2 Clasificacin de los aceros Acero El acero es una aleacin de
hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso1 de la
composicin de la aleacin, alcanzando normalmente porcentajes entre
el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan
lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no
poderse forjar a diferencia de los aceros, se moldean. La Ingeniera
Metalrgica trata al acero a una familia muy numerosa de aleaciones
metlicas, teniendo como base la aleacin hierro-carbono. El hierro
es un metal, relativamente duro y tenaz, con dimetro atmico dA =
2,48 (1 angstrom = 1010 m), con temperatura de fusin de 1.535 C y
punto de ebullicin 2.740 C. Mientras el carbono es un metaloide,
con dimetro mucho ms pequeo (dA = 1,54 ), blando y frgil en la
mayora de sus formas alotrpicas (excepto en la forma de diamante en
que su estructura cristalogrfica lo hace el ms duro de los
materiales conocidos). Es la diferencia en dimetros atmicos lo que
va a permitir al elemento de tomo ms pequeo difundir a travs de la
celda del otro elemento de mayor dimetro. El acero es el ms popular
de las aleaciones, es la combinacin entre un metal (el hierro) y un
metaloide (el carbono), que conserva las caractersticas metlicas
del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a
la adicin del segundo y de otros elementos metlicos y no metlicos.
De tal forma no se debe confundir el hierro con el acero, dado que
el hierro es un metal en estado puro al que se le mejoran sus
propiedades fsico-qumicas con la adicin de carbono y dems
elementos. La definicin anterior, sin embargo, se circunscribe a
los aceros al carbono en los que este ltimo es el nico aleante o
los dems presentes lo estn en cantidades muy pequeas pues de hecho
existen multitud de tipos de acero con composiciones muy diversas
que reciben denominaciones especficas en virtud ya sea de los
elementos que predominan en su composicin (aceros al silicio), de
su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementacin),
de alguna caracterstica potenciada (aceros inoxidables) e incluso
en funcin de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas
aleaciones de hierro se engloban bajo la denominacin genrica de
aceros especiales, razn por la que aqu se ha adoptado la definicin
de los comunes o "al carbono" que amn de ser los primeros
fabricados y los ms empleados,2 sirvieron de base para los dems.
Esta gran variedad de aceros llev a Siemens a definir el acero como
un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su
resistencia.3 Por la variedad ya apuntada y por su disponibilidad
sus dos elementos primordiales abundan en la naturaleza facilitando
su produccin en cantidades industriales4 los aceros son las
aleaciones ms utilizadas en la construccin de maquinaria,
herramientas, edificios y obras pblicas, habiendo contribuido al
alto nivel de desarrollo tecnolgico de las sociedades
industrializadas.5 Sin embargo, en ciertos sectores, como la
construccin aeronutica, el acero apenas se utiliza debido a que es
un material muy denso, casi tres veces ms denso que el aluminio
(7.850 kg/m de densidad frente a los 2.700 kg/m del aluminio).
El acero al carbono, constituye el principal producto de los
aceros que se producen, estimando que un 90% de la produccin total
producida mundialmente corresponde a aceros al carbono y el 10%
restante son aceros aleados. Estos aceros son tambin conocidos como
aceros de construccin, La composicin qumica de los aceros al
carbono es compleja, adems del hierro y el carbono que generalmente
no supera el 1%, hay en la aleacin otros elementos necesarios para
su produccin, tales como silicio y manganeso, y hay otros que se
consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente
azufre, fsforo, oxgeno, hidrgeno. El aumento del contenido de
carbono en el acero eleva su resistencia a la traccin, incrementa
el ndice de fragilidad en fro y hace que disminuya la tenacidad y
la ductilidad. Clases de aceros al carbono
1. Aceros al carbono que se usan en bruto de laminacin para
construcciones metlicas y para piezas de maquinaria en general. 2.
Aceros al carbono de baja aleacin y alto lmite elstico para grandes
construcciones metlicas, puentes, torres, etc. 3. Aceros al carbono
de fcil mecanizacin en tornos automticos.
En estos aceros son fundamentales ciertas propiedades de orden
mecnico, como la resistencia a la traccin, tenacidad, resistencia a
la fatiga y alargamiento, Estas propiedades dependen principalmente
del porcentaje de carbono que contienen y dems aleantes. En general
los aceros al carbono ordinarios contienen: C < 1%, Mn <
0,9%, Si < 0,5%, P < 0,1%, S < 0,1% De acuerdo con las
propiedades mecnicas, se establecen una serie de grupos de aceros
ordenados por su resistencia a la traccin. Popularmente son
conocidos estos aceros como: Acero extrasuave, suave, semisuave,
semiduro y duro
Acero extrasuave: El porcentaje de carbono en este acero es de
0,15%, tiene una resistencia mecnica de 38-48 kg/mm2 y una dureza
de 110-135 HB y prcticamente no adquiere temple. Es un acero
fcilmente soldable y deformable.
Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad,
deformacin en fro, embuticin, plegado, herrajes, etc.
Acero suave: El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una
resistencia mecnica de 4855 kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Se
puede soldar con una tcnica adecuada.
Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad,
deformacin en fro, embuticin, plegado, herrajes, etc.
Acero semisuave: El porcentaje de carbono es de 0,35%. Tiene una
resistencia mecnica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB. Se
templa bien, alcanzando una resistencia de 80 kg/mm2 y una dureza
de 215-245 HB.
Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes
y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.
Acero semiduro: El porcentaje de carbono es de 0,45%. Tiene una
resistencia mecnica de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Se
templa bien, alcanzando una resistencia de 90 kg/mm2, aunque hay
que tener en cuenta las deformaciones.
Aplicaciones: Ejes y elementos de mquinas, piezas bastante
resistentes, cilindros de motores de explosin, transmisiones,
etc.
Acero duro: El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una
resistencia mecnica de 7075 kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB.
Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100
kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB.
Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas
regularmente cargadas y de espesores no muy elevados. Con estos
aceros se fabrican los puentes de ferrocarril, las grandes
estructuras de las estaciones, las columnas metlicas de las lneas
elctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas,
las carroceras de los automviles, los tubos de las bicicletas, los
clavos, los alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos
de las clases y muchos objetos ms que utilizamos diariamente. En la
mayora de los casos se utiliza el acero tal como viene de las
aceras, sin darle ningn tratamiento trmico especial.
[editar] Tratamientos trmicos de los aceros al carbono
Recocido: El objeto de este tratamiento es ablandar el acero,
homogenizar su estructura y composicin qumica y aumentar su
ductilidad. Se aplican varios tipos de recocido. Temple y revenido:
Al dar a los aceros al carbono un temple y revenido se consiguen
muy buenas caractersticas cuando el perfil es delgado. En un acero
al carbono bien templado o revenido, el valor del limite elstico
suele llegar a ser un 75% de la carga de rotura.
Cuando interesa fabricar piezas con resistencia de 38 a 55
kg/mm2 es, en general, muy poco ventajoso el tratamiento trmico
(temple y revenido) por tratarse de aceros de bajo contenido de
carbono (0,15 a 0,30%). Cuando quieren fabricarse piezas con esas
resistencias conviene, en general, utilizar aceros en bruto de
forja, laminados o normalizados. Sin embargo, en casos
excepcionales, cuando se desea conseguir la mejor combinacin de
caractersticas (resistencia, alargamiento y alto limite elstico),
se pueden templar y revenir los aceros de 0,15 a 0,30% de C,
obtenindose resistencias variables de 38 a 55 kg/mm2, alargamientos
y limites de elasticidad ligeramente superiores a los que
corresponden al estado normalizado. Cuando se trata de piezas de
gran espesor el tratamiento es casi intil, porque se presenta el
problema de poca penetracin de temple o templabilidad. Los aceros
al carbono templados y revenidos con porcentajes de carbono
variables de 0,25 a 0,55%, se suelen emplear generalmente con
resistencias comprendidas entre 55 y 90 kg/mm2 y a
veces, en casos excepcionales como en la fabricacin de muelles,
se usan hasta resistencias de 150 a 200 kg/mm2. El empleo de los
aceros al carbono templados y revenidos para la fabricacin de
piezas con esas resistencias tiene varias ventajas. Una muy
importante es que el limite de elasticidad es ms elevado que en los
aceros normalizados o recocidos, y otra que la combinacin de
caractersticas (resistencia y alargamiento) tambin se mejora. En
cambio, si esa resistencia se consigue templando y reviniendo la
pieza despus de mecanizada, el trabajo de torno o fresa se podr
hacer previamente en estado recocido mucho ms fcil. En el caso de
que por mecanizado haya que quitar material, es preferible, como
hemos dicho, mecanizar en estado de recocido y luego templar y
revenir, dejando generalmente en el mecanizado un exceso de medidas
para eliminar luego las deformaciones que se producen en el temple
y revenido. Cuando la cantidad de material a eliminar por
mecanizado es pequea, puede convenir templar y revenir el material
y luego mecanizar las piezas, pudindolas dejar as a las medidas
definidas.
CLASIFICACION DE LOS ACEROS ALEADOS Se da el nombre de aceros
aleados a los aceros que adems de los cinco elementos: carbono,
silicio, manganeso, fsforo y azufre, contienen tambin cantidades
relativamente importantes de otros elementos como el cromo, nquel,
molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus
caractersticas fundamentales. Tambin puede considerarse aceros
aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes
del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los
porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono,
y cuyos lmites superiores suelen ser generalmente los siguientes:
Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y S=0.100%. Los elementos de aleacin
que ms frecuentemente suelen utilizarse para la fabricacin de
aceros aleados son: nquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio,
molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo,
Selenio, aluminio, boro y Niobio. La influencia que ejercen esos
elementos es muy variada, y, empleados en proporciones
convenientes, se obtienen aceros con ciertas caractersticas que, en
cambio, no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al carbono.
Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran
espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las
mismas. En elementos de mquinas y motores se llegan a alcanzar
grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos
que mantengan elevadas resistencias, an a altas temperaturas. Hay
aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos decorativos,
piezas de maquinas y herramientas, que resisten perfectamente a la
accin de los agentes corrosivos. Es posible preparar troqueles de
formas muy complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple,
etc. La tendencia que tienen ciertos elementos a disolverse en la
ferrita o formar soluciones slidas con el hierro alfa, y la
tendencia que en cambio tienen otros a formar carburos. la
influencia de los elementos de aleacin en los diagramas de
equilibrio de los aceros (Elevacin o descenso de las temperaturas
crticas de los diagramas de equilibrio y las temperaturas Ac y Ar
correspondientes a calentamientos y enfriamientos relativamente
lentos, modificaciones en el contenido de carbono del acero
eutectoide, Tendencia a ensanchar o disminuir los campos
austenticos o ferrticos correspondientes a los diagramas de
equilibrio, y otras influencias tambin
relacionadas con el diagrama hierro-carbono, como la tendencia a
grafitizar el carbono, a modificar el tamao del grano, etc La
influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad. La
influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce
en el revenido. Existen otras influencias diversas, como mejoras en
la resistencia a la corrosin, resistencia al calor, resistencia a
la abrasin, etc., las cuales se deben directa o indirectamente a
alguna de las variaciones o fenmenos citados anteriormente.
CLASIFICACIN DE LOS ACEROS ALEADOS DE ACUERDO CON SU UTILIZACIN
Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:
Aceros de gran resistencia Aceros de cementacin Aceros de muelles
Aceros indeformables Aceros de construccin: Aceros de gran
resistencia Aceros de cementacin Aceros para muelles Aceros de
nitruracion Aceros resistentes al desgaste Aceros para imanes
Aceros para chapa magnetica Aceros inoxidables y resistentes al
calor Aceros de herramientas: Aceros rpidos Aceros de corte no
rpidos Aceros indeformables Aceros resistentes al desgaste Aceros
para trabajos de choque Aceros inoxidables y resistentes al calor.
En esta tabla se sealan los aceros aleados de uso ms corriente
clasificados en tres grupos. Se sealan los dos grupos clsicos de
aceros de construccin y de herramientas, y adems otro grupo en el
que se destaca la importancia de la templabilidad, y en el que se
incluyen los aceros de gran resistencia, muelles cementacin, etc.,
que aun perteneciendo a los otros dos grupos, interesa destacar por
separado por la gran importancia que en ellos tiene la
templabilidad.
NOMENCLATURA DE LOS ACEROS SISTEMA S.A.E - A.I.S.I
Como la microestructura del acero determina la mayora de sus
propiedades y aquella est determinada por el tratamiento y la
composicin qumica; uno de los sistemas ms generalizados en la
nomenclatura de los aceros es el que est basado en su composicin
qumica. En el sistema S.A.E. - A.I.S.I, los aceros se clasifican
con cuatro dgitos XXXX. Los primeros dos nmeros se refieren a los
dos elementos de aleacin mas importantes y los dos o tres ltimos
dgitos dan la cantidad de carbono presente en la aleacin. Un acero
1040 AISI es un acero con 0.4%C; un acero 4340 AISI, es un acero
aleado que contiene o.4%C, el 43 indica la presencia de otros
elementos aleantes. Las convenciones para el primer dgito son: 1 -
MANGANESO 2 - NIQUEL 3 - NIQUEL-CROMO, principal aleante el cromo 4
- MOLIBDENO 5 - CROMO 6 - CROMO-VANADIO, principal aleante el cromo
8 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el molibdeno 9 -
NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el nquel.
No hay aceros numerados 7xxx porque estos aceros resistentes al
calor prcticamente no se fabrican. Se observa entonces que si el
primer nmero es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el dgito
siguiente es el 0, o sea que la designacin es 10xx, se trata de un
acero ordinario al carbono. CLASIFICACION DE LOS ACEROS. Los aceros
inoxidables no son indestructibles, sin embargo con una seleccin
cuidadosa, sometindolos a procesos de transformacin adecuados y
realizando una limpieza peridica, algn integrante de la familia de
los aceros inoxidables resistir las condiciones corrosivas y de
servicio ms severas. Serie 400 Aceros Inoxidables Martensticos Son
la primera rama de los aceros inoxidables, llamados simplemente al
Cromo y fueron los primeros desarrollados industrialmente
(aplicados en cuchillera). Tienen un contenido de Carbono
relativamente alto de 0.2 a 1.2% y de Cromo de 12 a 18%. Los tipos
ms comunes son el AISI 410, 420 y 431 Las propiedades bsicas son:
Elevada dureza (se puede incrementar por tratamiento trmico) y gran
facilidad de maquinado, resistencia a la corrosin moderada.
Principales aplicaciones: Ejes, flechas, instrumental quirrgico y
cuchillera. Serie 400 Aceros Inoxidables Ferrticos Tambin se
consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%,
pero el contenido
de Carbono es bajo
