1 ACEROS ALEADOS Estos aceros contienen un proporción

Ingeniería de materiales (I221)
Aceros aleados
ACEROS ALEADOS
Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades
mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar
en:
• Inoxidables. Son todos aquellos que presentan en mayor o menor medida, cierta resistencia a la corrosión.
• Para Herramientas Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y nometales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros,
escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.
• De baja aleación. Son todos los aceros aleados que no están incluidos en las dos categorías anteriores
EFECTO DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS EN EL ACERO.
Algunos elementos químicos son agregados a los aceros, de manera que sean mejoradas propiedades tales como el
endurecimiento la resistencia, la maleabilidad la maquinabilidad entre otras.
Generalmente la aplicación de alguno de esos elementos también produce la disminución de otras propiedades, por ejemplo:
Las elevadas concentraciones de carbono, mejoran la capacidad de ser endurecido por tratamientos térmicos y la resistencia
a la tracción, pero por otra parte también disminuye la ductilidad, la tenacidad y la soldabilidad. Enseguida se presenta una
lista de los mas comunes.
!"
Azufre. [Ne]3s2,3p4. El azufre existe en las fundiciones de dos formas como sulfuros de hierro, o como sulfuros de
manganeso. Mejora la maquinabilidad cuando se combina con el manganeso, pero es perjudicial, porque hace la
fundición dura y frágil y provoca grandes defectos en las piezas moldeadas, por rechupes, sopladuras, roturas, etc.;
además disminuye la ductilidad y la resistencia al impacto; afecta la calidad superficial y la soldabilidad.
!"
Aluminio. [Ne].3s2.3p1 Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suele tener 1%
aproximadamente de aluminio. Como desoxidante se suele emplear frecuentemente en la fabricación de muchos aceros.
Todos los aceros aleados en calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables generalmente desde
0.001 a 0.008%.
!"
Boro. 1s2,2s2,2p1. Se ha visto que en cantidades pequeñísimas de boro del orden de 0.0001 a 0.0006%, mejoran
notablemente la templabilidad, y la formabilidad, sin disminuir su maquinabilidad (sino al contrario, en algunos casos
mejora), siendo en este aspecto el más efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos
!"
Calcio. [Ar]4s2. Se utiliza como agente antioxidante de los aceros, mejora la tenacidad y contribuye en la maquinabilidad y
formabilidad de los aceros
!"
Carbono. 1s2,2s2,2p2. Mejora la capacidad de ser endurecido por tratamientos térmicos y la resistencia a la tracción
!"
Cerio. [Xe]4f2,5d0,6s2. Controla el perfil de las inclusiones y mejora la tenacidad en los aceros de alta resistencia de baja
aleación, se le utiliza como antioxidante.
!"
Cobalto. [Ar]3d7,4s2. Aumenta la dureza a altas temperaturas, el acero mantiene su dureza en un rango mas amplio de
temperaturas (principalmente los martensíticos). Este elemento al ser incorporado en los aceros, se combina con la
ferrita, aumentando su dureza y su resistencia. Además es uno de los pocos elementos aleados que mueva el punto
eutectoide hacia la derecha y reduce la templabilidad de los aceros.
Se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad junto con el Wolframio.
!"
Cobre. [Ar]3d10,4s1. Mejora la resistencia a la corrosión a la intemperie, incrementa la resistencia a la tracción con una
disminución muy pequeña de la ductilidad. Sin embargo afecta negativamente en el trabajo en caliente y empobrece la
calidad de los acabados superficiales.
!"
Cromo. [Ar]3d5,4s1. Mejora la resistencia mecánica (tensión y fluencia), la dureza, la resistencia al desgaste y la dureza
en caliente. Es uno de los mas efectivos agentes para incrementar la templabilidad y mejora significativamente la
resistencia a la corrosión
!"
Plomo. [Xe]4f14,5d10,6s2,6p2. Mejora la maquinabilidad, pero causa el agrietamiento en el cambio de fase de liquido a
sólido al moldear.
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Magnesio. [Ne]3s2. Tiene los mismos efectos que el cerio.
!"
Manganeso. [Ar]3d5,4s2. Incrementa la capacidad del acero para ser endurecido por temple, aumenta la resistencia a la
tracción, la resistencia a la abrasión, la dureza a altas temperaturas (termofluencia) y la maquinabilidad. Produce una
acción contraria a la del Si. Este elemento favorece la formación del carburo de hierro y a su vez, se combina fácilmente
con el carbono o con el azufre. Dada su gran facilidad para formar sulfuros, su acción puede ser considerada en una
primer aspecto benéfica, porque contrarresta la fragilidad debida al azufre (cuando se agrega a la fundición arriba del
0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro), lo cual facilita los procesos de formado. mientras forma a su vez carburos,
endurece la matriz misma de la fundición y disminuye el contenido de carbono libre.
la mezcla producto del azufre y el manganeso tiene baja densidad, por lo que flota y se elimina en forma de escoria.
desoxida los aceros colados y reduce la contracción en el vaciado aumentando la fluidez; sin embargo también reduce la
soldabilidad del acero.
Teóricamente para formar el sulfuro de manganeso son necesarias 1,73 partes en peso de Mg por 1 de azufre; en la
práctica se necesita más cantidad de Mn, alrededor de 3 veces el contenido de azufre.
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Molibdeno. [Kr]4d5,5s1. Mejora notablemente la resistencia a la tracción y la capacidad de ser endurecido por temple, ,
aumenta la resistencia al desgaste (debido a la formación de carburos), la tenacidad, las durezas en frío y en caliente;
eleva la temperatura de crecimiento de grano y minimiza la tendencia al agrietamiento en el moldeo.
!"
Níquel. [Ar]3d8,4s2. Evita el crecimiento del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos gran
tenacidad. Experimentalmente se observa que con los aceros aleados con níquel se obtiene para una misma dureza, un
limite de elasticidad ligeramente más elevado y mayores alargamientos y resistencias que con los aceros al carbono o de
baja aleación. Aumenta ligeramente la templabilidad ya que hace descender los puntos críticos y por ello los
tratamientos pueden hacerse a temperaturas ligeramente más bajas que la que corresponde a los aceros ordinarios. En
cantidades significativas mejora la resistencia a la corrosión. Junto con el cromo se le usa para la formulación de aceros
inoxidables.
!"
Niobio. [Kr]4d4,5s1. Imparte finura en el tamaño de los granos y mejora la resistencia a la tracción y al impacto; sin
embargo disminuye la temperatura de transición puede disminuir la capacidad de ser endurecido
!"
Fósforo. [Ne]3s2,3p3. El fósforo se presenta en la fundición en forma de fosfuro de hierro. Esto confiere a la fundición
líquida una particular fluidez porque disminuye el punto de solidificación pero al mismo tiempo aumenta la dureza y la
fragilidad. Mejora ligeramente la resistencia a la tracción, la resistencia a la corrosión y la maquinabilidad, reduce
severamente la ductilidad y la tenacidad Dada la tendencia actual de obtener fundiciones con buenas ventajas
mecánicas el contenido de fósforo debe permanecer entre bajos limites sin llegar a sobrepasar el 0,2%
!"
Selenio. [Ar]3d10,4s2,4p4. Mejora la maquinabilidad.
!"
Silicio. [Ne]3s2,3p2. Mejora la resistencia a la tracción, la capacidad de ser endurecido, la resistencia a la corrosión y la
conductividad eléctrica; produce una disminución en la perdida de histéresis magnética , reduce la maquinabilidad y la
capacidad del acero de ser trabajado en frío.
Es el elemento que tiene efecto más favorable sobre la formación de carbono grafítico. Normalmente acelera la
disociación del carburo de hierro, esto es, la cementita, durante la solidificación y el enfriamiento del metal fundido
según la ecuación:
Fe3C = 3Fe + C
Por eso el silicio contenido en una fundición debe ser calculado teniendo en cuenta el carbono total, la velocidad de
enfriamiento y el espesor de las piezas. Generalmente debe ser bajo cuando se requieren obtener fundiciones duras y
con fuerte resistencia a la tracción; más alto en el caso de que se requiera maquinar fácilmente.
!"
Tantalio. [Xe]4f14,5d3,6s2. Tiene efectos similares a los del niobio
!"
Telurio. [Kr]4d10,5s2,5p4. Mejora la maquinabilidad, la capacidad de ser formado y la tenacidad
!"
Titanio. [Ar]3d2,4s2. Mejora la capacidad de ser endurecido y desoxida los aceros; En los aceros al cromo tiende a reducir
la dureza y la templabilidad Se suele añadir pequeñas 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 nitrógeno. En los
aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión intercristalina.
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Aceros aleados
!"
Tungsteno. [Xe]4f14,5d4,6s2. Tiene los mismos efectos que el cobalto. Es un elemento muy utilizado para la fabricación
de aceros de herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte y aceros
para trabajos en caliente. Sirve para mantener la dureza de los aceros a elevada temperatura y evitan que se desafilen o
ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500º o 600º. También se usa para la fabricación de aceros
para imanes.
!"
Vanadio. [Ar]3d3,4s2. Inhibe el crecimiento de los granos durante el procesamiento a altas temperaturas y en presencia
de los tratamientos térmicos (disminuye la templabilidad), lo cual mejora la resistencia a la tracción y la tenacidad.
También tiende a formar carburos que incrementan la resistencia a la abrasión y le permite mantener la dureza en
presencia de temperaturas elevadas. Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas. Es un
elemento desoxidante muy fuerte.
!"
Zirconio. [Kr]4d2,5s2. Tiene el mismo efecto que el cerio
EFECTOS NEGATIVOS DEBIDOS A ELEMENTOS RESIDUALES
Durante la producción del acero, refinación y procesamiento, algunos elementos residuales (trazas) suelen encontrarse;
entre ellos se encuentran algunos de los mencionados en la lista anterior (Si, S, P, Mn, etc.). Sin embargo existen también,
efectos no deseables en los aceros, debido a la presencia de algunos elementos químicos, particularmente los que se listan a
continuación:
!" Oxígeno Reduce severamente la tenacidad de los aceros, pero pequeñas cantidades de óxido de hierro, permiten
que el acero puede ser cortado fácilmente
!" Arsénico. Aumenta la tendencia al agrietamiento durante el moldeo, en función de la concentración, produce los
siguientes efectos:
1.- Aumenta la resistencia (< 1%)
2.- Aumenta el límite elástico (< 1%)
3.- Aumenta el envejecimiento (> 0.8%)
4.- Disminuye la soldabilidad (> 0.25 %)
!" Antimonio. Aumento de la fragilidad (>0.5 %)
!" Hidrógeno. Fomenta la aparición de grietas en los trabajos de forja, sin embargo el recalentamiento durante el
trabajo en caliente favorece la expulsión del hidrógeno.
!" Estaño. Aumenta fragilidad en caliente
ACEROS DE BAJA ALEACION
Los aceros de baja aleación son más
baratos
que
los
aceros
aleados
convencionales
ya
que
contienen
cantidades menores de los costosos
elementos de aleación. Sin embargo,
pueden recibir tratamientos especiales
para tener mejores propiedades mecánicas
que los aceros al carbono. Por ejemplo, los
vagones de mercancías fabricados con
aceros
de
baja
aleación
pueden
transportar cargas más grandes porque
sus paredes son más delgadas que lo que
sería necesario en caso de emplear acero
al carbono. Además, como los vagones de
acero de baja aleación pesan menos, las
cargas pueden ser más pesadas. En la
actualidad se construyen muchos edificios
con estructuras de aceros de baja
aleación. Las vigas pueden ser más
delgadas sin disminuir su resistencia,
logrando un mayor espacio interior en los
edificios.
Tipo
10xx
11xx
12xx
13xx
20xx
31xx
40xx
41xx
43xx
46xx
47xx
48xx
50xx
52xx
61xx
81xx
86xx
88xx
92xx
93xx
98xx
Composición AISI - SAE, de aceros aleados seleccionadas
Composición típica (%)
Nombre
M
Cr
Mo
Ni V
P
S
n
Al carbono
0.4
0.04
0.05
Resulfurado
0.9
0.01
0.12
Resulfurado refosforado
0.9
0.10
0.22
Manganeso
1.7
0.04
0.04
Acero al niquel
0.5
0.6
0.04
0.04
Niquel - Cromo
0.6
1.0
0.04
0.04
Molibdeno
0.8 0.25
0.04
0.04
Cromo – Molibdeno
1.0 0.8
0.2
0.04
0.04
Ni-Cr-Mo
0.8 0.7 0.25 1.8
0.04
0.04
Niquel – Molibdeno
0.6 0.25 1.8
0.04
0.04
Ni-Cr-Mo
0.4 0.6
0.2
1.0
0.04
0.04
Niquel - Molibdeno
0.6 0.25 3.5
0.04
0.04
Cromo
0.4 0.4
0.04
0.04
Cromo
1.4 0.4
0.02
0.02
Cr - Vanadio
0.8 0.8
0.1 0.04
0.04
Ni-Cr-Mo
0.4 0.8
0.1
0.3
0.04
0.04
Ni-Cr-Mo
0.5 0.8
0.2
0.5
0.04
0.04
Ni-Cr-Mo
0.5 0.8 0.35 0.5
0.04
0.04
Silicio
0.8
0.04
0.04
Ni-Cr-Mo
1.2 0.6
0.1
3.0
0.02
0.02
Ni-Cr-Mo
0.8 0.8 0.25 1.0
0.04
0.04
Si
0.01
0.01
0.3
0.2
0.3
0.2
0.3
0.2
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
2.0
0.3
0.3
3