PulvimetalurgiaLa pulvimetalurgia o metalurgia de polvos es un proceso de fabricación que, partiendo de polvos finos y tras su compactación para darles una forma determinada (compactado), se calientan en atmósfera controlada (sinterizado) para la obtención de la pieza.

Este proceso es adecuado para la fabricación de grandes series de piezas pequeñas de gran precisión, para materiales o mezclas poco comunes y para controlar el grado de porosidad o permeabilidad. Algunos productos típicos son rodamientos, árboles de levas, herramientas de corte, segmentos de pistones, guías de válvulas, filtros, etc.

Fases del proceso

Obtención de los Polvos

Generalmente se realiza de metales puros, principalmente hierro, cobre, estaño, aluminio, níquel y titanio, aleaciones como latones, bronces, aceros y aceros inoxidables o polvos pre-aleados. Procesos típicos son:

Atomización en estado líquido. El metal fundido se vierte a través de un embudo refractario en una cámara de atomización, haciéndole pasar a través de chorros de agua pulverizada.

Atomización con electrodo fungible (electrólisis) Se colocan barras o láminas como ánodos en un tanque que contiene un electrolito. Se aplica corriente y tras 48 horas se obtiene en los cátodos un depósito de polvo de aproximadamente 2mm. Se retiran los cátodos y se rascan los polvos electrolíticos.

Reducción de óxidos metálicos. Se reducen los óxidos metálicos a polvos metálicos poniéndolos en contacto con el gas reductor a una temperatura inferior a la de fusión.

Pulverización mecánica. Útil en metales frágiles. Se muele el metal o se lima y se lleva a través de un gas, separándose el metal del gas en una corriente turbulenta dentro de un separador ciclónico.

Condensación de vapores metálicos. Aplicable en metales que pueden hervir condensando el vapor en forma de polvo (magnesio, cadmio y zinc)

Dosificación y mezcla

Generalmente, para obtener las características requeridas será necesario mezclar polvos de tamaños y composiciones diferentes. Igualmente se puede añadir aditivos que actúen como lubricantes durante el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia del compactado crudo.

Debido a la elevada relación área superficial/volumen esto quiere decir que cuanto más dividido esté el polvo, más area de exposición al medio ambiente posee este. La mayoría de los polvos metálicos tienden a reaccionar con el oxigeno del ambiente generando así una flama en la mayoría de los casos, además de otros como el magnesio que es explosivo, por lo que deberán manejarse con precaución, y para contenerlos (los polvos) se utilizan normalmente cuartos de ambientes controlados.

Compactación en frío

El polvo suelto se comprime mediante prensas mecánicas o hidráulicas en una matriz, resultando una forma que se conoce como pieza en verde o compactado crudo. Las prensas más utilizadas son uniaxiales, en la que la presión se aplica al polvo en una sola dirección. Mediante compactación uniaxial pueden obtenerse piezas en verde con dimensiones y acabados precisos, obteniéndose una alta productividad en la industria mediante esta técnica. Un inconveniente de la compactación uniaxial es la baja relación longitud/diámetro que puede obtenerse en las piezas debido al gradiente de densidad que se produce entre el centro de la pieza y las zonas más próximas al punzón. Para obtener un compacto con mayor densidad se emplean prensas de doble émbolo.

Variantes: Prensado isostático en frío (Cold Isostatic Pressing, CIP). Es un método de compactación que se realiza encerrando herméticamente el polvo en moldes elásticos típicamente de goma, látex o PVC, aplicándoles presión hidrostática mediante un fluido que puede ser agua o aceite. Las piezas en verde obtenidas por este sistema tienen propiedades uniformes e isótropas. Una de las principales ventajas de este método de compactación es la alta relación longitud/diámetro que puede obtenerse en las piezas con respecto a la compactación uniaxial. Es un método muy utilizado para la compactación de piezas cerámicas.

Sinterizado

Consiste en el calentamiento en horno eléctrico o mufla con atmósfera controlada a una temperatura en torno al 75% de la de fusión. En general, los hornos son continuos con tres cámaras:

En la cámara de purga se consume el aire y se volatilizan los lubricantes y aglutinantes al tiempo que se calienta lentamente el compactado.

En la cámara de alta temperatura se produce la unión de las partículas de compactado por difusión en estado sólido.

En la cámara de enfriamiento se hace descender la temperatura del producto ya sinterizado.

En todo el proceso, es fundamental mantener una atmósfera controlada para evitar la rápida oxidación de las pequeñas partículas metálicas al elevarse las temperaturas

en presencia de oxígeno. Para ello, se emplean atmósferas reductoras basadas en hidrógeno, amoníaco disociado y nitrógeno.

Variantes: Prensado isostático en caliente (Hot Isostatic Pressing, HIP). La compactación y el sinterizado se realizan en una única etapa encerrando herméticamente el polvo en un recipiente flexible y exponiéndolo seguidamente a alta temperatura y presión. Los productos obtenidos por este sistema tienen propiedades uniformes e isótropas. Pueden obtenerse valores elevados de densidad en las piezas debido a la baja porosidad residual que queda en las piezas tras el proceso, con valores en muchos casos superiores al 99% de la densidad teórica del material completamente denso (sin pososidad).

Por otro lado, también es posible, cuando desee realizarse algún mecanizado, realizar un presinterizado del compactado de forma que pueda manipularse y mecanizarse sin dificultad. Tras el sinterizado definitivo, el mecanizado posterior puede minimizarse e incluso eliminarse.

Si el sinterizado se efectúa durante un tiempo prolongado puede eliminarse los poros y el material se hace más denso. La velocidad de sinterizado depende de la Temperatura, energía de activación, coeficiente de difusión, tamaño de las partículas originales.

Operaciones de acabado

Acuñado: Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de la pieza y obtener un mejor acabado superficial. Si la deformación plástica es masiva, se suele hablar de forja pulvimetalúrgica.

Impregnación: Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea poroso.

Otras convencionales son: Tratamientos térmicos y superficiales y Mecanizado.

Ventajas e inconvenientes

A FAVOR EN CONTRA

No se desperdicia material.

Precisión dimensional y buen acabado.

Tiempo de fabricación corto y costos reducidos.

Elevado costo de las matrices de compactación.

Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del material.

Limitaciones de diseño:

Piezas imposibles por otros medios: porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cerámicos).

sección uniforme en la dirección de compactado, esbeltez limitada, etc.

Tratamiento térmico

Tratamiento térmico.

Se conoce como tratamiento térmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.

Contenido

Propiedades mecánicas

Las características mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada.

Entre estas características están:

Resistencia al desgaste : Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

Tenacidad : Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto).

Maquinabilidad : Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.

Dureza : Es la resistencia que ofrece un material para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB), unidades ROCKWEL C (HRC), VICKERS (HV),etc.Dureza Vickers mediante el test del mismo nombre.Tambien puede ser definido como la capacidad de un material de no ser rayado.

Mejora las propiedades a través del tratamiento térmico

Las propiedades mecánicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros, reside en la composición química de la aleación que los forma y el tipo de tratamiento térmico a los que se les somete. Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman los aceros sin variar la composición química de los mismos.

Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composición química se llama polimorfismo y es la que justifica los térmicos. Técnicamente el poliformismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una única composición química, el diamante y el grafito son polimorfismos del carbono. La α-ferrita, la austenita y la δ-ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un elemento químico puro se denomina alotropía.

Por lo tanto las diferentes estructuras de grano pueden ser modificadas, obteniendo así aceros con nuevas propiedades mecánicas, pero siempre manteniendo la compisición química. Estas propiedades varían de acuerdo al tratamiento que se le de al acero dependiendo de la temperatura hasta la cual se lo caliente y de como se enfría el mismo. La forma que tendrá el grano y los microconstituyentes que compondrán al acero, sabiendo la composición química del mismo (esto es porcentaje de Carbono y Hierro (Fe3))y la temperatura a la que se encuentra, se puede ver en el Diagrama Hierro Carbono.

A continuación se adjunta a modo de ejemplo una figura que muestra como varía el grano a medida que el acero es calentado y luego enfriado. Los microconstituyentes a los que antes se hizo referencia en este caso son la Perlita, la Austenita y la Ferrita.

En la figura que se adjunta a continuación se puede ver con mayor claridad como varía el grano del latón de acuerdo a la variación de temperatura en un tratamiento térmico.

Propiedades mecánicas del acero

El acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas específicas para su utilización en la industria metalmecánica.

Los otros principales elementos de composición son el cromo, tungsteno, manganeso, níquel, vanadio, cobalto, molibdeno, cobre, azufre y fósforo. A estos elementos químicos que forman parte del acero se les llama componentes, y a las distintas estructuras cristalinas o combinación de ellas constituyentes.

Los elementos constituyentes, según su porcentaje, ofrecen características específicas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etcétera. La diferencia entre los diversos aceros, tal como se ha dicho depende tanto de la composición química de la aleación de los mismos, como del tipo de tratamiento térmico.

Tratamientos térmicos del acero

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos.

Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.

Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:

Temple : Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.

Revenido : Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o

resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

Recocido : Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Normalizado : Tiene por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

Tratamientos termoquímicos del acero

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.

Ejemplos de tratamientos

Endurecimiento del acero

El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 830 °C, lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frágil.

Tratamiento térmico y temples de las extrusiones de aluminio

El tratamiento térmico se utiliza a menudo para mejorar la resistencia y dureza del aluminio. Nuestra máquina de estirado y destorcido de 5 metros con instalación para tratamiento térmico permite a Capalex suministrar el material de especificación aeroespacial más exigente. Tenemos también una planta de enrollamiento para ciertas extrusiones más ligeras en longitudes de hasta 30 metros.

Temples del aluminio

‘T’ – Tratamiento térmico (esto es, para aleaciones endurecidas por envejecimiento) la “T” estará siempre seguida por uno o más dígitos.

F

Fabricado

T1

Enfriado desde una alta temperatura durante el proceso de conformación y envejecido naturalmente.

T2

Enfriado desde una alta temperatura durante el proceso de conformación, trabajado en frío y envejecido naturalmente.

T3

Tratamiento térmico de solución, trabajado en frío y envejecido naturalmente.

T4

Tratamiento térmico de solución y envejecido naturalmente.

T5

Enfriado desde una alta temperatura durante el proceso de conformación y envejecido artificialmente.

T6

Tratamiento térmico de solución y luego envejecido artificialmente.

T7

Tratamiento térmico de solución y luego envejecido artificialmente.

T8

Tratamiento térmico de solución, trabajado en frío y envejecido artificialmente.

T9

Tratamiento térmico de solución, envejecido artificialmente y trabajado en frío.

Se pueden añadir uno o más dígitos desde T1 a T9 para indicar variaciones del temple. T351

Tratamiento térmico de solución, estirado controlado para aliviar tensiones. El aluminio no recibe ningún enderezamiento adicional tras el estirado. Se aplica a chapas, varillas y barras laminadas o terminadas en frío, forjados a estampa o en prensa de productos anulares y anillos laminados sin soldadura.

T3510

Tratamiento térmico de solución, estirado controlado para aliviar tensiones y envejecido naturalmente. El aluminio no recibe ningún enderezamiento adicional tras el estirado. Se aplica a varillas, barras, perfiles y tubos extruidos y tubos estirados.

T3511

Como el T3510, pero también se refiere a productos que podrían recibir un leve enderezamiento tras el estirado para cumplir con las tolerancias estándar.

T352

Se aplica a productos tratados por compresión para aliviar tensiones después del tratamiento térmico de solución o después de ser enfriados desde un proceso de trabajo en caliente para producir una deformación remanente del 1 al 5%.

T651

Tratamiento térmico de solución, estirado controlado para aliviar tensiones y luego envejecido artificialmente. El aluminio no recibe ningún enderezamiento adicional tras el estirado.

T6510

Tratamiento térmico de solución, estirado controlado para aliviar tensiones y luego envejecido artificialmente. El aluminio no recibe ningún enderezamiento adicional tras el estirado.

T6511

Como el T6510, salvo que se permite un leve enderezamiento tras el estirado para cumplir con las tolerancias estándar.

T73

Tratamiento térmico de solución y luego sobreenvejecido artificialmente para obtener la mejor resistencia a la corrosión por tensiones.

T732

Tratamiento térmico de solución y luego sobreenvejecido artificialmente para obtener la mejor resistencia a la corrosión por tensiones.

T7651

Tratamiento térmico de solución, estirado controlado para aliviar tensiones y luego sobreenvejecido artificialmente para obtener una buena

resistencia a la corrosión por exfoliación. El aluminio no recibe ningún enderezamiento adicional tras el estirado.

T76510

Tratamiento térmico de solución, estirado controlado para aliviar tensiones y luego sobreenvejecido artificialmente para obtener una buena resistencia a la corrosión por exfoliación. El aluminio no recibe ningún enderezamiento adicional tras el estirado.

T76511

Como el T76510, salvo que se permite un leve enderezamiento tras el estirado para cumplir con las tolerancias estándar.

Temple y revenido: bonificado

Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para después enfriarla al intemperie en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.

Tabla de temperaturas para revenido de acero endurecido

Color Grados C Tipos de aceros

Paja claro 220 Herramientas como brocas, machuelos

Paja mediano 240 Punzones dados y fresas

Paja oscuro 255 Cizallas y martillos

Morado 270 Árboles y cinceles para madera

Azul obscuro 300 Cuchillos y cinceles para acero

Azul claro 320 Destornilladores y resortes

Recocido

El recocido es el tratamiento térmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero u otros metales, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en frío. (Enfriamiento en el horno). Esto es, eliminar los esfuerzos residuales producidos durante el trabajo en frío sin afectar las propiedades mecánicas de la pieza finalizada, o puede utilizarse el recocido para eliminar por completo el endurecimiento por deformación. En este caso, la parte final es blanda y dúctil pero sigue teniendo un acabado de superficie y precisión dimensional buenos. Después del recocido, se puede realizar un trabajo en frío adicional dado que la ductilidad se restaura; al combinar ciclos de repetición de trabajo en frío y recocido, pueden alcanzarse deformaciones totales grandes.

El término "recocido" también se utiliza para describir otros tratamientos térmicos. Por ejemplo, los vidrios pueden tratarse de manera térmica o recocerse para eliminar los esfuerzos residuales presentes en el mismo. Los hierros y aceros pueden recocerse para maximizar sus propiedades, en este caso la ductilidad, aun cuando no se haya trabajado con el material en frío.

Existen 3 etapas consideradas como las más importantes en el proceso de recocido:

Recuperación

La microestructura original trabajada a bajas temperaturas está compuesta de granos que se encuentran deformados que contienen un gran número de dislocaciones entrelazadas unas con otras. Cuando se calienta primero el metal, la energía térmica adicional permite que las dislocaciones se muevan y formen los límites de una estructura subgranular poligonizada. Lo anterior significa que conforme el material se va calentando, las dislocaciones van desapareciendo y a su vez los granos toman mayor tamaño. Sin embargo, la densidad de las dislocaciones permanece virtualmente sin cambiar. Este tratamiento a temperatura baja elimina los esfuerzos residuales debidos al trabajo en frío sin ocasionar un cambio en la densidad de las dislocaciones y se le llama recuperación.

Las propiedades mecánicas del metal permanecen relativamente sin cambio alguno ya que no se reduce el número de todas las dislocaciones que se presentan durante esta etapa. Dado que se reducen o incluso se eliminan los esfuerzos residuales cuando se reacomodan las dislocaciones, a la recuperación con frecuencia la podemos llamar recocido de alivio de esfuerzos. Además, la recuperación restaura la conductividad eléctrica elevada del material, lo que permitiría fabricar alambres los cuales podrían usarse para transmitir energía eléctrica, los cuales aparte de tener alta conductividad serían resistentes. Por último, la recuperación frecuentemente agiliza la resistencia a la corrosión de los materiales.

Recristalización

Cuando se somete a muy altas temperaturas un metal trabajado en frío previamente, la recuperación rápida elimina los esfuerzos residuales y produce la estructura de las dislocaciones poligonizadas. Durante este instante ocurre la formación de núcleos de pequeños granos en los límites de las celdas de la estructura poligonizada, eliminando la

mayoría de las dislocaciones. Debido a que el número de dislocaciones se reduce en grande escala, el metal recristalizado tiene una resistencia baja pero una gran ductilidad. Se denomina como temperatura de recristalización a la temperatura a la cual aparece una microestructura de granos nuevos que tienen pocas dislocaciones. Recristalización es el proceso durante el cual se forman granos nuevos a través del tratamiento térmico a un material trabajado en frío. La temperatura de recristalización depende de varias variables, por lo tanto no es una temperatura fija.

Crecimiento de granos

Cuando las temperaturas aplicadas en el recocido son muy altas, las etapas de recuperación y de recristalización ocurren de una forma más rápida, produciéndose así una estructura de granos más fina. Si la temperatura es lo bastante alta, los granos comienzan a crecer, con granos favorecidos que eliminan a los granos que son más pequeños. Este fenómeno, al cual se le puede denominar como crecimiento de granos, se lleva a cabo por medio de la reducción en el área de los límites de los granos. En la mayoría de los materiales ocurrirá el crecimiento de grano si se mantienen a una temperatura lo suficientemente alta, lo cual no se encuentra relacionado con el trabajo en frío. Esto quiere decir que la recristalización o la recuperación no son indispensables para que los granos puedan crecer dentro de la estructura de los materiales.

Los materiales cerámicos que presentan un endurecimiento casi nulo muestran una cantidad considerable de crecimiento de granos. Asimismo, puede ocurrir un crecimiento anormal de granos en algunos materiales como resultado de una formación de fase líquida.

Tipos de recocido

Recocido de homogeneización

En el recocido de homogeneización, propio de los aceros hipoeutectoides, la temperatura de calentamiento es la correspondiente a A3+200 °C sin llegar en ningún caso a la curva de sólidos, realizándose en el propio horno el posterior enfriamiento lento, siendo su objetivo principal eliminar las heterogeneidades producidas durante la solidificación.

Recocido de regeneración

También llamado normalizado, tiene como función regenerar la estructura del material producido por temple o forja. Se aplica generalmente a los aceros con más del 0.6% de C, mientras que a los aceros con menor porcentaje de C sólo se les aplica para finar y ordenar su estructura

Ejemplo:

Después de un laminado en frío, donde el grano queda alargado y sometido a tensiones, dicho tratamiento devuelve la microestructura a su estado inicial.

Recocido de globulización

Usado en aceros hipoeutectoides para ablandarlos después de un anterior trabajo en frío. Por lo general se desea obtener globulización en piezas como placas delgadas que deben tener alta embutición y baja dureza. Los valores más altos de embutición por lo general están asociados con la microestructura globulizada que solo se obtiene en un rango entre los 650 y 700 grados centígrados. Temperaturas por encima de la crítica producen formación de austenita que durante el enfriamiento genera perlita, ocasionando un aumento en la dureza no deseado. Por lo general piezas como las placas para botas de protección deben estar globulizadas para así obtener los dobleces necesarios para su uso y evitar rompimiento o agrietamiento. Finalmente son templadas para garantizar la dureza. Es usado para los aceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89 % de C, para conseguir la menor dureza posible que en cualquier otro tratamiento, mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recocido está entre AC3 y AC1.

Ejemplo

- El ablandamiento de aceros aleados para herramientas de más de 0.8% de C.

Recocido de subcrítico

Para un acero al carbono hipoeutectoide: La microestructura obtenida en este tratamiento varía según la temperatura de recocido. Por lo general las que no excedan los 600 grados liberarán tensiones en el material y ocasionaran algún crecimiento de grano (si el material previamente no fue templado). Generalmente mostrando Ferrita-Perlita. Por encima de los 600 y bajo los 723 se habla de recocido de globulización puesto que no sobrepasa la temperatura crítica. En este caso no hay grano de perlita, los carburos se esferoidizan y la matriz es totalmente ferrítica. Se usa para aceros de forja o de laminación, para lo cual se usa una temperatura de recocido inferior a AC1, pero muy cercana. Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanización. Comúnmente es usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, etcétera. Este procedimiento es mucho más rápido y sencillo que los antes mencionados, su enfriamiento es lento.

Cementado

Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el método de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crítica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Los tres métodos de cementación más comunes son: empacado para carburación, baño líquido y gas.

Carburización por empaquetado

Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbónico en una caja cerrada con material carbonáceo y calentarlo hasta 900 a 927 °C durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbono que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Cuanto más tiempo se deje a la pieza en la caja con carbono de mayor profundidad será la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfría rápidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la tensión superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 800 y 845 °C (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersión. La capa endurecida más utilizada tiene un espesor de 0,38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 0.4 mm.

Carburización en baño líquido

El acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro de sodio líquido. También se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 845 °C durante 15 minutos a 1 hora, según la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorberá el carbono y el nitrógeno del cianuro. Después se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0,75 mm.

Carburización con gas

En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementación. La pieza de acero con bajo contenido carbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 900 y 927 °C. después de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a 760 °C y se enfría con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya capa dura tiene un espesor hasta de 0,6 mm, pero por lo regular no exceden de 0,7 mm.

Carburado, cianurado y nitrurado

Existen varios procedimientos de endurecimiento superficial con la utilización del nitrógeno y cianuro a los que por lo regular se les conoce como carbonitrurado o cianurado. En todos estos procesos con ayuda de las sales del cianuro y del amoníaco se logran superficies duras como en los métodos anteriores.

Tratamiento Medio Temperatura Espesor Dureza

Cementación Carbón sólido Austenitica Mayor Menor

Carbo Nitruración Gas (metano + amoníaco Austenitica

Cianuración Baño de sales Austenitica Menor Mayor

Nitruración Gas 500 a 560° C

Acero

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 0,088% y el 2,11% en peso de su composición, aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son quebradizas 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.

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

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 ello existen sectores que no utilizan acero (como la construcción aeronáutica), debido a su densidad (7.850 kg/m³ de densidad en comparación a los 2.700 kg/m³ del aluminio, por ejemplo).

Contenido

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. e importado 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]

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)

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.

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

Fases de la aleación de hierro-carbonoAustenita (hierro-ɣ. duro)Ferrita (hierro-α. blando)Cementita (carburo de hierro. Fe3C)Perlita (88% ferrita, 12% cementita)Ledeburita (ferrita - cementita eutectica, 4.3% carbón)BainitaMartensita

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)

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 el principal formador de austenita, 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.

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

DurezaLa dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.

Otras propiedades relacionadas con la resistencia son la resiliencia, la tenacidad o la ductilidad.

Escalas de uso industrial

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.

El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido.

Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:

Durómetro.

Dureza Brinell : Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción.

Dureza Knoop : Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estándar.

Dureza Rockwell : Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.

Rockwell superficial : Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.

Dureza Rosiwal : Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000.

Dureza Shore :Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A

mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros.

Dureza Vickers : Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.

Dureza Webster : Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

Nanoindentación

La nanoindentación es la prueba de dureza llevada a cabo en la escala de longitudes nanométricas. Se utiliza una punta pequeña para indentar el material de interés. La carga impuesta y el desplazamiento se miden de manera continua con una resolución de micronewtons y subnanómetros, respectivamente. La carga y el desplazamiento se miden a través del proceso de indentación. Las técnicas de nanoindentación son importantes para la medición de las propiedades mecánicas en aplicaciones microelectrónicas y para la deformación de estructuras a micro y nanoescala. Los nanoindentadores incorporan microscopios ópticos. La dureza y el módulo de elasticidad se miden utilizando la nanoindentación.

Las puntas de los nanopenetradores vienen en una variedad de formas. A una forma común se le conoce como penetrador de Berkovich, el cual es una pirámide con 3 lados.

La primera etapa de una prueba de nanoindentación involucra el desarrollo de indentaciones sobre un patrón de calibración. La sílice fundida es un patrón de calibración común, debido a que tiene propiedades mecánicas homogéneas y bien caracterizadas. El propósito de efectuar indentaciones sobre el estándar de calibración es determinar el área de contacto proyectada de la punta del penetrador Ac como una función de la profundidad de la indentación. Para una punta de Berkovich perfecta,

Ac = 24.5(hc^2)

Esta función relaciona el área de la sección transversal del penetrador con la distancia de la punta hc que está en contacto con el material que se está indentando. La punta no está perfectamente afilada y se desgasta y cambia de forma con cada uso. Por tanto, debe llevarse a cabo una calibración cada vez que la punta se utiliza.

La profundidad total de la indentación h es la suma de la profundidad de contacto hc y la profundidad hs en la periferia de la indentación donde el indentador no hace contacto con la superficie del material, es decir,

h = hc + hs

donde,

hs = Ɛ(Pmáx/S)

donde Pmáx es la carga máxima y Ɛ es una constante geométrica igual a .75 para un penetrador de Berkovich. S es la rigidez al descargar.

La dureza de un material determinada por la nanoindentación se calcula como

H = Pmáx/Ac

La dureza (determinada por la nanoindentación) por lo regular se reporta con unidades de GPa y los resultados de indentaciones múltiples por lo general se promedian para incrementar la precisión. Este análisis calcula el módulo elástico y la dureza a la carga máxima; sin embargo, actualmente se emplea de modo normal una técnica experimental conocida como nanoindentación dinámica. Durante ésta, se superpone una carga oscilante pequeña sobre la carga total en la muestra. De esta manera, la muestra se descarga de manera elástica continuamente a medida que se incrementa la carga total. Esto permite mediciones continuas del módulo elástico y de la rigidez como una función de la profundidad de la indentación.

Escala usadas en mineralogía

En mineralogía se utiliza la escala de Mohs, creada por el austríaco Friedrich Mohs en 1820, que mide la resistencia al rayado de los materiales.

Dureza Mineral Composición química

1 Talco, (se puede rayar fácilmente con la uña) Mg3Si4O10(OH)2

2 Yeso, (se puede rayar con la uña con más dificultad) CaSO4·2H2O

3 Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3

4 Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo) CaF2

5 Apatita, (se puede rayar difícilmente con un cuchillo) Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6 Feldespato, (se puede rayar con una cuchilla de acero) KAlSi3O8

7 Cuarzo, (raya el acero) SiO2

8 Topacio, Al2SiO4(OH-,F-)2

9 Corindón, (sólo se raya mediante diamante) Al2O3

10 Diamante, (el mineral natural más duro) C

A un nivel profesional, se utilizan en mineralogía, las escala de Rosiwal y de Knoop, ya que estas permiten realizar la valoración de medias con una cuantificación absoluta.

Equivalencia entre escalas de dureza

Lista de equivalencias aproximadas para escalas de dureza de aceros no austeníticos (en el rango de la escala Rockwell C):1

Equivalencia Factor

(para pequeñas cargas)

Acero (Matriz-Fe Cúbica centrada en el cuerpo) 3,5Cu y sus aleaciones, templado 5,5

Cu y sus aleaciones, deformado en frío 4,0Al y sus aleaciones 3,7

Dureza

Rockwell C

150 kgf

(HRC)

Dureza

Vickers

(HV)

Dureza

Brinell, bola estándar

de 10 mm, 3000 kgf

(HBS)

Dureza

Brinell,

bola de

carburo de

10 mm, 3000 kgf (HBW)

Dureza

Knoop, 500 gf y mayor

(HK)

Dureza

Rockwell,

escala A, 60 kgf

(HRA)

Dureza

Rockwell,

escala D, 100

kgf (HRD)

Dureza superfi

cial Rockw

ell, escala

15N, 15 kgf (HR

15-N)

Dureza superfi

cial Rockw

ell, escala

30N, 30 kgf (HR

30-N)

Dureza superfi

cial Rockw

ell, escala

45N, 45 kgf (HR

45-N)

Dureza esclerosc

opio

Dureza

Rockwell C

150 kgf

(HRC)

68 940 ... ... 920 85,6 76,9 93,2 84,4 75,4 97,3 6867 900 ... ... 895 85,0 76,1 92,9 83,6 74,2 95,0 6766 865 ... ... 870 84,5 75,4 92,5 82,8 73,3 92,7 6665 832 ... -739 846 83,9 74,5 92,2 81,9 72,0 90,6 6564 800 ... -722 822 83,4 73,8 91,8 81,1 71,0 88,5 6463 772 ... -705 799 82,8 73,0 91,4 80,1 69,9 86,5 63

62 746 ... -688 776 82,3 72,2 91,1 79,3 68,8 84,5 6261 720 ... -670 754 81,8 71,5 90,7 78,4 67,7 82,6 6160 697 ... -654 732 81,2 70,7 90,2 77,5 66,6 80,8 6059 674 ... 634 710 80,7 69,9 89,8 76,6 65,5 79,0 5958 653 ... 615 690 80,1 69,2 89,3 75,7 64,3 77,3 5857 633 ... 595 670 79,6 68,5 88,9 74,8 63,2 75,6 5756 613 ... 577 650 79,0 67,7 88,3 73,9 62,0 74,0 5655 595 ... 560 630 78,5 66,9 87,9 73,0 60,9 72,4 5554 577 ... 543 612 78,0 66,1 87,4 72,0 59,8 70,9 5453 560 ... 525 594 77,4 65,4 86,9 71,2 58,6 69,4 5352 544 -500 512 576 76,8 64,6 86,4 70,2 57,4 67,9 5251 528 -487 496 558 76,3 63,8 85,9 69,4 56,1 66,5 5150 513 -475 481 542 75,9 63,1 85,5 68,5 55,0 65,1 5049 498 -464 469 526 75,2 62,1 85,0 67,6 53,8 63,7 4948 484 451 455 510 74,7 61,4 84,5 66,7 52,5 62,4 4847 471 442 443 495 74,1 60,8 83,9 65,8 51,4 61,1 4746 458 432 432 480 73,6 60,0 83,5 64,8 50,3 59,8 4645 446 421 421 466 73,1 59,2 83,0 64,0 49,0 58,5 4544 434 409 409 452 72,5 58,5 82,5 63,1 47,8 57,3 4443 423 400 400 438 72,0 57,7 82,0 62,2 46,7 56,1 4342 412 390 390 426 71,5 56,9 81,5 61,3 45,5 54,9 4241 402 381 381 414 70,9 56,2 80,9 60,4 44,3 53,7 4140 392 371 371 402 70,4 55,4 80,4 59,5 43,1 52,6 4039 382 362 362 391 69,9 54,6 79,9 58,6 41,9 51,5 3938 372 353 353 380 69,4 53,8 79,4 57,7 40,8 50,4 3837 363 344 344 370 68,9 53,1 78,8 56,8 39,6 49,3 3736 354 336 336 360 68,4 52,3 78,3 55,9 38,4 48,2 3635 345 327 327 351 67,9 51,5 77,7 55,0 37,2 47,1 3534 336 319 319 342 67,4 50,8 77,2 54,2 36,1 46,1 3433 327 311 311 334 66,8 50,0 76,6 53,3 34,9 45,1 3332 318 301 301 326 66,3 49,2 76,1 52,1 33,7 44,1 3231 310 294 294 318 65,8 48,4 75,6 51,3 32,5 43,1 3130 302 286 286 311 65,3 47,7 75,0 50,4 31,3 42,2 3029 294 279 279 304 64,8 47,0 74,5 49,5 30,1 41,3 2928 286 271 271 297 64,3 46,1 73,9 48,6 28,9 40,4 2827 279 264 264 290 63,8 45,2 73,3 47,7 27,8 39,5 2726 272 258 258 284 63,3 44,6 72,8 46,8 26,7 38,7 2625 266 253 253 278 62,8 43,8 72,2 45,9 25,5 37,8 2524 260 247 247 272 62,4 43,1 71,6 45,0 24,3 37,0 2423 254 243 243 266 62,0 42,1 71,0 44,0 23,1 36,3 2322 248 237 237 261 61,5 41,6 70,5 43,2 22,0 35,5 2221 243 231 231 256 61,0 40,9 69,9 42,3 20,7 34,8 21

20 238 226 226 251 60,5 40,1 69,4 41,5 19,6 34,2 20

Equivalencias de dureza y resistencia

Para aceros no aleados y fundiciones, existe una relación aproximada y directa entre la dureza Vickers y el límite elástico, siendo el límite elástico aproximadamente 3,3 veces la dureza Vickers.

Rp0,2==3,3*HV

Tabla de equivalencias2 para el límite elástico, Brinell3 -, Rockwell-, dureza Vickers.Límite elástico (aproximado) ( para acero no

aleado o de baja aleación y fundición)Dureza Brinell

Dureza Rockwell

Dureza Vickers

MPa HB HRC HRA HRB HV— — 68 86 — 940— — 67 85 — 920— — 66 85 — 880— — 65 84 — 840— — 64 83 — 800— — 63 83 — 760— — 62 83 — 740— — 61 82 — 720— — 60 81 — 690— — 59 81 — 670

2180 618 58 80 — 6502105 599 57 80 — 6302030 580 56 79 — 6101955 561 55 78 — 5901880 542 54 78 — 5701850 517 53 77 — 5601810 523 52 77 — 5501740 504 51 76 — 5301665 485 50 76 — 5101635 473 49 76 — 5001595 466 48 75 — 4901540 451 47 75 — 4851485 437 46 74 — 4601420 418 45 73 — 4401350 399 43 72 — 4201290 380 41 71 — 4001250 370 40 71 — 3901220 376 39 70 — 380

1155 342 37 69 — 3601095 323 34 68 — 3401030 304 32 66 — 320965 276 30 65 — 300930 276 29 65 105 290900 266 27 64 104 280865 257 26 63 102 270835 247 24 62 101 260800 238 22 62 100 250770 228 20 61 98 240740 219 — — 97 230705 209 — — 95 220675 199 — — 94 210640 190 — — 92 200610 181 — — 90 190575 171 — — 87 180545 162 — — 85 170510 152 — — 82 160480 143 — — 79 150450 133 — — 75 140415 124 — — 71 130385 114 — — 67 120350 105 — — 62 110320 95 — — 56 100285 86 — — 48 90255 76 — — — 80

Ensayo de tracciónEl ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10–4 a 10–2 s–1).

Máquina para ensayo de tracción por computadora.

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior.

Coeficiente de Posición , que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.

Límite de proporcionalidad : valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.

Carga de rotura o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.

Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.

Probeta de cobre antes del ensayo de tracción.

Probeta de cobre fracturada después del ensayo de tracción.

Curva tensión-deformación

Curva tensión-deformación.

Gráfica obtenida por computadora en el ensayo de tensión.

Diagrama de tensión–deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia.

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.

2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Luders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.

4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elástica y total absorbida y que vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el límite elástico en el primer caso y hasta la rotura en el segundo.

Acero A36El acero A36 es una aleación de acero al carbono de propósito general muy comunmente usado en los Estados Unidos, aunque existen muchos otros aceros, superiores en resistencia, cuya demanda está creciendo rápidamente.1

La denominación A36 fue establecida por la ASTM (American Society for Testing and Materials).

Propiedades

El acero A36, tiene una densidad de 7850 kg/m³ (0.28 lb/in³). El acero A36 en barras, planchas y perfiles estructurales con espesores menores de 8 plg (203,2 mm) tiene un límite de fluencia mínimo de 250 MPA (36 ksi), y un límite de rotura mínimo de 410 MPa (58 ksi). Las planchas con espesores mayores de 8 plg (203,2 mm) tienen un límite de fluencia mínimo de 220 MPA (32 ksi), y el mismo límite de rotura pero de todos modos se rompe

Usos

Formas

El acero A36 se produce en una amplia variedad de formas, que incluyen:

Planchas Perfiles estructurales Tubos Barras Láminas

DESARROLLO DEL CONTENIDO

1- Introducción

1.1- Generalidades

Existe una gran variedad en la forma de identificar y clasificar a los aceros. Sin embargo, la mayoría de los aceros utilizados industrialmente presentan una designación normalizada expresada por medio de cifras, letras y signos. Hay dos tipos de designaciones para cada tipo de material, una simbólica y otra numérica.

Novedad Legislativa:

Instrucción de Acero Estructural (EAE)

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Accede a la versión completa de la nueva Instrucción de Acero Estructural (EAE)

La designación simbólica expresa normalmente las características físicas, químicas o tecnológicas del material y, en muchos casos, otras características suplementarias que permitan su identificación de una forma más precisa.

Por otro lado, la designación numérica expresa una codificación alfanumérica que tiene un sentido de orden o de clasificación de elementos en grupos para facilitar su identificación. En este caso, la designación no tiene un sentido descriptivo de características del material.

En general, cuando se acomete el tema de hacer una clasificación de los aceros, ésta dará resultados diferentes según el enfoque que se siga. Así, se puede realizar una clasificación según la composición química de los aceros, o bien, según su calidad. También se pueden clasificar los aceros atendiendo al uso a que estén destinados, o si se quiere, atendiendo al grado de soldabilidad que presenten.

En los siguientes apartados de este tutorial, se pretende exponer los distintos criterios de clasificación antes mencionados.

Por último, reseñar que la información incluida en este tutorial se complementa con el Tutorial nº 100 Características mecánica del acero, donde se incluyen datos y propiedades mecánicas de los distintos tipos de aceros (resistencia, elasticidad, etc.) y que pueden ser consultados en el siguiente enlace:

>> Tutorial nº 100: Características mecánicas del acero

1.2- Normas de aplicación

Dada la gran variedad de aceros existentes, y de fabricantes, ha originado el surgir de una gran cantidad de normativa y reglamentación que varía de un país a otro.

En España, la clasificación de los aceros está regulado por la norma UNE-EN 10020:2001, que sustituye a la anterior norma UNE-36010, mientras que específicamente para los aceros estructurales éstos se designan conforme a las normas europeas EN 10025-2: 2004 y EN-10025-4: 2004.

No obstante, existen otras normas reguladoras del acero, con gran aplicación internacional, como las americanas AISI (American Iron and Steel Institute) y ASTM (American Society for Testing and Materials), las normas alemanas DIN, o la ISO 3506.

2- Clasificación según UNE-EN 10020:2001

2.1- Por composición química

Según la norma UNE EN 10020:2001, y atendiendo a la composición química, los aceros se clasifican en:

• Aceros no aleados, o aceros al carbono: son aquellos en el que, a parte del carbono, el contenido de cualquiera de otros elementos aleantes es inferior a la cantidad mostrada en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. Como elementos aleantes que se añaden están el manganeso (Mn), el cromo (Cr), el níquel (Ni), el vanadio (V) o el titanio (Ti). Por otro lado, en función del contenido de carbono presente en el acero, se tienen los siguientes grupos:

I) Aceros de bajo carbono (%C < 0.25)

II) Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55)

III) Aceros de alto carbono (2 > %C > 0.55)

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• Aceros aleados: aquellos en los que, además del carbono, al menos uno de sus otros elementos presentes en la aleación es igual o superior al valor límite dado en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. A su vez este grupo se puede dividir en:

I) Aceros de baja aleación (elementos aleantes < 5%)

II) Aceros de alta aleación (elementos aleantes > 5%)

• Aceros inoxidables: son aquellos aceros que contienen un mínimo del 10.5% en Cromo y un máximo del 1.2% de Carbono.

2.2- Según la calidad

A su vez, los anteriores tipos de aceros la norma UNE EN 10020:2001 los clasifica según la calidad del acero de la manera siguiente:

• Aceros no aleados

Los aceros no aleados según su calidad se dividen en:

- Aceros no aleados de calidad: son aquellos que presentan características específicas en cuanto a su tenacidad, tamaño de grano, formabilidad, etc.

- Aceros no aleados especiales: son aquellos que presentan una mayor pureza que los aceros de calidad, en especial en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. Estos aceros son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizándose por un buen comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricación se lleva a cabo bajo un control exhaustivo de su composición y condiciones de manufactura. Este proceso dota a estos tipos de acero de valores en su límite elástico o de templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la conformabilidad en frío, soldabilidad o tenacidad.

Tablas de Perfiles

Accede a las tablas de perfiles normalizados

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Estructuras de acero en edificación

• Aceros aleados

Los aceros aleados según su calidad se dividen en:

- Aceros aleados de calidad: son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la formabilidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Entre estos tipos de aceros se encuentran los siguientes:

I) Aceros destinados a la construcción metálica, aparatos a presión o tubos, de grano fino y soldables;

II) Aceros aleados para carriles, tablestacas y cuadros de entibación de minas;

III) Aceros aleados para productos planos, laminados en caliente o frío, destinados a operaciones severas de conformación en frío;

IV) Aceros cuyo único elemento de aleación sea el cobre;

V) Aceros aleados para aplicaciones eléctricas, cuyos principales elementos de aleación son el Si, Al, y que cumplen los requisitos de inducción magnética, polarización o permeabilidad necesarios.

- Aceros aleados especiales: son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas. Entre estos tipos de acero se encuentran los siguientes:

I) Aceros aleados destinados a la construcción mecánica y aparatos de presión;

II) Aceros para rodamientos;

III) Aceros para herramientas;

IV) Aceros rápidos;

V) Otros aceros con características físicas especiales, como aceros con coeficiente de dilatación controlado, con resistencias eléctricas, etc.

• Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables según su calidad se dividen en:

- Según su contenido en Níquel:

I) Aceros inoxidables con contenido en Ni < 2.5%;

II) Aceros inoxidables con contenido en Ni ≥ 2.5%;

- Según sus características físicas:

I) Aceros inoxidables resistentes a la corrosión;

II) Aceros inoxidables con buena resistencia a la oxidación en caliente;

III) Aceros inoxidables con buenas prestaciones frente a la fluencia.

2.3- Por su aplicación

Según el uso a que se quiera destinar, los aceros se pueden clasificar en los siguientes:

• Aceros de construcción: este tipo de acero suele presentar buenas condiciones de soldabilidad;

• Aceros de uso general: generalmente comercializado en estado bruto de laminación;

• Aceros cementados: son aceros a los cuales se les ha sometido a un tratamiento termoquímico que le proporciona dureza a la pieza, aunque son aceros también frágiles (posibilidad de rotura por impacto). El proceso de cementación es un tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de la pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico;

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• Aceros para temple y revenido: Mediante el tratamiento térmico del temple se persigue endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica y se somete a un enfriamiento más o menos rápido (según características de la pieza) con agua, aceite, etc. Por otro lado, el revenido se suele usar con las piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de templado. El revenido disminuye la dureza y resistencia de los materiales, elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima (unos 50° C menor que el templado) y velocidad de enfriamiento (se suele enfriar al aire). La estructura final conseguida es martensita revenida;

• Aceros inoxidables o para usos especiales: loa aceros inoxidables son aquellos que presentan una aleación de hierro con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa exterior

pasivadora, evitando así la corrosión del hierro en capas interiores. Sin embargo, esta capa exterior protectora que se forma puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes, como puedan ser el níquel y el molibdeno;

• Aceros para herramientas de corte y mecanizado: son aceros que presentan una alta dureza y resistencia al desgaste;

• Aceros rápidos: son un tipo de acero especial para su uso como herramienta de corte para ser utilizados con elevadas velocidades de corte. Generalmente van a presentarse con aleaciones con elementos como el W, Mo y Mo-Co.

2.4- Sistema de numeración de los aceros según EN 10020

El sistema de numeración para los aceros acorde con EN (Número estándar: WNr) es la que se está imponiendo en Europa dada la consolidación de la CEE.

El esquema general del tipo de la numeración de los aceros según esta norma es como la siguiente:

1. YY XX(XX)

donde 1.corresponde al número de grupo de material (1= aceros), para otros números (del 2 al 9) se usan para otros materiales. Como nota informativa se relacionan a continuación la clasificación de los materiales de los grupos 2 y 3 de acuerdo a los metales bases no ferrosos:

Clasificación de los materiales de los Grupos 2 y 3

Rangos de numeración Metales base no ferrosos

2.0000 a 2.1799 Cobre

2.18000 a 2.1999 Reservado

2.20000 a 2.2499 Zinc, Cadmio

2.5000 a 2.2999 Reservado

2.30000 a 2.3499 Plomo

2.3500 a 2.3999 Estaño

2.4000 a 2.4999 Níquel, Cobalto

2.5000 a 2.5999 Metales nobles

2.6000 a 2.6999 Metales de alta fusión

2.7000 a 2.9999 Reservado

3.0000 a 3.4999 Aluminio

3.5000 a 3.5999 Magnesio

3.6000 a 3.6999 Reservado

3.7000 a 3.7999 Titanio

3.8000 a 3.9999 Reservado

Los números denotan la fusión de lo metales y los equipos de procesos y la condición. Los siguientes dígitos son usados para indicar la condición:

0. cualquier tratamiento o sin tratamiento térmico.

1. normalizado.

2. recocido.

3. tratamiento térmico para mejorar maquinabilidad o esferoidización.

4. templado y revenido o endurecido por precipitación para bajas resistencias.

5. templado y revenido o endurecido por precipitación.

6. templado y revenido o endurecido por precipitación para obtener alta resistencia a la tracción.

7. conformado en frío.

8. conformado en frío y revenido muelle.

9. tratado de acuerdo a instrucciones particulares.

YYsirve para indicar el número de grupo de acero, según la Tabla A que a continuación se adjunta en el icono de abajo. En dicha tabla se especifica la siguiente información en cada recuadro:

a) Número de grupo de acero, en la parte superior izquierda;

b) Características principales del grupo de acero;

c) Rm: Resistencia a la tracción.

Hacer clic aquí para acceder a la Tabla A

XX(XX)es el número de secuencia. Los dígitos entre paréntesis son para posibles usos en el futuro. Esta numeración secuencial comprende, como se ve, dos dígitos. Un incremento en el número de dígitos es necesario para equilibrar el incremento en los grados de acero a ser considerados.

El sistema EN 10020 se basa en los aceros clasificados de acuerdo a su composición química (aceros no aleados y aleados, como ya se vio anteriormente) y la principal categoría de calidad basada en sus principales propiedades y aplicaciones.

La EN 10027-2 organiza y administra la numeración de aceros en aplicación de la Verein Deutscher Eisenhüttenleute "Oficina Europea de Registros de Aceros".

3- Otras normas y clasificaciones

3.1- Según el CENIM

Existen otros muchos criterios para clasificar los aceros. A continuación se va a detallar el que establece el CENIM, Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, que clasifica los productos metalúrgicos en:

• Clases;

• Series;

• Grupos;

• Individuos;

La clase es designada por una letra según se indica a continuación:

- F: Aleaciones férreas;

- L: Aleaciones ligeras;

- C: Aleaciones de cobre;

- V: Aleaciones varias;

Por otro lado, las series, grupos e individuos serán indicados por cifras. A continuación se enumeran las series en las que se clasifican los aceros según esta norma, que a su vez está subdividida en los grupos siguientes:

Serie 1:

F-100: Aceros finos de construcción general

La serie 1 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-110: Aceros al carbono

- Grupo F-120: Aceros aleados de gran resistencia

- Grupo F-130: Aceros aleados de gran resistencia

- Grupo F-140: Aceros aleados de gran elasticidad

- Grupo F-150: Aceros para cementar

- Grupo F-160: Aceros para cementar

- Grupo F-170: Aceros para nitrurar

Serie 2:

F-200: Aceros para usos especiales

La serie 2 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-210: Aceros de fácil mecanizado

- Grupo F-220: Aceros de fácil soldadura

- Grupo F-230: Aceros con propiedades magnéticas

- Grupo F-240: Aceros de alta y baja dilatación

- Grupo F-250: Aceros de resistencia a la fluencia

Serie 3:

F-300: Aceros resistentes a la corrosión y oxidación

La serie 3 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-310: Aceros inoxidables

- Grupo F-320/330: Aceros resistentes al calor

Serie 4:

F-400: Aceros para emergencia

La serie 4 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-410: Aceros de alta resistencia

- Grupo F-420: Aceros de alta resistencia

- Grupo F-430: Aceros para cementar

Serie 5:

F-500: Aceros para herramientas

La serie 5 se compone de los siguientes grupos:

- F-510: Aceros al carbono para herramientas

- Grupo F-520: Aceros aleados

- Grupo F-530: Aceros aleados

- Grupo F-540: Aceros aleados

- Grupo F-550: Aceros rápidos

Serie 6:

F-600: Aceros comunes

La serie 6 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-610: Aceros Bessemer

- Grupo F-620: Aceros Siemens

- Grupo F-630: Aceros para usos particulares

- Grupo F-640: Aceros para usos particulares

Serie 8:

F-800: Aceros de moldeo

La serie 8 se compone de los siguientes grupos:

- Grupo F-810: Al carbono de moldeo de usos generales

- Grupo F-820: Al carbono de moldeo de usos generales

- Grupo F-830: De baja radiación

- Grupo F-840: De moldeo inoxidables

Por otro lado, si se atiende al contenido en carbono, los aceros se pueden clasificar según la siguiente tabla:

Clasificación de los aceros según su contenido en carbono

%Carbono Denominación Resistencia

0.1-0.2 Aceros extrasuaves 38-48 kg/mm2

0.2-0.3 Aceros suaves 48-55 kg/mm2

0.3-0.4 Aceros semisuaves 55-62 kg/mm2

0.4-0.5 Aceros semiduros 62-70 kg/mm2

0.5-0.6 Aceros duros 70-75 kg/mm2

0.6-0.7 Aceros extraduros 75-80 kg/mm2

3.2- Según UNE-36009

La designación según la UNE-36009 se basa en un código con cuatro campos, y es un tipo de designar a los aceros que se sigue utilizando mucho en la industria.

Como se ha dicho, es una codificación que contiene cuatro campos, según la forma siguiente:

F- X Y ZZ

El primer campo para la designación de los aceros comienza por la letra mayúscula Fseguida de un guión.

La primera cifra, X, que constituye el siguiente campo se utiliza para indicar los grandes grupos de aceros, siguiendo preferentemente un criterio de utilización. De acuerdo con este criterio, se distinguen los siguientes grupos:

- Aceros especiales: grupos 1, 2, 3, 4 y 5;

- Aceros de uso general: grupos 6 y 7;

- Aceros moldeados: grupo 8;

La segunda cifra, Y, del campo siguiente establece los distintos subgrupos afines dentro de cada grupo, mientras que las dos últimas cifras, ZZ, sin valor significativo, sólo tienen por misión la clasificación y la distinción entre elementos, según se van definiendo cronológicamente.

A continuación se indica la codificación de los grupos más representativos:

- Grupo 1:

F-11XX: Aceros no aleados especiales para temple y revenido;

F-12XX:Aceros aleados de calidad para temple y revenido;

F-14XX: Aceros aleados especiales;

F-15XX: Aceros al carbono y aleados para cementar;

- Grupo 2:

F-26XX:Chapas y bandas de acero aleado para calderas y aparatos a presión;

- Grupo 3:

F-3XXX:Aceros inoxidables de uso general;

- Grupo 5:

F-51XX: Aceros no aleados para herramientas;

F-52XX: Aceros aleados para herramientas;

F-53XX:Aceros aleados para herramientas de trabajo en caliente;

F-55XX:Aceros para herramientas de corte rápido;

F-56XX:Aceros para herramientas de corte rápido;

- Grupo 6:

F-6XXX: Aceros para la construcción;

- Grupo 7:

F-72XX:Aceros para semiproductos de uso general;

F-73XX: Aceros al carbono para bobinas;

F-74XX: Aceros al carbono para alambres;

- Grupo 8:

F-81XX:Aceros moldeados para usos generales;

F-82XX:Aceros moldeados de baja aleación resistentes a la abrasión;

F-83XX:Aceros moldeados de baja aleación para usos generales;

F-84XX:Aceros moldeados inoxidables;

A continuación se relacionan algunos ejemplos de designación de los aceros según la UNE-36009:

- F-1280:Se trata de un tipo de acero especial de baja aleación. Su designación simbólica es 35NiCrMo4, donde la cifra 35marca el contenido medio de carbono en porcentaje multiplicado por 100, mientras que Ni, Cr, Mose corresponden con los símbolos de los elementos químicos de aleación básicos. 4es el contenido medio de molibdeno en porcentaje multiplicado por 100.

- F-1150:Se trata de un tipo de acero no aleado. Su designación simbólica es C55K, donde Ces el símbolo genérico para este tipo de aceros, 55es el contenido medio de carbono en porcentaje multiplicado por 100 y Kes la exigencia de límite máximo de fósforo y azufre.

- F-6201:Se trata de un tipo de acero caracterizado por la resistencia a la tracción. Su designación simbólica es A37a, donde Aes el símbolo genérico para este tipo de aceros, 37 es la resistencia mínima a la tracción en kg/mm2 y, aes un grado distintivo del tipo.

- F-6102:Se trata de un tipo de acero caracterizado por el límite elástico. Su designación simbólica es AE42N, donde AEes el símbolo genérico para este tipo de aceros, 42 es el límite elástico garantizado en kg/mm2 , y Nes el estado de suministro.

- F-8102:Se trata de un tipo de acero moldeado caracterizado por la resistencia a la tracción. Su designación simbólica es AM38b, donde AMes el símbolo genérico para este tipo de aceros, 38 es la resistencia mínima a tracción en kg/mm2 y, bes el grado distintivo del tipo.

3.3- Según UNE-3610

La norma española UNE-36010 fue un intento de clasificación de los aceros que permitiera conocer las propiedades de los mismos. Esta norma indica la cantidad mínima o máxima de cada componente y las propiedades mecánicas del acero resultante.

Esta norma fue creada por el Instituto del Hierro y del Acero (IHA), y dividió a los aceros en cinco series diferentes a las que identifica por un número. Cada serie de aceros se divide a su vez en grupos, que especifica las características técnicas de cada acero, matizando sus aplicaciones específicas.

El grupo de un acero se designa con un número que acompaña a la serie a la que pertenece. La clasificación de grupos por serie, sus propiedades y sus aplicaciones se recogen en la siguiente tabla resumen:

Serie Grupo Denominación Descripción

Serie 1

Grupo 1 Acero al carbono

Son aceros al carbono y por tanto no aleados. Cuanto más carbono tienen sus respectivos

grupos son más duros y menos soldables, pero también son más resistentes a los choques. Son

aceros aptos para tratamientos térmicos que aumentan su resistencia, tenacidad y dureza. Son los aceros que cubren las necesidades generales de la Ingeniería de construcción, tanto industrial

como civil y de comunicaciones.

Grupos 2 y 3Acero aleado de gran

resistencia

Grupo 4Acero aleado de gran

elasticidad

Grupos 5 y 6 Aceros para cementación

Grupo 7 Aceros para nitruración

Serie 2

Grupo 1Aceros de fácil mecanización Son aceros a los que se incorporan elementos

aleantes que mejoran las propiedades necesarias que se exigen a las piezas que se vayan a fabricar con ellos como, por ejemplo, tornillería, tubos y perfiles para el caso de los grupos 1 y 2. Núcleos

de transformadores y motores para los aceros del grupo 3. Piezas de unión de materiales férricos

con no férricos sometidos a temperatura para los que pertenezcan al grupo 4. Piezas instaladas en instalaciones químicas y refinerías sometidas a

altas temperaturas los del grupo 5.

Grupo 2 Aceros para soldadura

Grupo 3 Aceros magnéticos

Grupo 4Aceros de dilatación

térmica

Grupo 5Aceros resistentes a la

fluencia

Serie 3

Grupo 1 Aceros inoxidables Estos aceros están basados en la adición de cantidades considerables de cromo y níquel a los

que se suman otros elementos para conseguir otras propiedades más específicas. Son

resistentes a ambientes húmedos, a agentes químicos y a altas temperaturas. Sus aplicaciones

más importantes son para la fabricación de depósitos de agua, cámaras frigoríficas

industriales, material clínico e instrumentos quirúrgicos, pequeños electrodomésticos,

material doméstico como cuberterías, cuchillería, etc.

Grupos 2 y 3 Aceros resistentes al calor

Serie 5

Grupo 1Acero al carbono para

herramientasSon aceros aleados con tratamientos térmicos que les dan características muy particulares de dureza,

tenacidad y resistencia al desgaste y a la deformación por calor. Los aceros del grupo 1 de esta serie se utilizan para construir maquinaria de trabajos ligeros en general, desde la carpintería y la agrícola (aperos). Los grupos 2,3 y 4 se utilizan

para construir máquinas y herramientas más pesadas. El grupo 5 se utiliza para construir

herramientas de corte.

Grupos 2, 3 y 4Acero aleado para

herramientas

Grupo 5 Aceros rápidos

Serie 8

Grupo 1 Aceros para moldeo Son aceros adecuados para moldear piezas mediante vertido en moldes de arena, por lo que requieren cierto contenido mínimo de carbono

con el objetivo de conseguir estabilidad. Se utilizan también para el moldeo de piezas

geométricas complicadas, con características muy variadas, que posteriormente son acabadas en

procesos de mecanizado.

Grupo 3 Aceros de baja radiación

Grupo 4Aceros para moldeo

inoxidable

3.4- Según ASTM

La norma ASTM (American Society for Testing and Materials) no especifica la composición directamente, sino que más bien determina la aplicación o su ámbito de empleo. Por tanto, no existe una relación directa y biunívoca con las normas de composición.

El esquema general que esta norma emplea para la numeración de los aceros es:

YXX

donde,

Yes la primera letra de la norma que indica el grupo de aplicación según la siguiente lista:

A: si se trata de especificaciones para aceros;

B: especificaciones para no ferrosos;

C: especificaciones para hormigón, estructuras civiles;

D: especificaciones para químicos, así como para aceites, pinturas, etc.

E: si se trata de métodos de ensayos;

Otros...

Ejemplos:

A36: especificación para aceros estructurales al carbono;

A285:especificación para aceros al carbono de baja e intermedia resistencia para uso en planchas de recipientes a presión;

A325:especificación para pernos estructurales de acero con tratamiento térmico y una resistencia a la tracción mínima de 120/105 ksi;

A514:especificación para planchas aleadas de acero templadas y revenidas con alta resistencia a la tracción, adecuadas para soldar;

A continuación se adjunta una tabla con las características de los aceros que son más comunes, según esta norma:

3.5- Según AISI

La norma AISI (American Iron and Steel Institute ) utiliza un esquema general para realizar la especificación de los aceros mediante 4 números:

AISI ZYXX

Además de los números anteriores, las especificaciones AISI pueden incluir un prefijo mediante letras para indicar el proceso de manufactura. Decir que las especificaciones SAE emplean las mismas designaciones numéricas que las AISI, pero eliminando todos los prefijos literales.

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El significado de los anteriores campos de numeración es la siguiente:

XXindica el tanto por ciento (%) en contenido de carbono (C) multiplicado por 100;

Yindica, para el caso de aceros de aleación simple, el porcentaje aproximado del elemento predominante de aleación;

Zindica el tipo de acero (o aleación). Los valores que puede adoptar Z son los siguientes:

Z=1: si se trata de aceros al Carbono (corriente u ordinario);

Z=2: si se tarta de aceros al Níquel;

Z=3: para aceros al Níquel-Cromo;

Z=4: para aceros al Molibdeno, Cr-Mo, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo;

Z=5: para aceros al Cromo;

Z=6: si se trata de aceros al Cromo-Vanadio;

Z=7: si se trata de aceros Al Tungsteno-Cromo;

Z=8: para aceros al Ni-Cr-Mo;

Etc.

Como ya se indicó, la anterior designación puede incorpora también letras adicionales para indicar lo siguiente:

E . . . . : para indicar Fusión en horno eléctrico básico.

. . . . H:para indicar Grados de acero con templabilidad garantizada.

C . . . .: para indicar Fusión en horno por arco eléctrico básico.

X . . . .:para indicar alguna desviación del análisis de norma.

TS . . .:para indicar que se trata de una Norma tentativa.

. . B . .:para indicar que se trata de Grados de acero con un probable contenido mayor de 0.0005% en boro.

. . . LC:para indicar Grados de acero con extra-bajo contenido en carbono (0.03% máx.).

. . . F:Grados de acero automático.

A continuación se incluyen algunos ejemplos de designación de tipos de aceros según la norma AISI, que incluyen algunas notas aclaratorias:

- AISI 1020:

1: para indicar que se trata de un acero corriente u ordinario;

0: no aleado;

20: para indicar un contenido máx. de carbono (C) del 0.20%.

- AISI C 1020:

La letra C indica que el proceso de fabricación fue SIEMENS-MARTIN-básico. Puede ser B (si es Bessemer-ácido) ó E (Horno eléctrico-básico).

- AISI 1045:

1: acero corriente u ordinario;

0: no aleado;

45: 0.45 % en C.

- AISI 3215:

3: acero al Níquel-Cromo;

2: contenido del 1.6% de Ni, 1.5% de Cr;

15: contenido del 0.15% de carbono (C).

- AISI 4140:

4: acero aleado (Cr-Mo);

1: contenido del 1.1% de Cr, 0.2% de Mo;

40: contenido del 0.40% de carbono (C).

A continuación se adjunta una tabla resumen de distintos tipos de aceros y su contenido aproximado de elementos principales de aleación, según AISI:

No obstante, la composición de los aceros no es exacta, sino que existe un rango de tolerancia aceptable en referencia a los valores indicados en normas o catálogos. Así por ejemplo, las tolerancias en la composición del acero AISI 4140 que indicamos anteriormente serían las siguientes:

C : 0,38-0,43 %

Mn : 0,75-1,00 %

Cr : 0,80-1,10 %

Mo : 0,15-0,25 %

Si : 0,15-0,35 %

P menor o igual que 0,035 %

S menor o igual que 0,040 %

Por otro lado, la norma AISI especifica a los aceros inoxidables utilizando 3 números:

- Aceros Inoxidables martensíticos:

4XX: Base Cr. Medio-alto carbono.

5XX: Base Cr, Mo. Bajo carbono.

Ejemplos: 410, 416, 431, 440, 501, 502, 503, 504.

- Inoxidables ferríticos:

4XX: Base Cr. Bajo carbono.

Ejemplos: 430, 442, 446.

- Inoxidables austeníticos:

3XX: Base Cr, Ni. Bajo carbono.

2XX: Base Cr, Ni, Mn. Bajo carbono.

Ejemplos: 302, 304, 316, 303, 202.

Para los aceros para herramientas, la norma AISI ha formulado códigos específicos según la siguiente tabla:

Codificación de Aceros para Herramientas, según AISI

Grupo Símbolo Descripción

Alta velocidad (rápidos) T Base Tugsteno (%W: 11.75-19)

Alta velocidad (rápidos) M Base Molibdeno (%Mo: 3.25-10.0)

Trabajo en caliente H Base Cr, W, Mo

Trabajo en frío A Media aleación, temple al aire

Trabajo en frío D Alto Cr, alto C (%Cr: 11.5-13.5)

Trabajo en frío O Templables al aceite

Resistencia al impacto S Medio carbono, al Si

Propósitos específicos L Baja aleación, medio-alto carbono

Propósitos específicos F Alto carbono, al W

Moldes P Baja aleación, bajo carbono

Templables al agua W Alto carbono

3.6- Según SAE

La norma SAE (Society of Automotive Engineers) clasifica los aceros en distintos grupos, a saber:

- Aceros al carbono;

- Aceros de media aleación;

- Aceros aleados;

- Aceros inoxidables;

- Aceros de alta resistencia;

- Aceros de herramienta, etc.

- ACEROS AL CARBONO:

La denominación que emplea la normativa SAE para los aceros al carbono es según el siguiente esquema:

SAE 10XX, donde XX indica el contenido de Carbono (C).

Ejemplos:

SAE 1010 (con un contenido en carbono entre 0,08 - 0,13 %C)

SAE 1040 (0,3 - 0,43 %C)

Los demás elementos que puedan estar presentes no están en porcentajes de aleación al ser pequeño su valor. Así, los porcentajes máximos para los elementos que a continuación se indican son:

Contenido P máx = 0,04%

Contenido S máx = 0,05%

Contenido Mn =

0,30 - 0,60% para aceros de bajo carbono (<0.30%C)

0,60 - 0,90% para aceros de alto carbono (>0,60%C) y aceros al C para cementación.

Por otro lado, dentro de los aceros al carbono, según su contenido, se pueden diferenciar los siguientes grupos:

• Aceros de muy bajo % de carbono (desde SAE 1005 a 1015)

Estos aceros son usados para piezas que van a estar sometidas a un conformado en frío.

Los aceros no calmados se utilizan para embutidos profundos por sus buenas cualidades de deformación y terminación superficial. Los calmados son más utilizados cuando van a ser sometido a procesos de forjados o de tratamientos térmicos.

Son adecuados para soldadura y para brazing. Su maquinabilidad se mejora mediante el estirado en frío. Son susceptibles al crecimiento del grano, y a fragilidad y rugosidad superficial si después del conformado en frío se los calienta por encima de 600ºC.

• Aceros de bajo % de carbono (desde SAE 1016 a 1030)

Este grupo tiene mayor resistencia y dureza, pero menor capacidad de deformación. Son los comúnmente llamados aceros de cementación. Los calmados se utilizan para forjas.

El comportamiento al temple de estos tipos de aceros depende del % de C y Mn. Así los que presentan mayores porcentajes de C tienen mayor templabilidad en el núcleo, y los de más alto % de Mn, se endurecen más principalmente en el núcleo y en la capa.

Son aptos para soldadura y brazing. La maquinabilidad de estos aceros mejora con el forjado o normalizado, y disminuye con el recocido.

• Aceros de medio % de carbono (desde SAE 1035 a 1053)

Estos aceros son seleccionados en usos donde se necesitan propiedades mecánicas más elevadas y frecuentemente llevan tratamiento térmico de endurecimiento.

Se utilizan en amplia variedad de piezas sometidas a cargas dinámicas, como ejes y árboles de transmisión. Los contenidos de C y Mn son variables y dependen de una serie de factores, como las propiedades mecánicas o la templabilidad que se requiera.

Los de menor % de carbono se utilizan para piezas deformadas en frío, aunque los estampados se encuentran limitados a plaqueados o doblados suaves, y generalmente llevan un recocido o normalizado previo. Todos estos aceros se pueden aplicar para fabricar piezas forjadas y su selección depende del tamaño y propiedades mecánicas después del tratamiento térmico.

Los de mayor % de C, deben ser normalizados después de forjados para mejorar su maquinabilidad. Son también ampliamente usados para piezas maquinadas, partiendo de barras laminadas. Dependiendo del nivel de propiedades necesarias, pueden ser o no tratadas térmicamente.

Estos tipos de aceros pueden soldarse pero deben tenerse precauciones especiales para evitar fisuras debido al rápido calentamiento y posterior enfriamiento.

• Aceros de alto % de carbono (desde SAE 1055 a 1095)

Se usan en aplicaciones en las que es necesario incrementar la resistencia al desgaste y conseguir altos niveles de dureza en el material que no pueden lograrse con aceros de menor contenido de C.

En general no se utilizan conformados en frío, salvo plaqueados o el enrollado de resortes.

Prácticamente todas las piezas con acero de este tipo son tratadas térmicamente antes de usar, debiéndose tener especial cuidado en estos procesos para evitar distorsiones y fisuras.

- ACEROS DE MEDIA ALEACIÓN:

Son aceros al Mn, y su denominación según SAE es del tipo SAE 15XX, donde el porcentaje de Mn varía entre 1,20 y 1,65, según el %C.

Ejemplos:

SAE 1524, con contenido en el rango de 1,20 - 1,50 %Mn, y son empleados para construcción de engranajes;

SAE 1542, indica un contenido del 1,35 - 1,65 %Mn, y son empleados para temple.

- ACEROS DE FÁCIL MAQUINABILIDAD Ó ACEROS RESULFURADOS:

El esquema de denominación de estos aceros, según SAE, es de la siguiente forma:

SAE 11XX y SAE 12XX

Son aceros de alta maquinabilidad. La presencia de gran cantidad de sulfuros genera viruta pequeña y dado que los sulfuros poseen alta plasticidad, éstos actúan como lubricantes internos. No son aptos para soldar, ni para someterlos a tratamientos térmicos, ni forja debido a su bajo punto de fusión.

Ejemplos:

SAE 11XX, donde el contenido de S oscila entre 0,08 - 0,13 %S;

SAE 12XX, para este acero el contenido oscila entre 0,24 - 0,33 %S.

Este tipo de aceros pueden dividirse a su vez en tres grupos:

• Grupo I (SAE 1110, 1111, 1112, 1113, 12L13, 12L14, y 1215):

Son aceros efervescentes de bajo % de carbono, con excelentes condiciones de maquinado.

Los de la serie 1200 incorporan el fósforo y los L contienen plomo. Estos elementos influyen en favorecer la rotura de la viruta durante el corte con la consiguiente disminución en el desgaste de la herramienta.

Cuando se los cementa, para lograr una mejor respuesta al tratamiento, deben estar calmados.

• Grupo II (SAE 1108, 1109, 1116, 1117, 1118 y 1119):

Son un grupo de acero de bajo % de carbono y poseen una buena combinación de maquinabilidad y respuesta al tratamiento térmico. Por ello, tienen menor contenido de fósforo, y algunos de azufre, con un incremento del % de Mn, para aumentar la templabilidad permitiendo temples en aceite.

• Grupo III (SAE 1132, 1137, 1139, 1140, 1141, 1144, 1145, 1146 y 1151)

Estos aceros de medio contenido % de carbono combinan su buena maquinabilidad con su respuesta al temple en aceite.

- ACEROS ALEADOS:

Se considera que un acero es aleado cuando el contenido de un elemento excede uno o más de los siguientes límites:

• 1,65% de manganeso (Mn)

• 0,60% de silicio (Si)

• 0,60% de cobre (Cu)

• ó cuando hay un % especificado de cromo, níquel, molibdeno, aluminio, cobalto, niobio, titanio, tungsteno, vanadio o zirconio.

Los aceros aleados se usan principalmente cuando se pretende conseguir cualquiera de las siguientes propiedades:

• desarrollar el máximo de propiedades mecánicas con un mínimo de distorsión y fisuración;

• favorecer la resistencia al revenido, incrementar la tenacidad, disminuir la sensibilidad a la entalla;

• mejorar la maquinabilidad en condición de temple y revenido, comparándola con un acero de igual % de carbono en la misma condición.

Generalmente se los usa tratados térmicamente. De hecho el criterio más importante para su selección es normalmente su templabilidad, pudiendo todos ser templados en aceite.

A continuación se indican su denominación SAE según los elementos de aleación que lleven incorporados:

• Ni

Denominación SAE: 23XX, 25XX.

El contenido en níquel (Ni) aumenta la tenacidad de la aleación, pero no la templabilidad, por lo que deberá incluir otro elemento aleante como Cr ó Mo.

• Cr-Ni

Denominación SAE: 31XX, 32XX, 33XX, 34XX

Ejemplo:

SAE 3115 (1,25 %Ni y 0,60 a 0,80 %Cr), que ofrece una gran tenacidad y templabilidad, no obstante el elevado contenido en Ni dificulta la maquinabilidad.

• Mo

Denominación SAE: 40XX, 44XX

Son aleaciones que aumenta levemente la templabilidad del acero.

• Cr-Mo

Denominación SAE: 41XX

Son aleaciones que poseen 1,00 %Cr y de 0,15 a 0,30 %Mo. Se utilizan para nitrurado, tornillos de alta resistencia, etc.

• Cr-Ni-Mo

Denominación SAE: 86XX

Presentan aleaciones del 0,40 a 0,70 %Cr, 0,40 a 0,60 %Ni y 0,15 a 0,30 %Mo. Son las aleaciones más usadas por su buena templabilidad.

Ejemplos:

SAE 8620, para cementación;

SAE 8640, para temple y revenido.

• Si-Mn

Denominación SAE: 92XX

Poseen aproximadamente 1,40 %Si y 1,00 %Mn.

Son aceros muy adecuados para resortes, dado que tienen excelente resistencia a la fatiga y templabilidad. Para resortes de menos exigencias se suele utilizar el SAE 1070.

Por otro lado, los aceros aleados se pueden clasificar en dos grandes grupos según sus aplicaciones:

1.- Aceros aleados de bajo % de carbono, para cementar:

A su vez, este grupo se puede dividir, según su templabilidad en:

• De baja templabilidad (series SAE 4000, 5000, 5100, 6100 y 8100);

• De templabilidad intermedia (series SAE 4300, 4400, 4500, 4600, 4700, 8600 y 8700);

• De alta templabilidad (series SAE 4800 y 9300).

Estos últimos se seleccionan para piezas de grandes espesores y que soportan cargas mayores.

Los otros, de baja o media templabilidad, para piezas pequeñas, de modo que en todos los casos el temple se pueda efectuar en aceite.

La dureza del núcleo depende del % de C básico y de los elementos aleantes. Esta debe ser mayor cuando se producen elevadas cargas de compresión, para soportar así mejor las deformaciones de las capas exteriores. Cuando lo esencial es la tenacidad, lo más adecuado es mantener baja la dureza del núcleo.

Necesidad del núcleo Acero SAE

Baja templabilidad4012, 4023, 4024, 4027, 4028, 4418, 4419, 4422, 4616, 4617, 4626, 5015, 5115, 5120, 6118 y 8615

Media templabilidad

4032, 4427, 4620, 4621, 4720, 4815, 8617, 8620, 8622 y 8720

Alta templabilidad4320, 4718, 4817, 4820, 8625, 8627, 8822, 9310, 94B15 y 94B17

2.- Aceros aleados de alto % de carbono, para temple directo:

A su vez, este grupo se puede subdividir según el contenido de carbono:

• Contenido de carbono nominal entre 0,30 - 0,37 %: pueden templarse en agua para piezas de secciones moderadas o en aceite para las pequeñas.

Ejemplos de aplicación: bielas, palancas, puntas de ejes, ejes de transmisión, tornillos, tuercas.

Baja templabilidad SAE 1330, 1335, 4037, 4130, 5130, 5132, 5135, y 8630

Media templabilidad

SAE 4135, 4137, 8637 y 94B30

• Contenido de carbono nominal entre 0,40-0,42 %: se utilizan para piezas de medio y gran tamaño que requieren alto grado de resistencia y tenacidad. Ejemplos de aplicación: ejes, palieres, etc., y piezas para camiones y aviones.

Baja templabilidad SAE 1340, 4047, 5140

Media templabilidad

SAE 4140, 4142, 50B40, 8640, 8642, 8740

Alta templabilidad SAE 4340

• Contenido de carbono nominal 0,45-0,50 %: se utilizan en engranajes y otras piezas que requieran alto dureza, resistencia y tenacidad.

Baja templabilidad SAE 5046, 50B44, 50B46, 5145

Media templabilidad

SAE 4145, 5147, 5150, 81B45, 8645, 8650

Alta templabilidad SAE 4150, 86B45

• Contenido de carbono nominal 0,50-0,60 %: se utilizan para resortes y herramientas manuales.

Media templabilidad

SAE 50B50, 5060, 50B60, 5150, 5155, 51B60, 6150, 8650, 9254, 9255, 9260

Alta templabilidad SAE 4161, 8655, 8660

• Contenido de carbono nominal 1,02 %: se utilizan para pistas, bolas y rodillos de cojinetes, además de otras aplicaciones en las que se requieren alta dureza y resistencia al desgaste. Comprende tres tipos de acero, cuya templabilidad varía según la cantidad de cromo que contienen.

Baja templabilidad SAE 50100

Media templabilidad

SAE 51100

Alta templabilidad SAE 52100

- ACEROS INOXIDABLES:

Se dividen en los siguientes grupos:

• Austeníticos:

Ejemplos:

AISI 302XX, donde XX no es el porcentaje de C

17-19 % Cr ; 4-8 % Ni ; 6-8 % Mn

AISI 303XX,

8-13 % Cr ; 8-14 % Ni

Los aceros inoxidables austeníticos no son duros ni templables, además de poseer una alta capacidad de deformarse plásticamente. El más ampliamente utilizado es el 304.

A esta categoría pertenecen los aceros refractarios (elevada resistencia a altas temperaturas). Ejemplo, 30330 (35% Ni, 15% Cr)

• Martensíticos

Ejemplo:

AISI 514XX

11 - 18 % Cr

Estos son templables. Si se persigue conseguir durezas más elevadas se debe aumentar el % Cr (formación de carburos de Cr). Se usan para cuchillería, dado que tienen excelente resistencia a la corrosión.

• Ferríticos

Ejemplos:

AISI 514XX, 515XX

Poseen bajo % de C y alto Cr (10 - 27 %) por lo que pueden mantener la estructura ferrítica aún a altas temperaturas.

- ACEROS DE ALTA RESISTENCIA Y BAJA ALEACIÓN:

La denominación SAE de estos aceros es del tipo 9XX, donde XX · 103

lb/pulg2 , indica el límite elástico del acero.

Ejemplo: SAE 942.

Son de bajo % de C y aleados con Va, Nb, N, Ti, en aproximadamente 0,03% para cada uno, de manera que precipitan carbonitruros de Va, Nb, Ti que elevan el límite elástico entre 30 y 50 %.

Presentan garantía de las propiedades mecánicas y ángulo de plegado. Son de fácil soldabilidad y tenaces, aunque no admiten tratamiento térmico.

- ACEROS PARA HERRAMIENTAS:

Se denominan según las siguientes letras:

W: Templables al agua. No contienen elementos aleantes y son de alto % de carbono (0,75 a 1.00%). Son los más económicos y en general tienen limitación en cuanto al diámetro, debido a su especificación de templabilidad.

Para trabajos en frío se usan los siguientes:

0 para indicar que sólo son aptos para trabajo en frío, dado que si se aumenta la temperatura disminuye la dureza.

Asi están templados al aire. No soportan temple en aceite pues se fisurarían. Se usan para formas intrincadas (matrices) dado que el alto contenido de cromo (Cr) otorga temple homogéneo.

D o de alta aleación. Contienen alto % de carbono para formar carburos de Cr (1,10 - 1,80 %C). Poseen una gran resistencia al desgaste.

Para trabajo en caliente: H

Aceros rápidos:

T en base a tungsteno

Men base a molibdeno

Los tres tipos anteriores mantienen su dureza al rojo (importante en cuchillas), y contienen carburos que son estables a alta temperatura. El Cr aumenta la templabilidad ya que se encuentra disuelto, mientras que el tungsteno y el molibdeno son los formadores de carburos. El más divulgado es el conocido como T18-4-1, que indica contenidos de W, Cr y Mo respectivamente.

Sson aceros para herramientas que trabajan al choque. Fácilmente templables en aceite. No se pueden usar en grandes secciones o formas intrincadas.

ANEXOS

A.1- Designación del acero estructural según la normativa europea EN 10025

A continuación se expondrá los esquemas de designación de los aceros estructurales según las normas EN 10025-2: 2004, y según la EN 10025-4: 2004.

- Según la norma europea EN 10025-2: 2004, los aceros estructurales se designan siguiendo el siguiente esquema:

S XXX YY (+AAA) (+BB)

donde los campos incluidos entre paréntesis es información adicional que en ocasiones puede que no aparezca en la designación del acero. A continuación se identifican cada uno de los anteriores símbolos:

S, indica que se trata de un acero estructural;

XXX, indica el límite elástico del acero en N/mm2 ó MPa;

YY, se usa para definir la resiliencia que tiene el acero. Puede adoptar los valores que se indican en la siguiente tabla,

Resiliencia

Mín. 27 J Mín. 40 J Temp. ºC

JR KR 20

J0 K0 0

J2 K2 -20

A continuación, como ya se ha dicho, en la designación de los acero según la EN 10025-2: 2004 puede incluirse información adicional, por ejemplo, acerca de las condiciones especiales o de agresividad bajo las que estará sometida la pieza de acero, o para indicar las condiciones de

tratamiento a que se ha visto sometido para su fabricación. Así se tiene que:

+ AAA, indica las condiciones especiales a las que estará sometida la pieza de acero. Puede tomar los siguientes valores:

Condiciones especiales

Z15 Mín. 15% reducción del área

Z25 Mín. 25% reducción del área

Z35 Mín. 35% reducción del área

+ BB, se usa para indicar las condiciones de tratamiento del acero. Los valores que puede tomar son los siguientes:

Condiciones de tratamiento

+M Laminación termomecánica

+N Laminación normalizada

+AR Bruto de laminación

Ejemplo de designación según EN 10025-2: 2004:

S 355 J2 +Z35 +M

- Por último, la designación según la EN 10025-4: 2004 incluye información sobre características físicas del acero. El esquema de designación es el siguiente:

S XXX YY

Donde los campos S y XXXrepresentan los mismos valores ya indicados en el apartado anterior, mientras que el último campo YY añade información adicional sobre las características físicas de la pieza de acero en cuestión, pudiendo tomar los siguientes valores:

Características físicas

L Para bajas temperaturas

M Laminación termomecánica

N Laminación normalizada

WPatinable con protección a la corrosión atmosférica

Ejemplo de designación según EN 10025-4: 2004

S 355 ML

A.2- Tabla de Correlaciones entre Normas

Anexo 2. Correlaciones entre distintas normas

>> FIN DEL TUTORIAL

TRATAMIENTOSTERMOQUÍMICOSINTRODUCCIÓNEl tema a tratar, hoy día nos los encontramos muy presente en el entorno que nos rodea, comopor ejemplo; en todo tipo de artículos, ya sean en decoración, herramientas, repuestos de coches,máquinas, rodamientos, cuchillos, etc.Con lo que podemos decir que los tratamientos termoquímicos forman parte de lostratamientos térmicos, ya que la pieza sufre un calentamiento y posteriormente un enfriamientoadecuado, con la diferencia que la pieza se ha recubierto de una sustancia química que modifica suestructura superficial. Las sustancias químicas utilizadas normalmente son: carbono, nitrógeno y sulfato,pudiendo estar en estado gaseoso, líquido o solido.Así que podemos distinguir cinco tratamientos termoquímicos:CEMENTACIÓNNITRURACIÓNTRATAMIENTOSTERMOQUÍMICOS CIANURACIÓNCARBONITRURACIÓNSULFINIZACIÓN

2Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambiosen 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 tratamientosrequieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial delas piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poderlubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistenciaa la corrosión.Resumiremos la definición de los tipos tratamientos termoquímicos:Cementación (C). Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando laconcentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera queenvuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido decarbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran durezasuperficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

Nitruración (N). Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace enmayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentandoel acero a temperaturas comprendidas entre 400 ºC y 525 °C aproximadamente, dentro de una corriente degas amoníaco, más nitrógeno.Cianuración (C+N). Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan bañoscon cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican entre 750 ºC y 950 °C aproximadamente.Carbonitruración (C+N). Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en unacapa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano, amoníaco (NH3) y monóxido decarbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C aproximadamente, y es necesariorealizar un temple y un revenido posterior.Sulfinización (S+N+C). Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre seincorpora al metal por calentamiento, a la temperatura de 565 °C aproximadamente, en un baño de sales.CEMENTACIÓNLa cementación es un tratamiento termoquímico que consiste en carburar una capa superficialde una pieza de acero, rodeándola de un producto carburante y calentándola a una temperaturaadecuada mediante difusión, modificando su composición, impregnando la superficie y sometiéndola acontinuación a un tratamiento térmico, un temple y un revenido, quedando la pieza con buena tenacidaden el núcleo y con mucha dureza superficial.El objetivo de la cementación es que en el templado del acero proporciona dureza a la pieza,pero también fragilidad. Por el contrario, si no se templa el material no tendrá la dureza suficiente y sedesgastará. Para conservar las mejores cualidades de los dos casos se utiliza la cementación, que endurecela superficie de la pieza sin modificación del núcleo, dando lugar así a una pieza formada por dosmateriales, la del núcleo de acero con bajo índice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de lasuperficie, de acero con mayor concentración de carbono, más dura, resistente al desgaste y a lasdeformaciones, siendo todo ello una única pieza compacta.Consiste en recubrir las partes a cementar de una materia rica en carbono, llamada cementante, ysometerla durante varias horas a altas temperatura de 900 °C. En estas condiciones es cuando tiene mayorcapacidad de disolución el carbono, que irá penetrando en la superficie que recubre a razón de 0,1 a 0,2milímetros por hora de tratamiento. Una vez absorbido por la capa periférica del acero, comienza elproceso de difusión del carbono hacia el interior de la pieza (el espesor de la capa cementada depende dela temperatura y del tiempo que dure la operación). La pieza así obtenida se le da el tratamiento térmico3correspondiente, de temple y revenido, y cada una de las dos zonas de la pieza, adquirirá las cualidadesque corresponden a su porcentaje de carbono. En ocasiones se dan dos temples, uno homogéneo a toda lapieza y un segundo temple que endurece la parte exterior.La cementación encuentra aplicación en todas aquellas piezas que tengan que poseer granresistencia al choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de lospiñones, levas, ejes, etc.Podemos diferenciar tres tipos de materiales cementantes:• Sólidos.• Líquidos.• Gaseosos.Sólidos. Para la cementación en medio sólido, las piezas limpias y libres de óxidos se colocan enla mezcla de cementación, dentro de cajas de chapas de acero soldadas y selladas. Estas cajas se carganluego al horno de cementación, y se mantienen ahí durante varias horas a una temperatura entre 900 ºC y950 ºC aproximadamente, hasta obtener la profundidad de la capa de difusión deseada. Como mezcla decementación se puede utilizar la de 70 % a 80 % de carbón vegetal finalmente pulverizado, con un 20 % a30 % de alguno de los siguientes carbonatos: carbonato de bario (BaCO3), carbonato de sodio (Na2CO3) ocarbonato de potasio (K2CO3) que actúan como catalizador y que contribuyen al desprendimiento delcarbono en estado elemental, necesario para la cementación. Para el sellaje de la tapa de la caja decementación puede utilizarse una masilla hecha con arena de fundición mezclada con silicato de sodio(vidrio soluble).Los equipos utilizados para la cementación sólida son cajas donde se cementa con mezclacementante que rodea a la pieza en un recipiente cerrado, el cual se calienta a la temperatura adecuadadurante el tiempo requerido y luego se enfría con lentitud. Este equipo no se presta para alta producción,

siendo sus principales ventajas su economía, eficiencia y la no necesidad de una atmósfera preparada. Enrealidad, el agente cementante son los gases, que ésta pasta rodea al material que desprende cuando secalienta en el horno.Líquidos. Para la cementación en medio líquido, las piezas se introducen en un baño de salesfundidas a 950 °C aproximadamente, constituidas por una sal base generalmente cloruro o carbonato desodio, con adición de una sal aportadora de carbono, cianuro de sodio o de potasio y de una sal activante,cloruro de bario, mezclados en porcentajes adecuados, según los resultados que se deseen obtener. Lapresencia de nitrógeno en los cianuros provoca también la formación de productos de reacción (nitruros)de elevada dureza pero limitados a una finísima capa exterior.4Diferenciamos el baño o la cuba 1 y 5, la pieza 2, el cementante 3 y bases de sales 4.Gaseosos. La cementación gaseosa necesita de un equipo especial más complicado y se aplica ala producción en masa de piezas cementadas. Esta cementación tiene ventajas considerables con respectoa la cementación en medio sólido y líquido, el proceso es dos o tres veces más rápido, la tecnología esmenos perjudicial a la salud, y las propiedades del núcleo sin cementar resultan mejores debido al menorcrecimiento del grano. El proceso se realiza en hornos especiales, en cuyo interior se inyecta como gascementante algún hidrocarburo saturado tales como metano, butano, propano y otros. Al calentar a unos900 ºC y 1000 ºC aproximadamente, se desprende el carbono elemental que cementa el acero. Porejemplo al calentar metano.CH4 --> C + 2H2

Los equipos utilizados para la cementación gaseosa son más eficientes y complejos que losanteriores, los ciclos son más controlados, el calentamiento más uniforme, es más limpio y requiere demenos espacio. La pieza se calienta en contacto con CO y/o un hidrocarburo, por ejemplo alguna mezclade gases que contenga butano, propano o metano, que fácilmente se descompone a la temperatura decementación. El gas tiene una composición típica de: CO 20 %, H2 40 % y N2 40 %, pudiendomodificarse la composición de éste para controlar el potencial de carbono.5horno al vacio para cementación de baja presiónAceros de cementaciónSon apropiados para cementación los aceros de baja contenido de carbono, que conserven latenacidad en el núcleo. El cromo acelera la velocidad de penetración del carbono. Los aceros al cromoníquel tienen buenas cualidades mecánicas y responden muy bien a este proceso. Una concentraciónde níquel por encima del 5 %, retarda el proceso de cementación.Según sean los requisitos de dureza y resistencia mecánica existen varios tipos de acerosadecuados para recibir el tratamiento de cementación y posterior tratamiento térmico. Algunos ejemplosde aceros aptos para la cementación son:Aceros para cementación al carbono. La cementación ser realiza entre 900 ºC y 950 ºC, elprimer temple se realiza entre 875 ºC y 925 ºC en agua o aceite, el segundo temple se realiza entre 925 ºCy 775 ºC en agua, y el revenido a una temperatura máxima de 200 ºC. Se utiliza para piezas poco cargadasy de espesor reducido, de poca responsabilidad y escasa tenacidad en el núcleo.Aceros para cementación al cromo-níquel (Cr-Ni) de 125kgf/mm2. Tiene una composición decromo de 1 % y de níquel un 4,15 %. La cementación se realiza entre 850 ºC y 900 ºC, el primer templeentre 825 ºC y 900 ºC en aceite, el segundo temple se realiza entre 725 ºC y 800 ºC, y el revenido a unatemperatura máxima de 200 ºC. Se utiliza para piezas de gran resistencia en el núcleo y buena tenacidad.Elementos de máquinas y motores, engranajes, levas, etc.Aceros para cementación al cromo-molibdeno (Cr-Mo) de 95 kgf/mm2. Tiene unacomposición de cromo de 1,15 % y de molibdeno un 0,20 %. La cementación se realiza entre 875 ºC y950 ºC, el primer temple se realiza entre 875 ºC y 900 ºC en aceite, el segundo temple se realiza entre 775ºC y 825 ºC en aceite, y el revenido a una temperatura máxima de 200 ºC. Se utiliza para piezas deautomóviles y maquinaria de gran dureza superficial y núcleo resistente. Piezas que sufran gran desgastey transmitan esfuerzos elevados, engranajes, levas, etc.Aceros para cementación al cromo-níquel-molibdeno (Cr-Ni-Mo) de 135 kgf/mm2. Tieneuna composición de cromo de 0,65 %, de níquel un 4 %, y de molibdeno un 0,25 %. La cementación serealiza entre 850 ºC y 950 ºC, el primer temple se realiza entre 825 ºC y 875 ºC en aire o aceite, elsegundo temple se realiza entre 725 ºC y 775 ºC en aceite, y el revenido a una temperatura máxima de

200 ºC. Se utiliza para piezas de grandes dimensiones de alta resistencia y dureza superficial. Máquinas ymotores de máxima responsabilidad., ruedas dentadas, etc.6NITRURACIÓNLa nitruración es un tratamiento térmico empleado para el endurecimiento superficial de ciertaspiezas, principalmente aceros. Es especialmente recomendable para aceros aleados con cromo, vanadio,aluminio, wolframio y molibdeno, ya que forman nitruros estables a la temperatura de tratamiento. Sonestos nitruros los que proporcionan la dureza buscada.Durante la nitruración, la pieza sometida ve aumentada su dureza superficial mediante el aportede nitrógeno a la misma en una atmósfera nitrurante, principalmente compuesta de vapores de amoníacodescompuesto en nitrógeno e hidrógeno. En esta descomposición, el nitrógeno, más denso que elhidrógeno, se desplaza hacia la zona inferior de la cámara, entrando en contacto con la pieza y formandonitruros de hierro (compuesto duro y frágil) en su superficie.La penetración de este tratamiento es muy lenta, del orden de un milímetro de espesor por cada100 horas de duración, aunque después de esto, la pieza no precisará de temple. Este tratamiento serealiza normalmente en hornos eléctricos a temperaturas aproximadas de 500 ºC, por cuya cámara circulael gas de amoníaco. Tanto la temperatura como la concentración del gas en amoníaco, deben mantenerseconstante durante todo el proceso. Además, en caso de existir alguna parte de la pieza que no se deseenitrurar, se introducen dichas partes en una solución de estaño y plomo al 50 %, que evitará que laatmósfera de nitrógeno les afecte.La preparación previa al proceso consistirá en la limpieza de la pieza mediante, por ejemplo,ultrasonidos en un baño de alcohol. También se purgará la atmósfera del horno durante su calentamiento,haciendo circular un caudal de nitrógeno con un volumen igual a 100 veces el volumen del horno. Así, seasegura la eliminación de la humedad absorbida en el tubo de cerámica, y si se introduce la muestra en elhorno durante la fase de calentamiento, pero fuera de la zona caliente, se aprovechará dicho caudal paraeliminar también la posible humedad existente en ella. Para la mejor manipulación de la muestra, seintroducirá previamente en una caja de aluminio. Cuando el horno alcance la temperatura de tratamiento,se mueve la pieza a la zona caliente evitando la contaminación de la atmósfera del horno, y se procede ala aplicación del tratamiento. Una vez se haya aplicado el tratamiento completo, el enfriamiento se harásiempre bajo una atmósfera controlada para evitar la contaminación superficial u oxidación de la pieza.La nitruración se aplica principalmente a piezas que son sometidas regularmente a grandesfuerzas de rozamiento y de carga, tales como pistas de rodamientos, camisas de cilindros, etc. Estasaplicaciones requieren que las piezas tengan un núcleo con cierta plasticidad, que absorba golpes yvibraciones, y una superficie de gran dureza que resista la fricción y el desgaste. Las piezas que se hayanpasado por un proceso de nitruración se pueden usar en trabajos con temperaturas de hasta 500 °C(temperatura de nitruración), temperatura a la cual el nitrógeno comienza a escaparse de la pieza,eliminando los efectos de la nitruración y disminuyendo la dureza de la pieza.7Podemos diferenciar cuatro tipos de nitruración:• Nitruración gaseosa.• Nitruración líquida.• Nitruración sólida.• Nitruración iónica.Nitruración gaseosa. La nitruración gaseosa se realiza en hornos de atmósfera controlada en losque la pieza se lleva a temperaturas entre 500 ºC y 575 ºC en presencia de amoníaco disociado. Esteproceso se basa en la afinidad que tiene los elementos de aleación del acero por el nitrógeno procedentede la disociación del amoníaco.Nitruración en baño de sales. La nitruración en baño de sales se realiza a la misma temperaturaque la nitruración gaseosa, entre 500 ºC y 575 ºC. Para ello se introduce la pieza en un baño de salesfundidas compuesto por cianuros (CN-) y cianatos (CON-) en estado fundido. Durante este tratamiento, elmaterial absorbe C y N del baño. Dadas las bajas temperaturas a las que se opera, la carburación es muypequeña, dando paso a la nitruración. Así, se forma una capa cuya composición química es de un 25 % decarburos y de un 75 % de nitruros de hierro.Nitruración sólida. En la nitruración sólida las piezas se colocan cubiertas por una pasta sesustancia nitrurante que se eleva a una temperatura entre 520 ºC y 570 ºC durante 12 horas.

Nitruración iónica o por plasma. Es un tipo de nitruración gaseosa dirigida a aumentar lavelocidad de difusión del nitrógeno y reducir el tiempo de tratamiento. Se realiza dentro de un reactordonde se ha hecho vacío antes de introducir los gases de nitruración. Estableciéndose un circuito eléctricoen el que la pieza a nitrurar es el ánodo, por efecto del calor, el nitrógeno molecular se descompone eioniza. Con ello se produce la difusión del nitrógeno por la superficie y la consiguiente formación denitruros. Otros gases presentes y que actúan como soporte son el gas carburante, argón, etc.hornos al vacio para nitruración de baja presión horno para nitruración iónicaAceros para nitruraciónNo todos los aceros son aptos para nitrurar, ya que en ocasiones el procedimiento puede resultarcontraproducente, tales como los aceros al carbono, en los que el nitrógeno penetra demasiado rápido enla estructura y la capa nitrurada tiende a desprenderse. Resulta conveniente que en la composición dela aleación haya una cierta cantidad de aluminio 1 %. También es aplicable a los aceros inoxidables,aceros al cromo níquel y ciertas fundiciones al aluminio o al cromo. Algunos ejemplos de aceros aptospara la nitruración son:8Acero para nitruración al Cr-Mo-V de alta resistencia. La composición extra de este acero esla siguiente: 0,32 % C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V. Una vez tratado alcanza una resistencia mecánicade 120 kg/mm2. La capa nitrurada se adhiere muy bien al núcleo sin temor a descascarillamiento. Seutiliza para construir piezas de gran resistencia y elevada dureza superficial para resistir el desgaste.Acero para nitruración al Cr-Mo-V de resistencia media. La composición extra de este aceroes 0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% V. Tiene características y aplicaciones parecidos al anterior,solamente que su resistencia mecánica es de 100kg/mm2.Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza. La composición extra de este acero es0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al. La capa nitrurada de este acero puede descascarillarse y es degran fragilidad. Se utiliza para piezas que soporten una resistencia media y la mayor dureza superficialposible. Este tratamiento también es aplicable a algunos aceros inoxidables, aceros al cromo-níquel yciertas fundiciones al aluminio o al cromo.CIANURACIÓNLa cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación yla nitruración, ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno auna temperatura determinada. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, serealiza a una temperatura por encima de la crítica del corazón de la pieza entre 750 ºC y 950 ºCaproximadamente, se introduce la pieza en una solución que generalmente consta de cianuro de sodio concloruro de sodio y carbonato de sodio, el enfriamiento se hará directamente por inmersión al salir delbaño de cianuro con esto se obtiene una profundidad de superficie templada uniforme de unos 0,25 mmen un tiempo de una hora.Posteriormente hay que templar las piezas. Se cementa colocando las piezas en baños de mezclasde sales fundidas (cianuro, HCN), de modo que el carbono difunde desde el baño hacia el interior delmetal. Produce una capa más profunda, más rica en carbono y menos nitrógeno.Los baños de cianuro se usan generalmente en los procesos de temple de acero para impedir ladescarburación de la superficie. Sus principales ventajas son: la buena eliminación de oxidación, laprofundidad de la superficie es duradera, el contenido de carbono se reparte homogéneamente y de granrapidez de penetración. También posee ciertas desventajas como son: el lavado de las piezas posterior altratamiento para prevenir la herrumbre, la revisión de la composición del baño ha de ser de formaperiódica y la alta peligrosidad de las sales de cianuro, dado que éstas son venenosas.Podemos realizar la cianuración de dos maneras diferentes, como son:A la flama el calentamiento del acero se realiza de forma local, de modo que con el enfriamientose produzca un temple localizado en la región afectada. La profundidad de temple con este proceso variade 1,5 a 6,5 mm este método se emplea en superficies de piezas grandes por su deformación que esmínima. Para aceros al carbono el contenido de este debe ser entre 0,35 % a 0,70 %, aunque tambiénpuede templarse a la llama aceros contenido de carbono más alto si se tiene cuidado de impedir elagrietamiento de la superficie. Para obtener buenos resultados con este proceso se debe tener cuidado enla característica de la flama, la distancia a la superficie, su velocidad de movimiento y el tiempo deenfriamiento por inmersión. Es necesario un revenido para liberar el material de los esfuerzos, siendosuficiente por lo general una temperatura de 200 °C aproximadamente. Sus principales aplicaciones son:

para el temple de dientes de engranes, levas, extremos de rieles, llantas metálicas de rueda, etc.9Por inducción el calentamiento se realiza por corriente eléctrica, el calentamiento por resistenciaes útil para templar secciones localizadas de algunas piezas forjadas y de fundición, pero en general suprincipal aplicación es para calentar partes de sección transversal uniforme. El proceso se usa paratemplar superficies de piezas cilíndricas, los muñones de apoyo de los cigüeñales aplicando una corrientede alta frecuencia a la sección de apoyo durante unos cuantos segundos y cuando se ha calentado el aceroa la profundidad deseada, se rocía agua sobre la superficie calentada a través de orificios hechos, losbloques del inductor que rodea al apoyo. La amplitud de la zona calentada puede regularse con todaexactitud que las curvas o filetes puedan quedar perfectamente sin posibilidad de fallar por fatiga y sinsacrificar la resistencia al desgaste.CARBONITRURACIÓNLa carbonitruración es un procedimiento que consiste en endurecer superficialmente el acero,en este tratamiento termoquímico se promueve el enriquecimiento superficial simultáneo con carbono ynitrógeno, con el objetivo de obtener superficies extremadamente duras y un núcleo tenaz, sumado a otraspropiedades mecánicas como resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la torsión. Unaventaja significativa es que presenta muy poca deformación debido a que el nitrógeno absorbido en elproceso disminuye la velocidad crítica de temple del acero. En este proceso se consiguen capas hasta de1,5 mm, en nuestro caso lo hacemos en hornos de atmósfera controlada.Dicho tratamiento se realiza en las mismas condiciones que la cementación ya sea en baño desales de una composición determinada o en atmósfera gaseosa con adición de nitrógeno por medio de ladisociación de amoniaco. Por esta razón la temperatura de la carbonitruración se sitúa entre lastemperaturas de estos dos procesos. La oferta de nitrógeno, que se difundirá en el acero, dependerá dela composición del baño y también de su temperatura. Por lo contrario, el aumento de nitrógeno se reducea medida que aumenta la temperatura. Diremos que el tratamiento de carbonitruración está subdivididoen:• Carbonitruración por encima de A1 (750ºC a 850ºC).• Carbonitruración por debajo de A1 (700ºC a 750ºC).10PRODUCTOS TEMPERATURADE TRABAJOCARASTERÍSTICASC3B 750-850 ºCIndicado para carbonitruración por encima de A1

Carbonitruración por encima de A1 (750ºC a 850ºC).• Carbonitruración por debajo de A1 (700ºC a 750ºC).10PRODUCTOS TEMPERATURADE TRABAJOCARASTERÍSTICASC3B 750-850 ºCIndicado para carbonitruración por encima de A1C 2 750-850 ºCC1B 750-850 ºCGS 540 / C3B (30%) 750-860 ºCGS 660 / C3B (30%) 750-850 ºCNS 1 / NS 2B 700-720 ºC Indicado para carbonitruración por debajo de A1SULFINIZACIÓNLa sulfinización es un tratamiento termoquímico en el cual se introduce superficialmente azufreal acero. El objetivo no es mejorar las propiedades mecánicas sino mejorar su comportamiento frente almecanizado. Se realiza en piezas ya terminadas. Consiste en elevar la temperatura de la pieza a 575°Caproximadamente en un baño de sales que ceden carbono, nitrógeno y azufre (estos dos últimos en menor

cantidad), en aleaciones férreas y de cobre.Se utiliza en aceros de bajo carbono donde la viruta no se corta sino que se deforma y esarrastrada acumulándose frente al ataque. La incorporación superficial del azufre genera sulfuro de hierro(S2Fe) como inclusión no metálica (impurezas), y se aloja en los bordes de grano lo que fragiliza al metal,lo cual hace que disminuya el punto de fusión. Después de la sulfinización las dimensiones de las piezasaumentan ligeramente, aumentando su resistencia al desgaste, favoreciendo la lubricación y evitando elagarrotamiento.hornos con cinta transportadora para sulfinizaciónMáquinas para el lavado, desengrase y tratamiento de superficies de todo tipo de piezas(fosfatado, pasivado, decapado, secado, etc.).Dedicado a: Consolación Luna

Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y Protección de la Propiedad Intelectual

Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la

Propiedad Intelectual

Información

Acrónimo INDECOPI

Tipo Organismo público

especializado

Fundación 1992

Ámbito Perú

Sede Lima

Presidente del Consejo

Directivo

Hebert Eduardo Tassano

Velaochaga

Dependiente de Presidencia del Consejo de

Ministros

Sitio web

www.indecopi.gob.pe

El Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual, conocido también como Indecopi, fue creado en noviembre de 1992, mediante el Decreto Ley N° 25868.1 Es un organismo público especializado adscrito a la Presidencia del Consejo de Ministros, con personería jurídica de derecho público.

Funciones

El Indecopi es el organismo encargado de la aplicación de las normas legales destinadas a proteger:

El mercado, de las prácticas monopólicas que resulten controlistas y restrictivas de la competencia en la producción y comercialización de bienes y en la prestación de servicios, así como de las prácticas que generan competencia desleal y de aquellas que afectan a los agentes del mercado y a los consumidores.

Los derechos de propiedad intelectual, desde los signos distintivos y los derechos de autor hasta las patentes y la biotecnología.

La calidad de los productos. Las demás funciones que se le asignen.

Organización

Consejo Directivo

Es el órgano máximo de la administración de Indecopi. Está dirigido por el Presidente, quien además ejerce la representación de este organismo. Su labor consiste en administrar las políticas generales y liderar las labores de imagen, difusión y comunicación. Este órgano cuenta además con el apoyo de un Consejo Consultivo, conformado por profesionales que integran los diversos sectores del ámbito público y privado vinculados con la funciones del Indecopi.

Administración

La función administrativa es desarrollada por las gerencias, cuidando preservar la autonomía de los órganos funcionales:

Gerencia General Gerencia de Administración y Finanzas Gerencia de Estudios Económicos Gerencia Legal Gerencia de Oficinas Regionales Gerencia de Supervisión y Fiscalización Gerencia de Tecnología de la Información Oficina de Comunicaciones y Relaciones Internacionales

Órganos funcionales

Son los órganos internos que dsempeñan la función ejecutiva en el Indecopi, velando por el correcto desenvolvimiento de los agentes económicos que concurren en el mercado, garantizando el respeto de los derechos de los consumidores, las normas de la honesta competencia y la propiedad intelectual.

Comisión de Defensa de la Libre Competencia (CLC) Comisión de Eliminación de Barreras Burocráticas (CEB) Comisión de Fiscalización de Dumping y Subsidios (CFD) Comisión de Fiscalización de la Competencia Desleal (CCD) Comisión de Normalización y Fiscalización de Barreras Comerciales no

Arancelarias (CNB) Comisión de Procedimientos Concursales (CCO) Comisión de Protección al Consumidor (CPC) Dirección de Derecho de Autor (DDA) Dirección de Invenciones y Nuevas Tecnologías (DIN) Dirección de Signos Distintivos (DSD)

MotorDe Wikipedia, la enciclopedia libre

Motor de un avión de 1915, con disposición radial y refrigerado con agua.

Motor V12 de automóvil, utilizado en un Lamborghini Murciélago.

Un motor es la parte de una máquina capaz de transformar algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.

Existen diversos tipos, siendo de los más comunes los siguientes:

Motores térmicos , cuando el trabajo se obtiene a partir de energía calórica.o Motores de combustión interna , son motores térmicos en los cuales se

produce una combustión del fluido del motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo y gasolina, los del gas natural o los biocombustibles.

o Motores de combustión externa , son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor fuerza posible de llevar es mediante la transmisión de energía a través de una pared.

Motores eléctricos , cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica.

En los aerogeneradores, las centrales hidroeléctricas o los reactores nucleares también se transforma algún tipo de energía en otro. Sin embargo, la palabra motor se reserva para los casos en los cuales el resultado inmediato es energía mecánica.

Los motores eléctricos utilizan la inducción electromagnética que produce la electricidad para producir movimiento, según sea la constitución del motor: núcleo con cable arrollado, sin cable arrollado, monofásico, trifásico, con imanes permanentes o sin ellos; la potencia depende del calibre del alambre, las vueltas del alambre y la tensión eléctrica aplicada.

Características generales

Rendimiento: es el cociente entre la potencia útil que generan y la potencia absorbida. Habitualmente se representa con la letra griega η.

Velocidad de poco giro o velocidad nominal: es la velocidad angular del cigüeñal, es decir, el número de revoluciones por minuto (rpm o RPM) a las que gira. Se representa por la letra n.

Potencia: es el trabajo que el motor es capaz de realizar en la unidad de tiempo a una determinada velocidad de giro. Se mide normalmente en caballos de vapor (CV), siendo 1 CV igual a 746 vatios.

Par motor: es el momento de rotación que actúa sobre el eje del motor y determina su giro. Se mide en kg*m (kilogramos por metro) o lo que es lo mismo newtons-metro (Nm), siendo 1 kgm igual a 9,81 Nm (9,81 kg*f*m). Hay varios tipos de pares, véanse por ejemplo el par de arranque, el par de aceleración y el par nominal.

Otros usos

En ciertas ocasiones la palabra "motor" es utilizada para referirse a entidades que desarrollan determinadas tareas y no "trabajo" en el sentido físico. Este uso es particularmente visible en informática, donde son comunes términos como motor de búsqueda, "motor SQL" o "motor de juegos". Como en muchos otros términos de la jerga informática, suele emplearse su equivalente en idioma inglés, engine, especialmente en algunos países de Latinoamérica.

También suele denominarse como motor de juego o Game Engine a una serie de rutinas de programación que permiten el diseño, la creación y la representación de un videojuego.

Como novedad cabe citar la reutilización del motor de explosión entre otras piezas de coches como material para construir obras artísticas de alta calidad. Se trata de Arte Reciclado, y sostenible

Máquina simple

Polea compuesta.

Una máquina simple es un artefacto mecánico que transforma un movimiento en otro diferente, valiéndose de la fuerza recibida para entregar otra de magnitud, dirección o longitud de desplazamiento distintos a la de la acción aplicada.1

En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la energía: «la energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma». La fuerza aplicada, multiplicada por la distancia aplicada (trabajo aplicado), será igual a la fuerza resultante multiplicada por la distancia resultante (trabajo resultante). Una máquina simple, ni crea ni destruye trabajo mecánico, sólo transforma algunas de sus características.

Máquinas simples son la palanca, las poleas, el plano inclinado, etc.

No se debe confundir una máquina simple con elementos de máquinas, mecanismos o sistema de control o regulación de otra fuente de energía.

Enumeración de máquinas simples

En la palanca se cumple que D1 x F1 = D2 x F2

Rueda Mecanismo de biela - manivela Cuña Palanca Plano inclinado Polea Tuerca husillo

Esta lista, sin embargo, no debe considerarse definitiva e inamovible. Algunos autores consideran a la cuña y al tornillo como aplicaciones del plano inclinado; otros incluyen a la rueda como una máquina simple; también se considera el eje con ruedas una máquina simple, aunque sean dos de estas juntas por ser el resultado.

La cuña transforma una fuerza vertical en dos horizontales antagonistas. El ángulo de la cuña determina la proporción entre las fuerzas aplicada y resultante, de un modo parecido al plano inclinado.

La palanca es una barra rígida con un punto de apoyo, a la que se aplica una fuerza y que, girando sobre el punto de apoyo, vence una resistencia. Se cumple la conservación de la energía y, por tanto, la fuerza aplicada por su espacio recorrido ha de ser igual a la fuerza de resistencia por su espacio recorrido.

En el plano inclinado se aplica una fuerza para vencer la resistencia vertical del peso del objeto a levantar. Dada la conservación de la energía, cuando el ángulo del plano inclinado es más pequeño se puede levantar más peso con una misma fuerza aplicada pero, a cambio, la distancia a recorrer será mayor.

La polea simple transforma el sentido de la fuerza; aplicando una fuerza descendente se consigue una fuerza ascendente. El valor de la fuerza aplicada y la resultante son iguales, pero de sentido opuesto. En un polipasto la proporción es distinta, pero se conserva igualmente la energía.

Tuerca husillo.

El mecanismo tuerca husillo trasforma un movimiento giratorio aplicado a un volante o manilla, en otro rectilíneo en el husillo, mediante un mecanismo de tornillo y tuerca. La fuerza aplicada por la longitud de la circunferencia del volante ha de ser igual a la fuerza resultante por el avance del husillo. Dado el gran desarrollo de la circunferencia y el normalmente pequeño avance del husillo, la relación entre las fuerzas es muy grande.

Todas las máquinas simples convierten una fuerza pequeña en una grande, o viceversa. Algunas convierten también la dirección de la fuerza. La relación entre la intensidad de la fuerza de entrada y la de salida es la ventaja mecánica. Por ejemplo, la ventaja mecánica de una palanca es igual a la relación entre la longitud de sus dos brazos. La ventaja mecánica de un plano inclinado, cuando la fuerza actúa en dirección paralela al plano, es la cosecante del ángulo de inclinación.

A menudo, una máquina consta de dos o más herramientas o artefactos simples, de modo que las máquinas simples se usan habitualmente en una cierta combinación, como componentes de máquinas más complejas. Por ejemplo, en el tornillo de Arquímedes, una bomba hidráulica, el tornillo es un plano inclinado helicoidal.

Mecanismo

Mecanismo en movimiento.

Se llama mecanismo a la máquina simple en un conjunto , que a través de sólidos resistentes, elementos elásticos, etc, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí

mediante diferentes tipos de uniones, llamadas así pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de la Energía mecánica y de su estudio se ocupa la mecánica.

Basándose en principios del álgebra lineal y física, se crean esqueletos vectoriales, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones. A diferencia de un problema de cinemática o dinámica básico, un mecanismo no se considera como una masa puntual y, debido a que los elementos que conforman a un mecanismo presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación, es necesario tomar en cuenta conceptos como centro de gravedad, momento de inercia, velocidad angular, etc.

La mayoría de veces un mecanismo puede ser analizado utilizando un enfoque bidimensional, lo que reduce el mecanismo a un plano.

En mecanismos más complejos y, por lo tanto, más realistas, es necesario utilizar un análisis espacial. Un ejemplo de esto es una rótula esférica, la cual puede realizar rotaciones tridimensionales.

Análisis de esfuerzos de un mecanismo.

Pares cinemáticos

Reuleaux llama las conexiones ideales entre los enlaces de par cinemática. Hizo una distinción entre los pares más altos que se dice que tienen la línea de contacto entre los dos eslabones más bajos y pares que tienen el área de contacto entre los eslabones. J. J. Phillips, Libertad en Maquinaria, Cambridge University Press, 2006 muestra que hay muchas maneras de construir parejas que no encajan en esta clasificación simple.

Bajo par: Un par inferior es un conjunto de ideales que limita el contacto entre un punto, línea o un plano en el cuerpo en movimiento a una línea de punto correspondiente o en avión en el cuerpo fijo. Tenemos los siguientes casos:

Un par de revolución, o conjunto articulado, requiere una línea en el cuerpo en movimiento a permanecer co-lineal con una línea en el cuerpo fijo, y un plano perpendicular a esta línea en el cuerpo en movimiento mantener contacto con un plano perpendicular similar en el fijo cuerpo. Esto impone limitaciones a cinco el movimiento relativo de los enlaces, que por lo tanto, tiene un grado de libertad.

Una articulación prismática, o deslizador, que requiere una línea en el cuerpo en movimiento permanecen co-lineal con una línea en el cuerpo fijo, y un plano paralelo a esta línea en el cuerpo en movimiento mantener contacto con un plan similar en paralelo en el cuerpo fijo . Ello impone cinco restricciones sobre el movimiento relativo de los enlaces, que por lo tanto tiene un grado de libertad.

Una articulación cilíndrica requiere que una línea en el cuerpo en movimiento permanecen co-lineal con una línea en el cuerpo fijo. Es una combinación de una articulación de giro y una junta deslizante. Esta articulación tiene dos grados de libertad.

Una junta esférica, o esférica, requiere que un punto en el cuerpo en movimiento mantener contacto con un punto fijo en el cuerpo. Esta articulación tiene tres grados de libertad.

Una junta plana requiere que un avión en el cuerpo en movimiento mantener contacto con un plano en el cuerpo fijo. Esta articulación tiene tres grados de libertad.

Superior pares: Generalmente, un par más alto es una restricción que requiere una curva o superficie en el cuerpo en movimiento para mantener el contacto con una superficie curva o en el cuerpo fijo. Por ejemplo, el contacto entre una leva y su seguidor es un par más alto llamado leva conjunta. Del mismo modo, el contacto entre las curvas envolventes que forman el mallado dientes de dos engranajes son articulaciones de leva.

Análisis de mecanismos

El análisis de un mecanismo se refiere a encontrar las velocidades, aceleraciones y fuerzas en diferentes partes del mismo conocido el movimiento de otra parte. En función del objetivo del análsis pueden emplearse diversos métodos para determinar las magnitudes de interés entre ellos:

Método de la aceleración relativa Método de la velocidad relativa Análisis dinámico Teoría de control

Elementos de máquinas

Diferentes elementos de una máquina (cronógrafo de aviación de Rusia).

Una máquina esta compuesta por una serie de elementos más simples que la constituyen, pudiendo definir como elementos de máquinas todas aquellas piezas o elementos más sencillos que correctamente ensamblados constituyen una máquina completa y en funcionamiento.

Estos elementos de máquinas, no tienen que ser necesariamente sencillos, pero si ser reconocibles como elemento individual, fuera de la máquina de la que forma parte, o de las máquinas de las que puede formar parte.

Tipos de elementos para máquinas

Según la tecnología a la que cada uno de estos elementos puede formar parte, podemos distinguir:

Mecánicos

Mecánicos: son las piezas de metal o de otros materiales que constituyen los elementos de la máquina. Podemos diferenciar:

Engranajes constituyentes de la caja de cambios de un motor (máquina).

Elementos mecánicos constitutivos

Son los elementos que forman la estructura y forma de la máquina:

1. Bancada 2. Bastidor 3. Soportes 4. Carros móviles

Elementos de unión

Son los que unen los distintos elementos de la máquina:

Elementos de unión fija: dan lugar a una unión que una vez realizada no puede ser deshecha:

1. Remache 2. Soldadura

Elementos de unión desmontable, (dan lugar a uniones que pueden ser desmontadas en un momento dado):

1. Tornillo 2. Pasador 3. Grapa 4. Presilla

Elementos de transmisión

Son los que trasmiten el movimiento y lo regulan o modifican según el caso:

1. Árboles de transmisión 2. Engranaje 3. Husillo 4. Cadenas y correas de transmisión5. Balancin

Elementos de pivotar y rodadura

Son los elementos que permiten el giro, deslizamiento o pivotaje de los elementos móviles, sin demasiado desgaste ni producción de calor:

1. Cojinete 2. Rodamiento 3. Resbaladera4. Quicionera

Neumáticos

Los elementos de Neumática que forman parte de las máquinas son los que funcionan, hacen funcionar o regulan por aire comprimido:

1. Válvulas 2. Cilindros neumáticos3. Turbinas neumáticas

Hidráulicos

Los elementos de Hidráulica en máquinas son los que funcionan, hacen funcionar o regulan la circulación de un líquido, normalmente aceite hidráulico.

1. Válvulas hidráulicas2. Cilindro hidráulico

Eléctricos

Contactor de CA para la aplicación de bombeo

Son los elementos que se basan en la tecnología eléctrica, y que podríamos dividir:

Generadores de movimiento

Son los que alimentándose por una corriente eléctrica dan lugar a un movimiento mecánico:

1. Motores : que dan lugar a un movimiento giratorio2. Solenoides : que dan lugar a un movimiento lineal, de longitud limitada

De control y maniobra

Permiten la regulación de otros elementos eléctricos:

1. Pulsador 2. Interruptor 3. Conmutador 4. Relé 5. Contactor

Electrónicos

Circuito impreso de un reproductor de DVD Philips.

Dependiendo de la potencia de la máquina, los controles desde la perspectiva de la electrónica pueden ser PLC, DCL, Y PICs, todos estos son sistemas programables en los que con una configuración llamada SCADDA, es posible observar y controlar el rendimiento de dicha máquina a través de una PC equipada con los periféricos de entrada adecuados.

Se denomina biela a un elemento mecánico que sometido a esfuerzos de tracción o compresión, transmite el movimiento articulando a otras partes de la máquina. En un motor de combustión interna conectan el pistón al cigüeñal.

Actualmente las bielas son un elemento básico en los motores de combustión interna y en los compresores alternativos. Se diseñan con una forma específica para conectarse entre las dos piezas, el pistón y el cigüeñal. Su sección transversal o perfil puede tener forma de H, I

o + . El material del que están hechas es de una aleación de acero, titanio o aluminio. En la industria automotor todas son producidas por forjamiento, pero algunos fabricantes de piezas las hacen mediante maquinado.

Partes de la biela

Se pueden distinguir tres partes en una biela.

La parte trasera de biela en el eje del pistón, es la parte con el agujero de menor diámetro, y en la que se introduce el casquillo a presión, en el que luego se inserta el bulón, un cilindro o tubo metálico que une la biela con el pistón.

El cuerpo de la biela es la parte central, está sometido a esfuerzos de tracción-compresión en su eje longitudinal, y suele estar aligerado, presentando por lo general una sección en forma de doble T, y en algunos casos de cruz.

La cabeza es la parte con el agujero de mayor diámetro, y se suele componer de dos mitades, una solidaria al cuerpo y una segunda postiza denominada sombrerete, que se une a la primera mediante tornillos.

o Entre estas dos mitades se aloja un casquillo, cojinete o rodamiento, que es el que abraza a la correspondiente muñequilla ó muñón en el cigüeñal.1

Tipos de biela en función de la forma de su cabeza

En función de la forma de la cabeza de biela, y como se une a ella el sombrerete, se pueden distinguir:

Biela enteriza: Es aquella cuya cabeza de biela no es desmontable, no existe el sombrerete. En esos casos el conjunto cigüeñal-bielas es indesmontable, o bien es desmontable porque el cigüeñal se desmonta en las muñequillas.

Biela aligerada: Si el ángulo que forma el plano que divide las dos mitades de la cabeza de biela, no forma un ángulo recto con el plano medio de la biela, que pasa por los ejes de pie y cabeza, sino que forma un ángulo, entonces se dice que la biela es aligerada.

Materiales

Por lo general, las bielas de los motores alternativos de combustión interna se realizan en acero templado mediante forja, aunque hay motores de competición con bielas de titanio o aluminio, realizadas por operaciones de arranque de material.

Funcionamiento en un motor de combustión interna

Diagrama de un motor de combustión interna. La letra R señala la biela.

Cuando el pistón se encuentra comprimiendo la mezcla 10° antes para llegar al PSM la chispa se activa, provocando que la mezcla comience quemarse y cuando llegue al PSM esta fuerza explosiva que se está liberando se comprime. Debido a las fuerzas inerciales el mecanismo sigue avanzando, al encontrarse a 10° después del PSM es cuando toda la fuerza es liberada.

Los principales esfuerzos que sufre la biela son de flexión compuesta en el momento de la carga máxima al explotar la mezcla combustible (expansión del ciclo), la compresión estaría dada por la componente de la fuerza sobre el eje longitudinal de la biela, y la flexión por la componente transversal a la misma, y lo mismo con el par reactivo proporcionado por la carga a través del cigüeñal al oponerse al movimiento. Además la biela sufre un esfuerzo de compresión nuevamente en la etapa de compresión de la mezcla.

Después de observar los distintos tipos de análisis realizados a la biela se pueden notar dos puntos críticos que ocurren en diferentes etapas del ciclo mecánico, el primero de ellos se aprecia durante la compresión, este tiene lugar en la parte media de la biela, el segundo punto crítico se ubica en la parte inferior de la biela y ocurre durante la expansión del ciclo. Los tornillos, por su parte, soportan solo un pequeño porcentaje de la carga.

Con un análisis similar en bielas de sección tipo H en lugar de I, se observa que los esfuerzos que aparecen son menores, esto es debido a que las bielas tipo H se fabrican en su mayoría mecanizadas y con una sección constante, por lo que en la parte de la cabeza resulta sobredimensionada, disminuyendo las tensiones internas, se utilizan en motores de altas exigencias. Sin embargo en los automóviles de producción masiva se utilizan las bielas tipo I forjadas que resisten apropiadamente los esfuerzos que sufren en un uso normal, pero no son aptas para regímenes más intensos.

Cigüeñal

Esquema de funcionamiento.

Un cigüeñal o cigoñal[1] es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En los motores de automóviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigueñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.

Normalmente se fabrican de aleaciones capaces de soportar los esfuerzos a los que se ven sometidos y pueden tener perforaciones y conductos para el paso de lubricante. Hay diferentes tipos de cigüeñales; Los hay que tienen un apoyo cada dos muñequillas y los hay con un apoyo entre cada muñequilla.

Por ejemplo para el motor de automóvil más usual, el de cuatro cilindros en línea, los hay de tres apoyos, (hoy ya en desuso) y de cinco apoyos, que actualmente es el más común.

En otras disposiciones como motores en V o bien horizontales opuestos (boxer) puede variar esta regla, dependiendo del número de cilindros que tenga el motor. El cigüeñal es también el eje del motor con el funcionamiento del pistón.gradualmente se usan en los automoviles

Cigueñal desmontable de un motor de 2 tiempos monocilíndrico (Piaggio)

Cigueñal de 4 cilindros y 5 apoyos, con doble contrapeso por biela de un motor de automóvil

Cigueñal de un motor de barco con 6 cilindros en línea, con 7 apoyos

Corte de un motor donde se aprecia el contrapeso que toma la cabeza de biela que mueve el cigüeñal.

Leva (mecánica)

Árbol de levas en un motor.

Movimiento de una leva.

En ingeniería mecánica, una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor. Existen dos tipos de seguidores, de traslación y de rotación.

La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plano o unión de línea en caso del espacio. De ser necesario pueden agregarse dientes a la leva para aumentar el contacto.

El diseño de una leva depende del tipo de movimiento que se desea imprimir en el seguidor. Como ejemplos se tienen el árbol de levas del motor de combustión interna, el programador de lavadoras, etc.

También se puede realizar una clasificación de las levas en cuanto a su naturaleza. Así, las hay de revolución, de translación, desmodrómicas (éstas son aquellas que realizan una acción de doble efecto), etc.

La máquina que se usa para fabricar levas se le conoce como generadora.

Diseño cinemático de la leva

La leva y el seguidor realizan un movimiento cíclico (360 grados). Durante un ciclo de movimiento el seguidor se encuentra en una de tres fases. Cada fase dispone de otros cuatro sinusoidales que en el coseno de "fi" se admiten como levas espectatrices.

Ley fundamental del diseño de levas

Las ecuaciones que definen el contorno de la leva y por lo tanto el movimiento del seguidor deben cumplir los siguientes requisitos, lo que es llamado la ley fundamental del diseño de levas:

La ecuación de posición del seguidor debe ser continua durante todo el ciclo. La primera y segunda derivadas de la ecuación de posición (velocidad y

aceleración) deben ser continuas. La tercera derivada de la ecuación (sobreaceleración o jerk) no necesariamente debe

ser continua, pero sus discontinuidades deben ser finitas.

Las condiciones anteriores deben cumplirse para evitar choques o agitaciones innecesarias del seguidor y la leva, lo cual sería perjudicial para la estructura y el sistema en general.

Pistón

Foto de un pistón desde su parte inferior. Se observan los segmentos y los orificios que alojan al eje de la biela.

Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna.

Los pasadores de pistón están hechos de aluminio. Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido.

A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.

Esquema simplificado del movimiento pistón/biela

Puede formar parte de bombas, compresores y motores. Se construye normalmente en aleación de aluminio.

Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso específico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones. El material más elegido para la fabricación de pistones es el aluminio y suelen utilizarse aleantes como: cobre, silicio, magnesio y manganeso entre otros.

Fabricación

Gráficas de posición, velocidad y aceleración de un pistón; en función de distintas relaciones de R (brazo de cigüeñal) y L (longitud de biela).

Básicamente existen dos procesos para la fabricación de los pistones: Estos pueden ser:

Fundidos Forjados

Dependiendo de la cantidad necesaria a producir y especialmente de los esfuerzos, temperaturas, presiones, etc. a los que estarán sometidos (sea un motor diésel, de gasolina , de competición, etc.) se elige uno u otro método. Los pistones forjados tienen mayor resistencia mecánica. Luego llevan mecanizados varios que son los que determinan la forma final del pistón. Estos mecanizados son hechos con un CNC.

Mecanizado del alojamiento del perno o bulón de pistón: se mecaniza el alojamiento del perno, como este perno estará girando cuando el motor esté en funcionamiento por lo que debe quedar una superficie de buena calidad y rugosidad sin rayaduras. Estos son dos orificios ubicados en paredes opuestas del pistón. Estos agujeros deben ser concéntricos (tener la misma línea de eje) y esta línea debe ser paralela a la línea de eje del muñón del cigüeñal ya que si así no fuese al funcionar el motor la biela se “agarra” con el perno. Para que este perno no se salga y raye el cilindro se colocan seguros seeger al final de los alojamientos realizados, entonces se debe realizar las cavidades para poner los seguros.

Mecanizado del alojamiento de los aros: Se debe realizar la cavidad para poder poner los aros. Para montar el conjunto pistón – aros dentro del cilindro los aros se comprimen, por lo tanto la profundidad del alojamiento de los aros debe ser tal que todo el aro quede oculto en el pistón. En el alojamiento del aro “rasca aceite” se realiza un orificio pasante para que el aceite que se saca del cilindro vaya hacia adentro del pistón y luego se lo direcciona hacia el perno, para poder mantenerlo lubricado.

Mecanizado de la cabeza del pistón: de acuerdo al diseño del motor la cabeza puede no ser plana. Puede tener vaciados para mejorar la homogeneidad de la mezcla en la admisión, vaciados para mejorar la combustión y en los motores donde la compresión es alta se realizan vaciados para que al abrir las válvulas no golpeen al pistón. Se debe eliminar cualquier canto vivo.

Mecanizado exterior: Al hacer un corte al pistón que pase por la línea de eje del perno y al hacer otro corte que sea perpendicular a la línea del perno puede verse que el pistón no tiene la misma cantidad de material en todas sus paredes, es decir, que por donde pasa el eje la pared del pistón tiene más cantidad de material. Por lo tanto al aumentar la temperatura el pistón dilata de forma desigual quedando con una forma ovalada lo cual puede causar fugas o hacer que el pistón “se agarre” en el cilindro. Para que no pase esto se realiza un mecanizado exterior el cual le da una forma ovalada para que cuando dilate quede de forma cilíndrica. Este mecanizado es de solo algunas milésimas en las paredes por donde no pasa el perno y por lo tanto es imperceptible a simple vista.