ACEROS ALEADOS

Acero aleado es acero aleado con una variedad de elementos qumicos en cantidades en peso del 1.0% al 50% para mejorar sus propiedades mecnicas. Los aceros aleados se dividen en dos grupos: aceros de baja aleacin y aceros de alta aleacin. La distinccin entre los dos vara: Smith and Hashemi sitan la barrerra en el 4 % en peso de aleantes, mientras que Degarmo lo define en el 8.0 %. La expresin acero aleado designa ms comnmente los de baja aleacin.

Todo acero es en realidad una aleacin, pero no todos los aceros son "aceros aleados". Los aceros ms simples son hierro (Fe) (alrededor del 99%) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1 -1 %, dependiendo del tipo). Sin embargo, el trmino "acero aleado" es el trmino estndar referido a aceros con otros elementos aleantes adems del carbono, que tpicamente son el manganeso (el ms comn), nquel, cromo, molibdeno, vanadio, silicio, y boro. Aleantes menos comunes pueden ser el aluminio, cobalto, cobre, cerio, niobio, titanio, tungsteno, estao, zinc, plomo, y zirconio.

La mejora de propiedades de los aceros aleados se muestra a continuacin, con respecto a los aceros al carbono: resistencia, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, templabilidad, y resistencia en caliente. Para alcanzar esas mejores propiedades el acero puede necesitar un tratamiento trmico.

Algunos de estos aceros aleados encuentran aplicaciones altamente exigentes, como en los labes de turbina de un motor de reaccin, en vehculos espaciales, y en reactores nucleares. Debido a las propiedades ferromagnticas del hierro, algunos aceros aleados tiene aplicaciones en donde su respuesta al magnetismo es muy importante, como puede ser un motor elctrico o un transformador.

PROPIEDADES DE LOS ACEROS Y DE LOS METALES Aceros de baja aleacin Se emplean estos aceros para alcanzar una templabilidad mayor, lo cual mejora otras propiedades mecnicas. Tambin se usan para aumentar la resistencia a la corrosin en ciertos condiciones ambientales. Los aceros de baja aleacin con contenidos medios o altos en carbono son difciles de soldar. Bajar el contenido en carbono hasta un 0.10% o 0.30%, acompaada de una reduccin en elementos aleantes, incrementa la soldabilidad y formabilidad del acero manteniendo su resistencia. Dicho metal se clasifica como un HSLA steel (acero de baja aleacin de alta resistencia). Algunos aceros de baja aleacin comunes son: D6AC 300M 256A Principales aceros de baja aleacin Designacin SAE Composicin 13xx Mn 1.75% 40xx Mo 0.20% or 0.25% or 0.25% Mo & 0.042% S 41xx Cr 0.50% or 0.80% or 0.95%, Mo 0.12% or 0.20% or 0.25% or 0.30% 43xx Ni 1.82%, Cr 0.50% to 0.80%, Mo 0.25% 44xx Mo 0.40% or 0.52% 46xx Ni 0.85% or 1.82%, Mo 0.20% or 0.25% 47xx Ni 1.05%, Cr 0.45%, Mo 0.20% or 0.35% 48xx Ni 3.50%, Mo 0.25% 50xx Cr 0.27% or 0.40% or 0.50% or 0.65% 50xxx Cr 0.50%, C 1.00% min 50Bxx Cr 0.28% or 0.50% 51xx Cr 0.80% or 0.87% or 0.92% or 1.00% or 1.05% 51xxx Cr 1.02%, C 1.00% min 51Bxx Cr 0.80% 52xxx Cr 1.45%, C 1.00% min 61xx Cr 0.60% or 0.80% or 0.95%, V 0.10% or 0.15% min

86xx 87xx 88xx 92xx 94Bxx

Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.20% Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.25% Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.35% Si 1.40% or 2.00%, Mn 0.65% or 0.82% or 0.85%, Cr 0.00% or 0.65% Ni 0.45%, Cr 0.40%, Mo 0.12% Ni 5%, Cr 2%, Si 1.25%, W 1%, Mn 0.85%, Mo 0.55%, Cu 0.5%, Cr ES-1 0.40%, C 0.2%, V 0.1% A continuacin se sealan los grupos clsicos

Aceros en los que tiene una importancia fundam ental la templabilidad

Aceros de Aceros de Aceros de Aceros de

gran resistencia c ementacin muelles indeform abilidad

Aceros Aleados

Aceros de c onstrucc in

Aceros de gran resistencia Aceros de c ementacin Aceros para m uelles Aceros de nitruracin Aceros resistentes al desgaste Aceros para im anes Aceros para c hapa m agntic a Acerosinoxcidables y resistentes al c alor Aceros rpidos Aceros de c orte no rpido Aceros indeform ables Aceros resistentes al desgaste Aceros para trabajo de c hoque Aceros inoxidables y resistentes al c alor

Aceros de herramientas

Metales

Nquel:

Desde que se empez a usar el nquel en los aceros, se vio que este elemento mejora las propiedades de los aceros. El empleo de aceros con nquel es sobre todo interesante para la construccin de piezas de maquinas y motores de alta calidad. Una de las ventajas ms importantes que reporta el empleo del nquel, es evitar el crecimiento del grano en tratamientos trmicos, lo que sirve para conseguir siempre con ellos gran tenacidad. Los aceros al nquel sometidos a temperaturas demasiado elevadas, quedan despus del temple y revenido con muy buena tenacidad. El nquel, hace descender los puntos crticos y por ello los tratamientos trmicos pueden hacerse a temperaturas ligeramente ms bajas que las correspondientes a los aceros ordinarios. Experimentalmente se observa que con los aceros aleados con nquel se obtiene para una misma dureza, un lmite de elasticidad ligeramente ms elevado y mayores alargamientos y resistencias que con aceros al carbono. Tambin es muy interesante sealar que para la misma dureza su resistencia a la fatiga es un 30% superior a la de los aceros de baja aleacin.

Entre todos los elementos aleados, el nquel, que cristaliza como austenita en cubos de caras centradas, es el nico que forma con el hierro una serie continua de soluciones slidas. El nquel hace descender la temperatura de transformacin gamma-alfa y, por lo tanto, tiende a estabilizar a bajas temperaturas la fase austentica de caras centradas.Las aleaciones con ms de 30% de niquel son austenticas a la temperatura ambiente, y poseen ciertas propiedades magnticas.

El nquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricacin de aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas. La aleacin hierro-nquel con menos de 0,10% de carbono y 36% de nquel tiene una dilatacin muy baja, casi nula, entre 0C y 100C y recibe el nombre de invar..

Los aceros al nquel ms utilizados son los siguientes:

- Aceros al de nquel: 2,3% - 5% de Ni, 0,1-0,25% de C (para cementacin) y con 0,25-0,4% de C (para piezas de gran resistencia)

- Aceros cromo-nquel y aceros cromo nquel molibdeno: con porcentajes variables de C (0,1-0,22%) se emplean para cementacin y con 0,25-0,4% de C se emplean para piezas de gran resistencia. En estos aceros los porcentajes de cromo-nquel suelen tener una relacin aproximada de 1% Cr y 3% Ni. - Aceros de media aleacin nquel-molibdeno y nquel manganeso: 0,25- 0,4% de C para piezas de gran resistencia y con 0,1-0,25% para piezas cementadas, Ni de 1-2%, Mn 1-1,5%, Molibdeno 0,15-0,4%.

- Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-nquel: con 8-25% de Ni

- Otros aceros de menor importancia son los aceros cromo-nquel para estampacin en caliente, algunos de los aceros al nquel para herramientas, y otros de uso poco frecuente

Cromo:

Es uno de los elementos especiales ms empleados para la fabricacin de aceros aleados, usndose indistintamente en los aceros de construccin, en los de herramientas, en los inoxidables y en los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0,3 a 30% de Cr segn los casos, y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la traccin de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxibilidad, etc.

Molibdeno:

Este elemento mejora la resistencia a la traccin, la templabilidad, la resistencia al de los aceros. Aadiendo pequeas cantidades a los aceros

cromo-nquel , se disminuye o elimina la fragilidad Krupp que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de los 450C a 550C.

Tambin aumenta la resistencia de los aceros en caliente y reemplaza al wolframio en la fabricacin de aceros rpidos, pudiendo emplear para las mismas aplicaciones aproximadamente una parte de molibdeno por cada dos de wolframio.

Wolframio:

El wolframio es un elemento muy utilizado para la fabricacin de aceros para herramientas, emplendose en especial en los aceros rpidos, aceros para herramientas de corte, y aceros para trabajos en calientes. Sirve para aumentar la dureza a elevadas temperaturas y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500 600C. Tambin se usa para la fabricacin de aceros para imanes.

Vanadio:

Se emplea principalmente para la fabricacin de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte.

Manganeso:

El manganeso aparece prcticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se aade como elemento de adicin para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado lquido en los hornos durante el proceso de fabricacin. El manganeso acta tambin como desoxidante y evita, en parte, que en

la solidificacin del acero se desprendan gases que den lugar a la formacin de porosidades perjudiciales en el material.

Este se suele usar tambin como elemento de aleacin. Al aumentar de 0,6 a 1,6% aproximadamente el porcentaje de manganeso en los aceros, se aumenta ligeramente su resistencia, se mejora su templabilidad, siendo interesante destacar que el manganeso es un elemento de aleacin relativamente barato.

Silicio:

Este elemento aparece en todos los aceros, al igual que el manganeso, se aade intencionalmente durante el proceso de fabricacin. Es un desoxidante ms enrgico que el manganeso y se emplea como elemento desoxidante complementario del manganeso con objeto de evitar que aparezcan en el acero poros y defectos internos. Las adicione de silicio se hacen durante la fabricacin, suelen ser relativamente pequeas y variables ( 0,2- 0,35% de Si).

Una clase de acero para muelles muy empleadas contiene cantidades de silicio de 1,5 a 2,25% de Si. En los aceros, el silicio sirve para aumentar ligeramente la templabilidad y elevar sensiblemente el lmite elstico y la resistencia a la fatiga de los aceros sin reducir su tenacidad.

Se emplean aceros de 1 a 4,5% de Si para la fabricacin de chapa magntica.

Cobalto:

El cobalto se emplea casi exclusivamente en los aceros rpidos de ms alta calidad. Este elemento, al ser incorporado a los aceros, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y resistencia. En los aceros de alto porcentaje de carbono reduce la templabilidad. En los aceros al wolframio endurece la ferrita con lo que

facilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud de corte de las herramientas a elevada temperatura.

El cobalto se suele emplear en los aceros rpidos al wolframio de mxima calidad en porcentaje variable de 3 a 10%

Los aceros para imanes con cobalto, contienen adems cromo y wolframio

Aluminio:

El aluminio se emplea como elemento de aleacin en los aceros de nitruracin, que suelen contener 1% aproximadamente de aluminio. Tambin se usa en algunos aceros resistentes al calor. El aluminio es un elemento desoxidante muy enrgico y es frecuente aadir 300gr por tonelada de acero para desoxidarlo y afinar el grano.

En general los acero aleados de calidad contienen aluminio en porcentajes pequesimos de 0,001 a 0,008% de Al.

Titanio:

Se suelen aadir pequeas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el nitrgeno. En los aceros inoxidables cromo-nquel, acta como estabilizador de los carburos y evita la corrosin nter cristalina.

Cobre:

EL cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosin de ciertos aceros de 0,15 a 0,30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metlicas. Se suelen emplear contenidos de cobre variables de 0,4 a 0,5 %.

Boro:

El boro es un elemento de aleacin que a comenzado a ser empleado recientemente. Experimentalmente se ha visto que cantidades pequesimas de boro del orden 0,001 a 0,006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el ms efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos. Su eficacia para mejorar la templabilidad es extraordinaria, y para 0,40% de carbono puede decirse que su efecto es, aproximadamente, unas 50 veces mayor que el del molibdeno, unas 75 veces mayor que el cromo, unas 150 veces mayor que el manganeso y unas 400 veces mayor que el nquel

NOMENCLATURA PARA LOS ACEROS

Como la microestructura del acero determina la mayora de sus propiedades y aquella est determinada por el tratamiento y la composicin qumica; uno de los sistemas ms generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que est basado en su composicin qumica.

En el sistema S.A.E. - A.I.S.I, los aceros se clasifican con cuatro dgitos XXXX. Los primeros dos nmeros se refieren a los dos elementos de aleacin ms importantes y los dos o tres ltimos dgitos dan la cantidad de carbono presente en la aleacin. Un acero 1040 AISI es un acero con 0.4%C; un acero 4340 AISI, es un acero aleado que contiene o.4%C, el 43 indica la presencia de otros elementos aleantes.

Las convenciones para el primer dgito son: 1 MANGANESO 2 NIQUEL 3 - NIQUEL-CROMO, principal aleante el cromo 4 MOLIBDENO 5 CROMO 6 - CROMO-VANADIO, principal aleante el cromo 8 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el molibdeno 9 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el nquel.

No hay aceros numerados 7xxx porque estos aceros resistentes al calor prcticamente no se fabrican.

Se observa entonces que si el primer nmero es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el dgito siguiente es el 0, o sea que la designacin es 10xx, se trata de un acero ordinario al carbono.

ACEROS

Son aleaciones de hierro-carbono forjables, con porcentajes de carbono variables entre 0,008 y 2,14%. Se distinguen de las fundiciones, tambin aleaciones de hierro y carbono, en que las fundiciones tienen una proporcin de carbono que puede variar entre 2,14% y 6,70%, aunque la mayora de las fundiciones comerciales no superan el 4,5% de carbono. La diferencia fundamental entre ambos materiales es que los aceros son, por su ductilidad, fcilmente deformables en caliente utilizando forjado, laminacin o extrusin, mientras que las fundiciones son frgiles y se fabrican generalmente por fundicin.

Adems de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros elementos qumicos. Algunos son perjudiciales (Impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricacin; es el caso del azufre y el fsforo.

Otros se aaden intencionalmente para la mejora de alguna de las caractersticas del acero (Aleantes); pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza, etctera, o para facilitar algn proceso de fabricacin como puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el nquel, el cromo, el molibdeno y otros. La densidad promedio del acero es 7850 kg/m3.

Para su uso en construccin, el acero se distribuye en perfiles, siendo estos de diferentes caractersticas segn su forma y dimensiones y debindose usar especficamente para una funcin concreta, ya sean vigas o pilares.

TRATAMIENTO TRMICO DE LOS ACEROS

Se conoce como tratamiento trmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado slido a temperaturas definidas, mantenindolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades fsicas y mecnicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento trmico son, bsicamente, el acero y la fundicin, formados por hierro y carbono. Tambin se aplican tratamientos trmicos diversos a los slidos cermicos.