UGI® 4545 AIR Recocido – Acero Inoxidable de Endurecimiento por Precipitación Grado Aeroespacial Premium

El UGI® 15-5PH AIR o UGI® 4545 AIR es un acero inoxidable martensítico de endurecimiento por precipitación (PH) de calidad premium, diseñado principalmente para aplicaciones aeroespaciales. Se utiliza para piezas que requieren una combinación de alta resistencia y alta tenacidad. Este grado también presenta buena resistencia a la fatiga. Es un material refundido por electroescoria (según AMS 5659 tipo 2) usando la tecnología más avanzada en este campo. Esta elaboración permite una buena homogeneidad e isotropía de la estructura y altas propiedades mecánicas tanto en dirección longitudinal como transversal. (Ferromagnético)

La microestructura observada en microscopía óptica está compuesta de martensita homogénea con precipitados de carbonitruro de niobio (partículas blancas visibles en MEB), y austenita retenida cuya fracción depende de la condición metalúrgica. La fase de precipitación nanométrica rica en Cu puede observarse en MET. El UGI® 15-5PH AIR presenta una fracción de ferrita-delta inferior al 1 % (menor que UGI® 17-4PH AIR) según AMS 2315, y un tamaño de grano de austenita anterior fino o igual a 6.

El UGI® 15-5PH AIR se produce por ESR consumible. Las inclusiones restantes son muy pequeñas y se distribuyen uniformemente en la sección. Se garantiza la siguiente micro-limpieza según ASTM E45/A: A,B,C,D (Fin) < 1,5 – A,B,C,D (Gruesa) < 1.

Propiedades

Generales

Propiedad	Valor
Densidad	7,8 g/cm³

Mecánicas

Propiedad	Temperatura	Valor	Comentario
Módulo de elasticidad	20 °C	200 GPa
	100 °C	195 GPa
	200 °C	185 GPa
	300 °C	170 GPa
Módulo de elasticidad (alt.)	300 °C	175 GPa
Dureza Brinell	—	363	máx.
Dureza Rockwell C	—	38	máx.

Térmicas

Propiedad	Valor	Comentario
Coef. de expansión térmica	0,0000105 1/K	20 a 100 °C
Coef. de expansión térmica	0,0000111 1/K	20 a 200 °C
Coef. de expansión térmica	0,0000115 1/K	20 a 300 °C
Coef. de expansión térmica	0,0000119 1/K	20 a 400 °C
Calor específico	500 J/(kg·K)
Conductividad térmica	16 W/(m·K)

Eléctricas

Propiedad	Valor
Resistividad eléctrica	7,1×10⁻⁷ Ω·m

Composición Química

Elemento	Valor	Comentario
Carbono	0,07	máx.
Cromo	14,5 – 15,3 %
Cobre	2,5 – 4,0 %
Manganeso	1,0	máx.
Molibdeno	0,5	máx.
Níquel	4,5 – 5,5 %
Niobio	0,45	máx., mín: 5×C
Fósforo	0,025	máx.
Silicio	0,6	máx.
Azufre	0,005	máx.

Propiedades Tecnológicas

Áreas de Aplicación

UGI® 15-5PH AIR es adecuado para:

• Aeroespacial como calidad premium "Aircraft Quality"
• Fabricación de sensores, ej. sensores de presión
• Medicina auxiliar
• Ejes, engranajes
• Racores
• Piezas estructurales…

Propiedades de Corrosión

UGI® 15-5PH AIR ofrece buena resistencia a la corrosión, a veces similar a la de aceros austeníticos tipo 18 Cr-8 Ni en algunos casos.

Entorno	Comportamiento
Ácido nítrico	Bueno
Ácido fosfórico	Uso restringido
Ácido sulfúrico	Uso restringido
Ácido acético	Medio
Carbonato sódico	Medio
NaCl (niebla salina)	Bueno
Humedad	Excelente
Agua de mar	Uso restringido
Petróleo/gas	Uso restringido

Corrosión por picaduras: UGI® 15-5PH AIR es mucho más resistente a picaduras que los aceros martensíticos clásicos de 12 % Cr. El nivel de potencial de picadura es comparable al supermartensítico 1.4418 y al austenítico 1.4301 (AISI 304).

Corrosión intergranular: El bajo contenido de carbono (parte unido a Nb) lo hace insensible a corrosión intergranular cuando se trata térmicamente correctamente según las recomendaciones previas.

Otros mecanismos: UGI® 15-5PH AIR resiste a corrosión-fatiga y corrosión bajo tensión en algunos entornos y condiciones definidas. Además, destaca su buena resistencia a la corrosión-erosión gracias a la combinación de altas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión.

Mecanizado General

Debido a su bajo contenido de azufre y excelente micro-limpieza, UGI® 15-5PH AIR tiene mala rompibilidad de viruta, lo que puede inducir dificultades en mecanizado, especialmente en taladrado o torneado de acabado. Si es posible, la mayoría de operaciones de mecanizado para obtener las piezas finales deben hacerse en condición A (recocido de solución) para evitar desgaste excesivo de herramienta. El mecanizado tras un tratamiento de "endurecimiento por precipitación" no se recomienda porque cuanto mayores sean las características mecánicas de las barras a mecanizar, mayor será el desgaste de herramienta (menor productividad). En condición A, ensayos de torneado en bruto (ap = 1,5 mm; f = 0,25 mm/rev) en barras estiradas mostraron que la velocidad de corte para desgaste de flanco de 0,15 mm en 15 min con herramienta STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 es ~145 m/min, mientras que UGIMA® 4542 (17-4PH con mecanizado mejorado) es ~160 m/min. Según la operación, la productividad de mecanizado de UGI® 15-5PH AIR es 10-30 % menor que UGIMA® 4542.

Tratamiento Térmico

Los tratamientos térmicos en UGI® 15-5PH AIR constan de dos pasos:

1. Austenitización: para poner en solución sobresaturada los elementos de aleación, especialmente Cu, en martensita.
2. Envejecimiento: para precipitar Cu (endurecimiento por precipitación) y, en algunos casos, formar austenita revertida para aumentar tenacidad. Las propiedades mecánicas, compromiso entre resistencia y tenacidad, se ajustan con la temperatura de envejecimiento.

Austenitización: El recocido de solución se realiza a 1030-1050 °C, interrumpido por temple en aceite o enfriamiento al aire para secciones pequeñas. En esta condición (condición A) la dureza es intermedia porque el endurecimiento por precipitación de Cu no es efectivo. La condición A se elige a menudo para mecanizado u operaciones de conformado en frío. Se recomienda un tratamiento de alivio de tensiones a 300 °C durante 1 hora tras la austenitización para estabilizar el material y evitar problemas de fisuración por temple.

Envejecimiento: Los tratamientos de envejecimiento se realizan tras el tratamiento de solución para precipitar fases ricas en Cu y ajustar propiedades. Tras el envejecimiento, el material está en condición de solución y envejecido, también llamada condición H. El envejecimiento puede hacerse entre 480 °C (condición H900) y 620 °C (condición H1150). La condición H900 corresponde al pico de endurecimiento, donde los precipitados de Cu inducen máxima dureza. A temperaturas superiores, la dureza/resistencia disminuye al aumentar la temperatura de envejecimiento, por crecimiento de los precipitados. Más allá de 580 °C se forma austenita revertida durante el envejecimiento, aumentando tenacidad pero reduciendo resistencia. La condición H1025 se elige a menudo por su óptimo compromiso resistencia-tenacidad.

Ablandamiento: La menor resistencia/dureza se obtiene tras el ciclo térmico H1150M: recocido de solución + temple a 760 °C durante 2 horas + envejecimiento a 620 °C durante 4 horas. Tras este ciclo: Rm = 780 MPa, Rp0,2 = 710 MPa, HRC < 32, significativamente menor que la condición A.

Condición	Tratamiento
Cond A	Recocido 1030/1050 °C
H900	Recocido 1030/1050 °C enfriamiento aire/aceite + endurecimiento 1 h a 480 °C/enfriamiento aire
H925	Recocido 1030/1050 °C enfriamiento aire/aceite + endurecimiento 4 h a 495 °C/enfriamiento aire
H1025	Recocido 1030/1050 °C enfriamiento aire/aceite + temple 4 h a 550 °C, enfriamiento aire
H1075	Recocido 1030/1050 °C enfriamiento aire/aceite + temple 4 h a 580 °C, enfriamiento aire
H1100	Recocido 1030/1050 °C enfriamiento aire/aceite + temple 4 h a 590 °C, enfriamiento aire
H1150	Recocido 1030/1050 °C enfriamiento aire/aceite + temple 4 h a 620 °C, enfriamiento aire

Conformado en Caliente

UGI® 15-5PH AIR es apto para forja. El recalentamiento debe hacerse entre 1150 y 1200 °C, forja entre 1200 °C y 950 °C. Enfriamiento tras forja al aire o en aceite. Las piezas obtenidas deben tratarse térmicamente (recocido de solución y envejecimiento eventual, ver sección anterior).

Otros

Inspección por partículas magnéticas y macrográfica:

UGI® 15-5PH AIR cumple AMS 2300: Clasificación Frecuencia/Severidad 0/0. La macroestructura cumple AMS 5659: clases 1 a 4 generalmente severidad A según ASTM A604.

Productos Disponibles:

Producto	Perfil	Acabado Superficial	Tolerancia	Tamaño (mm)
Barra	Redonda	Torneada lisa	k12 – k13	22 – 115
		Descascarillada y pulida	h11 – h10 – h9	22 – 115
		Rectificada sin centros	h9 – h8 – h7	5 – 115
		Estirada en frío	h9	5 – 21

Otros productos: contacte al proveedor.

Tratamiento Superficial

Procedimiento de decapado: UGI® 15-5PH AIR se decapa igual que el acero grado 630. Si es necesario, se recomienda el siguiente tratamiento de descontaminación para eliminar partículas de hierro:

• 1/4 volumen de ácido nítrico al 52 % (36° Baumé)
• 3/4 volumen de agua
• Temperatura ambiente
• Duración adaptada
• Lavado cuidadoso al terminar

Nota: La resistencia a la corrosión depende de muchos factores: composición de la atmósfera corrosiva (cloruros, agentes oxidantes, temperatura, pH, agitación), y preparación del material (superficies libres de partículas metálicas, acabado, templado, pulido). Para pruebas como niebla salina (ISO 9227), evitar etiquetas que causen corrosión y reduzcan el tiempo de resistencia.

Soldadura

UGI® 15-5PH AIR puede soldarse sin precalentamiento, usando la mayoría de técnicas: GMAW o GTAW (con o sin hilo de aporte), LÁSER, resistencia, haz de electrones, etc. Si las características mecánicas de la zona de soldadura deben igualar al metal base, debe usarse metal de aporte homogéneo (ej. AWS E/ER 630) y realizar tratamiento térmico post-soldadura de endurecimiento por precipitación (ver tratamientos PH). Si no se requiere igual nivel mecánico, puede usarse metal de aporte ER308LSi (19 9 L Si).

Si no se hace endurecimiento por precipitación tras soldar, un alivio de tensiones a 250/300 °C puede ser útil para aumentar tenacidad de la ZAT y evitar riesgo de fisuración en frío por sus microestructuras martensíticas tal cual soldadas. El diseño de la soldadura debe permitir el cuidado requerido en aceros de alto límite elástico: evitar entalladuras y cambios bruscos de sección. Para GMAW, gas protector Ar+1 % CO₂ o 1-2 % O₂; para GMAW y GTAW, evitar gases con H₂ y N₂.