El acero Hadfield: austenítico de alto contenido en manganeso y gran resistencia al desgaste

Acero Hadfield

El precursor e inventor que patentó en 1882 un nuevo grado con un contenido medio de manganeso del 12 % fue Robert Abbott Hadfield, un metalúrgico inglés nacido el 28 de noviembre de 1858 en Sheffield, quien logró un gran avance al descubrir las extraordinarias propiedades del acero: alta resistencia al desgaste como resultado del endurecimiento del producto durante la presión, añadiendo entre un 1,00 % y un 1,25 % de manganeso al acero con un rango de carbono de 1:10.

El nuevo grado desarrollado ha tenido un gran éxito y todavía se utiliza en la producción de componentes resistentes a la abrasión, lo que ha impulsado el crecimiento económico en muchos países, y los componentes fabricados con otros aceros resistentes al desgaste han sido desplazados por su mayor rapidez de desgaste.

Aparte del alto contenido de carbono y manganeso en la propia composición química, el acero Hadfield no tiene más propiedades de aditivos de aleación, excepto el silicio, que suele añadirse de serie en otros grados. Algunos equivalentes pueden tener un pequeño rango de cromo, níquel y cobre.

El acero con alto contenido en manganeso en Polonia ha recibido el nombre de 11G12, que no está cubierto por las normas ministeriales y estatales y solo se encuentra en la norma industrial BN-68/0631-04, BN-90/0631-03. Su equivalente según la norma alemana DIN es - X120Mn12.

El acero Hadfield, como uno de los pocos aceros aleados al carbono, tiene una estructura austenítica. Adquiere sus propiedades solo cuando se satura en agua o aceite (con detalles más pequeños) a una temperatura de 1000-1050 ℃. Los productos de acero con alto contenido de manganeso no son magnéticos, pero en condiciones templadas, con un tratamiento térmico deficiente o endurecidos en frío, el acero presenta algunas propiedades ferromagnéticas.

Además de su resistencia a la abrasión, el acero Hadfield es resistente a la presión y a los impactos, pero con piezas expuestas a la fricción y la abrasión sin presión (emerising), el producto no se endurece, por lo que la capa superior puede sufrir abrasión. En cuanto a la resistencia extremadamente alta a la abrasión, la otra cara de la moneda es el procesamiento mecánico extremadamente difícil del material.

Para preparar el producto para el mecanizado, el acero Hadfield se calienta deliberadamente a 500 ℃ y luego se enfría rápidamente en agua, lo que le da al acero al manganeso una estructura martensítica.

Además del grado 11G12 en sí, los aceros resistentes al desgaste también incluían el grado 55G15, extremadamente inaccesible, según BN-68/0631-03.

Cómo mecanizar acero Hadfield resistente al desgaste

El 12 % de los productos de acero con alto contenido en manganeso se mecanizan principalmente con muelas abrasivas de carburo de silicio SiC con un grano grueso de 16-36 y una unión semidura. En caso de grietas, se utilizan muelas cónicas de doble cara para el rectificado y puntas de rectificado montadas para el rectificado de ampollas. El rectificado debe realizarse en seco, con una presión media para evitar que el material se caliente, lo que provocaría cambios estructurales y debilitaría el producto.

Los aceros rápidos como el SW18 son demasiado débiles para cualquier mecanizado de aceros Hadfield. Para este fin, al seleccionar parámetros de mecanizado con virutas bajas, se puede utilizar acero rápido conforme a la antigua norma HS18-0-1-10, 1.3265 conforme a DIN/EN. El carburo sinterizado de grado H20 se puede utilizar para facilitar el procesamiento. El estado supersaturado del material no elimina la posibilidad de mecanizado, sin embargo, lo dificulta considerablemente, y en condiciones de endurecimiento en frío y templado a 540-560 ℃, el mecanizado será 1-2 horas más rápido. Después del tratamiento, el acero debe saturarse. Además, cabe mencionar, en el caso del montaje en fábrica, que el acero en estado templado tiene un volumen diferente al del estado supersaturado. El mecanizado solo debe realizarse en las mejores máquinas herramienta que no presenten vibraciones ni golpes.

El método más sencillo para mecanizar la superficie del producto es el rectificado en seco con una presión media para evitar el calentamiento, que puede provocar cambios en la estructura del producto. Este acero también se puede cortar con un soplete de acetileno/oxígeno para secciones transversales más pequeñas, mientras que el mecanizado es posible con el uso de herramientas de acero al cobalto de alta velocidad o carburo sinterizado.

¿Con qué métodos se debe cortar el acero X120Mn12, 1.3401?

El corte de acero austenítico 11G12 con un soplete de acetileno/oxígeno no es más difícil que el corte de aceros al carbono comunes. El procedimiento debe tener en cuenta la posibilidad de cambios estructurales causados por el calentamiento debido a la alta temperatura de la llama. Para cortar el material a una velocidad adecuada, con una alimentación uniforme y una distancia adecuada entre el soplete y la superficie del producto, se recomienda utilizar dispositivos automáticos o semiautomáticos, utilizando los parámetros de corte más ventajosos adaptados al espesor del material que se va a cortar, es decir, seleccionando una buena boquilla de oxígeno, una buena cáscara, una buena presión de gas y un buen oxígeno.
Los bordes de corte, en los que es imposible evitar una mayor formación de cascarilla y pequeños cambios estructurales, deben rectificarse a una profundidad de 1-2 mm. Al cortar con un soplete, se recomienda enfriar intensamente la zona de corte con un chorro de agua para evitar cambios estructurales en la zona que se va a cortar con el soplete.
En los materiales de grado X120Mn12, también se pueden cortar libremente agujeros con un soplete.

Soldadura y soldadura por puntos del acero X120Mn12: electrodos, tratamientos adicionales y notas

Debido a la baja durabilidad de la estructura austenítica del acero con alto contenido de manganeso X120Mn12 y 11G12 a temperaturas elevadas, el único método de soldadura y recubrimiento que garantiza el menor calentamiento y permanencia del acero a las temperaturas de degradación de la austenita es la soldadura y la soldadura por arco con electrodos de pequeño diámetro y baja intensidad de corriente. La selección del grado de electrodo adecuado elimina el riesgo de deformación de las uniones soldadas y la formación de grietas en la unión soldada. Para la soldadura se utilizan electrodos ES18-8, ES18-8-6, ES24-18 y EN400Mn.

El 11G12 no resiste sin comprometer sus altas propiedades mecánicas de calentamiento y enfriamiento lentos a alrededor de 400-900 ℃. El calor de soldadura prolongado conduce a la desintegración parcial de la estructura austenítica y a la liberación de carburos a lo largo de los límites de grano, no solo en la soldadura o soldadura por relleno, sino también en el material base, es decir, en la zona de soldadura.

Chapas, piezas forjadas y barras de acero resistente al desgaste con alto contenido en manganeso

Los aceros resistentes al desgaste con alto contenido en manganeso descritos anteriormente se especifican en las normas industriales BN-68/0631-03, BN-68/0631-04, BN-90/0631-04 y la norma PN-EN ISO 4957, según las cuales se suministran:

• Productos planos conforme a EN 10029, EN 10163
• Productos forjados en matriz abierta conforme a EN 10250
• Piezas de fundición de acero conforme a EN 10349,