Qué es el Acero

¿Qué es el Acero?

El acero no es un metal que se encuentra en la naturaleza en estado puro. Es una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,088% y el 2,110%, normalmente se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%.

Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se vuelve quebradizo y no es posible forjarlo.

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

Diagrama Tensión-Deformación

El diagrama tensión-deformación resulta de la representación gráfica de la prueba de tracción, que consiste en someter a una probeta de acero normalizada a un esfuerzo creciente de tracción según su eje hasta la rotura de la misma. El ensayo de tracción permite el cálculo de diversas propiedades mecánicas del acero.

La probeta de acero empleada en el ensayo consiste en una pieza cilíndrica cuyas dimensiones guardan la siguiente relación de proporcionalidad:

L0= 5.65 x √S0

Donde L0 es la longitud inicial, S0 es la sección inicial y D0 es el diámetro inicial de la probeta. Para llevar a cabo el ensayo de tracción, las anteriores variables pueden tomar los siguientes valores:

D0 = 20 mm, L0 = 100 mm, o bien,

D0 = 10 mm, L0 = 50 mm.

El ensayo comienza aplicando gradualmente la fuerza de tracción a la probeta, lo cual provoca que el recorrido inicial en la gráfica vaya por la línea recta que une el origen de coordenadas con el punto A.

Hasta llegar al punto A se conserva una proporcionalidad entre la tensión alcanzada y el alargamiento unitario producido en la pieza. Es lo que se conoce como Ley de Hooke, que relaciona linealmente tensiones con las deformaciones a través del módulo de elasticidad E, constante para cada material que en el caso de los aceros y fundiciones vale aproximadamente 2.100.000 Kg/cm2.

Propiedades Mecánicas:

La determinación de las propiedades mecánicas en el acero, como el límite elástico (fy), la resistencia a tracción (fu), así como de otras características mecánicas del acero como el Módulo de Elasticidad (E), o el alargamiento máximo que se produce en la rotura, se efectuará mediante el anteriormente definido ensayo de tracción.

• Resistencia al desgaste

Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

• Tenacidad.

Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto).

• Maquinabilidad.

Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.

• Dureza.

Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre.

Módulo De Elasticidad Longitudinal

El módulo de elasticidad longitudinal o módulo de Young relaciona la tensión según una dirección con las deformaciones unitarias que se producen en la misma dirección.

E = 2.100 kg/cm2.

Es decir, hasta esa cantidad el acero va a recuperar su forma inicial al cesar la carga, con un valor de deformación tan infinitesimal que es despreciable.

Módulo De Elasticidad Transversal

El módulo de elasticidad transversal, módulo de cortante o módulo de cizalla, para la mayoría de los materiales:

Coeficiente de Poisson

El coeficiente de Poisson corresponde a la razón entre la elongación longitudinal y a la deformación transversal en un ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de Poisson puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad longitudinal y transversal:

– Elástico ν = 0.3 (aumento de volumen)

– Plástico ν = 0.5 (volumen constante)

Composición Química

Acero al Carbono → Se trata del tipo básico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro ni carbono.

Acero de Alto Carbono → El Acero al carbono que contiene más de 0.5% de carbono.

Acero de Bajo Carbono → Acero al carbono que contiene menos de 0.3% de carbono.

Acero de Mediano Carbono →Acero al carbono que contiene entre 0.3 y 0.5% de carbono.

Acero de Aleación → Acero que contiene otro metal que fue añadido intencionalmente con el fin de mejorar ciertas propiedades del metal.

Acero Inoxidable → Tipo de acero que contiene más del 15% de cromo y demuestra excelente resistencia a la corrosión.

• El carbono: es el que determina sus propiedades mecánicas. A mayor contenido de carbono la dureza, la resistencia, la tracción y el límite elástico aumentan. Por el contrario, disminuye la ductilidad y la tenacidad.

• El magnesio es adicionado en forma de ferro magnesio, aumenta la forjabilidad del acero, su templacidad y resistencia al impacto, así como disminuye en su ductilidad.

• El silicio se adiciona en proporciones que varían de 0.05% a 0.5%. Se incluye en la aleación para propósitos de oxidación, pues se combinan con oxígeno disuelto en la mezcla.

• El cromo incrementa la resistencia a la abrasión y a la templacidad.

• El níquel mejora la resistencia al impacto y calidad superficial.

• El vanadio mejora la templacidad.

El fósforo, al igual que el Azufre, en algunos tipos de aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad; pero reduce la ductilidad y la resistencia al impacto.

LAMINADO

El acero se produce en una gran variedad de formas y tamaños, como chapas, varillas, tubos, raíles (rieles) de ferrocarril o perfiles en I, en H, en T, L, etc. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminando los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. Como ya se ha indicado, el laminado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia.

 Para el proceso del laminado, se calientan previamente los lingotes de acero fundido, hasta que alcance una temperatura que permita deformar el lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena cilíndrica que funciona bajo una fuerza de presión, esta cadena se llama tren de laminación.

Existen Dos Tipos:

LAMINACIÓN CALIENTE

El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termo difusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos, colocados en pares, que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados.

La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero. El primer par de rodillos por el que pasa el lingote, se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de desbaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a perfiles con la sección transversal correcta

Las planchas de acero caliente de más de 10 cm de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta unos 0,1 cm y aumentan su longitud de 4 a 370 metros.

Los trenes de laminado continuo para chapa están equipados con una serie de accesorios como rodillos de borde, aparatos de decapado y dispositivos para enrollar de modo automático la chapa cuando llega al final del tren. Los rodillos de borde son grupos de rodillos verticales situados a ambos lados de la lámina para mantener su anchura.

Laminación en Frio

Es el efectuado sobre el metal por debajo del intervalo térmico crítico y se realiza generalmente a la temperatura ambiente. Mejora particularmente la resistencia a la tracción y a la fluencia, reduciendo la ductilidad. Se aplica especialmente para la producción de chapa y alambre (trefilado).mejorando muchísimo su acabado superficial.

El acero laminado en frío se obtiene al someter a las chapas laminadas en caliente a un proceso de deformación mecánica donde se logra la reducción de su espesor, una mayor aptitud al conformado y un mejor aspecto superficial, apto para una amplia gama de aplicaciones.

Tratamiento Térmico

Es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales esta creado. Este procedimiento consiste en el calentamiento y enfriamiento de un metal de su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas y mecánicas especialmente dureza, la resistencia, y la elasticidad. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

Las características mecánicas de un material dependen tanto de su composición química como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicos modifican esta estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a los materiales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso de calentamiento y enfriamiento sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada.

Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro-carbono. En este tipo de diagramas se especifican las

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