ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE

CHIMBORAZOESCUELA DE INGENIERÍA

INDUSTRIALMATERIALES

NOMBRE: OMAR ESTRADA

FECHA: 16-11-2015

ACEROSCAPÍTULO IV

ACEROS• Se denomina acero a toda aleación hierro-carbono cuyo contenido de

carbono está generalmente comprendido entre el 0,008 al 2,1 %• Se denominan aceros hipotectoides a los aceros cuyo porcentaje de

carbono no es inferior al punto S (eutectoide); se denominan eutectoides, si su porcentaje es igual al del punto S y se denominan aceros hipereutectoides si su porcentaje de carbono es superior al del punto S.

• Según el diagrama Hierro-Carbono el punto S corresponde para los aceros al carbono a un porcentaje de 1,76 % de C, pero puede variar en los aceros aleados.

OBTENCION DEL ACEROEl acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad de carbono (siempre menor al 1,76%).

El acero se obtiene en el horno convertidor a través de una operación que se denomina afino, uno de los métodos más empleados para realizar el afino es el sistema de inyección de oxígeno (LD). Este sistema consiste en lo siguiente:

¿Que metemos en el convertidor?:

a) Arrabio: Nada más sacarlo del alto horno (antes de que se enfríe) ya se mete en el convertidor. Recordamos que el arrabio tiene hierro, carbón e impurezas.

b) Chatarra de hierro: Procedente de coches, electrodomésticos,...

c) Fundente: Recordamos que es carbonato cálcico y que lo empleamos como detergente para eliminar las impurezas.

d) Oxigeno: Se inyecta a presión en el centro del convertidor a través de tubo con forma de lanza, y con ello conseguimos quemar parte del carbón que no se había quemado en el alto horno.

¿Que obtenemos del convertidor?

a) Escorias: El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar formando la escoria.

b) Acero: En la parte inferior del convertidor quedará el hierro y el carbón que no se ha quemado.

Finalmente iniciamos el proceso de colada, para ello inclinamos parcialmente el convertidor para que caiga solo la escoria (como cuando tratamos de eliminar solo la nata que queda encima de un vaso de leche). Una vez eliminada la escoria se vuelca totalmente el convertidor para que caiga el acero dentro de los moldes que tendrán la forma de las piezas que queremos obtener.

Obtención del Acero

Método Bessemer

Método Martin-Siemens

ASPECTOS GENERALES DEL ACERO

PRINCIPALES PRODUCTOS DEL ACEROBARRAS

Barras para hormigón Barras para molienda Alambrón

PLANOS

Planchas gruesas Rollos y planchas laminadas en caliente

Rollos y planchas laminadas en frío

TUBULARES

Tubos soldados por arco sumergido

PROPIEDADES DEL ACERO:

Estructura cristalina compacta y homogénea: Material estructural más cercano a la isotropía. Densidad muy alta: 8t/m3 Resistencia muy alta tanto a la tracción como compresión. Alto ratio resistencia / peso. Material dúctil. Material frágil.Conductividad térmica muy elevada.

CARACTERÍSTICAS DEL ACERO

Material fácil de conformar en frío y en caliente. Material fácil de mecanizar, ensamblar y proteger contra la

corrosión. Bajo coste unitario en comparación con otros materiales. Alta disponibilidad, su producción es 20 veces mayor al resto

de materiales metálicos no férreos. Material altamente adaptable. Fácilmente reciclable: Se puede usar chatarra como materia

prima para la producción de nuevo acero.

Ventajas del acero:

Corrosión: El acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable.

Calor, fuego: En el caso de incendios, el calor se propaga rápidamente por las estructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero se comporta plásticamente, debiendo protegerse con recubrimientos aislantes del calor.

Desventajas del acero:

Pandeo elástico: Debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfiles esbeltos sujetos a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico, por lo que en ocasiones no son económicos las columnas de acero.

Fatiga: La resistencia del acero (así como del resto de los materiales), puede disminuir cuando se somete a un gran número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensión.

Desventajas del acero:

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES HIERRO-CARBONO ATENDIENDO A SU PORCENTAJE DE CARBONO:

Se denomina acero a toda aleación hierro-carbono forjable cuyo contenido de carbono está generalmente comprendido entre 0,008 al 2,1%

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS DE ACUERDO A SU PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN:

• Aceros Bessemer• Aceros Thomas• Aceros Siemens• Aceros Eléctricos • Aceros al Crisol

CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL GRADO DE DESOXIDACIÓN:

• Aceros calmados:

Son los que se han desoxidado incompletamente y al solidificarse no desprenden gases• Aceros efervescentes:

Son los que se han desoxidado incompletamente y al solidificarse desprenden abundantes gases, que producen numerosas sopladuras

Poseen características mecánicas inferiores a los aceros calmados por lo que los aceros más utilizados son del tipo calmado.

CLASIFICACIÓN DE ACUERSO A SU CONSTITUCIÓN:

• Aceros Perlíticos:

Constituidos por perlita y ferrita, o perlita y cementita, después de un enfriamiento normal. Pertenecen a este grupo los aceros al carbono y además los aceros de baja y media aleación

• Aceros Martensitico:

Después del enfriamiento quedan constituidos en su mayor parte por martensita. Son aceros perlíticos cuya velocidad de temple es muy lenta.

• Aceros Austeniticos:

Aceros enfriados desde altas temperaturas y quedan constituidos en su mayor parte por austenita• Aceros Ferriticos:

Son los aceros que están formados principalmente por ferrita a cualquier temperatura. Estos aceros no pueden templarse.• Aceros con Carburos:

Se caracterizan por contener un porcentaje de carburos de elementos de aleación muy superior al que se considera como normal en los aceros al carbono

CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU COMPOSICIÓN:• Aceros al carbono:

Son aquellos aceros que están formados fundamentalmente por hierro y carbono • Aceros aleados

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS AL CARBONO DE CONSTRUCCIÓN:• Aceros inoxidables• Aceros dulces• Aceros semidulces• Aceros semiduros• Aceros muy duros• Aceros extra duros

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS DE GRAN ELASTICIDAD:

• Aceros al carbono

• Aceros Mangano-silicios

• Aceros aleados

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES:

• 2XX = Cromo-Níquel-Manganeso

• 3XX = Cromo-Níquel-No endurecibles

• 4XX = Cromo endurecibles

• 5XX = Cromo bajo cromo

CLASIFICACIÓN POR SU GRADO DE UTILIZACIÓN:

• Aceros de fácil mecanización

• Aceros para muelles

• Aceros para calderos

• Aceros para construcción de herramientas

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS PARA HERRAMIENTAS:

• W = Templados en agua

• S = Resistentes al impacto

• O = trabajo en frío, templables en aceite

• A = Trabajo en frío, mediante aleación y templable en aire

• D = Trabajo en caliente, alto carbono, alto cromo

• T = Alta velocidad, base tugsteno

• M = Alta velocidad, Base molibdeno

• P = Moldes, aceros para moldes

• L = Propiedades específicas, baja aleación

• F = Propiedades específicas, carbono tugsteno

CLASIFICACIÓN POR SU COMPOSICIÓN QUÍMICA:

• Aceros en base a normas internacionales como AISI, ASTM, SAE

• Aceros en base al fabricante de aceros ASSAB, BOHLER, etc.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS ACEROS DE ACUERDO A SU UTILIZACIÓN:

Aceros de construcción:-Aceros al carbono -Aceros de baja aleación -Aceros de fácil mecanización

Aceros que se usan después del tratamiento:- Aceros al carbono- Aceros de gran resistencia- Aceros para cementación- Aceros de nitruración- Aceros para muelles- Aceros resistentes al desgaste- Aceros de propiedades eléctricas especiales- Aceros Maraging

Aceros para herramientas:- Aceros al carbono- Aceros rápidos- Aceros para trabajos en caliente- Aceros indeformables- Aceros de corte no rápidos

Aceros inoxidables y resistentes al calor:- Aceros Martensíticos de 13 a 18% de cromo- Aceros Ferríticos de 16 a 30% de cromo- Aceros cromo-níquel de grupo 18/8- Aceros cromo-níquel austeníticos de alta aleación- Aceros para válvulas- Aceros con elevada resistencia a la fluencia en caliente- Aceros inoxidables endurecibles por precipitación

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS DE ACUERDO CON SU UTILIZACIÓN:

Aceros en los que tiene una importancia fundamental a la templabilidad:- Aceros de gran resistencia- Aceros de cementación- Aceros de muelles- Aceros indeformables

Aceros de construcción:- Aceros de gran resistencia- Aceros de cementación- Aceros para muelles- Aceros de nitruración- Aceros resistentes al desgaste- Aceros para imanes- Aceros para chapa magnética- Aceros inoxidables y resistentes al calor

Aceros de herramientas:- Aceros rápidos - Aceros de corte no rápidos- Aceros indeformables- Aceros resistentes al desgaste - Aceros para trabajos de choque- Aceros inoxidables y resistentes al calor

DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS:

Se lo realiza por medio de 4 o 5 números o dígitos XXXX• El primer digito indica el tipo de acero• El segundo digito indica el porcentaje aproximado en que se

encuentra en un acero el elemento de aleación predominante• Los dos o tres dígitos indican el contenido medio de carbono

multiplicando por cien • En la AISI los números van precedidos de un letra que indica el

método de fabricación del acero

• 10XX = Aceros al carbono, básicos de hogar abierto y Bessemer ácidos

• 11XX = Aceros al carbono de hogar abierto y Bessemer ácidos, azufre alto fósforo bajo

• 12XX = Aceros al carbono, básicos de hogar abierto, azufre alto, fósforo bajo

• 13XX = Manganeso 1.75

• 23XX = Níquel 3,50 (serie eliminada en 1,959)

• 25XX = Níquel 5,00 (serie eliminada en 1.959)

• 31XX = Níquel 1,25 y cromo 0,60 (serie eliminada en 1.964)

• 33XX = Níquel 3,50 y cromo 1,50 (serie eliminada en 1,964)

• 40XX = Molibdeno 0,20 – 0,25

• 41XX = Cromo 0,50 – 0,80 o 0,95 y molibdeno 0,12 – 0,20 o 0,30

• 43XX = Níquel 1,83 - cromo 0,50 o 0,80 y molibdeno 0,25

• 44XX = Molibdeno 0,53

• 46XX = Níquel 0,85 o 1,83 y molibdeno 0,20 o 0,25• 47XX = Níquel 1,05 – cromo 0,45 y molibdeno 0,20 o 0,35• 48XX = Níquel 0,50 y molibdeno 0,20 o 0,25• 50XX = Cromo 0,40• 51XX = Cromo 0,80 – 0,88 – 0,93 – 0,95 o 1,00• 5XXXX = Carbono 1,04 y cromo 1,03 o 1,45• 61XX = Cromo 0,60 o 0,95 y vanadio 0,13 o 0,15• 86XX = Níquel 0,55 – cromo 0,50 y molibdeno 0,20• 87XX = Níquel 0,55 – cromo 0,50 y molibdeno 0,25• 88XX = Níquel 0,55 – cromo 0,50 y molibdeno 0,35• 92XX = Silicio 2,00• 93XX = Níquel 3,25 – cromo 1,20 y molibdeno 0,12• 98XX = Níquel 1,00 – cromo 0,80 y molibdeno 0,25• 94XX = Níquel 0,45 – cromo 0,40 y molibdeno 0,12 y boro

• El carbono aumenta la dureza y la resistencia del acero. • La composición química, Fe y C (principales), Mg y Si (necesarios) y S, P, O e H (impurezas).• Máquinas, carrocerías de automóvil, cascos de buques…

ACEROS AL CARBONO

↑[C] ↑dureza y resistentes a los choques. ↓ soldabilidad.

• Dureza 90 a 250 HB.

• Bajo coste de mantenimiento.

• ↑ Conductividad térmica.

• Pierden sus propiedades deseables cuando se calientan por los cambios de fase que sufren.

• Baja resistencia a la corrosión.

Propiedades Generales

• Acero de bajo carbono ( C < 0.30%)∞ Relativamente blandos y poco resistentes.

• Acero de medio carbono ( 0.30 < C < 0.55%)∞ Menos dúctiles y tenaces que los de bajo carbono.

• Acero de alto carbono ( 0.55 < C < 1.40%)∞ Los más duros y resistentes (al desgaste).∞ C= 0.77% (eutectoide) Perlita con propiedades entre la

blanda y dúctil ferrita y la dura y quebradiza cementita.

Tipos de Acero al Carbono

• Endurecer

Martensita (↑ tensiones interas).

Temple o recocido(↑T)

↑T

↑↑ v

↓T

• Objetivo: Controlar las propiedades físicas del acero.

Austenita (750 - 850ºC)

Tratamiento Térmico del Acero

ACEROS INOXIDABLES

• Aceros que no son aceros al carbono o convencionales.

• Además de Fe y C poseen altos contenidos en Cr y Ni.

• Pueden contener otros metales tales como Mo, Ti, Mn, Cu en pequeñas proporciones.

• Fe – Cr (10-20%) – Ni (8-10%) – C es el más básico.

• Se producen por acería eléctrica a partir de chatarra de acero inoxidable.

Siderurgia no Integral

• Además de las cargas habituales se introduce Cr como ferrocromo y Ni mecánico.

• Se realizan los procesos habituales de fusión, conversión, desulfuración, ajuste de composición, afino y colada continua.

¿Cómo se Producen?

Provenientes del Cr• Provoca un efecto

anticorrosivo en condiciones ambientales

• Crea un capa protectora con cierta debilidad

Provenientes del Ni• Protege la capa pasivante, es

decir, la acción anticorrosiva del Cr

• Mejora sus propiedades

mecánicas Es importante aclarar que los aceros denominados inoxidables no se oxidan en

condiciones atmosféricas pero si pueden hacerlo en otras condiciones de temperatura y presión.

Propiedades de los Aceros Inoxidables

• Existen varios sistemas de nomenclatura para los aceros inoxidables. La norma AISI es las más empleada.

Código numérico

Tres números en funcióndel tipo de acero

y de su composición

Código alfabético

Letra al final según una característica especial de

sus componentes

L Low carbonN Nitrurado

NOMENCLATURA

1. AusteníticosLos más empleados:16-26% de Cr y un mínimo de 7% de Ni. No magnéticos, elevada ductilidad y soldabilidad. Añadiendo Mo se aumenta la resistencia química.

2. Ferríticos12-17% de Cr. Resistencia a la corrosión aceptable, magnéticos.

3. MartensíticosCon un 11-13% de Cr. Presentan alta dureza y tenacidad.

4. DuplexAceros austeno-ferríticos: 17-30% de Cr, 6-12% de Ni y 2-5% de Mo. Mejores propiedades mecánicas y anticorrosivas.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES

Tipos de cero

Aceros típicos

Composición básica (%) Características

Austeníticos

304 18Cr – 8Ni Excelente resistencia a la corrosión.

316 18Cr – 12Ni – 2,5Mo

Mayor resistencia a la corrosión que el 304 en medios salinos.

Ferríticos

430 16Cr Resistencia a la corrosión moderada.

409 11Cr Resistencia a la oxidación en altas Temperaturas

Martensíticos

420 12Cr Dureza elevada, alta resistencia mecánica pero menor resistencia a la corrosión.

EJEMPLOS DE ACEROS INOXIDABLES

ACEROS ALEADOS

Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS DE ACUERDO CON SU UTILIZACIÓN

Aceros en los que tiene una gran importancia la templabilidad:

Aceros de construcción:

• Aceros de gran resistenciaAceros de cementaciónAceros de muelles Aceros indeformables

• Aceros de gran resistencia Aceros de cementaciónAceros para muellesAceros de nitruraciónAceros resistentes al desgasteAceros para imanesAceros para chapa magnéticaAceros inoxidables y resistentes al calor

Aceros de herramientas:

• Aceros rápidos• Aceros de corte no rápidos• Aceros indeformables• Aceros resistentes al desgaste• Aceros para trabajos de choque• Aceros inoxidables y resistentes al

calor.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS ACEROS ALEADOS

Ventajas Inconvenientes• La posibilidad de templar el núcleo de piezas de

gran sección

• Posibilidad de utilizar, el temple en aceite o aire sustituyendo al temple en agua

• Mayor margen de temperatura en los tratamientos térmicos y menos peligro de sobrecalentamiento

• Mayor dificultad para su elaboración y eliminación de siestas inclusiones

• Precio más elevado (2 o 3 veces mayor en nuestro país)

• Mayores dificultades para su aprovisionamiento

ACEROS DE GRAN ELASTICIDAD

El acero elástico es una variedad de acero de alta flexibilidad que se utiliza en la fabricación de elementos que recuperan su estado después de sufrir una cierta deformación, como muelles, resortes y ballestas.1 También es utilizado en la fabricación de chasis de coches y otros vehículos al tener la capacidad de absorción de la energía cinética de una forma gradual y eficiente, reduciendo la que llega a los pasajeros del mismo en un accidente.

TIPOS DE ACEROS ELÁSTICOS

• Aceros al carbono con temple en agua: realizado con un temple en agua a temperatura entre 800ºC y 820ºC y un revenido entre los 425ºC y 450ºC, este acero se utiliza para la fabricación de muelles y resortes, cuerdas de piano, flejes y piezas de pequeño espesor en general.

• Aceros al cromo vanadio: con una composición de cromo del 1% y de vanadio del 0,2%, templados en aceite en temperaturas entre 850ºC y 900ºC y revenidos entre 400ºC y 450ºCes indicado para la fabricación de muelles de muy altas prestaciones y ciclos de trabajo, como los de las válvulas de los motores de explosión. También es utilizado para realizar piezas, engranajes, ejes y cremalleras, que trabajaran muy cargados.

ACEROS ALEADOS PARA CEMENTACIÓN

• Para partes de construcción de tamaño pequeño.

• Puede subsistir los aceros al Cr, Ni, Mo, cuando no se requieren grandes características de tenacidad en el núcleo.

• Se recomienda el doble temple. -Se usa este acero para la construcción de resortes de muy alta resistencia, resortes helicoidales y barras de torsión para automóviles

La cementación consigue en teoría, solucionar el problema de la obtención de gran dureza superficial y buena tenacidad en el núcleo

ACEROS DE NITRURACIÓN

• El cromo forma con el nitrógeno un nitruro de cromo y aumenta la dureza de la capa nitrurada.

• El manganeso forma muchos nitruros y contribuye al aumento de la dureza.

• El tungsteno, el molibdeno y el vanadio actúan en el mismo sentido que el cromo, y aunque su influencia sea menor, contribuye aumentar la dureza.

• El aluminio aumenta considerablemente la dureza superficial de la capa nitrurada.

Los aceros que presentan la máxima dureza contienen en general 0.20 a 0.45 % de carbono, 0.75 a 1.50 % de aluminio, 1 a 3 % de cromo y un contenido de molibdeno que puede alcanzar el 0.60 %.

ACEROS PARA PROCESOS DE CORTE

Son aceros que poseen gran resistencia al desgaste y conservación de las condiciones de corte. Generalmente son aceros aleados de alta resistencia al trabajo en temperaturas elevada, prácticamente deformables y de poca maquinabilidad

ACEROS PARA TRABAJO EN FRIO

Las propiedades características de los aceros para trabajar en frío son:

• Los aceros para trabajos en frío se emplean en la fabricación de herramientas en cuyo servicio, por lo general, no se sobrepasan temperaturas superficiales de 200°C

• Dureza elevada

• Gran resistencia al desgaste

• Buena tenacidad

• Maquinabilidad adecuada

• Resistencia elevada contra presión impacto

• Reducida variación dimensional en el tratamiento

ACEROS PARA TRABAJOS EN CALIENTE

Las propiedades características de los aceros para trabajar en caliente son:

• Los aceros para trabajo en caliente se utilizan en herramientas que en su aplicación son sometidos a temperaturas permanentes superiores a los 200°C.

• Buena resistencia y tenacidad en caliente• Reducida tendencia a la adhesión• Buena resistencia al revenido• Alta estabilidad dimensional• Además alta resistencia a temperaturas

elevadas• Alta resistencia al desgaste• Resistencia a la erosión y a la oxidación a

alta temperatura

ACEROS PARA HERRAMIENTAS DE MONTAJE MANTENIMIENTO Y MANEJO

Generalmente son aceros al carbono de 0,6 a 0,8 %C o bien aceros de baja aleación. Sus características son alta dureza y tenacidad (para herramientas de precisión deben ser deformables)

APLICACIÓN DE LOS ACEROS

Alambres y Cordones de Acero Los alambres y cordones de acero de alta resistencia son utilizados en

construcción con el objetivo principal de incrementar la resistencia a tracción de las estructuras de hormigón y crear unos estados de tensión y deformación

adecuados

Barras para HormigónSe usan en la confección de armaduras de cualquier elemento de hormigón armado.Las corrugas o resaltes permiten una alta adherencia al cemento o al hormigón. Entre sus aplicaciones tenemos: columnas, vigas, losas, tanques de agua, viviendas, edificios, puentes, etc.

Alambrón Fabricación de productos trefilados como alambres, clavos y mallas; electródos para soldadura al arco y uso estructural.

Laminados en CalienteSe usa en la fabricación de tubos y perfiles para construcción estructural, cañerías y tubos soldados para la conducción de fluidos, cilindros, etc.

Laminados en FríoEste material es usado en muebles metálicos, cocinas, refrigeradoras, tubos, partes externas de vehículos y en general donde se requiera un buen acabado superficial.

1. Aluminio y Aleaciones: Piezas para aviones, cuerpos de válvulas, cabezas de cilindros, cajas de cambio de automóviles, zapatas de freno, etc.

2. Cobre y Aleaciones: Se emplea en conductos y maquinaria eléctrica.

3. Aleaciones de Magnesio: Maquinaria portátil, herramientas neumáticas, máquinas de escribir y coser, etc.

4. Aleaciones de Zinc: Piezas para la industria automotriz, accesorios para edificios, piezas de máquinas para oficina y juguetes.

ALEACIONES

REFERENCIAS

• http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htm

• http://es.slideshare.net/tecnoeuropa3/metales-43363026

• http://www.utp.edu.co/~publio17/ac_aleados.htm

• http://www.monografias.com/trabajos/aceros/aceros.shtml?news