Llave inglesa de acero de baja aleación. © Granta Design

Acero de baja aleación

Descripción

Figura

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Leyenda

Llave inglesa de acero de baja aleación. © Granta Design

Material

El hierro puro es un material blando. Si se le añade carbono y se trata bien térmicamente, se puede obtener un material que casi tan duro y quebradizo como el cristal, o dúctil y resistente como la chapa para calderas. Tratar térmicamente significa calentar el acero a unos 800°C para disolver el carbono y, a continuación, enfriarlo rápidamente (templarlo) pudiendo posteriormente aliviar tensiones con un calentamiento menor (revenido). El temple del acero lo convierte en duro, quebradizo debido a la martensita. Templando poco a poco el metal se restablece la resistencia y baja la dureza. El control del tiempo y temperatura de revenido permite controlar las propiedades finales. Es maravilloso lo que el 1% de carbono puede hacer. Pero (el inevitable "pero") la velocidad de enfriamiento inicial tiene que ser rápida (mayor de 200 °C/segundo para los aceros al carbono). No hay ninguna dificultad en la transformación de la superficie de una pieza a martensita, pero el interior se enfría más lentamente ya que el calor ha de atravesar el material. Si la pieza sólo tiene unos pocos milímetros de espesor, hay algún problema, el interior no se enfría lo suficientemente rápido. El problema se supera mediante la aleación. Al añadir un poco de manganeso (Mn), níquel (Ni), molibdeno (Mo), o cromo (Cr), la velocidad de enfriamiento crítica se viene abajo, permitiendo que las secciones de espesor sean endurecidas y templadas. Agregando algo de vanadio (V) se consigue una fina dispersión de los carburos que dan dureza, manteniendo la resistencia y ductilidad. Los aceros al cromo-molibdeno como el AISI 4140 se utilizan para tubos de aeronaves y otras piezas de alta resistencia. Los aceros al cromo-vanadio se utilizan para cigüeñales, ejes de hélices y herramientas de alta calidad. Los aceros aleados para este propósito se llaman aceros de baja aleación, y la propiedad fundamental que tienen es la "templabilidad".

Composición (resumen)

Fe/<1.0 C/<2.5 Cr/<2.5 Ni/<2.5 Mo/<2.5 V

Propiedades generales

Densidad                7.8e3        -        7.9e3        kg/m^3

Precio        *        11.5        -        12.1        MXN/kg

Fecha de primer uso ("-" significa AC)                1930        

Propiedades mecánicas

Modulo de Young                205        -        217        GPa

Modulo a cortante                77        -        85        GPa

Módulo en volumen                160        -        176        GPa

Coeficiente de Poisson                0.285        -        0.295        

Límite elástico                400        -        1.5e3        MPa

Resistencia a tracción                550        -        1.76e3        MPa

Resistencia a compresión                400        -        1.5e3        MPa

Elongación                3        -        38        % strain

Dureza-Vickers                140        -        693        HV

Resistencia a fatiga para 10 ^ 7 ciclos        *        248        -        700        MPa

Tenacidad a fractura                14        -        200        MPa.m^0.5

Coeficiente de pérdida mecánica (tan delta)        *        1.8e-4        -        0.00116        

Propiedades térmicas

Punto de fusión                1.38e3        -        1.53e3        °C

Máxima temperatura en servicio        *        500        -        550        °C

Mínima temperatura en servicio        *        -73.2        -        -43.2        °C

¿Conductor térmico o aislante?        Buen conductor

Conductividad térmica                34        -        55        W/m.°C

Calor específico                410        -        530        J/kg.°C

Coeficiente de expansión térmica                10.5        -        13.5        µstrain/°C

Propiedades eléctricas

¿Conductor eléctrico o aislante?        Buen conductor

Resistividad eléctrica        *        15        -        35        µohm.cm

Propiedades ópticas

Transparencia        Opaco

Procesabilidad

Colabilidad                1        -        2        

Conformabilidad                3        -        4        

Mecanizabilidad                3        -        4        

Soldabilidad                5                        

Aptitud a soldeo o brazing                5                        

Ecopropiedades

Contenido en energía, producción primaria        *        28.7        -        31.7        MJ/kg

Huella de CO2, producción primaria        *        1.93        -        2.13        kg/kg

Reciclaje        False

Información de apoyo

Líneas de diseño

Los aceros de baja aleación son tratables térmicamente (la mayoría de los aceros al carbono no lo son), utilizándose en aplicaciones donde la dureza, o la resistencia, es una característica importante, sobre todo en secciones gruesas. Tienen una mayor resistencia a la abrasión, una mayor dureza y tenacidad, así como una mejor resistencia a altas temperaturas que los aceros al carbono. El acero aleado con un contenido de carbono de 0,30 a 0,37% se utiliza para una resistencia moderada y gran tenacidad; del 0,40 al 0,42% para una mayor dureza y buena resistencia; del 0,45 al 0,50% para alta dureza y resistencia con tenacidad moderada; entre el 0.50-0.62% con dureza para muelles y herramientas; el 1% para alta dureza y resistencia a la abrasión (rodamientos a bolas o rodillos).

Aspectos técnicos

El sistema SAE-AISI para denominación de aceros con baja aleación, funciona de la misma manera que para los aceros al carbono. Cada uno de acero tiene un código de cuatro dígitos, los dos primeros dígitos indican los principales elementos de aleación, la segunda pareja de dígitos da la cantidad de carbono, en centésimas. Aceros típicos son los de níquel-cromo-molibdeno con designación 43xx, pero pueden incluir cualquiera de los siguientes elementos de aleación: más del 2% de silicio, más de 0,4% de cobre, más del 0,1% de molibdeno, más de un 0,5% de níquel, más del 0,5% de cromo. Para más información sobre las denominaciones y categorías equivalentes se puede consultar la sección de usuarios de la página web de Granta Design, www.grantadesign.com

Diagrama de fase

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Descripción de diagrama de fase

Los aceros de alta resistencia y baja aleación contienen pequeñas (<5%) adiciones de cromo (Cr), molibdeno (Mo), níquel (Ni) y por supuesto el carbono (C).

Usos típicos

Muelles y resortes, herramientas, rodamientos a bolas, rodillos de llaminación, cigüeñales, cambios, pasadores, cuchillos y tijeras, recipientes a presión

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Universo Procesos

Fabricantes

Referencias

Values marked * are estimates.

No se ofrece garantía en la precisión de los datos proporcionados

Carburación y carbonitruración

Descripción

Esquema de proceso

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Pie de figura

Un horno de carburación por baño de sales

Traducción de las etiquetas de la figura

Heater: Calentador

Insulation: Aislante

Molten Cyanide: Cianuro fundido

Workpiece: Pieza

Proceso

En la CARBURACIÓN el carbono adicional se difunde a través de la superficie de un acero bajo en carbono para enriquecer superficialmente este y darle mayor contenido en carbono. Al templar el acero, la capa superficial se transforma en martensita dura y frágil, que puede ser revenida para obtener el balance deseado entre dureza y tenacidad. Hay tres clases generales equipos para cementación. Todos requieren temperaturas cercanas a los 900°C. El primero parte de carbono en polvo que emite monóxido de carbono (CO), este se descompone en la superficie del acero para dar carbono atómico y CO2. Este sistema es idóneo para piezas pequeñas. El segundo utiliza un baño de sales fundidas que contienen cianuro de sodio (NaCN> 25%), cloruro de bario, cloruro de sodio y aceleradores, es muy versátil y requiere un bajo nivel de inversión. El último utiliza gas (metano, butano o pentano) como fuente de carbono, dentro de un horno especial que permite al gas fluir libremente por todas las superficies a cementar. Este proceso se presta a la producción a gran escala.

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