ACERO
¿Qué es el 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 0,01% y el 2,1% en peso de su composición, dependiendo del grado; aunque
normalmente estos valores se encuentran entre el 0,03% y el 1,7%. 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.
Tratamiento térmico:
Proceso al que se someten los metales u otros tipos de
materiales sólidos como polímeros con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas,
especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.
Consiste en:
1º- Calentar el acero a una temperatura determinada
2º- Mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo
hasta que se forme la estructura deseada
3º- Enfriarlo a la velocidad conveniente
Propiedades mecánicas:
Dependen tanto de la composición química como de la
estructura cristalina que tenga el acero. Los tratamientos térmicos modifican
esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los
materiales unas características mecánicas concretas.
-
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 8resistencia al imparto).
-
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 acero para dejarse penetrar.
Las propiedades físicas y mecánicas dependen del tamaño,
la forma y el perfil de los micro-constituyentes presentes.
Por lo general, los micro-constituyentes presentes en el
acero son la ferrita, troostita, sorbita, austenita y cementita.
Principio del
tratamiento térmico:
Un metal cambia de estructura cuando se calienta a cierta
temperatura y los cambios estructurales ocurren nuevamente cuando la aleación se
enfría a temperatura ambiente.
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.
La clasificación de las aleaciones férreas según el contenido en
carbono comprende tres grandes grupos:
Las
fases en las que se puede encontrar la aleación Hierro-Carbono dentro del
diagrama de equilibrio son:
-
Ferrita:
solución sólida de Fe-α, con composición máxima del 0,025% de C a 723º C y de
0,008% a temperatura ambiente.
-
Austenita,
solución sólida de Fe-γ, con composición máxima del 2% de C, a 1130ºC
-
Cementita,
compuesto definido con formula CFe3 de estructura ortorrómbica,
compuesto por 6,67% de C y 93.33% de Fe. Es magnética hasta los 210º C.
-
Perlita,
constituyente compuesto por un 86,5% de Ferrita y 13,5% de Cementita, de
estructura laminar.
-
Ledeburita,
constituyente eutéctico con composición 4,3% de Carbono y 95,7% de Hierro.
Se clasifican según su concentración en carbono:
-
Aceros bajos en carbono. Constituye la mayor parte de todo el acero
fabricado. Contienen menos del 0.25 % en peso de C.
§ La micro-estructura consiste en ferrita y
perlita
§ Son de fácil mecanizado, soldables y baratos.
§ Se utilizan para fabricar vigas, carrocerías
de automóviles, y láminas para tuberías edificios y puentes.
§ Son relativamente blandos y poco resistentes pero con extraordinaria
ductilidad y tenacidad.
-
Aceros medios en carbono. Contienen entre el 0.25 y 0.60 % en peso de
C.
§ Estos aceros pueden ser tratados térmicamente mediante austenización, temple y
revenido para mejorar las propiedades
mecánicas.
§ Se suelen utilizar para fabricar cinceles,
martillos, cigüeñales, pernos, etc.
§ Son más resistentes que los aceros bajos en
carbono pero menos dúctiles y
maleables.
-
Aceros altos en carbono. Generalmente contienen entre el 0.60 y 1.4 %
en peso de C.
§ Casi siempre se utilizan con tratamientos de templado y revenido que lo
hacen muy resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta de corte.
§ Por ejemplo, cuchillos, navajas, hojas de
sierra, brocas para cemento, corta
tubos, troqueles, herramientas de torno, muelles e hilos e alta resistencia.
§ Son más duros y resistentes (y menos dúctiles) que los otros aceros al carbono.
FUNDICIONES
A) La fundición
gris tiene un contenido en carbono entre 2.5 y 4.0 % y de silicio entre 1 y 3
%:
-
El
grafito suele aparecer como escamas dentro de una matriz de ferrita o perlita
-
Es uno
de los materiales metálicos más baratos.
-
Se
utiliza en bloque de motores, tambores de freno, cilindros y pistones de
motores.
-
Desde un
punto de vista mecánico las fundiciones grises son comparativamente frágiles y
poco resistentes a la tracción.
B) La
fundición dúctil o esferoidal se consigue añadiendo pequeñas cantidades de
magnesio y cerio a la fundición gris en estado líquido:
-
No es
frágil y tiene propiedades mecánicas similares a las de los aceros. Presenta
una mayor resistencia a la tracción que la fundición gris.
-
Se suele
utilizar para la fabricación de válvulas y engranajes de alta resistencia,
cuerpos de bomba, cigüeñales y pistones.
C) La
fundición blanca contienen poco carbono y silicio (< 1%) y se obtienen por
enfriamiento rápido.
-
Generalmente
la fundición blanca se obtiene como producto de partida para fabricar la
fundición maleable.
-
Su
aplicación se limita a componentes de gran dureza y resistencia al desgaste y
sin ductilidad como los cilindros de los trenes de laminación.
Diagramas de
enfriamiento (curvas de s)
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Hipoeutectoide
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Eutectoide
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Hipereutectoide
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