Diagrama de Schaeffler y sus usos prácticos

¿Qué es el diagrama de Schaeffler?

El diagrama de Schaeffler es una herramienta importante para predecir la constitución de su depósito de soldadura de acero inoxidable. Dependiendo de los elementos de aleación que contenga, el diagrama de Schaeffler proporciona información sobre las distintas fases (estructuras) presentes.
La ferrita es importante para evitar el agrietamiento en caliente durante el enfriamiento debido a la soldadura de aceros inoxidables austeníticos. Los ‘diagramas de constitución’ se utilizan para predecir los niveles de ferrita a partir de la composición comparando los efectos de los elementos estabilizadores de austenita y ferrita. El diagrama de Schaeffler es el método original de predecir los equilibrios de fase en soldaduras de acero inoxidable austenítico.

El equivalente de cromo (dibujado en la línea horizontal) se calcula a partir del porcentaje en peso de los elementos formadores de ferrita (Cr, Si, Mo, Nb, W) y el equivalente de níquel (dibujado en la línea vertical) se calcula a partir del porcentaje en peso de elementos formadores de austenita (C, Ni, Mn, Cu, N). La posición en el diagrama de Schaeffler definida por los equivalentes de Cr y Ni da las proporciones de martensita, austenita y ferrita en la microestructura resultante.

Leer más sobre los diagramas de constitución:

  1. Diagrama de Delong y sus usos prácticos.
  2. Diagrama de la CMR-1992 y sus usos prácticos.
Figura 1. Microestructuras trazadas en el diagrama de Schaeffler

Se puede utilizar un diagrama de Schaeffler para representar el efecto de la proporción de dos elementos (y por lo tanto la composición de la aleación) sobre la estructura obtenida después de un enfriamiento rápido de 1050 ° C a temperatura ambiente.
La siguiente figura muestra que el cromo es un estabilizador de ferrita y el níquel es un estabilizador de austenita. Este diagrama muestra los límites de las fases austenítica, ferrítica y martensítica en relación al equivalente de cromo y níquel, calculados mediante estas expresiones:

• Equivalente de Cr = (Cr) +2 (Si) +1.5 (Mo) +5 (V) +5.5 (Al) +1.75 (Nb) +1.5 (Ti) +0.75 (W)
• Equivalente de Ni = (Ni) + (Co) +0.5 (Mn) +0.3 (Cu) +25 (N) +30 (C)

con todas las concentraciones expresadas en porcentajes en peso.

El diagrama de Schaeffler es una herramienta importante para predecir la constitución de soldaduras de acero austenítico Cr-Ni con contenidos de carbono de hasta 0,12%. Sin embargo, no permite la determinación de la composición y el volumen de la fase carburo. Además, para un contenido de carbono inferior al 0,12%, la concordancia de las predicciones con el sistema real se reduce debido al consumo de carbono por el proceso de formación de carburo.
El diagrama de Schaeffler es especialmente adecuado para soldar metales con el fin de predecir la estructura final del depósito. A continuación, el diagrama de Schaeffler muestra las posiciones de varios consumibles de soldadura con su respectiva microestructura de depósito de soldadura.

Figura 2. Metalurgia de electrodos de soldadura más común en el diagrama de Schaeffler

Un ejemplo práctico de diagrama de Schaeffler para soldaduras diferentes

Como aprendimos, la posición del material en el diagrama de Schaeffler se determina a partir de sus equivalentes de cromo y níquel de los materiales base, y luego se dibuja una línea recta entre los puntos obtenidos por estos Creq & Nieq.

De manera similar, la posición del material de relleno propuesto se traza en función de su química. Al soldar uniones simétricas (por ejemplo, ranura V / U / J simple o doble con ángulos de bisel iguales, se puede considerar que las superficies de fusión del material base se fundirán más o menos por igual en ambos niveles. Ahora, una línea recta puede ser trazada entre la posición del material de relleno y el centro de la línea entre los materiales de base. En general, alrededor del 20-40% del material de relleno será ‘diluido’ por el material de base fundido, con el resultado de que la estructura del El metal de soldadura será el indicado por un punto aproximadamente del 20 al 40% del camino a lo largo de la línea desde la posición del material de relleno. Si esta estructura es adecuada, entonces se puede usar el material de relleno propuesto. Si no es adecuado,repita el procedimiento anterior para un relleno que tenga una composición diferente.

El diagrama de Schaeffler en la Figura anterior representa un ejemplo de lo anterior para el caso de un acero de baja aleación de grado C15 (EN 1.0401), (A), que se suelda a acero inoxidable AISI 304 (1.4301), (B), utilizando ER309LMo (ER 23 12 2 L) hilo de relleno (D). Esto da una estructura de metal de soldadura como se muestra en el punto E, es decir, austenita con aproximadamente un 10% de ferrita.

Las composiciones químicas de los tres materiales anteriores en la discusión se dan a continuación:

Composición química% de acero C15 (1.0401): EN 10277-2-2008

CSiMinnesotaPAGS
0,12 – 0,18máx. 0,40,3 – 0,8máx. 0,045máx. 0,045

             Composición química% de acero X5CrNi18-10 (1.4301): EN 10088-2-2005

CSiMinnesotaNiPAGSCrnorte
máx. 0,07máximo 1máximo 28 – 10,5máx. 0,045máx 0.01517,5 – 19,5máx 0.11

Composición química% del grado 309LMo (309LMo)

CSiMinnesotaNiPAGSCrMesCu
máx. 0,03máx. 0,651 – 2,512 – 14máx. 0,03máx. 0,0323 – 252-3máximo 0,75