ACEROS AL CARBONO

Felipe CortésJessica Díaz

Juan Camilo JaramilloVíctor Leguizamón

Natalia Median

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 0,1 y el 2,1% en peso de su  composición,  aunque normalmente estos  valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%. 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.

Acero

Propiedades◦Densidad media de 7850◦Punto de fusión alrededor de los 1375°C◦Punto de ebullición alrededor de los 3000°C◦Alta tenacidad◦Relativamente dúctil◦Maleable◦Buena mecanización◦Se deforma al pasar su límite elástico◦Su dureza varía en función de los tratamientos térmicos y los elementos aleantes aplicados.

◦Puede soldarse con facilidad◦Alta corrosión◦Alta conductividad eléctrica

Diagrama de Fases Hierro-Carbono

Austenita (γ):  consiste en átomos de hierro con estructura FCC y átomos de carbono en  los  sitios intersticiales.  Presente amenos  suavidad  y ductilidad que  la ferrita. Es  una  fase  no magnética.

El acero puede contener las siguientes fases en equilibrio:

Ferrita (α):  consiste  en   átomos  de  hierro  con estructura cristalina BBC y átomos de carbono en los  sitios  intersticiales. La  cantidad  de  átomos de  carbono  presentes en la ferrita es pequeña. La  ferrita  es  una  fase muy  suave,  dúctil  y magnética.

Perlita:  es una  fase que resulta de la reacción de eutectoide del acero. La reacción  eutectoide permite que la austenita en  estado  sólido  se transforme  en  ferrita  y cementita,  ambas también  en  estado sólido.

Cementita (Fe3C): también  se  llama carburo de hierro. Es un compuesto intermetálico.  Es  una fase muy dura y frágil.

Adicionalmente, de acuerdo con el tratamiento térmico podemos encontrar los siguientes tipos de microestructuras:

Perlita Fina y Gruesa

Esferoidita Martensita

Bainita

En función de las fases presentes, los aceros pueden clasificarse como sigue: Aceros hipoeutectoides: son aquellos que poseen menos de 0.77% de carbono. La forma de microestructura presente en estos aceros consiste de ferrita y perlita.

Aceros eutectoides:  son  aquellos  que  poseen  exactamente 0.77%  de  carbono.  Su  microestructura  está  formada  por perlita en su totalidad.

Aceros hipereutectoides:  son  aquellos  que  poseen  más  de 0.77% de carbono. Su microestructura consiste en cementita y perlita.

Sistema AISI-SAE AISI  (American  iron  and Steel  institute)  SAE (Society  of  automotive engineers)

Los  primeros  dos  dígitos son  los  principales elementos de la aleación, y los otros dos corresponden al porcentaje de carbono

Designación de Aceros

AISI-SAENumero

%C %Mn %Si %Ni %Cr Otros

1020 0.18-0.23 0.30-0.60        

1040 0.37-0.44 0.60-0.90        

1060 0.55-0.65 0.60-0.90        

1080 0.75-0.88 0.60-0.90        

1095 0.90-1.03 0.30-0.50        

1140 0.37-0.44 0.70-1.00       0.08-0.13% S

4140 0.38-0.43 0.75-1.00 0.15-0.30   0.80-1.10 0.15-0.25% Mo

4340 0.38-0.43 0.60-0.80 0.15-0.30 1.65-2.00

0.70-0.90 0.20-0.30% Mo

4620 0.17-0.22 0,45-0,65 0.15-0.30 1.65-2.00

  0.20-0.30% Mo

52100 0.98-1.10 0.25-0.45 0.15-0.30   1.30-1.60  

8620 0.18-0.23 0.70-0.90 0.15-0.30 0.40-0,70

0.40-0,60 0,15-0,25% Y

9260 0.56-0.64 0.75-1.00 1.80.2.20      

Donald R. Askeland Ciencia e Ingeniería de los materiales TABLA 12-1 Composiciones de los aceros AISI-SAE

http://www.tubocobre.net/literatura_pdf/cobre_nomenclatura_acero.pdf

Aceros al Carbono Descripción

1OXX no-resulfurado, 1.00 Mn máx

12XX resulfurado y refosforizado 15XX no-resulfurado, sobre 1.00 Mn máx

Aceros aleados Descripción

13XX 1.75 Mn40XX 0.20-0.25 Mo o 0.25 Mo + 0.042 S

41XX 0.50, 0.80 o 0.95 Cr + 0.12, 0.20 o 0.30 Mo

43XX 1.83 Ni, 0.50-0.80 Cr, 0.25 Mo

46XX 0.85 o 1.83 Ni + 0.20 o 0.25 Mo

47XX 1.05 Ni, 0.45 Cr, 0.20 o 0.35 Mo

48XX 3.50 Ni + 0.25 Mo 51XX 0.80, 0.88, 0.93, 0.95 o 1.00 Cr

51XXX 1.03 Cr

52XX 1.45 Cr 61XX 0.60-0.95 Cr + 0.13-0.15 V min 86XX 0.55 Ni-0.50 Cr-0.20 Mo 87XX 0.55 Ni-0.50 Cr-0.25 Mo 88XX 0.55 Ni-0.50 Cr-0.35 Mo 92XX 2.00 Si-1.40 Si + 0.70 Cr50BXX 0.28-0.50 Cr, 0.0005 - 0.003 B51BXX 0.80 Cr-0.0005-0.003 B 81BXX 0.30 Ni- 0.45 Cr-0.12 Mo, 0.0005 - 0.003 B

94BXX 0.45 Ni, 0.40 Cr, 0.12 Mo, 0.0005 - 0.003 B

http://www.tubocobre.net/literatura_pdf/cobre_nomenclatura_acero.pdf

Clasificación de los Aceros

Acero al carbono:

Acero semidulce Acero dulce Acero semiduro Acero duro

Acero de baja aleación:

Acero de alto carbono Acero de bajo carbono Acero de mediano carbono

Acero descarburado Acero de alta aleación

Acero inoxidable Acero de aleación

Acero de Alto CarbonoContiene de 0.5 hasta 1.4% de carbono.

Acero de Bajo CarbonoContiene menos de 0.3% de carbono.

Acero de Medio CarbonoContiene entre 0.3 y 0.5% de carbono.

Aceros de Baja Aleación

Acero Semidulce• El  porcentaje  de carbono  es  de  0,25%, tiene  una  resistencia mecánica  de  48-55 kg/mm2 y  una dureza  de  135-160 HB. Se  puede  soldar  con una técnica adecuada.

Acero Dulce El porcentaje de carbono es  de  0,25%,  tiene  una resistencia  mecánica  de 48-55 kg/mm2 y  una dureza de 135-160 HB. Se puede  soldar  con  una técnica adecuada.

Acero Semiduro El  porcentaje  de  carbono es  de  0,45%.  Tiene  una resistencia  mecánica  de 62-70 kg/mm2 y  una dureza  de  280 HB.  Se templa  bien,  alcanzando una  resistencia  de 90 kg/mm2,  aunque  hay que  tener  en  cuenta  las deformaciones.

Acero Duro El  porcentaje  de  carbono es  de  0,55%.  Tiene  una resistencia  mecánica  de 70-75 kg/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 275-300 HB.

Acero de Alta AleaciónContiene  entre  1.4  y  2.7%  de carbono.

Efectos de los Elementos AleantesUtilizando aceros aleados se puede lograr: Piezas de gran espesor con elevadas resistencias en su interior.

Grandes durezas y tenacidades. Mantener  una  resistencia  elevada  a  grandes temperaturas.

Aceros inoxidables. Aceros resistente a la acción de agentes corrosivos. Herramientas que realicen trabajos muy forzados y que no pierdan dureza al calentarse.

Principales Elementos Aleantes

MagnesioFacilita trabajo en caliente, contribuye a

su resistencia y dureza

CromoMejora la resistencia al desgaste y la

corrosión

Níquel Tratamiento térmico estable

Azufre Aumentar la maquinabilidad;

Molibdeno

Mayor tenacidad al acero y permite que se trabaje a altas temperaturas

Tungsteno

Resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.

Ejemplos de Cómo se Afectan las Propiedades

Tomado de: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/pfcm13_2_4.html

Tomado de: http://www.bsmex.com.mx/utp-welding/pdf/tabla11.pdf

Tratamientos Térmicos del AceroLos 4 principales tratamientos son: Recocido Temple Revenido Normalizado

http://enciclopedia.us.es/images/thumb/4/42/Diagrama_TTT_acero_al_carbono.png/350px-Diagrama_TTT_acero_al_carbono.png

RecocidoConsiste en: Calentar un materialmetálico a temperaturaelevada durante largotiempo, con objeto debajar la densidad dedislocaciones y, deesta manera, impartirductilidad.

Se usa para: Alterar  la estructura del material  para  obtener las  propiedades mecánicas  deseadas, ablandando  el  metal  y mejorando  su maquinabilidad. 

Recristalizar  los metales trabajados en frío. 

Para  aliviar  los esfuerzos residuales. 

TempleConsiste en: Calentar el acero a unaTemperaturaligeramente máselevada que la críticasuperior (entre 900950 °C) y se enfríaluego más o menosrápidamente (segúncaracterísticas de lapieza) en un medio comoagua, aceite, etc.

Se usa para: Aumentar  la  dureza  del material

Aumentar  la  resistencia mecánica del acero

Transformar  todo  el material  en  austenita que  al  enfriarse  se volverá martensita,  que le  da  su  dureza característica.

RevenidoConsiste en: Calentar el acero(después de haberle realizado un Temple o unNormalizado) a unatemperatura inferior alpunto critico seguidode un enfriamientocontrolado.

Se usa para: Aumentar la tenacidad Disminuir  la  dureza  del acero templado

Disminuir  la  fragilidad del mismo

Eliminar  esfuerzos residuales  tras  el temple

NormalizadoConsiste en: Calentar la pieza entre 30 y 50grados centígrados por encimade la temperatura críticasuperior y mantener esatemperatura  el  tiempo suficiente

para conseguir la transformacióncompleta en austenita. Acontinuación se deja enfriar enaire tranquilo, obteniéndoseuna estructura uniforme.

Se usa para: Darle  al  acero  su estructura natural

Preparar  la  pieza  para  el temple

Darle  al  acero  las características  originales que  tenía  antes  de someterse  a  forja  o laminación

Para  corregir tratamientos  fallidos  con las piezas

Países Productores de AceroRango

País/Region

2007 2008 2009

—  Mundo1,351.3

- 549.3

1  China 494.9 500.5 266.6

— Unión Europea

209.7 198.0 62.2

2  Japón 120,2 118,7 36,7

3 Estados Unidos

98,1 91,4 24,5

4  Rusia 72,4 68,5 26,8

5  India 53,1 55,2 27,6

6 Corea del Sur

51,5 53,6 22,8

7  Alemania 48,6 45,8 13,8

8  Ucrania 42,8 37,1 13,6

9  Brasil 33,8 33,7 10,6

10  Italia 31,6 30,6 9,8

*En millones detoneladas

http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Producci%C3%B3n_de_acero_por_pa%C3%ADs

Aceros de herramientas: Estos  aceros  se  emplean 

para  fabricar  herramientas y  cabezales  de  corte  y modelado de maquinas. 

Contiene  wolframio, molibdeno  y  otros elementos de aleación que le  proporcionan  una  alta resistencia,  dureza  y durabilidad.

Usos y Aplicaciones del Acero

En la Construcción de Puentes y Edificios: Sirve  para  armar  el hormigón,  reforzar  los cimientos,  transportar el  agua,  el  gas  u  otros fluidos. 

Permite  igualmente formar  el  armazón  de edificios.  Y  también vestirlos  (fachadas, tejados).

En el Sector Automotriz: Chasis y carrocerías, piezas de motor, de la dirección o  de  la  transmisión,  instalaciones  de  escape, carcasas de neumáticos.... el acero representa del 55 al 70% del peso de un automóvil.

En lo Cotidiano: Numerosos  envases  son fabricados a partir de hojas de  acero,  revestidas  en ambas  caras  de  una  fina capa de estaño que les hace inalterables. 

Latas  de  conserva  o  de bebidas,  botes  de  aerosol para laca, botes y latas para pinturas, grasas, disolventes u  otros  productos  que requieren  un  medio hermético de conservación.

Aceros de Bajo Contenido de Carbono Se utilizan para alambres de 

frenado,  algunas  tuercas  y bujes  y  para  extremos  de varillas  roscadas.  En  forma de  lámina  se  utiliza  para piezas  estructurales secundarias  y  para abrazaderas,  también  para tubos  estructurales sometidos a bajos esfuerzos.

Aceros de Medio Contenido de Carbono Se  utilizan  para  trabajos de  forja  o  a  máquina donde  se  quiera  obtener cierta dureza superficial.

Aceros de Alto Contenido de Carbono Cuando  se  los  trata térmicamente  adquieren  gran dureza, resistencia al corte y al desgaste,  deformándose  muy poco.  Su  uso  es muy  limitado en  aviación  utilizándose  solo en resortes planos y en espiral (SAE 1095).

Aceros Dulces Piezas  de  resistencia media  de  buena tenacidad,  deformación en  frío,  embutición, plegado, herrajes, etc.

Aceros Semidulces Ejes,  elementos  de maquinaria,  piezas resistentes  y  tenaces, pernos, tornillos, herrajes.

Aceros Semiduros Ejes  y  elementos  de máquinas, piezas bastante resistentes,  cilindros  de motores  de  explosión, transmisiones, etc.

Aceros Duros Ejes,  transmisiones, tensores  y  piezas regularmente  cargadas  y de  espesores  no  muy elevados.

Otros Usos:   Maquinas  Partes de automóviles (ejes)

 Cascos de buques 

 Bicicletas  Clavos Alfileres Cerraduras Asientos

Acero

Composición quimica (Comp. promedio)

PropiedadesRecocido °C

Dureza HB máx

Temple °C

Dureza HRC

C Si Mn

CrMo

Ni V WCo

K4600,95

0,25

1,10

0,55

-0,55

-01A

1

Acero para temple en aceite con buena estabilidad dimensional en el tratamiento térmico. Herramientas para corte ,estampación y tallado de roscas. Moldes para plásticos.

710 - 750

225780-820

63-65

S6000,90

0,25

0,30

4,10

5,00

-1,80

6,40

-

Acero rápido aleado al tungsteno y molibdeno de gran tenacidad y buenas propiedades de corte para aplicación universal. Para brocas espirales, broches, sierras.

770-840

2801090-1230

540-570

Acero 1020

0,2

0,3

0,6

-0,03

0,03

- - -

Acero al carbono para cementación de partes de vehículos que no estén sometidas a grandes esfuerzos mecánicos. Se utiliza en ejes, arboles, piezas prensadas o estampadas.

- 180 - 45