aceros bonificados
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Aceros Bonificados
Normas Características
Técnicas y Aplicaciones
Composición Química
%
Dureza Entrega
HB
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N° Acero al Cr, Ni, Mo de
gran templabilidad y tenacidad, con tratamiento térmico, para ejes, cigüeñales, ejes diferenciales y cardanes, engranajes y piezas de mando.
C : 0,34 Mn : 0,55 Cr : 1,55
Mo : 0,25 Ni : 1,55
299 353
4340 6582
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero al Cr, Mn, Mo contratamiento térmico, de alta resistencia a la tracción para piezas de maquinarias sometidas a la tracción para piezas de maquinarias sometidas a exigencias como muñones, pernos y piñones
C: 0,42 Mn : 0,65
Mo : 0,20 Cr : 1,00
266 310
4140 7225
Código Color
Aceros de Cementación
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N° Acero al Cr, Ni, Mo de
gran templabilidad y tenacidad, con tratamiento térmico, para ejes, cigüeñales, ejes diferenciales y cardanes, engranajes y piezas de mando.
C : 0,14 Mn : 0,80
Cr : 1,0 Ni : 1,45
170 210
3115 5713
Código Color
Aceros para Resortes
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero para resortes aleado al Cr, Mn, de gran durabilidad en trabajo de compresión y tracción.
En resortes de vehículos, máquinas, agroindustria, cuchillas de máquinas pequeñas, piezas de máquina, etc.
Las temperaturas de conformado recomendable son entre 830 y 920 °C
C : 0,57 Mn : 0,85 Cr : 0,85 240
260
5160 7176
Código Color
Aceros al Carbono
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero de medio carbono, de uso general para la construcción de todo tipo de piezas mecánicas como ejes, motores electricos, cuñas, martillos, chavetas, etc. En plancha se utiliza donde hay mayor resistencia a ruptura y abrasión.
C : 0,45 Mn : 0,65
170 190
1045 1191
Código Color
Puede ser suministrado trefilado
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero blando de bajo carbono para piezas de maquinaria, pernos, pasadores de baja resistencia. Buena soldabilidad. No toma temple, pero es cementable en piezas no exigidas. Puede ser suministrado trefilado.
C : 0,20 Mn : 0,50
120 150
1020 1151
Código Color
Aceros Refractarios
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero inoxidable refractario austenítico al Cr, Ni, Si, tipo 25/20 para piezas sometidas a temperaturas hasta 1.200° C.
Se emplea en pisos de hornos, parrillas, ganchos, moldes para vidrio, tubos de conducción, rejillas para esmaltar; su durabilidad está condicionada a la atmósfera de trabajo.
C : 0,15 Si : 2,0
Cr : 25,0 Ni : 20,0
145 190
310 4841
Código Color
Aceros Inoxidables
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero inoxidable austenítico al Cr, Ni, Mo, tipo 18/10. Su contenido de molibdeno mejora todas sus características de resistencia al ataque ácido.
No se garantiza la corrosión intercristalina en soldaduras. Aplicaciones en la industria minera, petroquímica, farmacéutica y alimentaria. Usos clínicos ortopédicos. Industria textil
C: 0,07 máx Mn : 2,0 Cr : 17,0
Ni : 12,0 Mo : 2,2 Si : 1,0
130 180
316 4401
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero inoxidable austenítico al Cr, Ni, Mo, del tipo 18/10. Estabilizado al carbono, insensibilidad a la corrosión intercristalina en soldaduras, no necesita tratamientos térmicos post-soldadura. Mejor aptitud a la deformación en frío y obtención de altos grados de pulimento, lo que permite una mayor resistencia a los ácidos comúnmente emlpeados an la industria.
C: 0,03 máx Mn : 2,0máx Cr : 17,5
Ni : 12,5 Mo : 2,2 Si : 1,0
130 180
316L 4404
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero inoxidable austenítico al Cr, Ni,
C: 0,07 máx Mn : 2,0máx
Ni : 9,5 Mo : 1,0 130
304 4301 18/8. Buenas características de resistencia a la corrosión, ductibilidad y pulido. No garantido a la corrosión intercristalina en soldaduras. Resistente a la corrosión de aguas dulces y atmósferas naturales. En construcción de muebles, utensilios de cocina, orfebrería, arquitectura, decoración de exteriores.
Cr : 18,5 Si : 180
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero inoxidable austenítico al Cr, Ni, tipo 18/8. Estabilizado al carbono, con garantía de insensibilidad a la corrosión intercristalina, por tanto no necesita tratamiento térmico post-soldadura. De fácil pulido y gran ductibilidad, especial para embutido profundo. Se emplea en el forjado, estampado y mecanizado de piezas mecánicas diversas para la industria química, alimentaria, equipamiento de decoración
C: 0,03 máx Mn : 2,0máx Cr : 18,5
Ni : 10,0 Si :1,0máx
130 180
304L 430L
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero inoxidable ferrítico con buena resistencia a la corrosión en frío en medios moderadamente agresivos aptitudes limitadas para la deformación en frío con un bajo costo con respecto a otros aceros de mayor aleación. Usado en la ornamentación de la industria automotriz. Aplicaciones específicas de la industria química.
C: 0,1 máx Mn : 1,0
Cr : 16,5 Si :1,0 máx
130 170
430 14016
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Son aceros inoxidables martensíticos al Cr, que presentan una alta resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión con tratamientos térmicos.
Se aplican fundamentalmente en la fabricación de piezas mecánicas que operan normalmente en contacto con agua, vapor, vinos, cerveza y otros ambientes moderadamente corrosivos, como pernos, pasadores, pistones, camisas, ejes de bombas, etc.
C: 0,15 máx Mn : 1,0
Cr : 13,0 Si :1,0 máx
500 530
1020 1151
Código Color
Aceros Antiabrasivos
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero estructural aleado de bajo carbono con tratamiento térmico y altas propiedades de soldabilidad, resistencia al impacto y la abrasión a bajo costo. Usos: Planchas de recubrimiento antiabrasivas chutes, equipos de movimiento de tierras y minerales, y otros servicios severos de impacto y abrasión. Permite reducir el peso muerto al reducir secciones. Construcción de puentes y edificios, refuerzos de camiones, etc.
C: 0,17 Mn : 1,0 Cr : 0,53
Mo : 0,22 V : 0,06 Ni, Ti, B.
321 390
T-1 8921A 8922B
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero aleado, con tratamiento térmico de normalizado, diseñado para obtener alta resistencia a la abrasión, impacto y corrosión atmosférica. Las propiedades inherentes a este acero permiten alcanzar un excelente desempeño al ser usado en equipos de movimiento de tierra, tolvas, canaletas de traspaso, baldes de dragado, transportadoras deslizantes, cuchillos de bulldozer, mezcladores de hormigón, aspas de ventiladores.
C: 0,19 Mn : 1,5 Cr : 1,5
Mo : 0,35 Cu : 0,21 360
Durcap 360
Código Color
USA/ SAE/AISI
Alemania W.St.N°
Acero aleado, templado y revenido, diseñado para obtener alta resistencia a la abrasión e impacto.
Estas propiedades permiten obtener a este acero un altísimo desempeño al ser usado en equipos de movimiento de tierra, tolvas, cucharones de palas mecánicas, placas de desgaste, filo y revestimiento de palas de cargadores frontales, ductos de carga, carros de ferrocarril, tolvas de camiones.
C: 0,31 máx Mn : 1,0 Cr : 1,25
Ni : 1,5 máx Mo : 0,35 Nb: 0,02máx
500
Cap 500
Código Color
http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/aceros/sabimet.html
Acero Inoxidable - AISI
316 ( Fe/Cr18/Ni10/Mo 3 )
Información sobre el Material
Compra Acero Inoxidable - AISI 316 on-line
Los productos estándar están disponibles en estos formas
Esfera Espuma Hilo Hilo aislado Hoja Malla Polvo Tubo Vara
Elija una forma de buscar en nuestro catálogo on-line "
Descripción General:
Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro con un mínimo de un 10,5% de cromo. Sus características se
obtienen mediante la formación de una película adherente e invisible de óxido de cromo. La aleación 316 es un
acero inoxidable austenítico de uso general con una estructura cúbica de caras centradas. Es esencialmente no
magnético en estado recocido y sólo puede endurecerse en frío. Se añade molibdeno para aumentar la resistencia
a la corrosión especialmente en entornos que contienen cloruros. El bajo contenido en carbono de la aleación
316L otorga una mejor resistencia a la corrosión en estructuras soldadas.
Propiedades Eléctricas
Resistividad Eléctrica ( µOhmcm ) 70-78
Coeficiente de Temperatura ( K-1 ) -
Propiedades Físicas
Densidad ( g cm-3 ) 7,96
Punto de Fusión ( C ) 1370-1400
Propiedades Mecánicas
Alargamiento ( % ) <60
Dureza Brinell 160-190
Impacto Izod ( J m-1 ) 20-136
Módulo de Elasticidad ( GPa ) 190-210
Resistencia a la Tracción ( MPa ) 460-860
Propiedades Térmicas
Calor Específico a 23C ( J K-1 kg-1 ) 502
Coeficiente de Expansión Térmica @20-100C ( x10-6 K-1 ) 16-18
Conductividad Térmica a 23C ( W m-1 K-1 ) 16,3
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Indice
http://www.goodfellow.com/S/Acero-Inoxidable-AISI-316.html
Fundición gris
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Puente construido con piezas de hierro fundido.
El hierro fundido, hierro colado, más conocido como fundición gris es un tipo de
aleación conocida como fundición, cuyo tipo más común es el conocido como hierro
fundido gris.
El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a la
apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de
2% de carbono y más de 1% de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre. Una
característica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como
grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la
coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.
Las propiedades físicas y en particular las mecánicas varían dentro de amplios intervalos
respondiendo a factores como la composición química, rapidez de enfriamiento después del
vaciado, tamaño y espesor de las piezas, práctica de vaciado, tratamiento térmico y
parámetros microestructurales como la naturaleza de la matriz y la forma y tamaño de las
hojuelas de grafito.
Un caso particular es el del grafito esferoidal, que comienza a utilizarse en los años 1950,
a partir de entonces ha desplazado otros tipos de hierro maleable y hierro gris.
Entre los primeros usos de este material se dieron, en Europa occidental, en el año 1313,
específicamente en la fabricación de cañones, y presumiblemente en la misma época se
comenzaron a utilizar también en la construcción de tuberías. Se tienen registros de que en
1455 la primera tubería de hierro fundido fue instalada en Alemania, en el Castillo
Dillenberg.
El proceso de fabricación de los tubos de hierro fundido ha tenido profundas
modificaciones, pasando del método antiguo de foso de colada hasta el proceso moderno
por medio de la centrifugación.
Índice
1 Estructura 2 Clasificaciones 3 Ventajas y Desventajas 4 Efectos sobre la salud 5 Referencias 6 Bibliografía 7 Enlaces externos
Estructura
La composición típica para obtener una microestructura grafitica es de 2.5 a 4% de carbono
y de 1 a 3% de silicio, el silicio juega un papel importante en diferenciar a la fundición gris
de la fundición blanca, esto es debido a que el silicio es un estabilizador de grafito, esto
significa que ayuda a precipitar el grafito desde los carburos de hierro. Otro factor
importante que ayuda a la formación de grafito es la velocidad de solidificación de la
colada, una velocidad lenta tenderá a producir más grafito y una matriz ferritica, una
velocidad moderada tenderá a producir una mayor matriz perlitica, para lograr una matriz
100% ferritica, se debe someter la fundición a un tratamiento térmico de recocido.
Un enfriamiento veloz suprimirá parcial o totalmente la formación de grafito y en cambio
propiciará la formación de cementita, lo cual se conoce como Fundición Blanca.
Clasificaciones
En los Estados unidos la clasificación más difundida para el hierro gris es la ASTM
International A48, esta clasifica a la fundición gris dentro de clases dependiendo de su
resistencia a la tracción (Tensile strength), la unidad que se maneja son miles de libras por
pulgada cuadrada (ksi), que es una unidad derivada de la psi a la cual se la multiplica
1000
Ejemplo: La fundición gris clase 20 tiene una resistencia a la tracción mínima de 20000 psi
(aproximadamente 1407.8 kg/cm2o 140,000 kPa). la clase 20 tiene alto carbono equivalente
y una matriz ferritica. Las fundiciones con alta resistencia a la tracción, encima de la clase
40, tienen bajo carbono equivalente y una matriz perlitica-ferritica. El hierro gris por
encima de la clase 40 requiere de aleación para lograr el fortalecimiento de la solución
sólida y de tratamiento térmico para modificar la matriz, la clase 80 es la clase más alta
posible, pero es en extremo frágil. La norma ASTM A247 es también comúnmente usada
para describir la estructura de grafito, otras normas que tratan a la fundición gris son las
ASTM A126, ASTM A278, and ASTM A319.
En la industria automotriz las norma SAE J431 es usada para designar grados en lugar de la
clases anteriores. Estos grados son una medida de la relación que existe entre la resistencia
a la tracción con la dureza
dada en Dureza Brinell
Ventajas y
Desventajas
La Fundición gris es una
aleación común en la
ingeniería debido a su
relativo bajo costo y
buena maquinabilidad, lo
que es resultado de las
bandas de grafito que
lubrican el corte y la
viruta. También tiene
buena resistencia al desgaste, debido a que las "hojuelas" de grafito sirven de
autolubricante. La fundición gris posee una rotura frágil, es decir, no es dúctil, por lo que
no presenta deformaciones permanentes importantes antes de llevarla a su tensión de rotura:
no es tenaz. Al tener una alta tensión de rotura, pero baja ductilidad, casi toda su curva de
tensión alargamiento presente muchas zonas en donde las tensiones son proporcionales a
las deformaciones: tiene mucha resiliencia, es decir, capacidad de absorber trabajo en el
período elástico o de deformaciones no permanentes. El silicio promueve una buena
resistencia a la corrosión e incrementa la fluidez de la colada de fundición, la fundición gris
es considerada, generalmente, fácil de soldar.
Comparada con otras aleaciones de hierro modernas, el hierro gris tiene una baja resistencia
a la tracción y ductibilidad; por lo tanto su resistencia al impacto es casi inexistente.
Propiedades según la ASTM A48 para las clases de Fundiciones Grises
Clase Resistencia a
la tracción [ksi]
Resistencia a
la compresión[ksi]
Modulo de tracción
(E) [106 psi]
20 22 33 10
30 31 109 14
40 57 140 18
60 62.5 187.5 21
Propiedades según la SAE J431 para los grados de Fundiciones Grises
Grado Dureza Brinell t/h† Descripción
G1800 120–187 135 Ferritica-Perlitica
G2500 170–229 135 Ferritica-Perlitica
G3000 187–241 150 Perlitica
G3500 207–255 165 Perlitica
G4000 217–269 175 Perlitica
†t/h = Resistencia a la tracción/Dureza Brinell
AISI 304
ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO (Uso General).
Descripción general
Tiene buena resistencia a la corrosión
en atmósfera industrial y marina.
Resiste a casi todos los agentes de
corrosión utilizados en la industria. Se
suelda fácilmente. Puede soldar con
metales no ferrosos. (Plomo-estaño,
aleaciones en base de plata, etc.). No
obstante, las zonas recalentadas deben
ser sometidas a un hipertemple para
mejorar la resistencia o la corrosión.
No es templable. Puede endurecerse por
deformación en frío. En estado recocido
(hipertemplado) no es ferromagnético.
Por la deformación en frío adquiere
ferromagnetismo a medida que aumenta
la tasa de deformación.
Tiene maquinabilidad regular. Para
mecanizar hay que usar herramientas de
alta calidad que efectúen correctamente
el corte bojo las altas presiones que se
presentan en la mecanización. (carburos
sinterizados).
Tratamientos
Forja: 1.100/950°C.
Recocido (hipertemple) para obtener
dureza mínima y máxima resistencia a
la corrosión:
Calentamiento a 1.100°C.
Enfriamiento al agua o en el caso de
espesores muy pequeños, al aire.
Utilización
Uso general en atmósferas agresivas y
en la industria química.
Construcción de edificios
(decoraciones, rejillas, etc.). Cubiertos
(cucharas, tenedores, manguitos de
cuchillas). industria cervecera.industria
lechera.En cirugía, alambres, ganchos,
agujas de inyección. Herramientas de
cirugía. Piezas en reactores atómicos.
Piezas decorativas en la industria
automotriz y aviación. Artículos para el
hogar.
Alambres. Artículos de alambres
(canastas. parrillas, rejillas, tejidos,
zarandas, coladores).
Resortes. Pernos para cadenas.
Artículos para oficinas (broches. clips.
etc.). Artículos sanitarios. Artículos
para deportes. Orfebrería. industria
vitivinícola. industria textil.
Propiedades Mecánicas
R = 570 MPa (58 Kg/mm2)
0.2 = 245 MPa (25 Kg/mm2)
Al/4 = 67%
= 77%
Dureza = 142 HBN
Comp. Química
C : 0.06 %
Cr : 18.5 %
Ni : 10 %
AISI 316
ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO AL MOLIBDENO.
Descripción general
Acero inoxidable austenítico al
molibdeno. Tiene excelente
resistencia a la corrosión
prácticamente frente a cualquier
agente corrosivo de concentración
elevada y hasta temperaturas de
aproximadamente 300"C. Se suelda
fácilmente, pero en las zonas
recalentadas si no se realizo
hipertemple puede presentar
corrosión intergranular. No es
templable Se puede endurecer por
deformación en frío (alambres). En
estado recocido (hipertemplado)
no es ferromagnético. A medida
que se deforma en frío, adquiere
ferromagnetismo. En estado
blando es apto para estampar en
frío.
Tratamientos
Forja: 1.100/900°C
Recocido (hipertemple)
Calentamiento a 1.100°C
Enfriamiento al agua.
Utilización
Industria química. Industria textil.
Industria fotográfica. Industria de
la pintura. Industria de caucho.
Industria farmacéutica. Industria
alimenticia. Industria Lechera.
Industria de la carne. Industria
vitivinícola (vino blanco). Industria
del algodón. Construcciones
marítimas. Artículos de alambres:
mallas, rejillas, armazones,
canastas (para pesca), etc.
Propiedades Mecánicas
R = 570 MPa (58 Kg/mm2)
0.2 = 250 MPa (25.5 Kg/mm2)
Al/4 = 64%
= 75%
Dureza = 140 HBN
Comp. Química
C : 0.05 %
Cr : 16.5 %
Ni : 11.5 %
Mo : 2.2 %
Para ver:
Gráfico:
Resistencia
a la tracción
de los
alambres
para
resortes.
Haga click aquí!
Endurecimiento por trafilación en
frío.
http://www.cyclosrl.com.ar/tema01_frame.htm
http://www.acerosotero.cl/pdf/catalogo_aceros_otero.pdf
Acero
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Para otros usos de este término, véase Acero (desambiguación).
Prensas en acerías.
Acerías.
Acero es la denominación que comúnmente se le da, en ingeniería metalúrgica, a una
aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,76% en peso
de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de
carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más
frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.
No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz,
con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de
ebullición 2.740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54
Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de
diamante). La difusión de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra
gracias a la diferencia en diámetros atómicos. La diferencia principal entre el hierro y el
acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono
de entre el 0,03% y el 1,76%, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con
hierro. Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes según su temperatura,
concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; además de la
austenita (para mayor información consultar un diagrama hierro-carbono con sus
constituyentes).
El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de
carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades
físico-químicas.
Existen muchos tipos de acero en función del o los elementos aleantes que estén presentes.
La definición en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los cuales
este no metal es el único aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otras
composiciones específicas reciben denominaciones particulares en función de múltiples
variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composición (aceros al
silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna
característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros
estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación
genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los
comunes o "al carbono" que además de ser los primeros fabricados y los más empleados,1
sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el
acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».2
Índice
1 Componentes 2 Historia 3 Clasificación
o 3.1 Según el modo de fabricación o 3.2 Según el modo de trabajarlos o 3.3 Según la composición y la estructura o 3.4 Según los usos a que se destinan
4 Características mecánicas y tecnológicas del acero 5 Normalización de las diferentes clases de acero 6 Formación del acero. Diagrama hierro-carbono (Fe-C)
o 6.1 Microconstituyentes o 6.2 Transformación de la austenita o 6.3 Otros microconstituyentes
7 Otros elementos en el acero o 7.1 Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación o 7.2 Impurezas en el acero o 7.3 Desgaste
8 Tratamientos del acero o 8.1 Tratamientos superficiales o 8.2 Tratamientos térmicos
9 Mecanizado del acero o 9.1 Acero laminado o 9.2 Acero forjado o 9.3 Acero corrugado o 9.4 Estampado del acero o 9.5 Troquelación del acero o 9.6 Mecanizado blando o 9.7 Rectificado o 9.8 Mecanizado duro o 9.9 Mecanizado por descarga eléctrica o 9.10 Taladrado profundo o 9.11 Doblado o 9.12 Perfiles de acero
10 Aplicaciones 11 Ensayos mecánicos del acero
o 11.1 Ensayos no destructivos o 11.2 Ensayos destructivos
12 Producción y consumo de acero o 12.1 Evolución del consumo mundial de acero (2005) o 12.2 Producción mundial de acero (2005)
13 Reciclaje del acero o 13.1 Cuidado con la manipulación de la chatarra
14 Véase también 15 Referencias 16 Bibliografía consultada
17 Enlaces externos
Componentes
Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza, lo
que favorece su producción a gran escala. Esta variedad y disponibilidad3 lo hace apto para
numerosos usos como la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras
públicas, contribuyendo al desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas.4 A
pesar de su densidad (7.850 kg/m³ de densidad en comparación a los 2.700 kg/m³ del
aluminio, por ejemplo) el acero es utilizado en todos los sectores de la industria, incluso en
el aeronáutico, ya que las piezas con mayores solicitaciones (ya sea a impacto o fatiga) sólo
pueden aguantar con un material como el acero.
Historia
Histórico horno Bessemer.
Se desconoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica para obtener hierro a partir de
la fusión de minerales. Sin embargo, los primeros restos arqueológicos de utensilios de
hierro datan del 3000 a. C. y fueron descubiertos en Egipto, aunque hay vestigios de
adornos anteriores. Algunos de los primeros aceros provienen del este de África, cerca de
1400 a. C.5 Durante la dinastía Han de China se produjo acero al derretir hierro forjado con
hierro fundido, en torno al siglo I a. C.6 7 También adoptaron los métodos de producción
para la creación de acero wootz, un proceso surgido en India y en Sri Lanka desde
aproximadamente el año 300 a. C. y exportado a China hacia el siglo V. Este temprano
método utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones.8 9 También conocido como
acero Damasco, era una aleación de hierro con gran número de diferentes materiales,
incluyendo trazas de otros elementos en concentraciones menores a 1.000 partes por millón
o 0,1% de la composición de la roca. Estudios realizados por Peter Paufler sugirieron que
en su estructura se incluían nanotubos de carbono, lo que podría explicar algunas de las
cualidades de este acero -como su durabilidad y capacidad de mantener un filo-, aunque
debido a la tecnología de la época es posible que las mismas se hayan obteniendo por azar y
no por un diseño premeditado.10
Entre los siglos IX y X se produjo en Merv el acero de crisol, en el cual el acero se obtenía
calentando y enfriando el hierro y el carbón por distintas técnicas. Durante la dinastía Song
del siglo XI en China, la producción de acero se realizaba empleando dos técnicas: la
primera producía acero de baja calidad por no ser homogéneo -método "berganesco"- y la
segunda, precursora del método Bessemer, quita el carbón con forjas repetidas y somete la
pieza a enfriamientos abruptos.11
Grabado que muestra el trabajo en una fragua en la Edad Media.
El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el año 1500 a. C., en Medzamor y el
monte Ararat, en Armenia.12
La tecnología del hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto,
difundiéndose extensamente hacia el año 1200 a. C.
No hay registros de que la templabilidad fuera conocida hasta la Edad Media. Los métodos
antiguos para la fabricación del acero consistían en obtener hierro dulce en el horno, con
carbón vegetal y tiro de aire, con una posterior expulsión de las escorias por martilleo y
carburación del hierro dulce para cementarlo. Luego se perfeccionó la cementación
fundiendo el acero cementado en crisoles de arcilla y en Sheffield (Inglaterra) se
obtuvieron, a partir de 1740, aceros de crisol.4 La técnica fue desarrollada por Benjamin
Huntsman.
En 1856, Sir Henry Bessemer, desarrolló un método para producir acero en grandes
cantidades, pero dado que solo podía emplearse hierro que contuviese fósforo y azufre en
pequeñas proporciones, fue dejado de lado. Al año siguiente, Carl Wilhelm Siemens creó
otro, el procedimiento Martin-Siemens, en el que se producía acero a partir de la
descarburación de la fundición de hierro dulce y óxido de hierro como producto del
calentamiento con aceite, gas de coque, o una mezcla este último con gas de alto horno.
Este método también quedó en desuso.
Aunque en 1878 Siemens también fue el primero en emplear electricidad para calentar los
hornos de acero, el uso de hornos de arco eléctricos para la producción comercial comenzó
en 1902 por Paul Héroult, quien fue uno de los inventores del método moderno para fundir
aluminio. En este método se hace pasar dentro del horno un arco eléctrico entre chatarra de
acero cuya composición se conoce y unos grandes electrodos de carbono situados en el
techo del horno.
Estructura de hierro forjado de la Torre Eiffel.
En 1948 se inventa el proceso del oxígeno básico L-D. Tras la segunda guerra mundial se
iniciaron experimentos en varios países con oxígeno puro en lugar de aire para los procesos
de refinado del acero. El éxito se logró en Austria en 1948, cuando una fábrica de acero
situada cerca de la ciudad de Linz, Donawitz desarrolló el proceso del oxígeno básico o L-
D.
En 1950 se inventa el proceso de colada continua que se usa cuando se requiere producir
perfiles laminados de acero de sección constante y en grandes cantidades. El proceso
consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con
una válvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material
fundido pasa por el molde, el que está enfriado por un sistema de agua, al pasar el material
fundido por el molde frío se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde.
Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo
arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma
necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena.
En la actualidad se utilizan algunos metales y metaloides en forma de ferroaleaciones, que,
unidos al acero, le proporcionan excelentes cualidades de dureza y resistencia.13
Actualmente, el proceso de fabricación del acero, se completa mediante la llamada
metalurgia secundaria. En esta etapa, se otorgan al acero líquido las propiedades químicas,
temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones e impurezas deseados. La unidad más
común de metalurgia secundaria es el horno cuchara. El acero aquí producido está listo para
ser posteriormente colado, en forma convencional o en colada continua.
Puente fabricado en acero.
El uso intensivo que tiene y ha tenido el acero para la construcción de estructuras metálicas
ha conocido grandes éxitos y rotundos fracasos que al menos han permitido el avance de la
ciencia de materiales. Así, el 7 de noviembre de 1940 el mundo asistió al colapso del
puente Tacoma Narrows al entrar en resonancia con el viento. Ya durante los primeros años
de la Revolución industrial se produjeron roturas prematuras de ejes de ferrocarril que
llevaron a William Rankine a postular la fatiga de materiales y durante la Segunda Guerra
Mundial se produjeron algunos hundimientos imprevistos de los cargueros estadounidenses
Liberty al fragilizarse el acero por el mero descenso de la temperatura,14
problema
inicialmente achacado a las soldaduras.
En muchas regiones del mundo, el acero es de gran importancia para la dinámica de la
población, industria y comercio.[cita requerida]
Clasificación
Según el modo de fabricación
Aceros, eléctrico. Acero fundido. Acero Colmado. Acero efervescente. Acero fritado.
Según el modo de trabajarlos
Acero moldeado. Acero laminado.
Según la composición y la estructura
Aceros ordinarios. Aceros aleados o especiales.
Según los usos a que se destinan
Acero para imanes o magnético. Acero autotemplado. Acero de construcción. Acero de corte rápido. Acero de decoletado. Acero de corte. Acero indeformable. Acero inoxidable. Acero de herramientas. Acero para muelles. Acero refractario. Acero de rodamientos.
Características mecánicas y tecnológicas del acero
Representación de la inestabilidad lateral bajo la acción de una fuerza ejercida sobre una viga de
acero.
Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que
estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos,
químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de
características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas
propiedades genéricas:
Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos
aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.15
Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.16 Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar
herramientas. Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una
lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.
Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.
Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.
La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en
las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.
Se puede soldar con facilidad. La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma
facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.
Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de17 3 · 106 S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.
Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción.
Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.18 El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.
Normalización de las diferentes clases de acero
Llave de acero aleado para herramientas o acero al cromo-vanadio.
Para homogeneizar las distintas variedades de acero que se pueden producir, existen
sistemas de normas que regulan la composición de los aceros y las prestaciones de los
mismos en cada país, en cada fabricante de acero, y en muchos casos en los mayores
consumidores de aceros.
Por ejemplo en España están regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y antiguamente
estaban reguladas por la norma UNE-36010, ambas editadas por AENOR.19
Existen otras normas reguladoras del acero, como la clasificación de AISI (de uso mucho
más extendido internacionalmente), ASTM, DIN, o la ISO 3506.
Formación del acero. Diagrama hierro-carbono (Fe-C) Artículo principal: Diagrama Hierro-Carbono.
En el diagrama de equilibro, o de
fases, Fe-C se representan las
transformaciones que sufren los
aceros al carbono con la
temperatura, admitiendo que el
calentamiento (o enfriamiento) de
la mezcla se realiza muy
lentamente de modo que los
procesos de difusión
(homogeneización) tienen tiempo
para completarse. Dicho diagrama
se obtiene experimentalmente
identificando los puntos críticos —
temperaturas a las que se producen
las sucesivas transformaciones—
por métodos diversos.
Microconstituyentes
El hierro puro presenta tres estados
alotrópicos a medida que se
incrementa la temperatura desde la ambiente:
Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 768 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono.
Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.
Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.
Fases de la aleación de hierro-carbono
Austenita (hierro-ɣ. duro)
Ferrita (hierro-α. blando)
Cementita (carburo de hierro. Fe3C)
Perlita (88% ferrita, 12% cementita)
Ledeburita (ferrita - cementita eutectica, 4.3% carbón)
Bainita
Martensita
Tipos de acero
Acero al carbono (0,03-2.1% C)
Acero corten (para intemperie)
Acero inoxidable (aleado con cromo)
Acero microaleado («HSLA», baja aleación alta resistencia)
Acero rápido (muy duro, tratamiento térmico)
Otras aleaciones Fe-C
Hierro dulce (prácticamente sin carbón)
Fundición (>2.1% C)
Fundición dúctil (grafito esferoidal)
A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.
Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios
de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando
carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la
denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos
realmente por ferrita y cementita.
Transformación de la austenita
Zona de los aceros (hasta 2% de carbono) del diagrama de equilibrio metaestable hierro-carbono.
Dado que en los aceros el carbono se encuentra formando carburo de hierro se han incluido en
abscisas las escalas de los porcentajes en peso de carbono y de carburo de hierro (en azul).
El diagrama de fases Fe-C muestra dos composiciones singulares:
Un eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de carbono superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de la temperatura crítica A3
20 los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de carbono en hierro γ y su
microestructura en condiciones de enfriamiento lento dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta.
Un eutectoide en la zona de los aceros, equivalente al eutéctico pero en estado sólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene un 0,77 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita.
La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:
Aceros hipoeutectoides (< 0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos (cristales) de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de ferrita.
Aceros hipereutectoides (>0,77% C). Al enfriarse por encima de la temperatura crítica se precipita el carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz de cementita.
Otros microconstituyentes
Las texturas básicas descritas (perlíticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al
carbono, sin embargo modificando las condiciones de enfriamiento (base de los
tratamientos térmicos) es posible obtener estructuras cristalinas diferentes:
La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se obtiene de forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto mayor es el carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los carburos de otros metales) es el constituyente más duro de los aceros.
Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aquélla.
También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones con elementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro γ) como el níquel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.
Antaño se identificaron también la sorbita y la troostita que han resultado ser en realidad
perlitas de muy pequeña distancia interlaminar por lo que dichas denominaciones han caído
en desuso.
Otros elementos en el acero
Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación
Las clasificaciones normalizadas de aceros como la AISI, ASTM y UNS, establecen
valores mínimos o máximos para cada tipo de elemento. Estos elementos se agregan para
obtener unas características determinadas como templabilidad, resistencia mecánica,
dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, soldabilidad o maquinabilidad.21
A continuación
se listan algunos de los efectos de los elementos aleantes en el acero:22
23
Aluminio: se usa en algunos aceros de nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza en concentraciones cercanas al 1% y en porcentajes inferiores al 0,008% como desoxidante en aceros de alta aleación.
Boro: en muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,006%) aumenta la templabilidad sin reducir la maquinabilidad, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro. Es usado en aceros de baja aleación en aplicaciones como cuchillas de arado y alambres de alta ductilidad y dureza superficial. Utilizado también como trampa de nitrógeno, especialmente en aceros para trefilación, para obtener valores de N menores a 80 ppm.
Acería. Nótese la tonalidad del vertido.
Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la resistencia y la dureza en caliente. Es un elemento poco habitual en los aceros. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. Se usa en los aceros rápidos para herramientas y en aceros refractarios.
Cromo: Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, mejora la resistencia a la corrosión. Aumenta la profundidad de penetración del endurecimiento por tratamiento termoquímico como la carburación o la nitruración. Se usa en aceros inoxidables, aceros para herramientas y refractarios. También se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.
Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.
Nitrógeno: se agrega a algunos aceros para promover la formación de austenita. Níquel: es un elemento gammageno permitiendo una estructura austenítica a
temperatura ambiente, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se utiliza mucho para producir acero inoxidable, porque aumenta la resistencia a la corrosión.
Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización 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. Se añade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad.
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. Se utiliza su gran afinidad con el Carbono para evitar la formación de carburo de hierro al soldar acero.
Tungsteno: también conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas.
Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para herramientas.
Impurezas en el acero
Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros.
Se encuentran en los aceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están
presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido
debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. En los casos en los que
eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades
mínimas.
Azufre: límite máximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro, el que, conjuntamente con la austenita, da lugar a un eutéctico cuyo punto de fusión es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutéctico se encuentra en estado líquido, lo que provoca el desgranamiento del material.
Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso
tiene mayor afinidad por el azufre que el hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS
que tiene alto punto de fusión y buenas propiedades plásticas. El contenido de Mn debe
ser aproximadamente cinco veces la concentración de S para que se produzca la reacción.
El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundición menos porosa,
y por lo tanto de mayor calidad.
Aunque se considera un elemento perjudicial, su presencia es positiva para mejorar la
maquinabilidad en los procesos de mecanizado. Cuando el porcentaje de azufre es alto
puede causar poros en la soldadura.
Fósforo: límite máximo aproximado: 0,04%. El fósforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como también por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eutéctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frágil y posee punto de fusión relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitiéndole al material su fragilidad.
Aunque se considera un elemento perjudicial en los aceros, porque reduce la ductilidad y
la tenacidad, haciéndolo quebradizo, a veces se agrega para aumentar la resistencia a la
tensión y mejorar la maquinabilidad.
Desgaste
Es la degradación física (pérdida o ganancia de material, aparición de grietas, deformación
plástica, cambios estructurales como transformación de fase o recristalización, fenómenos
de corrosión, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material sólido y uno o
varios elementos de contacto.
Tratamientos del acero
Tratamientos superficiales
Artículo principal: Tratamiento superficial de los metales.
Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la
atmósfera o con el agua, es necesario y conveniente proteger la superficie de los
componentes de acero para protegerles de la oxidación y corrosión. Muchos tratamientos
superficiales están muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos de los
metales.
Los tratamientos superficiales más usados son los siguientes:
Cincado: tratamiento superficial antioxidante por proceso electrolítico o mecánico al que se somete a diferentes componentes metálicos.
Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidación y embellecer. Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero. Niquelado: baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación. Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero, como la
tornillería. Pintura: usado especialmente en estructuras, automóviles, barcos, etc.
Tratamientos térmicos
Artículo principal: Tratamiento térmico.
Rodamiento de acero templado.
Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las
propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Los
tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades
macroscópicas del acero también son alteradas.
Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición
química son:
Temple Revenido Recocido Normalizado
Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los
cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición
química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una
profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y
enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de
estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más
blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la
resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la
corrosión.
Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.
Nitruración (N): al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.
Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.
Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.
Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.
Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se encuentran
la temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro
factor determinante es la forma en la que el acero vuelve a la temperatura ambiente. El
enfriamiento del proceso puede incluir su inmersión en aceite o el uso del aire como
refrigerante.
El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero
tome sus propiedades comerciales.
Según ese método, en algunos sistemas de clasificación, se le asigna un prefijo indicativo
del tipo. Por ejemplo, el acero O-1, o A2, A6 (o S7) donde la letra "O" es indicativo del uso
de aceite (del inglés: oil quenched), y "A" es la inicial de aire; el prefijo "S" es indicativo
que el acero ha sido tratado y considerado resistente al golpeo (Shock resistant).
Mecanizado del acero
Acero laminado
Artículo principal: Acero laminado.
El acero que se utiliza para la construcción de estructuras metálicas y obras públicas, se
obtiene a través de la laminación de acero en una serie de perfiles normalizados.
El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a
una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y
desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación.
Estos cilindros van formando el perfil deseado hasta conseguir las medidas que se
requieran. Las dimensiones de las secciones conseguidas de esta forma no se ajustan a las
tolerancias requeridas y por eso muchas veces los productos laminados hay que someterlos
a fases de mecanizado para ajustar sus dimensiones a la tolerancia requerida.
Acero forjado
Artículo principal: Acero forjado.
Biela motor de acero forjado.
La forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformación plástica
cuando se somete al acero a una presión o a una serie continuada de impactos. La forja
generalmente se realiza a altas temperaturas porque así se mejora la calidad metalúrgica y
las propiedades mecánicas del acero.
El sentido de la forja de piezas de acero es reducir al máximo posible la cantidad de
material que debe eliminarse de las piezas en sus procesos de mecanizado. En la forja por
estampación la fluencia del material queda limitada a la cavidad de la estampa, compuesta
por dos matrices que tienen grabada la forma de la pieza que se desea conseguir.
Acero corrugado
Artículo principal: Acero corrugado.
El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente en construcción,
para emplearlo en hormigón armado. Se trata de barras de acero que presentan resaltos o
corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón. Está dotado de una gran ductilidad,
la cual permite que a la hora de cortar y doblar no sufra daños, y tiene una gran
soldabilidad, todo ello para que estas operaciones resulten más seguras y con un menor
gasto energético.
Malla de acero corrugado.
Las barras de acero corrugado, están normalizadas. Por ejemplo en España las regulan las
normas (UNE 36068:1994- UNE 36065:2000 –UNE36811:1998)
Las barras de acero corrugados se producen en una gama de diámetros que van de 6 a 40
mm, en la que se cita la sección en cm² que cada barra tiene así como su peso en kg. Las
barras inferiores o iguales a 16 mm de diámetro se pueden suministrar en barras o rollos,
para diámetros superiores a 16 siempre se suministran en forma de barras.
Las barras de producto corrugado tienen unas características técnicas que deben cumplir,
para asegurar el cálculo correspondiente de las estructuras de hormigón armado. Entre las
características técnicas destacan las siguientes, todas ellas se determinan mediante el
ensayo de tracción:
Límite elástico Re (Mpa) Carga unitaria de rotura o resistencia a la tracción Rm (MPa) Alargamiento de rotura A5 (%) Alargamiento bajo carga máxima Agt (%) Relación entre cargas Rm/Re Módulo de Young E
Estampado del acero
Puerta automóvil troquelada y estampada.
Artículo principal: Estampación de metales.
La estampación del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta
donde a la plancha de acero se la somete por medio de prensas adecuadas a procesos de
embutición y estampación para la consecución de determinadas piezas metálicas. Para ello
en las prensas se colocan los moldes adecuados.
Troquelación del acero
Artículo principal: Troquelación.
La troquelación del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta
donde se perforan todo tipo de agujeros en la plancha de acero por medio de prensas de
impactos donde tienen colocados sus respectivos troqueles y matrices.
Mecanizado blando
Torno paralelo moderno.
Artículo principal: Mecanizado.
Las piezas de acero permiten mecanizarse en procesos de arranque de virutas en máquinas-
herramientas (taladro, torno, fresadora, centros de mecanizado CNC, etc.) luego
endurecerlas por tratamiento térmico y terminar los mecanizados por procedimientos
abrasivos en los diferentes tipos de rectificadoras que existen.
Rectificado
El proceso de rectificado permite obtener muy buenas calidades de acabado superficial y
medidas con tolerancias muy estrechas, que son muy beneficiosas para la construcción de
maquinaria y equipos de calidad. Pero el tamaño de la pieza y la capacidad de
desplazamiento de la rectificadora pueden presentar un obstáculo.
Mecanizado duro
En ocasiones especiales, el tratamiento térmico del acero puede llevarse a cabo antes del
mecanizado en procesos de arranque de virutas, dependiendo del tipo de acero y los
requerimientos que deben ser observados para determinada pieza. Con esto, se debe tomar
en cuenta que las herramientas necesarias para dichos trabajos deben ser muy fuertes por
llegar a sufrir desgaste apresurado en su vida útil. Estas ocasiones peculiares, se pueden
presentar cuando las tolerancias de fabricación son tan estrechas que no se permita la
inducción de calor en tratamiento por llegar a alterar la geometría del trabajo, o también por
causa de la misma composición del lote del material (por ejemplo, las piezas se están
encogiendo mucho por ser tratadas). En ocasiones es preferible el mecanizado después del
tratamiento térmico, ya que la estabilidad óptima del material ha sido alcanzada y,
dependiendo de la composición y el tratamiento, el mismo proceso de mecanizado no es
mucho más difícil.
Mecanizado por descarga eléctrica
Artículo principal: Electroerosión.
En algunos procesos de fabricación que se basan en la descarga eléctrica con el uso de
electrodos, la dureza del acero no hace una diferencia notable.
Taladrado profundo
Artículo principal: Taladrado profundo.
En muchas situaciones, la dureza del acero es determinante para un resultado exitoso, como
por ejemplo en el taladrado profundo al procurar que un agujero mantenga su posición
referente al eje de rotación de la broca de carburo. O por ejemplo, si el acero ha sido
endurecido por ser tratado térmicamente y por otro siguiente tratamiento térmico se ha
suavizado, la consistencia puede ser demasiado suave para beneficiar el proceso, puesto que
la trayectoria de la broca tenderá a desviarse.
Doblado
El doblado del acero que ha sido tratado térmicamente no es muy recomendable pues el
proceso de doblado en frío del material endurecido es más difícil y el material muy
probablemente se haya tornado demasiado quebradizo para ser doblado; el proceso de
doblado empleando antorchas u otros métodos para aplicar calor tampoco es recomendable
puesto que al volver a aplicar calor al metal duro, la integridad de este cambia y puede ser
comprometida.
Armadura para un pilote (cimentación) de sección circular.
Perfiles de acero
Artículo principal: El acero y sus perfiles.
Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles metálicos, siendo éstos de
diferentes características según su forma y dimensiones y debiéndose usar específicamente
para una función concreta, ya sean vigas o pilares.
Aplicaciones
Bobina de cable de acero trenzado.
El acero en sus distintas clases está presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana
en forma de herramientas, utensilios, equipos mecánicos y formando parte de
electrodomésticos y maquinaria en general así como en las estructuras de las viviendas que
habitamos y en la gran mayoría de los edificios modernos. En este contexto existe la
versión moderna de perfiles de acero denominada Metalcón.
Los fabricantes de medios de transporte de mercancías (camiones) y los de maquinaria
agrícola son grandes consumidores de acero.
También son grandes consumidores de acero las actividades constructoras de índole
ferroviario desde la construcción de infraestructuras viarias así como la fabricación de todo
tipo de material rodante.
Otro tanto cabe decir de la industria fabricante de armamento, especialmente la dedicada a
construir armamento pesado, vehículos blindados y acorazados.
También consumen mucho acero los grandes astilleros constructores de barcos
especialmente petroleros, y gasistas u otros buques cisternas.
Como consumidores destacados de acero cabe citar a los fabricantes de automóviles porque
muchos de sus componentes significativos son de acero.
A modo de ejemplo cabe citar los siguientes componentes del automóvil que son de acero:
Son de acero forjado entre otros componentes: cigüeñal, bielas, piñones, ejes de transmisión de caja de velocidades y brazos de articulación de la dirección.
De chapa de estampación son las puertas y demás componentes de la carrocería. De acero laminado son los perfiles que conforman el bastidor. Son de acero todos los muelles que incorporan como por ejemplo; muelles de válvulas, de
asientos, de prensa embrague, de amortiguadores, etc. De acero de gran calidad son todos los rodamientos que montan los automóviles. De chapa troquelada son las llantas de las ruedas, excepto las de alta gama que son de
aleaciones de aluminio. De acero son todos los tornillos y tuercas.
Cabe destacar que cuando el automóvil pasa a desguace por su antigüedad y deterioro se
separan todas las piezas de acero, son convertidas en chatarra y son reciclados de nuevo en
acero mediante hornos eléctricos y trenes de laminación o piezas de fundición de hierro.
Ensayos mecánicos del acero
Durómetro.
Curva del ensayo de tracción.
Artículo principal: Ensayos mecánicos de los materiales.
Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una
máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales
constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar
sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos
para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos
que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas
internas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir
fracturas o roturas.
Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos.
Todos los aceros tienen estandarizados los valores de referencia de cada tipo de ensayo al
que se le somete.24
Ensayos no destructivos
Los ensayos no destructivos son los siguientes:
Ensayo microscópico y rugosidad superficial. Microscopios y rugosímetros. Ensayos por ultrasonidos. Ensayos por líquidos penetrantes. Ensayos por partículas magnéticas. Ensayo de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers). Mediante durómetros.
Ensayos destructivos
Los ensayos destructivos son los siguientes:
Ensayo de tracción con probeta normalizada. Ensayo de resiliencia. Ensayo de compresión con probeta normalizada. Ensayo de cizallamiento. Ensayo de flexión. Ensayo de torsión. Ensayo de plegado. Ensayo de fatiga.
Producción y consumo de acero
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Evolución del consumo mundial de acero (2005)
El consumo mundial de productos acabados de acero acabados en 2005 superó los mil
millones de toneladas. La evolución del consumo resulta sumamente dispar entre las
principales regiones geográficas. China registró un incremento del consumo aparente del
23% y representa en la actualidad prácticamente un 32% de la demanda mundial de acero.
En el resto, tras un año 2004 marcado por un significativo aumento de los stocks motivado
por las previsiones de incremento de precios, el ejercicio 2005 se caracterizó por un
fenómeno de reducción de stocks, registrándose la siguiente evolución: -6% en Europa
(UE25), -7% en Norteamérica, 0% en Sudamérica, +5% en CEI, +5% en Asia (excluida
China), +3% en Oriente Medio.25
Producción mundial de acero (2005)
Véase también: Anexo:Producción de acero por país.
La producción mundial de acero bruto en 2005 ascendió a 1.129,4 millones de toneladas, lo
que supone un incremento del 5,9% con respecto a 2004. Esa evolución resultó dispar en
las diferentes regiones geográficas. El aumento registrado se debe fundamentalmente a las
empresas siderúrgicas chinas, cuya producción se incrementó en un 24,6%, situándose en
349,4 millones de toneladas, lo que representa el 31% de la producción mundial, frente al
26,3% en 2004. Se observó asimismo un incremento en India (+16,7%). La contribución
japonesa se ha mantenido estable. Asia en conjunto produce actualmente la mitad del acero
mundial. Mientras que el volumen de producción de las empresas siderúrgicas europeas y
norteamericanas se redujo en un 3,6% y un 5,3% respectivamente.
La distribución de la producción de acero en 2005 fue la siguiente según cifras estimadas
por el International Iron and Steel Institute (IISI) en enero de 2006:25
Europa
UE-27 CEI
331
186
113
Norteamérica y Centroamérica
EE. UU.
134
99,7
Sudamérica
Brasil
45
32,9
Asia
China Japón
508
280
112
Resto del mundo 39,3
Datos en millones de toneladas
Reciclaje del acero
Colada continua de una acería.
Código de reciclaje del acero
El acero, al igual que otros metales, puede ser reciclado. Al final de su vida útil, todos los
elementos construidos en acero como máquinas, estructuras, barcos, automóviles, trenes,
etc., se pueden desguazar, separando los diferentes materiales componentes y originando
unos desechos seleccionados llamados comúnmente chatarra. La misma es prensada en
bloques que se vuelven a enviar a la acería para ser reutilizados. De esta forma se reduce el
gasto en materias primas y en energía que deben desembolsarse en la fabricación del acero.
Se estima que la chatarra reciclada cubre el 40% de las necesidades mundiales de acero
(cifra de 2006).
El proceso de reciclado se realiza bajo las normas de prevención de riesgos laborales y las
medioambientales. El horno en que se funde la chatarra tiene un alto consumo de
electricidad, por lo que se enciende generalmente cuando la demanda de electricidad es
menor. Además, en distintas etapas del reciclaje se colocan detectores de radioactividad,
como por ejemplo en en la entrada de los camiones que transportan la chatarra a las
industrias de reciclaje.
Cuidado con la manipulación de la chatarra
Compactos de chatarra en las instalaciones del Central European Waste Management en Wels,
Austria.
El personal que manipula chatarra debe estar siempre vacunado contra la infección del
tétanos, pues puede infectarse al sufrir alguna herida con la chatarra. Cualquier persona que
sufra un corte con un elemento de acero, debe acudir a un centro médico y recibir dicha
vacuna, o un refuerzo de la misma si la recibió con anterioridad.
Véase también
Acero corten Acero rápido Acero al carbono Edad de los Metales Siderurgia Historia de la siderurgia Acero crucible
Referencias
1. ↑ Aproximadamente el 90% del acero comercializado es "al carbono". Ashby, Michael F.; & David R. H. Jones (1992) [1986] (en inglés). Engineering Materials 2 (corregida edición). Oxford: Pergamon Press. ISBN 0-08-032532-7.
2. ↑ Diccionario Enciclopédico Hispano-Americano, Tomo I, Montaner y Simón Editores, Barcelona, 1887. p.265
3. ↑ Se estima que el contenido en hierro de la corteza terrestre es del orden del 6% en peso [1], mientras que el carbón vegetal pudo fácilmente obtenerse de las masas forestales para la elaboración del acero por el procedimiento de la forja catalana. La industrialización del acero conllevó la sustitución del carbón vegetal por el mineral cuya abundancia en la corteza terrestre se estima alrededor del 0,2% [2].
4. ↑ a b Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Tomo 1 Acero. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.
5. ↑ Civilizations in Africa: The Iron Age South of the Sahara 6. ↑ Needham, Joseph (1986). Science and Civilization in China: Volume 4, Part 3, Civil
Engineering and Nautics. Taipei: Caves Books, Ltd.. p. 563. 7. ↑ Gernet, 69. 8. ↑ Needham, Volume 4, Part 1, 282. 9. ↑ G. Juleff (1996). «An ancient wind powered iron smelting technology in Sri Lanka».
Nature 379 (3): pp. 60-63. doi:10.1038/379060a0. 10. ↑ Sanderson, Katharine (2006-11-15). Sharpest cut from nanotube sword: Carbon
nanotech may have given swords of Damascus their edge. Nature. Consultado el 17-11-2006.
11. ↑ Robert Hartwell, 'Markets, Technology and the Structure of Enterprise in the Development of the Eleventh Century Chinese Iron and Steel Industry' Journal of Economic History 26 (1966). pp. 53-54
12. ↑ Museo de la metalurgia Elgóibar 13. ↑ Museo de la Metalurgia Elgóibar 14. ↑ Constance Tripper, del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge,
determinó que las roturas en el casco de los cargueros Liberty se debieron a que el acero fue sometido a temperatura suficientemente baja para que mostrara comportamiento frágil y estableciendo en consecuencia la existencia de una temperatura de transición dúctil-frágil.
15. ↑ Información sobre el punto de fusión del acero 16. ↑ Temperaturas aproximadas de fusión y ebullición del acero 17. ↑ Datos de resistividad de algunos materiales (en inglés) 18. ↑ Tabla de perfiles IPN normalizados 19. ↑ Norma UNE 36010 20. ↑ Convencionalmente al subíndice del punto crítico acompaña una letra que indica si la
temperatura se ha determinado durante el enfriamiento (r, del francés refroidissement) o el calentamiento (c, del francés chauffage) ya que por fenómenos de histéresis los valores numéricos difieren.
21. ↑ (Kalpakjian, 2002, p. 144) 22. ↑ Tabla de los porcentajes admisibles de ocho componentes en los aceros normalizados
AISI/SAE 23. ↑ Publio Galeano Peña. «Aceros aleados». Materiales metálicos. Consultado el 27 de
junio de 2011. 24. ↑ Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial
Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5. 25. ↑ a b Informe anual de Arcelor (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial y la
última versión).
Bibliografía consultada
Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.
Sandvik Coromant (2006). Guía Técnica de Mecanizado. AB Sandvik Coromant 2005.10.
Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas.. Madrid: Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5.
Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-
4490-3.
Luis Colasante (2006). L’étude des superficies de l’acier inoxydable austénitique AISI 304 après une déformation plastique et un procédé d’abrasion.. Venezuela, Mérida: Universidad de Los Andes.
(1984 edición)ISBN 84-320-4260-9.
Enlaces externos
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