voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin1Aceros al CarbonoBhler Soldaduras, S.A. de C.V.Tlalnepantla, Estado de Mxicovoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin22ContenidoIntroduccinDefinicin de un Acero.Efecto del Carbono en la resistencia mecnica del Acero.Influencia de los elementos de aleacin en el Acero.Propiedades mecnicas del AceroFases y micro constituyentes en los AcerosPrincipales constituyentes estructurales del AceroClasificacin : por sus usos ,composicin qumica , aleadosClasificacin DINDiagrama de especificacin AISI- DINvoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin3Introduccin.El hierro se encuentra en grandes cantidades en la corteza terrestre formandoparte de diversos minerales (xidos, minerales hidratados, carbonatos,sulfuros, silicatos, etc.).Desde tiempos prehistricos, el hombre ha aprendido a preparar y procesarestos minerales por medio de operaciones de lavado, triturado y clasificado,separacin de la ganga, calcinado, sinterizado y granulado, para fundir losminerales y obtener hierro y acero.A lo largo de la historia, muchos pases han desarrollado una prsperaindustria siderrgica basada en los suministros locales de mineral y en laproximidad de bosques para obtener carbn vegetal como combustible.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin4La fabricacin de acero se desarroll bsicamente en el siglo XIX, al inventarse los procesos de fusin; el Bessemer (1855), el horno de hogar abierto, normalmente calentado a base de gas pobre (1864); y el horno elctrico (1900). Desde mediados del siglo XX, el tratamiento con oxgeno principalmenteel proceso Linz-Donowitz (LD) de lanza de oxgenohizo posible la fabricacin de aceros de alta calidad con unos costes de produccin relativamente bajos.Durante los ltimos decenios, se han desarrollado y alcanzado el xito los procesos conocidos como de reduccin directa. Los minerales de hierro, en especial los de ley alta o los enriquecidos, se reducen a hierro esponjoso por extraccin del oxgeno que contienen, obtenindose de este modo un material ferroso que sustituye a la chatarra.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin5 Que es un Acero? Los aceros son aleaciones bsicamente de Hierro y Carbono,con porcentajes de este ltimo que oscilan entre 0,05 y2.1 %. A partir de 2.1% hasta el 6%Carbono aparecen las fundiciones o hierros fundido.ALTO HORNOvoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin6Los aceros al carbono pueden emplearse cuando los requerimientos mecnicosde dureza, resistencia mecnica y otros no son muy severos. Si bien es ciertoque son relativamente baratos, presentan la siguiente limitacin:Cuando se consiguen resistencias mayores a 700 Mpa ( 101526 PSI) , se produceuna prdida en ductilidad y presentan baja resistencia al impacto a bajastemperaturas. Adems ,Tienen baja resistencia a la corrosin y a la oxidacinFe+C=ACEROMn, Si P,S+voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin7Presentan baja templabilidad, especialmente para espesores gruesos.Por lo tanto, no se pueden conseguir estructuras totalmente martensticas enespesores gruesos.Para obtener estructuras totalmente martensticas en aceros de mediocarbono, se deben enfriar a altas velocidades, lo que puede producirdistorsiones, fisuracin y fracturas en la pieza recin templada.La aplicacin de los aceros al carbono es innumerable. Todos los aceros alcarbono contienen Mn como elemento aleante, debido a que incrementa laresistencia mecnica, con cantidades de Mn, que generalmente varan entre0,30%y 0,95%.Adems, generalmente contienen como impureza al Si; siendo las impurezascomunes el P y S, las que se limitan a valores menores que 0,05%.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin8Efectodel Carbono en la resistencia mecnica del AceroEl carbono es el elemento principal que modifica las caractersticas mecnicas del acero, cuanto mayor es el porcentaje de carbono mayores sern la resistencia y la dureza del acero, pero tambin ser ms frgil y menos dctilElC se expresa en los aceros como % , a mayor %C , mayor resistencia mecnica es decir, se disminuye el limite elstico yaumenta la resistencia a la traccin .voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin9Efecto del contenido de Carbono sobrelas propiedades mecnicas del acerovoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin10Efectos negativos del Carbono El carbono, sin embargo, generalmente reduce la ductilidad del acero y por tanto aumenta la fragilidad. La ductilidad es una medida de la capacidad de un material para deformarse en forma permanente, sin llegar a la ruptura. voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin11Influencia de los Elementos de aleacin en elAceroALUMINIOEmpleado en pequeas cantidades, acta como un desoxidantepara el acero fundido y produce un Acero de Grano Fino.BOROAumenta la templabilidad (la profundidad a la cual un acero puedeser endurecido). Influencia de los Elementos Qumicos en el AceroCROMOAumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistenciaal desgaste y corrosin.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin12COBREMejora significativamente la resistencia a la corrosinatmosfrica.MANGANESOElemento bsico en todos los aceros comerciales. Actacomo un desoxidante y tambin neutraliza los efectosnocivos del azufre, facilitando la laminacin, moldeo yotras operaciones de trabajo en caliente. Aumentatambin la penetracin de temple y contribuye a suresistencia y dureza.MOLIBDENOMediante el aumento de la penetracin de temple, mejoralas propiedades del tratamiento trmico. Aumentatambin la dureza y resistencia a altas temperaturas.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin13NIQUELMejora las propiedades del tratamiento trmico reduciendo latemperatura de endurecimiento y distorsin al ser templado. Alemplearse conjuntamente con el Cromo, aumenta la dureza y laresistencia al desgaste.SILICIO Se emplea como desoxidante y acta como endurecedor en elacero de aleacin.AZUFRENormalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sinembargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandescantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad(habilidad para ser trabajado mediante cortes) de los aceros dealeacin y al carbono.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin14En resmen los efctos de aleacin son:1. Mayor resistencia y dureza 2. Mayor resistencia a los impactos 3. Aumento de la resistencia al desgaste 4. Aumento de la resistencia a la corrosin 5. Mejoramiento de maquinabilidad 6. Dureza al rojo (altas temperaturas) 7. Aumento de la profundidad a la cual el acero puede ser endurecido (penetracin de temple) voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin15voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin16Dependencia de la temperatura eutectoide con respecto a laconcentracin para varios aleantes en la produccin de acerovoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin17Propiedades Mecnicas del AceroLa descripcin ms completa de las propiedades mecnicas de los aceros(propiedades utilizadas para el diseo estructural) se realiza mediante suscurvas esfuerzo deformacin bajo cargas de traccin, las mismas quevarian dependiendo de la composicin qumica del material y sus procesosde fabricacin.Resistencia a la traccinvoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin18Algunas de las propiedades presentes en la curva esfuerzo deformacinson:RANGO DE COMPORTAMIENTO ELSTICOvoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin19ESFUERZO DE FLUENCIAESFUERZOA LA ROTURAvoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin20MDULO DE ELASTICIDADDUCTILIDADvoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin21Fases y micro constituyentesen los AcerosalCarbono bajo condiciones de equilibrioEn las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta 11 microconstituyentes diferentes, que se denominan: Ferrita, Austenita ,Perlita , Cementita, Martensita , Troostita, Sorbita,Bainita, Ledeburita, steadita y grafito. . voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin22Diagrama de equilibrio de las aleacionesHierro-Carbonovoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin23 Ferrita deltayalfa Es una solucin slida de carbono en hierro alfa, la ferrita es el mas blando y dctil constituyente de los aceros, cristaliza en una estructura cbica centrada en el cuerpo, tieneuna dureza de 95 Vickers y una resistencia a la rotura de 28Kg/mm2, llegando a unalargamiento de 35 a 40%, Adems de estas caractersticas es magntico, Su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequea que no llega a disolver ni un 0.008%y por esto se considera como hierro alfa puroPrincipalesconstituyentesestructuralesdelAcerovoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin24Austenita Es el constituyente mas denso de los aceros y esta formado por la solucin slida, por insercincarbono en hierro gamma, la proporcin de C disuelto varia desde 0 hasta 2.0%dependiendo dela temperatura, La austenita esta formada por cristales cbicos de hierro gamma con estructura cbico centrada en las caras, tiene una dureza de 300 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30%. Noes magntico. Esta fase es la mas Dctil y Tenaz su resistencia la traccin es de105 kg/ mm2 y su dureza es de 40 HRc.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin25PerlitaEs un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5 de cementita, es decir hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aprox. 200 Vickers, (20 HRc) con una resistencia a la rotura de 80 Kg./mm2y un alargamiento del 15%.Cada grano de perlita esta formado por lminas o placas alternadas de cementita y ferrita, esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento de la Austenita a 720C , si el enfriamiento es muy brusco la estructura esmas borrosa y se denomina perlita sorbitica.Si la perlitalaminar se calienta durante algn tiempo a una temperaturainferior a la critica (723C) la cementita adopta la forma de glbulos incrustados en la masa de ferrita y entonces se le llama perlita globular.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin26Cementita. Es carburo de hierro( Fe3 C)y por tanto su composicin es de 6.67%de Fe en peso, es el constituyente mas duro y frgil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers (68HRc), su resistenciaa la traccin es pequea pero su resistencia a la compresin es alta. Cristaliza formando un paraleppedo ortorrmbico de gran tamao es magntica hastalos210C temperatura a la cual pierde el magnetismo.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin27MartensitaSolucin slida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura reticular altamente distorsionada es la principal razn para la alta dureza de la martensita. Su valor mximo es de 65 HRc, se obtiene enfriando bruscamente los aceros, y su porcentaje presente depende directamente de la cantidad de carbono presente en el acero.Ya que como los tomos en la martensita estn empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformacinocurre una expansin que produce altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformacin plstica y en ocasiones la iniciacin de fisuras. Es el constituyente mas duro despus de la cementita su dureza es de aprox. 540 Vickers y su resistencia mecnica varia de 175 a 250 Kg./mm2 y su alargamiento de 2.5 a 0.5%, Es magnticavoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin28 Bainita: Para transformar un acero austentico en estructura baintica requiere un enfriamiento lo suficientemente rpido para pasar por alto la nariz de la curva de transformacin y luego mantenerla en el intervalo de temperatura en el que se forma Bainita hasta que se termine la transformacin en un rango de 250 a 550C. Podemos obtener Bainita superior enfriandoa 500- 55Ccon una dureza de aprox. 40 Rc. Bainita inferior con una dureza de 60 Rc obtenindose a la velocidad de enfriamiento de250 400 | C desde la austenita inestable.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin29 Troostita. Es un agregado extremadamente fino de cementita y Fe alfa. Se produce por enfriamiento de la austenita a velocidad ligeramente inferior a la critica de temple.Es un constituyenteradial, aparece acompaando a la martensita y a la austenita , situndose en los contornos de los cristales.Nodulos negros de Troostitasobre un fondo mas claro de Martensitavoestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin30 Sorbita. Es un agregado de cementita y Fe alfa, se obtiene por enfriamiento de la austenita a velocidad bastante inferior a la critica de temple.Su resistencia es de 88 a 140 Kg/mm, su dureza de 250 a 400 Brinell, alargamiento 10a 20%Es el constituyentede todos los aceros forjados y laminados, se presenta en forma de gusanitos, con bajos aumentos aparece como una mancha difusa.Ledeburita.La Ledeburita no es un constituyentede los aceros sino de lasfundiciones, se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de C tiene un contenido total de 1.76%,voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin31Clasificacin de los AcerosPara clasificar el acero se pueden utilizar varios metodos.Por su proceso de fabricacin : Crisol. Bessemer. Siemens Martin. Horno elctrico. Horno bsico de Oxigeno:Calmados , Semicalmados , Efervescente.Por sus usos Maquinaria. Construccin. Herramienta. Por su composicin qumica: Al Carbono. 1. De acuerdo al diagrama Fe- C , Y al contenido de Carbono.2. De acuerdo a sus propiedades Mecnicas:Acero extra suave ,suave,semisuave semiduro y duro Aleados.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin32Clasificacin de los AcerosPor sus usos:Construccin.Este mtodo generalmente se refiere al uso final que se le dar al acero; como acero para maquinas, para resortes, para calderas y estructural . Aceros con un0,1%C: Lminas, tubos, mallas, varillas, alambres, tornillos, clavos, cadenas, remaches, etc.Tratamiento: recocido, deformado en fro o en caliente.Presentan alta ductilidad.voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin33Acero estructural:0,1 < %C < 0,3.planchas, barras corrugadas, perfiles H , U, C, L, U , hojalatas, calderas, tanques, tornillos, etc.Tratamiento trmico: normalizado. Presentan buena soldabilidad, medianaresistencia mecnica y ductilidad.Aceros para elementos de Maquinas : 0.3 < % C < 0.6. Elementos roscados,tubos de alta resistencia, cables , engranajes ( con superficie endurecida), cigeales, rieles de tren, poleas, resortes, etc. voestalpine Bohler Welding Mxico, S.A. de C.V2/19/2014 Ingenieria de Aplicacin34Por su composicin qumica.Aceros al Carbono:De acuerdo al diagrama Fe-C, se clasifican en:Aceros eutectoides si el % C =0.77Aceros Hipereutectoides, si el % C >0.77Aceros Hipoeutectoides, si el % C