ESTUDIO TECNOLGICO DEL ACERO

ESTUDIO TECNOLGICO DEL ACEROEl acero es uno de los materiales estructurales ms utilizados en la industria de la construccin, pues algunas caractersticas que posee como su gran resistencia, poco peso, facilidad de fabricacin y otras propiedades que hacen a este material muy conveniente.

Su alta resistencia en tensin, han sido aprovechadas estructuralmente en una gran variedad de elementos y materiales compuestos, primero entre ellos el concreto reforzado y el pre-reforzado; adems en combinacin con madera, plsticos, mampostera y otros. La posibilidad de ser atacado por la corrosin hace que el acero requiera proteccin y cierto mantenimiento en condiciones ambientales severas. El costo y los problemas que se originan por este aspecto son suficientemente importantes para que inclinen la balanza hacia el uso de concreto reforzado en algunas estructuras que deben quedar expuestas a la intemperie, como los puentes y ciertas obras martimas, aunque en acero podra lograrse una estructura ms ligera y de menor costo inicial.

INTRODUCCINOBJETIVOS GENERALESDeterminar las propiedades fsicas del acero como material de construccin. Asimilar los resultados obtenidos y compararlos con la teora.Identificar, o reconocer los instrumentos, mquinas y materiales del laboratorio (probeta, mquina universal, etc.)

OBJETIVO ESPECFICODeterminar cuantitativamente el esfuerzo a la traccin del acero. Analizar el comportamiento elstico del material en estudio.Conocer ventajas y desventajas del acero en el campo de la construccin.

OBJETIVOS:

Trabajo en grupo. Importante para la realizacin de cualquier ensayo, la coordinacin de cada uno de los miembros del grupo garantiza un buen resultado.Precisin: se refiere al acuerdo entre las sucesivas medidas de una magnitud, llevadas a cabo en las mismas condiciones de trabajo. De este modo, un instrumento ser muy preciso si las medidas realizadas con l de una cierta magnitud se encuentran muy prximas entre s. Exactitud implica normalmente precisin, pero la afirmacin inversa no es cierta, ya que un aparato puede ser preciso y a la vez poco exacto (pensar en el caso de una persona que siempre llega cinco minutos tarde). En general, se puede decir que es ms fcil conocer la precisin de un aparato que su exactitud.Exactitud. Indispensable en la toma de datos ya que la exactitud es una medida de la calidad de la calibracin de nuestros instrumentos respecto de patrones de medida aceptados internacionalmente. En general los instrumentos vienen calibrados, pero dentro de ciertos lmites. Es deseable que la calibracin de un instrumento sea tan buena como la apreciacin del mismo.

METODOLOGA:

EL ACERO

Definicin:

El acero es la aleacin de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la composicin de la aleacin, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar a diferencia de los aceros, se moldean.

FUNDAMENTO TERICO:

Caractersticas mecnicas y tecnolgicas del acero.Su densidad media es de 7850kg/m. En funcin de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.Su punto de ebullicin es de alrededor de 3000C. Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. Relativamente dctil y maleable.Permite una buena mecanizacin en mquinas herramientas antes de recibir un tratamiento trmico. Se puede soldar con facilidad. Posee una alta conductividad elctrica. Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo.El acero se dilata y se contrae segn un coeficiente de dilatacin similar al coeficiente de dilatacin del hormign, por lo que resulta muy til su uso simultneo en la construccin, formando un material compuesto que se denomina hormign armado.[ El acero da una falsa sensacin de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecnicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

Micro constituyentes: El hierro puro presenta tres estados alotrpicos a medida que se incrementa la temperatura desde la ambiente:Hasta los 911C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la denominacin de hierro o ferrita . Es un material dctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferro magntico hasta los 770C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeas cantidades de carbono. Entre 911 y 1400C cristaliza en el sistema cbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominacin de hierro o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagntica. Entre 1400 y 1538C cristaliza de nuevo en el sistema cbico centrado en el cuerpo y recibe la denominacin de hierro que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parmetro de red mayor por efecto de la temperatura. A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado lquido.Si se aade carbono al hierro, sus tomos podran situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de ste ltimo; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto qumico definido y que recibe la denominacin de cementita de modo que los aceros al carbono estn constituidos realmente por ferrita y cementita.

Otros micros constituyentes.

La martensita es el constituyente tpico de los aceros templados y se obtiene de forma casi instantnea al enfriar rpidamente la austenita. Es una solucin sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el carbono, a la sustitucin de la estructura cbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros metales) es el constituyente ms duro de los aceros. Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la vainita, estructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aqulla. Tambin se puede obtener austenita por enfriamiento rpido de aleaciones con elementos gammgenos (que favorecen la estabilidad del hierro ) como el nquel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austenticos.

Aluminio: se emplea como elemento de aleacin en los aceros de nitruracin, que suele tener 1% aproximadamente de aluminio. Como desoxidante se suele emplear frecuentemente en la fabricacin de muchos aceros. Todos los aceros aleados en calidad contienen aluminio en porcentajes pequesimos, variables generalmente desde 0,001 a 0,008%. Tambin se utiliza como elemento desoxidante. Boro: en muy pequeas cantidades (del 0,001 al 0,0015%) logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero est totalmente desoxidado, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro y mejorando la templabilidad. Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. El cobalto es un elemento poco habitual en los aceros. Se usa en los aceros rpidos para herramientas, aumenta la dureza de la herramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades magnticas de los aceros. Cromo: es uno de los elementos especiales ms empleados para la fabricacin de aceros aleados, usndose indistintamente en los aceros de construccin, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente.

Estao: es el elemento que se utiliza para recubrir lminas muy delgadas de acero que conforman la hojalata.

Otros elementos en el acero

Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, as como su tenacidad. Los aceros inoxidables austenticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosin.

Nitrgeno: se agrega a algunos aceros para promover la formacin de austenita.

Nquel: una de las mayores ventajas que reporta el empleo del nquel, es evitar el crecimiento del grano en los tratamientos trmicos, lo que sirve para producir en ellos gran tenacidad.

Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en l en forma de pequesimos glbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fcil mecanizacin por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0,15% y 0,30% debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0,5% debido a que dificulta el templado y disminuye la tenacidad en caliente.

Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante. Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono.

Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero, mantiene estables las propiedades del acero a alta temperatura.

Tungsteno: tambin conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables y dursimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18%, proporciona aceros rpidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de loa aceros al carbono para herramientas.

Vanadio: posee una enrgica accin desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, traccin y poder cortante en los aceros para herramientas.

Zinc: es elemento clave para producir chapa de acero galvanizado. Manganeso: aparece prcticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se aade como elemento de adicin para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxgeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado lquido en los hornos durante los procesos de fabricacin.

Impurezas en el acero:

Azufre: lmite mximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro el que, conjuntamente con la austenita, da lugar a un eutctico cuyo punto de fusin es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutctico se encuentra en estado lquido, lo que provoca el desgranamiento del material. Fsforo: lmite mximo aproximado: 0,04%. El fsforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como tambin por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eutctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frgil y posee punto de fusin relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitindole al material su fragilidad.

Tratamientos del acero:Tratamientos superficiales: Cincado: tratamiento superficial antioxidante por proceso electroltico o mecnico al que se somete a diferentes componentes metlicos.

Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidacin y embellecer.

Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero.

Niquelado: bao de nquel con el que se protege un metal de la oxidacin.

Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeas de acero, como la tornillera.

Pintura: usado especialmente en estructuras, automviles, barcos, etc.

Tratamientos trmicos:Cementacin (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentracin de carbono en la superficie.

Nitruracin (N): al igual que la cementacin, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrgeno en la composicin de la superficie de la pieza.

Cianuracin (C+N): endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero. Se utilizan baos con cianuro, carbonato y cianato sdico.

Carbonitruracin (C+N): al igual que la cianuracin, introduce carbono y nitrgeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoniaco (NH3) y monxido de carbono (CO).

Sulfinizacin (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por accin del azufre. El azufre se incorpor al metal por calentamiento a baja temperatura (565C) en un bao de sales.

PROPIEDADES MECNICAS DE RESISTENCIA A LA TRACCIN DEL ACERO ESTRUCTURAL

Punto de Lmite Proporcional Elstico Es el punto que corresponde a una determinada deformacin unitaria relacionado con el esfuerzo en el Lmite Proporcional Elstico.Punto de fluencia Es el punto a partir del cual el material se vuelve completamente plstica. Esfuerzo de fluencia En ciertos aceros es necesario definir un concepto similar al anterior cuando no hay un punto preciso de fluencia. Ocurre son aceros de alta resistencia o con tratamiento en fri. Se acepta entonces, como un valor adecuado lo indicado en la figura adjunta.Lmite de proporcionalidad Fp. En ensayos con aceros no tratados trmicamente (recocido) y que son la mayora, se observa que se pierde la proporcionalidad antes de llegar al Punto de Fluencia y ello se debe el elemento cuando ste se enfra luego de su laminado en caliente. Los esfuerzos residuales, que pueden ser de compresin o de traccin, se suman algebraicamente a los esfuerzos del ensayo y cambian el comportamiento esperado en el espcimen. Esfuerzo a la Fractura Es el esfuerzo de falla del espcimen

Mdulo de elasticidad E. La relacin entre el esfuerzo y la deformacin en el rango elstico. E = 2200 000 Kg./cm2 para todos los aceros, cualquiera sea su grado o aleacin, por lo que se considera que es la caracterstica que los agrupa y los diferencia apropiadamente.Mdulo en la Zona de Endurecimiento por Deformacin Es Aproximadamente 490 000 Kg./cm2. Este endurecimiento final explica la resistencia encontrada en elementos de acero que han sobrepasado la zona plstica.Relacin de Poisson . Se denomina a la relacin entre la deformacin transversal y la longitud del acero para un determinado rango de esfuerzo. . Se usa para definir el comportamiento de planchas cuando son sometidas a fuerzas de borde.Mdulo de Elasticidad en Corte: G. Relacin entre el esfuerzo en corte aplicado y la deformacin correspondiente en el rango elstico. De la teora de elasticidad se conoce la siguiente relacin: G = E/ [2(1+ )], G = 800 000 Kg. /cm2 Para los aceros Estructurales.

Tenacidad del Acero: Capacidad para absorber energa y se mide por el rea encerrada dentro de la curva Esfuerzo Deformacin.

Densidad especfica del Acero: 7.85Soldabilidad: Capacidad del acero a ser soldado y depende de la composicin qumica del material y es muy sensitiva al contenido del carbono en su masa. Hay aceros que no son soldables o difcilmente soldables, por lo que requieren un tratamiento especial. Mdulo de Elasticidad en Corte: G. Relacin entre el esfuerzo en corte aplicado y la deformacin correspondiente en el rango elstico. De la teora de elasticidad se conoce la siguiente relacin:G = E/ [2(1+ )], G = 800 000 Kg. /cm2 para los aceros estructuralesTenacidad del Acero: Capacidad para absorber energa y se mide por el rea encerrada dentro de la curva Esfuerzo Deformacin.

Acero forjadoLa forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformacin plstica cuando se somete al acero a una presin o a una serie continuada de impactos. La forja generalmente se realiza a altas temperaturas porque as se mejora la calidad metalrgica y las propiedades mecnicas del acero.Tipos de Acero

Acero corrugado

El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente en construccin, para armar hormign armado, y cimentaciones de obra civil y pblica, se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormign est dotado de una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar no sufra daos, y tiene una gran soldabilidad, todo ello para que estas operaciones resulten ms seguras y con un menor gasto energtico.

Maquina universal: prensa con la que es posible someter materiales atraccin y compresin para medir sus propiedades.Deformmetro: Instrumento donde se puede medir detalladamente la deformacin de una probeta.Los datos obtenidos al efectuar el ensayo:Cargas actuantes Estas cargas son ledas en el limbo de la carga, las cuales son ledas con un intervalo entre estas. Deformacin total La deformacin total es leda en el deformmetro, se lee para cada carga actuante.Tiempo (t)Este nos permitir determinar si las cargas actuantes con la que se trabaj simulan una fuerza actuante esttica.

ENSAYOS:

GRACIAS