Acero inoxidable 15-5 PH: Propiedades y aplicaciones clave

El acero inoxidable 15-5 PH es un acero inoxidable de endurecimiento por precipitación que combina alta resistencia y resistencia a la corrosión con una buena fabricabilidad. Clasificado como acero inoxidable martensítico , contiene cantidades significativas de cromo y níquel, además de cobre, lo que mejora su respuesta al endurecimiento. Los principales elementos de aleación incluyen:

• Cromo (Cr) : Proporciona resistencia a la corrosión y contribuye a la dureza del acero.
• Níquel (Ni) : Mejora la tenacidad y la ductilidad, mejorando el rendimiento general del acero.
• Cobre (Cu) : Ayuda en el endurecimiento por precipitación, aumentando la resistencia sin comprometer la resistencia a la corrosión.

Características y propiedades

15-5 PH presenta varias características notables:

• Alta resistencia : alcanza una alta resistencia a la tracción y al rendimiento, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes.
• Resistencia a la corrosión : ofrece una excelente resistencia a una variedad de entornos corrosivos, incluidas las condiciones atmosféricas y algunos entornos ácidos.
• Buena fabricabilidad : se puede mecanizar y soldar fácilmente, lo que resulta ventajoso en los procesos de fabricación.

Ventajas y limitaciones

Ventajas	Contras
Alta relación resistencia-peso	Rendimiento limitado a altas temperaturas
Excelente resistencia a la corrosión	Puede requerir tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Buena maquinabilidad y soldabilidad	Mayor costo en comparación con otros aceros inoxidables.

Históricamente, el 15-5 PH se ha utilizado ampliamente en la industria aeroespacial, el procesamiento químico y otras industrias donde la alta resistencia y la resistencia a la corrosión son cruciales. Su posición en el mercado es sólida, especialmente en aplicaciones que requieren una combinación de propiedades mecánicas y resistencia a entornos hostiles.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	S15500	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 630
AISI/SAE	15-5 PH	EE.UU	Grado de endurecimiento por precipitación
ASTM	A564	EE.UU	Especificación para aceros inoxidables endurecidos por precipitación
ES	1.4545	Europa	Propiedades similares pero pueden tener ligeras diferencias de composición.
JIS	SUS630	Japón	Grado comparable con pequeñas diferencias

Las diferencias entre estos grados equivalentes suelen residir en sus composiciones y propiedades mecánicas específicas, lo que puede afectar su rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, si bien UNS S15500 y AISI 630 son similares, ligeras variaciones en el contenido de níquel y cobre pueden influir en la resistencia a la corrosión y la solidez.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
Cromo (Cr)	15.0 - 17.5
Níquel (Ni)	3.0 - 5.0
Cobre (Cu)	3.0 - 5.0
Manganeso (Mn)	1.0 máximo
Silicio (Si)	1.0 máximo
Carbono (C)	0,07 máximo
Fósforo (P)	0,04 máximo
Azufre (S)	0,03 máximo

La función principal del cromo es mejorar la resistencia a la corrosión, mientras que el níquel mejora la tenacidad y la ductilidad. El cobre desempeña un papel crucial en el proceso de endurecimiento por precipitación, aumentando significativamente la resistencia del acero sin comprometer su resistencia a la corrosión.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (unidades métricas - SI)	Valor/rango típico (unidades imperiales)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Recocido	Temperatura ambiente	930 - 1.100 MPa	135 - 160 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Recocido	Temperatura ambiente	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Recocido	Temperatura ambiente	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Dureza (Rockwell)	Recocido	Temperatura ambiente	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	Templado y revenido	-40°C	40 J	29,5 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de alta resistencia a la tracción y al límite elástico hace que el 15-5 PH sea adecuado para aplicaciones que requieren integridad estructural bajo carga mecánica. Sus buenos valores de elongación indican que puede soportar la deformación sin fracturarse, lo cual es esencial en aplicaciones dinámicas.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (Unidades métricas - SI)	Valor (Unidades Imperiales)
Densidad	Temperatura ambiente	7,8 g/cm³	0,283 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1.400 - 1.500 °C	2552 - 2732 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	16 W/m·K	92 BTU·pulgada/pie²·h·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,73 µΩ·m	0,0000013 Ω·pulgada

Su densidad de 15-5 PH lo convierte en una opción ligera para aplicaciones donde la reducción de peso es crucial. Su conductividad térmica es moderada, lo cual resulta beneficioso en aplicaciones donde se requiere disipación de calor, mientras que su capacidad calorífica específica indica una buena estabilidad térmica.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3,5%	25 °C/77 °F	Bien	Riesgo de picaduras
Ácido sulfúrico	10%	25 °C/77 °F	Justo	Susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión
Ácido acético	5%	25 °C/77 °F	Excelente	Resistente a la corrosión localizada
Atmosférico	-	-	Excelente	Bueno para aplicaciones al aire libre.

El acero 15-5 PH presenta una excelente resistencia a la corrosión atmosférica y es apto para entornos marinos. Sin embargo, es susceptible a la corrosión por picaduras en entornos con alto contenido de cloruro y al agrietamiento por corrosión bajo tensión en presencia de ácido sulfúrico. En comparación con aceros inoxidables como el 304 y el 316, el acero 15-5 PH ofrece una resistencia superior, pero puede presentar menor resistencia a ciertos agentes corrosivos, especialmente en entornos con alto contenido de cloruro.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	300°C	572°F	Adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	400°C	752°F	Puede soportar exposición a corto plazo a temperaturas más altas.
Temperatura de escala	600°C	1112 °F	Comienza a perder propiedades mecánicas.

A temperaturas elevadas, el pH 15-5 mantiene una buena resistencia a la oxidación, pero puede experimentar una reducción de sus propiedades mecánicas. Se debe tener cuidado en aplicaciones que impliquen una exposición prolongada a altas temperaturas, ya que esto puede reducir la resistencia y provocar la formación de incrustaciones.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
TIG	ER 630	Argón	Se recomienda precalentar
MIG	ER 630	Argón	Puede ser necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura.

El acero 15-5 PH generalmente se considera soldable, pero el precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura suelen ser necesarios para evitar el agrietamiento y garantizar propiedades mecánicas óptimas. El uso de metales de aporte adecuados es crucial para mantener la resistencia a la corrosión y la solidez en la zona de soldadura.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	[15-5 PH]	[AISI 1212]	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60%	100%	Requiere velocidades de corte más lentas
Velocidad de corte típica (torneado)	30 metros por minuto	50 metros por minuto	Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

La maquinabilidad es moderada y, si bien se puede mecanizar de manera efectiva, se recomiendan velocidades de corte más lentas y herramientas especializadas para lograr resultados óptimos y evitar el desgaste de la herramienta.

Formabilidad

El 15-5 PH puede conformarse en frío, pero sus características de endurecimiento por acritud pueden limitar el grado de deformación. El conformado en caliente también es posible, pero se debe tener cuidado para evitar temperaturas excesivas que podrían provocar la pérdida de propiedades mecánicas.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido en solución	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	1 hora	Aire fresco	Disuelve los precipitados
Envejecimiento	480 - 620 °C / 896 - 1148 °F	4 - 8 horas	Aire fresco	Aumenta la resistencia mediante endurecimiento por precipitación.

El proceso de tratamiento térmico consiste en un recocido por solución seguido de un envejecimiento, lo que mejora la resistencia del acero mediante la formación de precipitados finos. Este proceso altera significativamente la microestructura, lo que resulta en mejores propiedades mecánicas.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección (breve)
Aeroespacial	Componentes de aeronaves	Alta resistencia, resistencia a la corrosión.	Crítico para la seguridad y el rendimiento
Procesamiento químico	Cuerpos de válvulas	Resistencia a la corrosión	Esencial para entornos hostiles
Petróleo y gas	Ejes de bomba	Alta resistencia, tenacidad.	Requerido para condiciones exigentes
Dispositivos médicos	instrumentos quirúrgicos	Biocompatibilidad, resistencia a la corrosión.	La seguridad y la fiabilidad son primordiales

Otras aplicaciones incluyen:

• • Hardware marino
• • Equipos de procesamiento de alimentos
• • Componentes automotrices

15-5 PH se elige para aplicaciones que requieren una combinación de alta resistencia y resistencia a la corrosión, particularmente en entornos donde la integridad mecánica es crítica.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	[15-5 PH]	[AISI 304]	[AISI 316]	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Fuerza moderada	Fuerza moderada	15-5 PH ofrece una resistencia superior
Aspecto clave de la corrosión	Bueno en muchos entornos.	Excelente en la mayoría	Excelente en cloruros	15-5 PH puede corroerse en cloruros
Soldabilidad	Moderado	Bien	Bien	15-5 PH requiere un manejo cuidadoso
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Bien	15-5 PH es menos mecanizable
Formabilidad	Moderado	Bien	Bien	15-5 PH es menos moldeable
Costo relativo aproximado	Más alto	Moderado	Moderado	El costo refleja los beneficios del rendimiento
Disponibilidad típica	Moderado	Alto	Alto	15-5 PH es menos común

Al seleccionar el acero 15-5 PH, se deben considerar su rentabilidad, disponibilidad y requisitos específicos de rendimiento. Si bien puede ser más caro que otros aceros inoxidables, su combinación única de propiedades suele justificar la inversión, especialmente en aplicaciones de alto rendimiento. La seguridad y la fiabilidad son fundamentales en industrias como la aeroespacial y la médica, donde las propiedades del acero 15-5 PH pueden influir significativamente en el rendimiento y la durabilidad.

En resumen, el acero inoxidable 15-5 PH es un material versátil que se destaca en aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia a la corrosión, lo que lo convierte en la opción preferida en entornos exigentes.