ACEROS AL CARBONO

Aceros al carbono

Juan Manuel García Bermúdez

INTRODUCCIÓN:

El acero al carbono, constituye el principal producto de los aceros que se producen, estimando que un 90% de la producción total producida mundialmente corresponde a aceros al carbono y el 10% restante son aceros aleados. La composición química de los aceros al carbono es compleja, además del hierro y el carbono que no supera el 2%, hay en la aleación otros elementos necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso, y hay otros que se consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente –azufre, fósforo, oxígeno, hidrógeno. El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción y su dureza, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS

1-Silicio: Es un elemento desoxidante. No conviene que este en una concentración superior al 0,20% ya que así puede dificultar la operación de soldadura por formación de sílice. A pesar de que no conviene que el Si este por encima del 0,20% , en algunos aceros al carbono se añade hasta un 0,30%. Esto se hace en aceros al carbono que van a ser modelados El Si da fluidez a los metales fundidos, ayudándolos a llenar los huecos del molde.

2-Azufre: Es un elemento que perjudica mucho a las propiedades del acero. El azufre es prácticamente insoluble en Fe metálico de forma que forma un eutectico a 988 ºC, que es responsable de la fragilidad el caliente de los aceros. Para luchar contra esto añadimos manganeso para que en vez de formarse FeS se forme sulfuro de manganeso. Este sulfuro de manganeso pasa con facilidad a la escoria básica y el que no queda en el acero formando inclusiones que incluso ayudan al acero a aumentar su maquinabilidad.

3-Manganeso: Es un desoxidante y también desulfurante. Forma sulfuro de manganeso evitando la fragilidad en caliente de los aceros como ya se dijo anteriormente.

4-Fósforo: Es un elemento que aumenta la fragilidad de los aceros sobre todo en la ferrita, la martensita y constituyentes del revenido en aceros. Tiene tendencia a la segregación dando lugar a una segregación complementaria de carbono. Cuando aparece en mas de un 1% de fósforo puede precipitar en Fe3P. El carbono se deposita en las zonas donde hay poco fósforo. Así, en las zonas donde hay poco carbono tienen una estructura ferrifica (zona blanca) y donde se concentra mas hay una estructura perlitica (zona oscura). Este fenómeno, que se conoce con el nombre de bandas fantasmas, no es bueno ya que ya que se obtiene un acero con propiedades distintas en función de la zona.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS POR SU CONTENIDO EN CARBONO

Acero extrasuave: el contenido de carbono varia entre el 0.1 y el 0.2 % , tiene una resistencia mecánica de 38-48 kg/mm2 y una dureza de 110-135HB y prácticamente no adquiere temple. Es un acero fácilmente soldable y deformable.

Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.

Acero suave: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 % , tiene una resistencia mecánica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160HB. Se puede soldar con una técnica adecuada.

Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.

Acero semisuave: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % . Tiene una resistencia mecánica 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 mecánica 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 máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc.

Acero duro: la presencia de carbono varia entre 0.5 y 0.6 %. Tiene una resistencia mecánica 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 mecánica de 75-80kg/mm2.

Aceros extraduros: tienen un contenido en carbono mayor al 0,8 %

TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS AL CARBONO DE CONSTRUCCIÓN

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior (Ac) entre 900-950ºC y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera. En un acero al carbono cuanto mas cantidad de carbono tiene el acero más templable es.

Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

Recocido total: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925 ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Recocido de regeneración: Cuando después de la forja o laminación se desea mecanizar en las mejores condiciones posibles los aceros con porcentajes de carbono variables de 0.35 a 0.60%.

Recocidos subcríticos: es decir, realizados a temperaturas inferiores a la crítica. Los principales recocidos subcríticos son:

a) Recocido de ablandamiento o globulización. Es un tratamiento que se da a los aceros después de la forja o laminación en caliente, para eliminar tensiones y dureza en vista a un mecanizado posterior. Se calienta la pieza a una temperatura inferior a la crítica y después se deja enfriar al aire libre.

b) Recocidos contra acritud: Se emplea para aceros de bajo contenido en carbono (inferior a 0.30%) que han sufrido un fuerte trabajo en frío por laminado o estirado y en los que la dureza ha aumentado por deformación de los cristales, habiéndose disminuido al mismo tiempo la ductilidad y el alargamiento hasta limites tan bajos que no se puede seguir el proceso mecánico de transformación en frío porque se rompe el acero.

Recocido globular: En algunos casos excepcionales en que se interesa que los aceros queden con estructuras globulares debe calentarse durante largo tiempo el acero a temperaturas entre 700º a 740ºC y luego enfriar lentamente. De esta forma el material tiene una extraordinaria ductilidad.

Normalizado: Es un temple al aire que consiste en calentar el acero a unos 50ºC por encima de la temperatura crítica Ac y enfriarlo luego al aire. Su empleo es importante cuando la estructura cristalina del acero es gruesa por haber sufrido calentamientos a temperaturas muy elevadas, o porque el trabajo de forja ha sido insuficiente para destruir la estructura en bruto de colada o la estructura cristalina no es la correcta.

Bibliografía:

1-www.http://www.utp.edu.co/~publio17/aceroalC.htm

2-www.wikipedia.com

3-www.monografias .com

4-http://www.mailxmail.com/curso/excelencia/cienciamateriales/capitulo7.htm

5-http://209.85.129.132/search?q=cache:mwRs09MlknkJ:thor.marina.uniovi.es/asignaturas/ciencia/Archivos/Ciencia%2520Mate%25203%2520mari/Otros%2520documentos/Presentaciones%2520clase/Tema%252011%252012%2520Clases%2520de%2520aceros%2520y%2520fundiciones.pdf+dureza+de+los+aceros+extraduros&hl=es&ct=clnk&cd=53&gl=es&client=firefox-a

6-Apuntes de clase

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