, esquerdes, picadures, erosió i corrosió general en entorns durs.
