ES2639840T3

ES2639840T3 - Aleaciones de acero resistentes a golpes aptas para endurecimiento al aire, métodos de fabricación de las aleaciones y artículos que incluyen las aleaciones

Info

Publication number: ES2639840T3
Application number: ES12816538.8T
Authority: ES
Inventors: Njall Stefansson; Bradley Hasek; Ronald E. Bailey; Thomas Parayil; Andrew Nichols
Original assignee: ATI Properties LLC
Current assignee: ATI Properties LLC
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2017-10-30
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: US9657363B2; IL229698A0; AU2016238855B2; MX2013014952A; RU2612105C2; DK2721189T3; BR112013032196A2; BR112013032196B1; HK1191066A1; AU2012316696B2; PT2721189T; ZA201309363B; EP2721189A2; CA2837596A1; AU2012316696A1; JP6158794B2; IL229698B; MX351051B; KR20140039282A; CN103608480A

Abstract

Una aleación de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada que comprende, en porcentaje en peso: del 0,18 al 0,26 de carbono; del 3,50 al 4,00 de níquel; del 1,60 al 2,00 de cromo; del 0 hasta el 0,50 de molibdeno; del 0,80 al 1,20 de manganeso; del 0,25 al 0,45 de silicio; del 0 a menos del 0,005 de titanio; del 0 a menos del 0,020 de fósforo; del 0 hasta el 0,005 de boro; del 0 hasta el 0,003 de azufre; y el resto hierro e impurezas accidentales. en la que el acero apto para endurecimiento al aire y atemperado se ha sometido a atemperado por medio de calentamiento del acero apto para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 ºF (149 ºC) a 450 ºF (232 ºC), y en la que la aleación de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 467 HBW como se mide de acuerdo con la especificación ASTM E10-10.

Description

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DESCRIPCION

Aleaciones de acero resistentes a golpes aptas para endurecimiento al aire, metodos de fabricacion de las aleaciones y articulos que incluyen las aleaciones

Antecedentes de la tecnologfa

Campo de la tecnologfa

La presente divulgacion va destinada al campo de las aleaciones de acero resistentes a golpes aptas para endurecimiento al aire y articulos que incluyen dichas aleaciones.

Descripcion de los antecedentes de la tecnologfa

La presente divulgacion se refiere a aleaciones novedosas de acero aptas para endurecimiento al aire que exhiben resistencia, dureza y tenacidad favorables. Las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion se pueden usar, por ejemplo, para proporcionar proteccion frente a golpes y/o explosiones para estructuras y vehiculos, y tambien se pueden incluir en diversos otros articulos de fabricacion. La presente divulgacion ademas se refiere a metodos de procesado de determinadas aleaciones de acero que mejoran la resistencia frente a la fragmentacion y la deformacion dinamica y residual asociadas a los eventos de explosiones.

Los materiales actuales usados para la proteccion frente a golpes o explosiones son predominantemente aceros para Armadura Homogeneos Laminados de Clase 2 (RHA), bajo la especificacion militar de Estados Unidos MIL- DTL-12506J, y otros aceros dulces destinados para uso en zonas en las que se precisa maxima resistencia a tasas elevadas de carga de impacto y en las que la resistencia a la penetracion por municion de penetracion de armaduras resulta de importancia secundaria. Los aceros RHA de Clase 2 se templan y atemperan en agua hasta una dureza maxima de 302 HBW (Numero de Dureza de Brinell) para conferir ductilidad y resistencia frente a impactos. Esta clase de aceros RHA, por tanto, va destinada principalmente a uso como proteccion frente a minas terrestres anti- tanque, granadas de mano, protectores para explosiones y otras armas que producen explosiones. Los aceros de RHA de Clase 2 especificados de acuerdo con MIL-DTL-12560J, y otros aceros dulces, no obstante, normalmente carecen de elevada resistencia y dureza para resistir, de forma significativa, la fragmentacion y deformacion dinamica y residual asociadas a los eventos de explosiones.

Normalmente, los aceros RHA de Clase 2 permiten aceros de carbono de baja aleacion que logran sus propiedades por medio de tratamiento termico (austenizacion), templado en agua y atemperado. El templado en agua puede resultar desventajoso ya que puede tener como resultado una excesiva distorsion y la generacion de tension residual en el acero. Los aceros templados en agua tambien pueden exhibir grandes zonas afectadas por el calor (HAZ) tras la soldadura. Ademas, los aceros templados en agua requieren un tratamiento termico adicional tras la conformacion en caliente, seguido de templado en agua y atemperado para restaurar las propiedades mecanicas deseadas.

Por consiguiente, resultaria ventajoso proporcionar una aleacion de acero que exhiba mayor resistencia y elevada ductilidad y tenacidad, en comparacion con los aceros de carbono de baja aleacion RHA de Clase 2, que pueden lograr propiedades mecanicas deseadas necesarias para reducir la deformacion residual y dinamica que tiene lugar durante el evento de explosion, y eliminar o reducir los problemas asociados al templado en agua de los materiales de RHA de Clase 2.

Sumario

La invencion proporciona una aleacion de acero atemperada apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la reivindicacion 1 de las reivindicaciones adjuntas. La invencion ademas proporciona un metodo de tratamiento termico de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada de acuerdo con la reivindicacion 14 de las reivindicaciones adjuntas. De acuerdo con un aspecto de la presente divulgacion, la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada, comprende en porcentaje en peso: de 0,18 a 0,26 de carbono; de 3,50 a 4,00 de niquel; de 1,60 a 2,00 de cromo; de 0 hasta 0,50 de molibdeno; de 0,80 a 1,20 de manganeso; de 0,25 a 0,45 de silicio; de 0 a menos de 0,005 de titanio; de 0 a menos de 0,020 de fosforo; de 0 hasta 0,005 de boro; de 0 hasta 0,003 de azufre; hierro e impurezas accidentales. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 467 HBW.

De acuerdo con otro aspecto no limitante de la presente divulgacion, un articulo de fabricacion comprende una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de acuerdo con la presente divulgacion. Dicho articulo de fabricacion se puede escoger entre, o puede incluir, un articulo escogido entre, por ejemplo, una armadura de acero, un casco protector frente a explosiones, un casco con forma de V protector frente a explosiones, un blindaje de vehiculo protector frente a explosiones y una cubierta de proteccion frente a explosiones.

De acuerdo con otro aspecto de la presente divulgacion, un metodo de tratamiento termico de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada comprende:

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proporcionar una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada; tratar termicamente por atemperado la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 12 horas a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C); y enfriar al aire la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada hasta temperatura ambiente.

Breve descripcion de los dibujos

Determinadas caracterlsticas y ventajas de las realizaciones no limitantes de los metodos descritos en la presente memoria se comprenderan mejor haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La Figura 1 es un diagrama de flujo de una realizacion no limitante de acuerdo con la presente divulgacion de un metodo de tratamiento termico de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada.

La Figura 2 es un diagrama de dureza de Brinell como funcion del contenido de carbono para determinadas realizaciones no limitantes de aleaciones de acero de acuerdo con la presente divulgacion.

La Figura 3 es un diagrama de dureza de Brinell como funcion del contenido de carbono y tratamiento termico por atemperado para determinadas realizaciones no limitantes de las aleaciones de acero de acuerdo con la presente divulgacion;

la Figura 4 es un diagrama de dureza de Brinell como funcion del contenido de carbono para determinadas realizaciones no limitantes de aleaciones de acero de acuerdo con la presente divulgacion, incluyendo muestras de lingotes a escala de laboratorio;

la Figura 5 es un diagrama de dureza de Brinell como funcion del contenido de carbono y tratamiento termico de atemperado para determinadas realizaciones no limitantes de aleaciones de acero de acuerdo con la presente divulgacion, incluyendo muestras de lingotes a escala de laboratorio;

la Figura 6 es un diagrama de diversas propiedades de traccion como funcion del contenido de carbono para determinadas realizaciones no limitantes de aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion y para una muestra de una plancha de aleacion de ATI-500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor; y

la Figura 7 es un diagrama de valores de tenacidad en probeta entallada-v de Charpy determinada a -40 °C como funcion del contenido de carbono para determinadas realizaciones de aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion y para una muestra de una plancha de aleacion de ATI-500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor.

El lector apreciara los siguientes detalles, as! como otros, tras considerar la siguiente descripcion detallada de determinadas realizaciones no limitantes de aleaciones, artlculos de fabricacion, y metodos de acuerdo con la presente divulgacion.

Descripcion detallada de determinadas realizaciones no limitantes

Debe comprenderse que se han simplificado determinadas descripciones de las realizaciones divulgadas en la presente memoria para ilustrar unicamente esos elementos, caracterlsticas, y aspectos que resulten relevantes para una comprension clara de las realizaciones divulgadas, al tiempo que se eliminan, por motivos de claridad, otros elementos, caracterlsticas y aspectos. Las personas expertas en la tecnica, tras considerar la presente descripcion de las realizaciones divulgadas, reconoceran que otros elementos y/o caracterlsticas pueden resultar deseables en una implementacion o aplicacion particular de las realizaciones divulgadas. No obstante, debido a que las personas expertas en la tecnica, tras considerar la presente descripcion de las realizaciones divulgadas, pueden identificar e implementar otros elementos y/o caracterlsticas de forma sencilla, y por tanto no resultan necesarios para una completa comprension de las realizaciones divulgadas, no se proporciona en la presente memoria una descripcion de dichos elementos y/o caracterlsticas. Como tal, debe comprenderse que la descripcion explicada en la presente memoria es simplemente a modo de ejemplo e ilustrativa de las realizaciones divulgadas y no se pretende que limite el alcance de la invencion tal y como se define unicamente por medio de las reivindicaciones.

Tambien, cualquier intervalo numerico citado en la presente memoria se pretende que incluya todos los sub- intervalos subsumidos en el mismo. Por ejemplo, se pretende que un intervalo de "1 a 10" incluya todos los sub- intervalos entre (e incluyendo) el valor mlnimo citado de 1 y el valor maximo citado de 10, es decir, que tenga un valor mlnimo igual o mayor que 1 y un valor maximo igual o menor que 10. Se pretende que cualquier limitacion numerica maxima citada en la presente memoria incluya todas las limitaciones numericas inferiores subsumidas en la misma y cualquier limitacion numerica maxima citada en la presente memoria incluya todas las limitaciones numericas superiores subsumidas en la misma. Por consiguiente, los solicitantes se reservan el derecho para

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modificar la presente divulgacion, incluyendo las reivindicaciones, para citar expresamente cualquier sub-intervalo subsumido dentro de los intervalos citados de forma expresa en la presente memoria.

Se pretende que los artlculos gramaticales "un", "uno", "una", "el" y "la", tal y como se usan en la presente memoria, incluyan "al menos un" o "uno o mas", a menos que se indique lo contrario. De este modo, los artlculos se usan en la presente memoria para hacer referencia a uno o mas de uno (es decir, a al menos uno) de los objetos gramaticales del artlculo. A modo de ejemplo, "un componente" significa uno o mas componentes, y de este modo, posiblemente, se contempla mas de un componente y se puede emplear o usar en una implementacion de las realizaciones descritas.

Cualquier patente, publicacion u otro material de divulgacion que se dice que se incorpora, en su totalidad o en parte, por medio de referencia en la presente memoria, se incorpora unicamente en el sentido de que el material incorporado no entre en conflicto con las definiciones existentes, afirmaciones, u otro material de la divulgacion explicado en la presente divulgacion. Como tal, y en el sentido necesario, la divulgacion que se explica en la presente memoria reemplaza cualquier material de conflicto incorporado por referencia en la presente memoria. Cualquier material o parte del mismo, que se dice que se incorpora por referencia en la presente memoria, pero que entra en conflicto con las definiciones existentes, afirmaciones u otro material de divulgacion explicado en la presente memoria se incorpora unicamente en el sentido de que no surja contacto alguno entre ese material incorporado y el material de divulgacion existente.

La presente divulgacion incluye descripciones de diversas realizaciones. Debe entenderse que todas las realizaciones descritas en la presente memoria son a modo de ejemplo, ilustrativas y no limitantes. De este modo, la invencion no se encuentra limitada por la descripcion de diversas realizaciones no limitantes, ilustrativas y a modo de ejemplo. En lugar de ello, la invencion se define unicamente por medio de las reivindicaciones, que se pueden modificar para citar cualesquiera caracterlsticas, de forma expresa o inherente, descritas, o de forma expresa o inherente, apoyadas por la presente divulgacion.

Los aspectos de la presente divulgacion incluyen las realizaciones no limitantes de aleaciones de acero de tenacidad media, dureza media, alta resistencia y aptas para endurecimiento al aire, en comparacion con determinadas aleaciones conocidas de acero aptas para endurecimiento al aire, y artlculos fabricados a partir de, o que incluyen, las aleaciones de acero. Un aspecto de las realizaciones de las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion es que mientras que las aleaciones son auto-atemperantes, se determino que llevando a cabo una etapa adicional de atemperado por tratamiento termico en un intervalo de temperaturas de aproximadamente 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), tras austenizacion y enfriamiento al aire, se proporciona a las aleaciones un mayor llmite elastico sin reducir la tenacidad frente a la fractura y la ductilidad de las aleaciones. La observacion de que el llmite elastico de las aleaciones aumento sin afectar negativamente a la ductilidad o tenacidad frente a la fractura resulto sorprendente, inesperada y contra-intuitiva, teniendo en cuenta que las aleaciones de acero atemperadas y templadas de forma convencional que incluyen un contenido de carbono comparable normalmente exhiben menor resistencia junto con mayor ductilidad y tenacidad frente a la fractura tras el atemperado.

Los ejemplos de artlculos de fabricacion que podrlan beneficiarse de la conformacion a partir de, o incluir, realizaciones de aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion incluyen planchas de acero de armadura para explosiones para vehlculos o estructuras. Otros artlculos de fabricacion que se podrlan beneficiar de la conformacion a partir de, o incluir, las realizaciones de las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion resultaran evidentes a partir de la consideracion de la siguiente descripcion adicional de las realizaciones.

Tal y como se usa en la presente memoria, una "aleacion de acero apta para endurecimiento al aire" y un "acero apto para endurecimiento al aire" se refieren a una aleacion de acero que no requiere templado en un llquido para lograr la dureza deseada. En lugar de ello, el endurecimiento se puede lograr unicamente en una aleacion de acero endurecida al aire por medio de enfriamiento a partir de temperatura elevada en aire. Tal y como se usa en la presente memoria, "endurecimiento al aire" se refiere al enfriamiento de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion en aire para lograr la dureza deseada. La dureza deseada dentro del intervalo de aproximadamente 350 HBW a aproximadamente 460 HBW se puede lograr por medio de endurecimiento al aire de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion. Debido a que las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire no requieren templado en llquidos para lograr la dureza deseada, los artlculos que incluyen aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire, tales como, por ejemplo, las planchas de aleacion de acero aptas para endurecimiento al aire, no se someten al grado de distorsion y alabeo que puede tener lugar cuando las aleaciones sometidas a templado en llquidos reducen rapidamente su temperatura. Las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion se pueden procesar usando tecnicas convencionales de tratamiento termico, tales como austenizacion, y posteriormente se pueden enfriar al aire, y opcionalmente se pueden atemperar, para formar una plancha de armadura de acero homogenea u otro artlculo, sin necesidad de tratamiento termico adicional y/o templado en llquidos del artlculo para lograr la dureza deseada.

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Tal y como se usa en la presente memoria, "austenizar" se refiere al calentamiento de un acero hasta una temperatura por encima del intervalo de transformacion de manera que la fase de hierro del acero consista esencialmente en una microestructura de austenita. Normalmente, una "temperatura de austenizacion" para una aleacion de acero es una temperatura por encima de 1200 °F (648,9 °C). Tal y como se usa en la presente memoria, "auto templado" se refiere a la tendencia de las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de la presente divulgacion para precipitar de forma parcial carbono a partir de fracciones de la fase de martensita formadas durante el enfriamiento al aire, formacion de una dispersion fina de carburos de hierro en una matriz de hierro-a, lo cual aumenta la tenacidad de la aleacion de acero. Tal y como se usa en la presente memoria, "templado" y "tratamiento termico por templado" se refiere al calentamiento de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion tras la austenizacion y el enfriamiento al aire de la aleacion, lo cual tiene como resultado un aumento del llmite elastico sin reducir la ductilidad y la tenacidad frente a la fractura de la aleacion. Tal y como se usa en la presente memoria, "homogeneizacion" se refiere a un tratamiento termico de aleacion aplicado para formar la qulmica y la microestructura de la aleacion sustancialmente coherente por toda la aleacion.

De acuerdo con una realizacion no limitante, la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion comprende, consiste esencialmente en, o consiste en, en porcentaje en peso: de 0,18 a 0,26 de carbono; de 3,50 a 4,00 de nlquel; de 1,60 a 2,00 de cromo; de 0 hasta 0,50 de molibdeno; de 0,80 a 1,20 de manganeso; de 0,24 a 0,45 de silicio; de 0 a menos de 0,005 de titanio; de 0 a menos de 0,020 de fosforo; de 0 hasta 0,005 de boro; de 0 hasta 0,003 de azufre; hierro e impurezas accidentales. En determinadas realizaciones no limitantes de una aleacion de acuerdo con la presente divulgacion, las impurezas accidentales consisten en elementos residuales que cumplen los requisitos de la Especificacion Militar de Estados Unidos MIL-DTL-12506J.

En determinadas realizaciones no limitantes de las aleaciones de acero de acuerdo con la presente divulgacion, los llmites maximos para determinadas impurezas accidentales incluyen, en porcentaje en peso: 0,25 de cobre; 0,03 de nitrogeno; 0,10 de circonio; 0,10 de aluminio; 0,01 de plomo; 0,02 de estano; 0,02 de antimonio; y 0,02 de arsenico. En otra realizacion no limitante de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion, el nivel de molibdeno esta en un intervalo de 0,40 a 0,50 por ciento en peso. Se ha apreciado que las adiciones de molibdeno pueden aumentar la resistencia y la resistencia frente a la corrosion de un acero apto para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion.

Tal y como se describe, tras la austenizacion y enfriamiento al aire, la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion exhibe una dureza de Brinell dentro del intervalo de 352 HBW a 460 HBW, tal y como se evalua de acuerdo con ASTM E10-10, "Standard Method for Brinell Hardness of Metallic Materials", ASTM International, West Conshohocken, Pa. Todos los valores de dureza de Brinell presentados en la presente descripcion se determinaron usando la tecnica descrita en la especificacion ASTM E10-10.

Tambien como se ha descrito, tras la austenizacion y el enfriamiento con aire, la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion tiene una dureza de Brinell dentro del intervalo de 352 HBW a 460 HBW; una resistencia a la traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.1641 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (912 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo de 14 % a 15 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 31 pie-libra (42 J) a 53 pie-libra (72 J).

Se llevo a cabo el ensayo de traccion presentado en la presente descripcion de acuerdo con ASTM E8/E8 M-09, "Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials". El ensayo en probeta entallada-v de Charpy se llevo a cabo de acuerdo con ASTM E2248-09, "Standard Test Method for Impact Testing of Miniaturized Charpy V- Notch Specimens". Como se sabe en la tecnica, el ensayo de impacto en probeta entallada-v de Charpy es un ensayo rapido de impacto de tasa de deformacion que mide la capacidad de la aleacion para absorber energla, proporcionando de este modo una medida de la tenacidad de la aleacion.

En una realizacion de la invencion, tras la austenizacion y el enfriamiento al aire de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire como se describe, para proporcionar a la aleacion una dureza de Brinell dentro del intervalo de 352 HBW a 460 HBW, la aleacion se atempera a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C) durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas (tiempo en el horno), dando como resultado un aumento de la dureza de Brinell de la aleacion de acero hasta el intervalo de 360 HBW a 467 HBW.

Tras la austenizacion y el enfriamiento al aire de una aleacion de acero apta para endurecimiento de acuerdo con la presente divulgacion para proporcionar una dureza dentro del intervalo de 352 HBW a 460 HBW y posterior atemperado de la aleacion durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), determinadas realizaciones de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire tienen una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 467 HBW; una resistencia de traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.641 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 175 ksi (1.207 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo de 14 % a 16 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 31 pie- libra (42 J) a 53 pie-libra (72 J).

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Un aspecto sorprendente e inesperado de acuerdo con la presente divulgacion es la observacion de que cuando se han sometido a austenizacion determinadas aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion, se han enfriado al aire, y se han auto atemperado, se someten adicionalmente a un tratamiento termico de atemperado durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), el llmite elastico de las aleaciones aumenta como mucho 20 %, sin reducir el estiramiento en porcentaje y la tenacidad frente a impactos en probeta entallada-v de Charpy determinada a -40 °C de las aleaciones. Como se ha explicado anteriormente, esta caracterlstica observada resulto sorprendente e inesperada al menos por el motivo de que las aleaciones de acero tradicionales atemperadas y templadas en agua que incluyen un contenido similar de carbono exhiben menor resistencia y mayor ductilidad y tenacidad frente a fracturas tras el atemperado.

De acuerdo con otra realizacion no limitante, una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion comprende, consiste esencialmente en, o consiste en, en porcentaje en peso: de 0,18 a 0,24 de carbono; de 3,50 a 4,00 de nlquel; de 1,60 a 2,00 de cromo; de 0 hasta 0,50 de molibdeno; de 0,80 a 1,20 de manganeso; de 0,25 a 0,45 de silicio; de 0 a menos de 0,005 de titanio; de 0 a menos de 0,020 de fosforo; de 0 hasta 0,005 de boro; de 0 hasta 0,003 de azufre; hierro; e impurezas accidentales. En determinadas realizaciones no limitantes de una aleacion de acuerdo con la presente divulgacion, las impurezas accidentales consisten en elementos residuales que cumplen los requisitos de la Especificacion Militar de Estados Unidos MIL-DTL-12506J. En determinadas realizaciones no limitantes de las aleaciones de acero de acuerdo con la presente divulgacion, los llmites maximos para determinadas impurezas accidentales incluyen, en porcentaje en peso: 0,25 de cobre; 0,03 de nitrogeno; 0,10 de circonio; 0,10 de aluminio; 0,01 de plomo; 0,02 de estano; 0,02 de antimonio; y 0,02 de arsenico. En otra realizacion no limitante de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion, el nivel de molibdeno se encuentra dentro del intervalo de 0,40 a 0,50 por ciento en peso. Se ha observado que las adiciones de molibdeno pueden aumentar la resistencia y la resistencia frente a la corrosion de un acero apto para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion.

Tras la austenizacion y el enfriamiento al aire, la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire tiene una dureza de Brinell dentro del intervalo de 352 HBW a 459 HBW; una resistencia de traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo de 14 % a 17 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 37 pie-libra (50 J) a 53 pie-libra (72 J).

Tras la austenizacion y el enfriamiento al aire de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion para proporcionar una dureza dentro del intervalo de 352 HBW a 459 HBW y posterior atemperado de la aleacion durante un tiempo de atemperado de 4 horas a 10 horas a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), determinadas realizaciones de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire tienen una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 459 HBW; una resistencia a la traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 158 ksi (1.089 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo de 15 % a 17 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 37 pie-libra (50 J) a 53 pie-libra (72 J).

Un aspecto sorprendente e inesperado de determinadas aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion es la observacion de que cuando las aleaciones de auto atemperado, aptas para endurecimiento al aire, enfriadas al aire y austenizadas de acuerdo con la presente divulgacion se someten de forma adicional a un tratamiento termico de atemperado durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), el llmite elastico de las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion, en una realizacion no limitante, aumenta en hasta 8 % y el estiramiento en porcentaje y la tenacidad frente a impacto en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C no disminuyen. Como se ha explicado anteriormente, esta caracterlstica observada resulto sorprendente e inesperada, teniendo en cuenta que las aleaciones de acero atemperadas y templadas en aguas que incluyen un contenido similar de carbono exhiben una resistencia menor y una mayor ductilidad y tenacidad frente a fracturas tras el atemperado.

De acuerdo con otra realizacion no limitante, una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion comprende, consiste esencialmente, o consiste en, en porcentaje en peso: de 0,18 a 0,21 de carbono; de 3,50 a 4,00 de nlquel; de 1,60 a 2,00 de cromo; de 0 hasta 0,50 de molibdeno; de 0,80 a 1,20 de manganeso; de 0,25 a 0,45 de silicio; de 0 a menos de 0,005 de titanio; de 0 a menos de 0,020 de fosforo; de 0 hasta 0,005 de boro; de 0 hasta 0,003 de azufre; hierro; e impurezas accidentales. En determinadas realizaciones no limitantes de una aleacion de acuerdo con la presente divulgacion, las impurezas accidentales consisten en elementos residuales que cumplen los requisitos de la Especificacion Militar de Estados Unidos MIL-DTL-12506J. En determinadas realizaciones no limitantes de las aleaciones de acero de acuerdo con la presente divulgacion, los llmites maximos para determinadas impurezas incluyen, en porcentaje en peso: 0,25 de cobre; 0,03 de nitrogeno; 0,10 de circonio; 0,10 de aluminio; 0,01 de plomo; 0,02 de estano; 0,02 de antimonio; y 0,02 de arsenico. En otra realizacion no limitante de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion, el nivel de molibdeno esta dentro del intervalo de 0,40 a 0,50 por ciento en peso. Se ha observado que

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las adiciones de molibdeno pueden aumentar la resistencia y la resistencia a la corrosion de un acero apto para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion.

En la presente realizacion, la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire exhibe una dureza de Brinell dentro del intervalo de 352 HBW a 433 HBW; una resistencia a la traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 208 ksi (1.434 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 142 ksi (979 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo de 16 % a 17 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 44 pie-libra (60 J) a 53 pie-libra (72 J).

Tras la austenizacion y el enfriamiento al aire de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion para proporcionar una dureza dentro del intervalo de 352 HBW a 433 HBW y posterior atemperado de la aleacion durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), determinadas realizaciones de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire tienen una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 433 HBW; una resistencia a la traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo de 15 % a 16 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 44 pie- libra (60 J) a 53 pie-libra (72 J).

Un aspecto sorprendente e inesperado de determinadas aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de la presente divulgacion es la observacion de que cuando las aleaciones de auto atemperado, aptas para endurecimiento al aire, enfriadas al aire y austenizadas de acuerdo con la presente divulgacion se someten de forma adicional a un tratamiento termico de atemperado durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), el llmite elastico de las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion, en una realizacion no limitante, aumenta en hasta 3 % y el estiramiento en porcentaje y la tenacidad frente a impacto en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C no disminuyen. Como se ha explicado anteriormente, esta observacion es contraria a lo observado con las aleaciones de acero atemperadas y templadas en agua con similar contenido de carbono, que muestran una disminucion de la resistencia y un aumento de la ductilidad y la tenacidad frente a roturas tras el atemperado.

Otro aspecto de acuerdo con la presente divulgacion va destinado a artlculos de fabricacion formados a partir de lo que comprenden una aleacion de acuerdo con la presente divulgacion. Debido a que las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire divulgadas en la presente memoria combinan elevada resistencia, dureza media y tenacidad, en comparacion con determinadas aleaciones de acero conocidas aptas para endurecimiento al aire, las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion se adaptan particularmente bien a la inclusion en artlculos tales como estructuras y vehlculos destinados a la proteccion frente a golpes y/o explosiones. Los artlculos de fabricacion que se pueden formar a partir de, o que incluyen, las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion incluyen, pero sin limitarse a, armaduras de acero, cascos protectores frente a explosiones, cascos con forma de V protectores frente a explosiones, blindajes para vehlculos de proteccion frente a explosiones y una cubierta protectora frente a explosiones.

Otro aspecto de la presente divulgacion va destinado a un metodo de tratamiento termico de una aleacion apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada. En referencia al diagrama de flujo de la Figura 1, una realizacion no limitante de un metodo (10) de acuerdo con la presente divulgacion incluye: proporcionar (12) una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada; tratamiento termico de atemperado (14) de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C) durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 12 horas (o de 4 horas a 10 horas); y enfriamiento al aire (16) de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada hasta temperatura ambiente. Un tratamiento de austenizacion es una tecnica conocida por los expertos en metalurgia y no precisa de discusion en detalle en la presente memoria. Las condiciones tlpicas de austenizacion incluyen, por ejemplo, calentar la aleacion de acero a una temperatura dentro del intervalo de 1400 °F (760 °C) a 1700 °F (927 °C) y mantener la aleacion a una temperatura durante un tiempo dentro del intervalo de aproximadamente 0,25 horas a aproximadamente 1 hora.

Se pretende que los ejemplos siguientes describan de forma adicional determinadas realizaciones no limitantes de acuerdo con la presente divulgacion, sin restringir el alcance de la presente invencion. Las personas expertas en la tecnica apreciaran que las variaciones de los siguientes ejemplos son posibles dentro del alcance de la invencion, que viene definido unicamente por las reivindicaciones.

Ejemplo 1

Se fabrico un lingote experimental ahusado de 4" x 4" x 10" (10,2 cm x 10,2 cm x 25,4 cm) que pesaba aproximadamente 50 libras (22,7 kg) por medio de fundicion mediante induccion de vaclo. La Tabla 1 lista la qulmica objetivo y real del lingote experimental y la qulmica real de un lingote de reserva de aleacion de ATI 500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor. La aleacion de ATI 500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor es una aleacion de acero

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de especialidad forjado comercialmente disponible que tiene una dureza dentro del intervalo de 477 HBW a 534 HBW, y se usa en aplicaciones de planchas para armaduras, y se encuentra disponible en ATI Defense, Washington, PA, Estados Unidos.

Tabla 1: Quimica de Lingote Experimental y Lingote de Reserva de Aleacion ATI 500-MIL®

: Quimica Objetivo de Lingote Exp. (% en peso) Quimica Real de Lingote Exp. (% en peso) Quimica Real de Lingote de Aleacion de ATI 500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor (% en peso)

C: 0,18 0,187 0,29

Ni: 3,75 3,72 3,72

Cr: 1,75 1,69 1,82

Mo: 0,40 0,39 0,30

Si: 0,35 0,40 0,27

Mn: 1,00 0,99 0,98

Al: No detectado 0,002

Ti: < 0,005 < 0,005 0,002

V: No detectado 0,01

Co: No detectado 0,08

Cu: No detectado 0,18

S: < 0,0006 0,002 0,0002

N: No detectado 0,0053

W: No detectado 0,026

Sn: No detectado 0,009

P: < 0,020 0,005 0,019

Fe: Equil. Equil. Equil.

Tras fundir el bano fundido experimental mostrado en la Tabla 1, se retiro la parte superior caliente y el material restante se homogeneizo por medio de calentamiento de la aleacion a 2050 °F (1121 °C) durante 4 horas (aproximadamente 1 hora por pulgada (2,54 cm) de espesor).

Ejemplo 2

Se cortaron en piezas pequenas el lingote experimental y el lingote de aleacion de ATI 500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor del Ejemplo 1, para fundicion en un horno de templado. Se combinaron diferentes relaciones de los dos metales en el horno para crear un bano fundido de "boton" de 2,5" de alto x 1,25" de diametro (6,35 cm de alto x 3,18 cm de diametro). Se prepararon 5 botones de este modo.

Los botones se homogeneizaron a 2050 °F (1121 °C) durante 1 hora y posteriormente se forjaron directamente a partir de muestras planas de espesor 1,25" (3,18 cm) de diametro a 0,25" de espesor (0,635 cm), que contribuyeron a eliminar la microestructura de colada y se conformaron para dar lugar a un producto labrado. Se permitio el enfriamiento de las muestras al aire tras el forjado. Se cortaron las partes a partir de cada boton para verificar la quimica. Las qulmicas medidas se muestran en la Tabla 2.

Tabla ^ 2: Quimica de boton y muestra de lingote (% en peso)

: C S Cr Mn Si Ni Mo P Ti Fe

Muestra 1: 0,22 0,002 1,80 1,00 0,34 3,79 0,38 0,015 < 0,005 Equil

Muestra 2: 0,24 0,003 1,80 1,00 0,34 3,80 0,38 0,016 < 0,005 Equil

Muestra 3: 0,23 0,002 1,81 0,99 0,33 3,78 0,38 0,017 < 0,005 Equil

Muestra 4: 0,23 0,002 1,81 1,00 0,34 3,79 0,38 0,017 < 0,005 Equil

Muestra 5: 0,20 0,002 1,79 0,99 0,36 3,76 0,40 0,017 < 0,005 Equil

Muestra 6: 0,18 0,003 1,78 0,99 0,37 3,78 0,42 0,010 < 0,005 Equil

Tras la quimica se cortaron las partes, sometiendose a austenizacion la parte restante de cada uno de los botones a 1600 °F (871 °C) durante 15 minutos y se permitio el enfriamiento al aire.

Se corto un segmento de 1" x 3" x 4" (2,54 cm x 7,62 cm x 10,2 cm) a partir de la pieza restante de 3" x 4" x 7" (7,62 cm x 10,2 cm x 17,8 cm) del lingote experimental. Este segmento se calento a 2050 °F (1121 °C) durante 1 hora y posteriormente se forjo directamente a partir de un espesor de 4" (10,2 cm) hasta una plancha de 2" de espesor (5,08 cm). Se calento la plancha hasta 1900 °F (1038 °C), se mantuvo la temperatura durante 1 hora, se lamino finalmente hasta una plancha de 1" (2,54 cm) de espesor y se permitio el enfriamiento al aire. Se tomo una muestra de quimica a partir de la plancha fria (Muestra 6) (quimica mostrada en la Tabla 2) y se sometio posteriormente la plancha a austenizacion a 1600 °F (871 °C) durante 1 hora y se permitio el enfriamiento al aire.

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Ejemplo 3

Se tomaron una medicion individual de dureza de Brinell y tres mediciones de dureza de Rockwell C a partir de

0. 025" (0,0635 cm) por debajo de la superficie de cada una de las cinco muestras de 0,25" de espesor, preparadas a partir de banos fundidos de boton del Ejemplo 2 para una plancha de 1" (2,54 cm) de espesor preparada a partir del material experimental del Ejemplo 2. Se llevaron a cabo las mediciones de dureza de Brinell de acuerdo con ASTM E10-10, "Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials", ASTM International, West Conshohocken, Pa. Se midio la dureza de Rockwell C de acuerdo con ASTM E18-08b, "Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials". Se convirtieron los valores de dureza de Rockwell C en valores de dureza de Brinell de acuerdo con ASTM E140-07 "Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness y Scleroscope Hardness".

Los valores de dureza se representan en la Figura 2. La Figura 2 tambien incluye valores tlpicos de dureza para aleacion de ATI 500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor.

La Figura 2 presenta que las muestras que contienen mas de 0,24 por ciento en peso de carbono exhibieron generalmente valores de dureza mas elevados que los botones 1 a 5, y el lingote experimental, que contenla carbono dentro del intervalo de 0,18 a 0,24 por ciento en peso.

Ejemplo 4

Se tomo un corte de 0,25" (0,635 cm) de espesor de la plancha de 1" (2,54 cm) de espesor preparada en el Ejemplo

1. Como tal, el espesor del corte preparado fue el mismo que el espesor de las cinco muestras de 0,25" (0,635 cm) de espesor preparadas a partir de los banos fundidos de botones del Ejemplo 2, proporcionando seis muestras de identico espesor. Se prepararon dos porciones de 1,5" (3,81 cm) x 0,75" (1,91 cm) x 0,25" (0,635 cm) de espesor a partir de cada una de las seis muestras, proporcionando doce porciones en total. Se atempero una porcion procedente de cada muestra a 300 °F (149 °C) durante 4 horas. La otra porcion procedente de cada muestra se atempero a 400 °F (204 °C) durante 4 horas. Se tomaron una medicion individual de dureza de Brinell y tres mediciones de dureza de Rockwell C a partir de 0,025" (0,0635 cm) por debajo de la superficie de cada una de las doce porciones. La Figura 3 incluye los valores de dureza de este ensayo, junto con los resultados del ensayo de atemperado llevados a cabo a otras temperaturas de atemperado.

Los datos representados en la Figura 3 indican que el tratamiento termico de atemperado adicional no afecta significativamente a la dureza medida de las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con realizaciones no limitantes de la presente divulgacion.

Ejemplo 5

Se produjeron dos lingotes experimentales con proteccion de 4" x 4" x 10" (10,2 cm x 10,2 cm x 25,4 cm) dimensionados en laboratorio en un horno de induction de vaclo. Las qulmicas incluyeron un bano fundido de bajo contenido de carbono y un bano fundido de alto contenido de carbono. Las qulmicas deseadas de los lingotes se muestran en la Tabla 3.

Tabla 3: Qulmica Deseada de Lingotes con Proteccion Dimensionados en Laboratorio (% en peso)

: Baio Contenido en Carbono Alto Contenido en Carbono

C: 0,21 0,26

Ni: 3,75 3,74

Cr: 1,77 1,78

Mo: 0,42 0,41

Si: 0,36 0,36

Mn: 0,98 1,00

Ti: < 0,005 < 0,005

S: 0,003 0,003

P: 0,007 0,013

Fe: Equil. Equil.

Tras la fusion, se retiro la parte superior caliente de cada lingote. Los lingotes se introdujeron en un horno durante 17 horas a 1000 °F (538 °C) y posteriormente se calentaron para elevar la temperatura de los lingotes a 2050 °F (1121 °C) y se homogeneizaron durante 2 horas en lugar de las 4 horas deseadas. Los lingotes se forjaron desde un espesor de 4" (10,2 cm) hasta un espesor de 2,75" (6,99 cm) en incrementos de 0,25" (0,635 cm), seguido de un re- calentamiento durante 25 minutos y posteriormente se forjaron hasta un espesor de 2" (5,08 cm) en incrementos de 0,25" (0,635 cm).

Tras el forjado, se corto cada muestra por la mitad y se introdujo en un horno a 1900 °F (1038 °C) durante una hora

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a temperatura. Las muestras se laminaron en cruzado hasta un espesor de 1,5" (3,81 cm), posteriormente se sometieron a re-calentamiento durante 20 minutos y finalmente se laminaron hasta obtener muestras de plancha de 1" (2,54 cm) de espesor x 8" (20,3 cm) de ancho x 10" (25,4 cm) de largo. Cada uno de los dos lingotes dieron lugar a muestras de planchas de estas dimensiones. Tras el laminado, se sometieron las muestras de plancha a austenizacion a 1600 °F (871 °C) durante 1 hora y se enfriaron al aire con viento en calma.

Como se ha comentado, las muestras unicamente se homogeneizaron durante 2 horas en lugar de las 4 horas deseadas. Por tanto, las muestras de plancha austenizadas se introdujeron en un horno durante un perlodo adicional de homogeneizacion. Durante el tiempo que las muestras de plancha se calentaron hasta una temperatura de homogeneizacion, se decidio que el tratamiento de homogeneizacion destruyera la microestructura sometida a forjado y laminado. Por tanto, las muestras de plancha se retiraron del horno. En este momento, las muestras de plancha alcanzaron 1180 °F (638 °C) y hablan pasado en el horno un total de 2 horas. Se determino que este perlodo adicional de tratamiento por calentamiento provoco el atemperado eficaz de las muestras de plancha. Por tanto, se sometieron las planchas a austenizacion de nuevo a 1600 °F (871 °C) durante 1 hora y se enfriaron al aire con viento en calma. Se cortaron ocho cubos de 1" (2,54 cm) de altura a partir de cada material de bajo contenido en carbono y material de alto contenido en carbono (con las qulmicas deseadas que se muestran en la Tabla ■) para los ensayos de atemperado. La Tabla 4 muestra las condiciones de atemperado usadas y la dureza medida para cada una de las muestras de atemperado. Se tomaron tres mediciones de HRc 0,020" (0,0508 cm) por debajo de la superficie de cada muestra, y los valores de dureza mostrados en la Tabla 4 son una media de las tres mediciones, convertidos en HBW a partir de HRc.

Tabla 4: Resultados de Dureza Media Convertida (HBW)

Plancha de bajo contenido en carbono (C = 0,21 %, dureza original 352 HBW)

: 4 Horas 6 Horas 8 Horas 10 Horas

176,7 °C (350 °F): - 390 365

204,4 °C (400 °F): 375 360 387 -

232,2 °C (450 °F): 376 - 371 -

Plancha de alto contenido en carbono (C = 0,26 %, dureza original 392 HBW)

: 4 Horas 6 Horas 8 Horas 10 Horas

176,7 °C (350 °F): - 365 - 391

204,4 °C (400 °F): 415 398 401 -

232,2 °C (450 °F): 410 - 405 -

Los valores listados en la Tabla 4 fueron significativamente menores de lo esperado. Por tanto, las muestras se volvieron a someter a ensayo en cuanto a dureza de Brinell a 0,020" (0,0508 cm) por debajo de la superficie. La Figura 4 muestra los valores de dureza no atemperada en comparacion con los valores de dureza medidos previamente para otras muestras. La Figura 5 muestra los valores de dureza atemperada, identificando las muestras de bajo contenido en carbono y alto contenido en carbono como "Muestras PES". Los datos representados en la Figura 4 y la Figura 5 indican que el tratamiento termico de atemperado adicional no afecta significativamente a la dureza medida de las aleaciones aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con realizaciones no limitantes de la presente divulgacion.

Ejemplo 6

Basandose en los resultados a escala de laboratorio comentados en la presente memoria y los datos de dureza procedentes de las muestras de cubo de 1" (2,54 cm) de banos fundidos experimentales de bajo contenido en carbono (0,21 por ciento C en peso) y alto contenido en carbono (0,26 por ciento de C en peso) mostrados en la Tabla 3, diversas muestras de bajo contenido en carbono no se sometieron a atemperado, y con fines de comparacion diversas muestras adicionales se atemperaron a 400 °F (204 °C) durante 6 horas. Se sometieron a ensayo dos muestras de traccion longitudinales redondas; dos muestras en probeta entallada-v de Charpy TL y dos muestras en probeta entallada-v de Charpy LT a -40 °C; y sobre una de las muestras de Charpy procedentes de cada plancha, se tomaron mediciones de la dureza de Brinell. Los resultados de los ensayos de traccion y probeta entallada-v de Charpy se presentan en la Tabla 5.

Tabla 5: Propiedades Mecanicas No Atemperadas y Atemperadas Material de bajo contenido en carbono Material de alto contenido en carbono (0,21 % en peso de C) (0,26 % en peso de C)

: Sin atemperado 400 °F (204 °C)/6h Sin atemperado 400 °F (204 °C)/6h

YU 1 (ksi): 141,2 147,8 142,4 171,4

YS 1 (MPa): 973 1019 981 1181

YS 2 (ksi): 141,3 148,8 148,6 174,1

YS 2 (MPa): 974 1025 1024 1200

UTS 1 (ksi): 207,8 206,7 234,5 231,8

UTS 1 (MPa): 1432 1425 1616 1598

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UTS 2 (ksi): 208,5 206,7 233 230,8

UTS 2 (MPa): 1437 1425 1606 1591

Estiramiento 1 (%): 15,5 14,7 13,2 14,7

Estiramiento 2 (%): 15 15,1 13,1 13,8

Reduccion de area: 53,3 58,5 45,5 50,6

1 (%) Reduccion de area: 54,8 58,3 46,5 51,8

2 (%) Dureza 1 (HBW): 420 426 456 470

Dureza 2 (HBW): 414 420 463 447

TL CVN a -40 °C 1: 40 44,5 32 31

(pie-libraf) TL CVN a -40 °C 2: 40 42 29,5 29,5

(pie-libraf) LT CVN a -40 °C 1: 47,5 48,5 30,5 32,5

(pie-libraf) LT CVN a -40 °C 2: 46 48 31,5 34

(pie-libraf)

Ejemplo 7

Se compararon las propiedades de dureza de Brinell y Charpy para las muestras del Ejemplo 6 con el trabajo realizado sobre una plancha de 1" (2,54 cm) de espesor de aleacion de ATI 500-MIL® High Hard Specialty Steel Armor. La plancha de aleacion de ATI 500-MIL® Steel Armor tuvo la qulmica real mostrada en la Tabla 6.

Tabla 6: Qulmica de la Plancha de Aleacion de ATI 500-MIL® Steel Armor

: C Mn P S Si Cr Ni Mo Fe

(% en peso): 0,29 0,98 0,014 0,0003 0,34 1,86 3,76 0,30 Equil.

Para las propiedades mecanicas, se comparo la plancha de aleacion de ATI 500-MIL® Steel Armor con las muestras de la invencion del Ejemplo 6 en forma no atemperada y tambien con un atemperado a 300 °F (149 °C)/8 horas, debido a que no se llevaron a cabo atemperados en la plancha de aleacion de ATI 500-MIL® Steel Armor a 400 °F. No se llevaron a cabo ensayos de Charpy sobre el material atemperado de plancha de aleacion de ATI 500-MIL® Steel Armor, por lo que no fue posible la comparacion. La Figura 6 refleja los resultados del ensayo de traccion sobre los materiales atemperados y no atemperados de alto y bajo contenido en carbono, as! como tambien la plancha de aleacion de aTi 500-MIL® Steel Armor. La Figura 7 incluye los resultados en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C para diversas muestras as! como tambien la plancha de aleacion de ATI 500-MIL® Steel Armor.

El examen de las Figuras 6 y 7 demuestra que para las realizaciones de las aleaciones de acero aptas para endurecimiento al aire de acuerdo con la presente divulgacion, llevar a cabo la etapa de atemperado mediante tratamiento termico en un intervalo de temperaturas de aproximadamente 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), tras la austenizacion y enfriamiento al aire, proporciona a las aleaciones un aumento del llmite elastico de hasta 20 por ciento, sin reducir la ductilidad de la aleacion y la tenacidad de fractura. La observacion de que el llmite elastico de las aleaciones aumento sin afectar negativamente a la ductilidad o la tenacidad de fractura resulto inesperada y sorprendente, ya que las aleaciones de acero convencionales atemperadas y templadas que incluyen contenido de carbono comparable normalmente exhiben una menor resistencia junto con mayor ductilidad y tenacidad de fractura tras el atemperado.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada que comprende, en porcentaje en peso:

del 0,18 al 0,26 de carbono;

del 3,50 al 4,00 de nlquel;

del 1,60 al 2,00 de cromo;

del 0 hasta el 0,50 de molibdeno;

del 0,80 al 1,20 de manganeso;

del 0,25 al 0,45 de silicio;

del 0 a menos del 0,005 de titanio;

del 0 a menos del 0,020 de fosforo;

del 0 hasta el 0,005 de boro;

del 0 hasta el 0,003 de azufre; y

el resto hierro e impurezas accidentales.

en la que el acero apto para endurecimiento al aire y atemperado se ha sometido a atemperado por medio de calentamiento del acero apto para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), y en la que la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 467 HBW como se mide de acuerdo con la especificacion ASTM E10-10.
2. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 1, en la que tras el atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una resistencia frente a la traccion final dentro de un intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 238 ksi (1.641 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 175 ksi (1.207 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo del 14 % al 16 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 31 pie-libra (42 J) a 53 pie-libra (72 J).
3. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 1, en la que tras el atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), el llmite elastico de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada aumenta hasta el 20 % y el estiramiento en porcentaje y el valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada no disminuyen.
4. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 1, que comprende, en porcentaje en peso, de 0,18 a 0,24 de carbono.
5. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 4, en la que tras el atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 459 HBW, tal y como se mide de acuerdo con la especificacion ASTM E10-10.
6. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 4, en la que tras el atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una resistencia frente a la traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 158 ksi (1.089 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo del 15 % al 17 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 37 pie-libra (50 J) a 53 pie-libra (72 J).
7. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 4, en la que tras el atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C) el llmite elastico de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada aumenta hasta el 8 % y el estiramiento en porcentaje y el valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada no disminuyen.
8. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 1, que comprende, en porcentaje en peso, del 0,18 al 0,21 por ciento de carbono.
9. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 8, en la que tras el

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atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F

(232 °C), la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una dureza de Brinell dentro del

intervalo de 360 HBW a 433 HBW, tal y como se mide de acuerdo con la especificacion ASTM E10-10.
10. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 8, en la que tras el atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C), la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada tiene una resistencia frente a la traccion final dentro del intervalo de 188 ksi (1.296 MPa) a 237 ksi (1.634 MPa); un llmite elastico dentro del intervalo de 133 ksi (917 MPa) a 146 ksi (1.007 MPa); un estiramiento en porcentaje dentro del intervalo del 15 % al 16 %; y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C dentro del intervalo de 44 pie-libra (60 J) a 53 pie-libra (72 J).
11. La aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de la reivindicacion 8, en la que tras el

atemperado de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas y a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F

(232 °C) el llmite elastico de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada aumenta hasta el

3 % y un estiramiento en porcentaje y un valor en probeta entallada-v de Charpy a -40 °C de la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada no disminuyen.
12. Un artlculo de fabricacion que comprende la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de cualquiera de las reivindicaciones 1, 4 y 8.
13. El artlculo de fabricacion de la reivindicacion 12, en el que el artlculo se escoge entre una armadura de acero, un casco protector frente a explosiones, un casco con forma de V protector frente a explosiones, un blindaje para vehlculo protector frente a explosiones y una cubierta protectora frente a explosiones.
14. Un metodo de tratamiento por calor de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada, que comprende:

proporcionar una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada; tratar termicamente por atemperado la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada durante un tiempo de atemperado dentro del intervalo de 4 horas a 10 horas a una temperatura de atemperado dentro del intervalo de 300 °F (149 °C) a 450 °F (232 °C); y

enfriar al aire la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada hasta temperatura ambiente, en donde la aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada comprende una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire y atemperada de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 y tiene una dureza de Brinell dentro del intervalo de 360 HBW a 467 HBW, tal y como se mide de acuerdo con la especificacion ASTM E10-10.
15. El metodo de la reivindicacion 14, en el que la provision de una aleacion de acero apta para endurecimiento al aire, enfriada al aire y austenizada comprende al menos uno de laminado, forjado, extrusion, plegado, maquinizado y trituracion.