UGIMA® 4511 Recocido: Mecanizabilidad Mejorada y Resistencia a la Corrosión

UGIMA® 4511 es un acero inoxidable ferrítico estabilizado con niobio, con contenido de cromo entre el 16 % y el 17 %, que ofrece una mecanizabilidad mejorada. Además de una buena resistencia a la corrosión, este grado se caracteriza por su alta idoneidad para distintos métodos de conformado, como el mecanizado, el estampado en frío y la soldadura.

Ventajas principales

• La versión UGIMA® del 4511 permite una productividad en torneado de barras significativamente mayor que la del 4511 estándar, así como una buena rompibilidad de la viruta.
• La estabilización con niobio elimina el riesgo de sensibilización durante la soldadura.
• Presenta excelentes propiedades de estampado en frío.

Para ciertas aplicaciones, constituye una alternativa económica al acero 1.4307. Su estructura ferrítica garantiza excelentes propiedades ferromagnéticas, buena resistencia a la oxidación (en particular a ciclos térmicos) y un coeficiente de expansión similar al del acero al carbono.

La estructura del UGIMA® 4511 es enteramente ferrítica en la condición de suministro. Los principales precipitados son carbonitruros de Nb y sulfuros de Mn.

UGIMA® 4511 es un material ferromagnético blando (es atraído por un imán). El recocido magnético se utiliza para optimizar sus propiedades magnéticas y así alcanzar una alta permeabilidad relativa y campos coercitivos bajos. Este tratamiento puede realizarse tanto en barras producidas por Ugitech como en piezas mecanizadas.

Propiedades

Generales

Propiedad	Valor
Densidad	7,7 g/cm³

Mecánicas

Propiedad	Temperatura	Valor	Comentario
Módulo de elasticidad	20 °C	220 GPa
	100 °C	215 GPa
	200 °C	210 GPa
	300 °C	205 GPa
	400 °C	195 GPa
Alargamiento		20 %	mín.
Dureza Brinell		200,0	máx.
Resistencia a la tracción		420,0 – 620,0 MPa

Térmicas

Propiedad	Valor	Comentario
Coeficiente de expansión térmica	0,000010 1/K	20 a 100 °C, 20 a 200 °C
	0,0000105 1/K	20 a 300 °C, 20 a 400 °C
Calor específico	460 J/(kg·K)
Conductividad térmica	25 W/(m·K)

Eléctricas

Propiedad	Valor
Resistividad eléctrica	6e-07 Ω·m

Composición química

Elemento	Valor	Comentario
Carbono	0,03	máx.
Cromo	16,0 – 18,0 %
Manganeso	1,0	máx.
Niobio	0,60	máx., mín: 12×C
Nitrógeno	0,03	máx.
Fósforo	0,04	máx.
Silicio	1,0	máx.
Azufre	0,03	máx.

Propiedades tecnológicas

Áreas de aplicación

• Energía, proceso (válvulas solenoides)
• Automoción: sensores, inyección, válvulas solenoides, soportes de válvula
• Agroalimentario
• Cosméticos

Limitaciones de uso: aplicaciones criogénicas (tenacidad insuficiente), aplicaciones que requieran propiedades no magnéticas, altas propiedades mecánicas mediante tratamiento térmico.

Conformado en frío

UGIMA® 4511 es fácil de trabajar mediante los procesos convencionales de conformado en frío: estirado en frío, conformado, estampado en frío, etc. Gracias a su moderada capacidad de endurecimiento por trabajo, permite limitar las tensiones en las herramientas (y por tanto su desgaste) durante el trabajo en frío.

Propiedades de corrosión

Corrosión por picaduras: Se evaluó mediante ensayos de potencial de picadura: cuanto mayor sea su valor en mV, mayor la resistencia. Se eligió un entorno de pH neutro, ligeramente clorado (0,02 mol/l de cloruro sódico) de agua potable municipal (a 23 °C). La tabla siguiente muestra los valores de potencial de picadura medidos en probetas extraídas de barras torneadas en dirección transversal:

Grados	Potencial de picadura (mV/SCE)	Desviación estándar
UGIMA® 4511	358	18
UGI 4511	366	15
UGI 4016L	361	40

Corrosión intergranular: Al igual que UGI 4511, UGIMA® 4511 resiste la corrosión intergranular tras soldadura o tras tratamiento térmico de sensibilización, cumpliendo los requisitos de las normas (ensayo según ASTM A262-75 Práctica E; DIN EN ISO 3651-2).

Mecanizabilidad general

Comparado con un 1.4511 estándar, UGIMA® 4511 aporta aumentos significativos de productividad en el torneado de barras, gracias a un menor desgaste de herramienta y, sobre todo, a una mejor rompibilidad de la viruta en las mismas condiciones de corte.

Se realizaron ensayos en una roscadora automática TORNOS SIGMA 32 para comparar UGIMA® 4511 con un 1.4511 estándar y cuantificar las diferencias de mecanizabilidad. Para cada grado, el ensayo consistió en definir las condiciones óptimas de corte para distintas operaciones con el fin de producir 1000 piezas sin cambiar de herramienta.

Torneado (desbaste y acabado)

Operaciones	Herramientas	1.4511 estándar	UGIMA® 4511
Desbaste (ap = 2 mm; f = 0,30 mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 280 m/min	Vc = 300 m/min
Acabado (1) (ap = 0,5 mm; f = 0,10 mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T304-F1	Vc = 240 m/min	Vc = 250 m/min
Torneado VB15/0,15 (2) (ap = 1,5 mm; f = 0,25 mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc < 200 m/min	Vc = 205 m/min

(1) Condiciones de corte que garantizan rugosidad < 1,6 µm en las 1000 piezas mecanizadas, gracias al desgaste limitado de la herramienta.
(2) VB15/0,15: velocidad de corte a la que se observa un desgaste de flanco de 0,15 mm en 15 minutos de mecanizado efectivo.

En las tres operaciones de torneado, para un desgaste de herramienta equivalente, se registró un aumento potencial de productividad del 5 al 10 % con UGIMA® 4511 frente al 1.4511 estándar.

Además, se observó una mejora espectacular en la rompibilidad de la viruta con UGIMA® 4511 frente a la obtenida con 1.4511 estándar, lo que evita los riesgos frecuentes en este grado de formación de bolas de viruta enredadas que no se evacúan, obligando a paradas de producción para su eliminación manual.

Taladrado axial y corte transversal

Operaciones	Herramientas	1.4511 estándar	UGIMA® 4511
Taladrado axial	GÜHRING RT100F 6 mm – DK460UF	Vc = 80 m/min; f = 0,125 mm/rev	Vc = 100 m/min; f = 0,125 mm/rev
	ISCAR IC908 9,9 mm – ICM099	Vc = 80 m/min; f = 0,10 mm/rev	Vc = 100 m/min; f = 0,10 mm/rev
Corte transversal *	ISCAR IC830 DGN3102JT	Vc = 250 m/min; f = 0,15 mm/rev	Vc = 250 m/min; f = 0,15 mm/rev

* Condiciones límite de la roscadora en términos de potencia del husillo → no permite diferenciar los dos grados.

Para el taladrado axial con dos brocas distintas (una de metal duro recubierto GÜHRING y una ISCAR con plaquita de metal duro recubierto), UGIMA® 4511 permite aumentar la productividad aproximadamente un 25 % en estas operaciones. Esta diferencia significativa se debe principalmente a las virutas más cortas obtenidas con UGIMA® 4511, que se evacúan más fácilmente, evitando la rotura de la broca por bloqueo de su rotación durante el taladrado.

Para la operación de corte, las condiciones de corte alcanzadas son tan altas que se llega al límite de capacidad de la roscadora TORNOS SIGMA 32, lo que no permite cuantificar la diferencia entre UGIMA® 4511 y el 1.4511 estándar. Estas condiciones tan elevadas solo se alcanzan trabajando a velocidad de corte constante y no a velocidad de rotación constante.

Tratamiento térmico

Para restaurar la ductilidad tras deformación en frío, UGIMA® 4511 puede tratarse a una temperatura entre 750 y 850 °C y enfriarse al aire.

Conformado en caliente

UGIMA® 4511 tiene una excelente aptitud para el trabajo en caliente a todas las temperaturas, debido a su estructura enteramente ferrítica. Puede conformarse en caliente por forja o laminado entre 800 °C y 1150 °C. La temperatura de calentamiento no debe superar los 1150 °C para evitar un crecimiento excesivo de grano.

Productos disponibles

Producto	Forma	Acabado	Tolerancia	Dimensión
Barras	Redondo	Laminado desescalado	k13 – k12	Ø 22 a 71
		Torneado	10 + 11	Ø 22 a 70
		Rectificado	7+8+9+opciones	Ø 2 a 70
		Estirado	9	Ø 2 a 30
		Negro	± 1% Ø	Ø 23 a 73
Lingote	Cuadrado			50 a 120

Otras opciones: consultar al proveedor.

Soldadura

Gracias a su estabilización con niobio, UGIMA® 4511 puede soldarse del mismo modo que un 1.4511 estándar mediante la mayoría de los procesos de soldadura por arco (GMAW/GTAW, con o sin metal de aporte, SMAW, plasma, etc.), láser, resistencia (punto o costura), fricción o haz de electrones.

No debe realizarse ningún tratamiento térmico antes o después de la soldadura para evitar el crecimiento de grano ferrítico en el grado.

Si se utiliza metal de aporte, se prefiere uno homogéneo (ferrítico estabilizado) como Exhaust F1 (18LNb) para asegurar que la zona de soldadura (metal de aporte [WM] y zona afectada por el calor [HAZ]) tenga una estructura 100 % ferrítica homogénea; para soldaduras gruesas (≥ 3 mm), se prefiere un metal de aporte austenítico como ER308L(Si) (1.4316) para eliminar el riesgo de fragilización de la zona de soldadura por crecimiento excesivo de grano.

En GMAW y GTAW, el gas de protección no debe contener hidrógeno ni nitrógeno. En GMAW, las soldaduras se realizarán bajo Ar (+ posiblemente He) + 1 a 3 % O₂ o CO₂. En GTAW, bajo Ar (+ posiblemente He).