UGI® 4545 AIR: Acero Inoxidable Aeroespacial de Alta Resistencia y Resistencia a Fatiga

UGI® 15-5PH AIR o UGI® 4545 AIR es un acero inoxidable martensítico PH (Endurecimiento por Precipitación) 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 una buena resistencia a la falla por fatiga. Es un material refundido por electroescoria (según AMS 5659 tipo 2) que emplea 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 por martensita homogénea con precipitados de carbonitruro de niobio (partículas blancas visibles en SEM), y austenita retenida cuya fracción depende de la condición metalúrgica. La precipitación nanométrica de fase rica en Cu puede observarse bajo TEM. UGI® 15-5PH AIR presenta una fracción de delta-ferrita inferior al 1% (menor que UGI® 17-4PH AIR) según AMS 2315, y un tamaño de grano de austenita anterior más fino o igual a 6.

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

Propiedades

Generales

Propiedad	Valor
Densidad	7,8 g/cm³

Mecánicas

Propiedad	Temperatura	Valor	Comentario
Módulo elástico	20 °C	200 GPa
Módulo elástico	100 °C	195 GPa
Módulo elástico	200 °C	185 GPa
Módulo elástico	300 °C	170 GPa
Módulo elástico	300 °C	175 GPa
Alargamiento		10 %	mín.
Dureza Brinell		388,0	mín.
Dureza Rockwell C		40,0	mín.
Reducción de área		40,0 %	mín.
Resistencia a la tracción		1310 MPa	mín.

Térmicas

Propiedad	Valor	Comentario
Coef. expansión térmica	0,0000105 1/K	20 a 100°C
Coef. expansión térmica	0,0000111 1/K	20 a 200°C
Coef. expansión térmica	0,0000115 1/K	20 a 300°C
Coef. 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	7,1e-07 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: 5xC
Fósforo	0,025	máx.
Silicio	0,6	máx.
Azufre	0,005	máx.

Propiedades Tecnológicas

Propiedad	Valor
Áreas de aplicación	Aeroespacial como calidad premium Aircraft Quality; fabricación de sensores (ej. sensores de presión); medicina auxiliar; ejes, engranajes; accesorios; piezas estructurales…
Propiedades de corrosión	UGI®15-5 PH AIR ofrece buena resistencia a la corrosión, a veces similar a la de aceros austeníticos tipo 18 Cr-8Ni en algunos casos. Comportamiento en distintos ambientes: Ácido nítrico: Bueno Ácido fosfórico: Uso restringido Ácido sulfúrico: Uso restringido Ácido acético: Promedio Carbonato sódico: Promedio NaCl (niebla salina): Bueno Humedad: Excelente Agua de mar: Uso restringido Petróleo/gas: Uso restringido Corrosión por picaduras: UGI®15-5 PH AIR es mucho más resistente a la corrosión por picaduras que los aceros martensíticos clásicos al 12% Cr. El potencial de picadura es comparable al supermartensítico 1.4418 y al austenítico 1.4301 (AISI 304). Corrosión intergranular: El bajo contenido de carbono (parte ligada con Nb) lo hace insensible a la corrosión intergranular cuando se trata térmicamente correctamente. Otros mecanismos: Resistente a fatiga-corrosión y corrosión bajo tensión en algunos ambientes y condiciones definidas. Buena resistencia a corrosión-erosión por la combinación de altas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión.
Maquinabilidad general	Debido a su bajo contenido de azufre y excelente micro-limpieza, UGI®15-5 PH AIR tiene mala ruptura de viruta, lo que puede causar dificultades en mecanizado, especialmente en taladrado o torneado de acabado. Si es posible, la mayoría de operaciones de mecanizado para obtener piezas finales deben realizarse 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, mayor el desgaste de herramienta (menor productividad). En condición A, pruebas de torneado en bruto (ap=1,5mm; f=0,25mm/rev) en barras estiradas mostraron que la velocidad de corte para desgaste de flanco 0,15mm en 15 min con herramienta STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 es ~145 m/min, mientras que UGIMA®4542 (17-4 PH con maquinabilidad mejorada) es ~160 m/min. Según la operación, la productividad de mecanizado de UGI®15-5 PH AIR es 10-30% menor que UGIMA® 4542.
Tratamiento térmico	Los tratamientos térmicos en UGI®15-5PH AIR constan de dos etapas: Austenitización: Recocido de solución 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 agrietamiento por temple. Envejecimiento: Tratamientos de envejecimiento tras el tratamiento de solución para precipitar fases ricas en Cu y ajustar propiedades mecánicas. Tras el envejecimiento, el material está en condición de solución y envejecido (condición H). Los envejecimientos pueden realizarse entre 480°C (condición H900) y 620°C (condición H1150). La condición H900 corresponde al pico de endurecimiento. Para temperaturas superiores, la dureza/resistencia disminuye por crecimiento de 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 por 2 horas + envejecimiento a 620°C por 4 horas. Propiedades resultantes: Rm=780 MPa, Rp0,2=710 MPa, HRC<32, significativamente menor que condición A. Tabla de condiciones de tratamiento térmico: Cond A: Recocido 1030/1050°C H900: Recocido 1030/1050°C enfriamiento aire/aceite + endurecimiento 1h a 480°C/enfriamiento aire H925: Recocido 1030/1050°C enfriamiento aire/aceite + endurecimiento 4h a 495°C/enfriamiento aire H1025: Recocido 1030/1050°C enfriamiento aire/aceite + revenido 4h a 550°C, enfriamiento aire H1075: Recocido 1030/1050°C enfriamiento aire/aceite + revenido 4h a 580°C, enfriamiento aire H1100: Recocido 1030/1050°C enfriamiento aire/aceite + revenido 4h a 590°C, enfriamiento aire H1150: Recocido 1030/1050°C enfriamiento aire/aceite + revenido 4h a 620°C, enfriamiento aire
Conformado en caliente	UGI®15-5 PH AIR es apto para forja. El recalentamiento debe realizarse entre 1150 y 1200°C, forja entre 1200°C y 950°C. El enfriamiento tras forja debe ser en aire o aceite. Las piezas obtenidas deben tratarse térmicamente (recocido de solución y eventual envejecimiento).
Otros	Inspección por partículas magnéticas y macrográfica. UGI®15-5 PH AIR cumple AMS 2300: Clasificación Frecuencia/Severidad 0/0. Macroestructura conforme a AMS 5659: clases 1 a 4 generalmente severidad A según ASTM A604. Productos disponibles: Barra redonda: Acabado torneado liso, tolerancia k12-k13, 22-115 mm Barra redonda: Pelada y pulida, tolerancia h11-h10-h9, 22-115 mm Otros productos: consultar al proveedor
Tratamiento de superficie	Procedimiento de decapado: UGI®15-5 PH AIR se decapa igual que acero grado 630. Si es necesario, se recomienda el siguiente tratamiento de descontaminación (ej. para eliminar partículas de hierro): 1/4 volumen ácido nítrico 52% (36° Baumé), 3/4 volumen agua, temperatura ambiente, duración adaptada, lavado cuidadoso al finalizar. Nota: La resistencia a la corrosión depende de muchos factores: composición atmósfera corrosiva (concentración cloruros, agentes oxidantes, temperatura, pH, agitación), y preparación del material (superficies libres de partículas metálicas, acabado, pulido). Deben tomarse precauciones en pruebas como niebla salina (ISO 9227): evitar etiquetas que puedan causar escorrentías corrosivas.
Soldadura	UGI®15-5 PH AIR puede soldarse sin precalentamiento, usando la mayoría de técnicas: GMAW o GTAW (con/sin hilo aporte), LÁSER, resistencia, haz de electrones. Si las características mecánicas de la zona soldada deben igualar al metal base, usar hilo homogéneo (AWS E/ER 630) y realizar tratamiento post-soldadura de endurecimiento por precipitación. Si no es necesario igualar propiedades, usar hilo ER308LSi (19 9 L Si). Si no se hace endurecimiento por precipitación tras soldar, un alivio de tensiones a 250/300°C puede aumentar tenacidad de ZAT y evitar riesgo de agrietamiento en frío por microestructura martensítica. El diseño de soldadura debe permitir el cuidado requerido en aceros de alto límite elástico: evitar entalles 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.

AA 2219 T6: Aleación de Aluminio de Alta Resistencia para Aplicaciones a Alta Temperatura UGI® 4545 AIR H925 – Acero inoxidable martensítico de endurecimiento por precipitación grado aeroespacial

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