Propiedades y funciones de los aceros al carbono y aleaciones

El acero al carbono, constituye el principal producto de los aceros que se producen, estimando que un 90% de la produccin total producida mundialmente corresponde a aceros al carbono y el 10% restante son aceros aleados. La composicin qumica de los aceros al carbono es compleja, adems del hierro y el carbono que no supera el 2%, hay en la aleacin otros elementos necesarios para su produccin, tales como silicio y manganeso, y hay otros que se consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente azufre, fsforo, oxgeno, hidrgeno. El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la traccin y su dureza, incrementa el ndice de fragilidad en fro y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.

El acero de construccin constituye una proporcin importante de los aceros producidos en las plantas siderrgicas. Con esa denominacin se incluye a aquellos aceros en los que su propiedad fundamental es la resistencia a distintas solicitaciones (fuerzas tanto estticas como dinmicas). De esta forma se los separa respecto a los aceros inoxidables, a los aceros para herramientas, a los aceros para usos elctricos o a los aceros para electrodomsticos o partes no estructurales de vehculos de transporte . Cabe aclarar que en este concepto de Acero de construccin se pueden englobar tanto los aceros para construccin civil como para construccin mecnica. Histricamente un 90% de la produccin total producida mundialmente corresponde a aceros al carbono y el 10% restante son aceros aleados. Sin embargo, la tendencia es hacia un crecimiento de la proporcin de los aceros aleados en desmedro de los aceros al carbono. En esta tendencia tiene importancia la necesidad de aligerar pesos tanto para el caso de las estructuras (con el consiguiente ahorro en las fundaciones) como los requerimientos de menor consumo por peso en los automviles, unido en este caso a la necesidad de reforzar la seguridad ante impactos sin incrementar el peso de los vehculos.El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con el carbono (adems de otros elementos), es el metal ms utilizado en la industria moderna. A la temperatura ambiente, salvo una pequea parte disuelta en la ferrita, todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C est en forma de carburo de hierro( CFe3 ). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan tambin aleaciones hierro-carburo de hierro.Las aleaciones con contenido de C comprendido entre 0.03% y 1.76% tienen caractersticas muy bien definidas y se denominan aceros. Los aceros de cualquier proporcin de carbono dentro de los lmites citados pueden alearse con otros elementos, formando los denominados aceros aleados o aceros especiales. Algunos aceros aleados pueden contener excepcionalmente hasta el 2.5% de C. Los aceros generalmente son forjables, y es sta una cualidad muy importante que los distingue. Si la proporcin de C es superior a 1.76% las aleaciones de Fe-C se denominan fundiciones, siendo la mxima proporcin de C aleado del 6.67%, que corresponde a la cementita pura. Las fundiciones, en general, no son forjables.

CLASIFICACIN DE LOS ACEROS POR SU CONTENIDO EN CARBONO

Acero extrasuave: el contenido de carbono vara entre el 0.1 y el 0.2 % , tiene una resistencia mecnica de 38-48 kg/mm2 y una dureza de 110-135HB y prcticamente no adquiere temple. Es un acero fcilmente soldable y deformable. Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad, deformacin en fro, embuticin, plegado, herrajes, etc.Acero suave: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 % , tiene una resistencia mecnica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160HB. Se puede soldar con una tcnica adecuada. Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformacin en fro, embuticin, plegado, herrajes, etc.Acero semisuave: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % . Tiene una resistencia mecnica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 80 kg/mm2 y una dureza de 215-245HB. Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.Acero semiduro: El carbono esta presente entre 0.4 y 0.5 %. Tiene una resistencia mecnica de 62-70kg/mm2 y una dureza de 280HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 90 kg/mm2, aunque hay que tener en cuenta las deformaciones. Aplicaciones: Ejes y elementos de mquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosin, transmisiones, etc.Acero duro: la presencia de carbono varia entre 0.5 y 0.6 %. Tiene una resistencia mecnica de 70-75kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300HB. Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.Aceros muy duros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 0,8 % .Tiene una resistencia mecnica de 75-80kg/mm2.Aceros extraduros: tienen un contenido en carbono mayor al 0,8 %

FERRITATiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Adems de todas estas caractersticas, presenta propiedades magnticas. En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolucin slida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofsicos, con lmites de grano ms irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una transformacin en estado slido, mientras que la austenita, procede de la solidificacin.

CEMENTITA Es carburo de hierro y por tanto su composicin es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente ms duro y frgil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paraleleppedo ortorrmbico de gran tamao. Es magntica hasta los 210C, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnticas. Aparece como: PERLITAEs un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita est formado por lminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es ms borrosa y se denomina perlita sorbtica. Si la perlita laminar se calienta durante algn tiempo a una temperatura inferior a la crtica (723 C), la cementita adopta la forma de glbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominacin de perlita globular. AUSTENITAEste es el constituyente ms denso de los aceros, y est formado por la solucin slida, por insercin, de carbono en hierro gamma. La proporcin de C disuelto vara desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este ltimo porcentaje de mxima solubilidad a la temperatura de 1130 C.La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningn otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723C.Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-niquel denominados austenticos, cuya estructura es austentica a la temperatura ambiente. La austenita est formada por cristales cbicos de hierro gamma con los tomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnticas.

MARTENSITA Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los tomos de C pueden difundirse haca afuera de la estructura austentica. De este modo, los tomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCCLa estructura resultante denominada martensita, es una solucin slida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura reticular altamente distorsionada es la principal razn para la alta dureza de la martensita, ya que como los tomos en la martensita estn empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformacin (que nos lleva a la martensita) ocurre una expansin que produce altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformacin plstica de la matriz.Despus de la cementita es el constituyente ms duro de los aceros. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporcin de carbono en la martensita no es constante, sino que vara hasta un mximo de 0.89% aumentando su dureza, resistencia mecnica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza est en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecnica vara de 175 a 250 Kg/mm2 y su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Adems es magntica.BAINITA Se forma la bainita en la transformacin isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a 550C. El proceso consiste en enfriar rpidamente la austenita hasta una temperatura constante, mantenindose dicha temperatura hasta la transformacin total de la austenita en bainita.

LEDEBURITALa ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono. La ledeburita se forma al enfriar una fundicin lquida de carbono (de composicin alrededor del 4.3% de C) desde 1130C, siendo estable hasta 723C, decomponindose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita