2.1.a Definición de conceptos

2.1.a Definición de conceptos
El acero es una aleación cristalizada de hierro, carbono y otros elementos, que
endurecen cuando se les enfría bruscamente después de estar arriba de su
temperatura crítica. No contiene escoria y se puede modelar, laminar y forjar. El
carbono es un constituyente importante, por su habilidad para aumentar la dureza
y la resistencia del acero. El acero puede vaciarse en moldes para conformarlo en
un perfil y tamaño definido y complejo, lo más común es que se le moldee en
forma de lingotes, para usarlo después en la fabricación de tubos, barras, láminas
o formas estructurales.
Aceros al carbono
De bajo carbono (menos de 0.30%): Los aceros de bajo carbono se emplean para
alambres, perfiles estructuras y órganos de fijación de máquinas, tales como
tornillos, tuercas y pernos.
De medio carbono (de 0.30 a 0.70%): Los aceros de medio carbono, se usan para
carriles, ejes, engranes y partes que requieren alta resistencia y dureza moderada.
De alto carbono (0.70a 1.40%) : Encuentran su aplicación en herramientas de
corte coma cuchillas, brocas, machuelos y piezas con propiedades de resistencia
a la abrasión.
Aceros aleados
Cuando se produce por cualquiera de los procesos convencionales, el acero al
carbono ordinario contiene pequeñas cantidades de elementos aparte del hierro y
carbono.
Normalmente, están presentes el manganeso, fósforo, azufre y silicio. Si sólo
pequeños porcentajes normales de estos cuatro elementos extraños están
presentes, la resistencia del acero es primariamente una función de su contenido
de carbono. Desafortunadamente, si se obtiene menor resistencia agregando
carbono decrece rápidamente la ductilidad. Además la capacidad de
endurecimiento del acero al carbono común es relativamente pobre. También las
propiedades de resistencia son perjudicadas por las temperaturas altas o bajas.
Ordinariamente los aceros al carbono están también sujetos a corrosión. Para
muchas aplicaciones es conveniente tener aceros que no tengan estas
limitaciones, para superarlas se han agregado elementos de aleación para
producir gran variedad de aceros de aleación.
Los elementos de aleación más comunes son: Cromo, manganeso, cobalto,
tungsteno, níquel, silicio, vanadio, fósforo, cobre, boro, molibdeno, azufre.
Se presentan en cantidades mayores a las normales. Estos elementos se agregan
para producir:

Mayor resistencia.

Mejor capacidad de endurecimiento (templabilidad).

Mejor propiedades a altas y bajas temperaturas.

Mejor resistencia a la corrosión.

Mejores propiedades tecnológicas o de manufactura o de manufactura
(maquinabilidad).
Los elementos aleantes en los aceros se pueden usar de dos maneras
dependiendo del propósito:

En pequeñas cantidades, menos del 8%, para incrementar la resistencia y
la capacidad de endurecimiento.

En cantidades mayores de 8 a 30% para producir propiedades especiales
alta resistencia a la corrosión o a la alta temperatura.
Efectos de los elementos de aleación
Manganeso: Esta presente en aceros al carbono común de un 0.25% a un 0.40%.
Al combinarse con el azufre, previene la fragilidad, aumenta la capacidad de
endurecimiento. Como elemento de aleación se usa muy a menudo en cantidades
mayores al 1%. Cuando se usa en porcentajes de 10% – 14% produce alta dureza
con buena ductilidad y excelente resistencia al desgaste.
Azufre: Su presencia no es deseable en el acero, ya que forma sulfuro de hierro, el
cual causa fragilidad (fragilidad al calor o agrio al calor), esto es, una tendencia a
quebrarse durante el trabajo en caliente. El contenido de manganeso se aumenta
para asegurar de que no aparezca sulfato de hierro.
Silicio: Tiene efecto de tenacidad que persiste aun en bajas temperaturas, se usa
como elemento principal, en aceros usados para circuitos magnéticos en equipos
eléctricos.
Níquel: El níquel es moderadamente efectivo para aumentar la resistencia, se usa
combinándolo con otros elementos de aleación para producir tenacidad. También
es muy efectivo para aumentar la capacidad de endurecimiento cuando se usa en
cantidades grandes. Cuando se usa un 12% – 20% de níquel en aceros con bajo
contenido de carbono, se obtiene una buena resistencia a la corrosión.
Cromo: Se usa para aumentar la capacidad de endurecimiento con aumento de
resistencia como propósito secundario, la capacidad de endurecimiento se obtiene
con adiciones relativamente pequeñas, no se necesita usar más del 2%.
Molibdeno: Actúa para aumentar las propiedades de resistencia, particularmente
las características dinámicas y a alta temperatura. Forma carburos estables que
persisten a temperaturas elevadas, resultado de un tamaño de grano fino. Los
aceros al molibdeno casi no están sujetos al crecimiento del grano como lo están
los aceros al carbono comunes. Son bastante resistentes al temple y por lo tanto
mantienen su resistencia a temperaturas elevadas y tienen buena resistencia al
escurrimiento. Se usa principalmente en matrices para forjar, donde debe resistir
impactos y abrasión a temperaturas elevadas.
Vanadio: Es un elemento de aleación que también forma carburos estables que
persisten a temperaturas bastante altas. Su utilidad primaria es mejorar las
propiedades de resistencia, particularmente el límite elástico, el punto de fluencia,
la resistencia al impacto, no perdiendo prácticamente ductilidad. Por lo común, se
usa menos del 0.25%.
Boro: Es un agente de capacidad de endurecimiento muy eficaz. Su efecto parece
ser mucho más pronunciado con aceros de bajo carbono, que con aquellos de
más alto porcentaje de carbono. Demasiada cantidad de boro produce fragilidad y
"fragilidad al calor".
Tungsteno: Se emplea para producir dureza a muy altas temperaturas. Es el
elemento primario de aleación en aceros de herramientas que deben mantener su
dureza a altas temperaturas de trabajo. Sirve como principal elemento de aleación
en algunos de los aceros endureciendo en aire.
Cobre: Se usa en acero en porcentajes de 0.10% a 0.40% para producir
propiedades de resistencia a la corrosión. Se usa extensivamente en aceros de
bajo carbono especialmente en calibres finos algunos aceros para estructuras.
En la siguiente tabla se muestra un resumen con los efectos que producen estos
elementos en los aceros.
Elementos Cantidad (%)
aleantes
Manganeso
0.25 – 0.40
Azufre
Níquel
Cromo
Molibdeno
hasta 1
0.08 – 0.15
2–5
12 – 20
0.5 – 2
4 – 18
0.2 – 5
Efecto principal
-Previene la fragilidad cuando se combina con el
azufre.
- Incrementa la capacidad de endurecimiento.
- Incrementa la maquinabilidad.
- Incrementa la ductilidad.
- Incrementa y da resistencia a la corrosión.
- Incrementa la capacidad de endurecimiento.
- Incrementa y da resistencia a la corrosión.
- Incrementa la capacidad de endurecimiento y forma
carburos estables
Vanadio
Boro
Tungsteno
Silicio
Cobre
Aluminio
0.15
0.001 – 0.003
Pequeña
0.2 – 0.7
2
+2
0.1 – 0.4
Pequeña
- Forma carburos estables, de granos de tamaño
pequeño, incrementa la resistencia por ductilidad
retenida.
- Incrementa considerablemente la capacidad de
endurecimiento.
- Incrementa la dureza a alta temperatura.
- Incrementa la resistencia.
- Incrementa la dureza y la resistencia.
- Mejora las propiedades magnéticas.
- Incrementa la resistencia a la corrosión.
- Incrementa la capacidad de endurecimiento por
nitruración