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ACEROS AL CARBONO

Aceros de construcción
Aceros de bajo contenido de carbono
Tratamiento térmico de los aceros al carbono de construcción
Aceros al carbono para cementación
Aceros al carbono de alta maquinabilidad

El principal producto siderúrgico es el acero, siendo aproximadamente el 90% de la producción acero al carbono y el 10%, acero aleado. Por lo tanto, el material metálico más importante para la industria es el acero al carbono.
El acero al carbono es una aleación de composición química compleja. Además de hierro, cuyo contenido puede oscilar entre 97,0-99,5%-, hay en él muchos elementos cuya presencia se debe a los procesos de su producción (manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros).
El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.
Los aceros se clasifican teniendo en cuenta sus propiedades y utilización, en tres grandes grupos: aceros de construcción, aceros de herramientas y aceros inoxidables. volver

ACEROS DE CONSTRUCCIÓN.

Son los aceros que se utilizan para la fabricación de piezas, órganos o elementos de maquinas, motores, instalaciones, carriles, vehículos, etc.

1. Aceros al carbono que se usan en bruto de laminación para construcciones metálicas y para piezas de maquinaria en general.
2. Aceros de baja aleación y alto límite elástico para grandes construcciones metálicas, puentes, torres etc.
3. Aceros de fácil mecanización en tornos automáticos.


Los aceros de construcción generalmente se emplean para la fabricación de piezas, órganos o elementos de maquinas y de construcción de instalaciones. En ellos son fundamentales ciertas propiedades de orden mecánico, como la resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento


Aceros ordinarios al carbono que se usan en bruto de forja o laminación.

Se incluyen los aceros cuyas propiedades dependen principalmente del porcentaje de carbono que contienen. Se emplean en grandes cantidades para la construcción de estructuras metálicas de edificios, para elementos y piezas de maquinaria, motores, ferrocarriles, etc., y su contenido de carbono suele variar desde 0.03 a 0.70%. Ademas siempre contienen pequeñas cantidades de manganeso y silicio que se emplean como elementos auxiliares en los procesos de fabricación, fósforo y azufre que son impurezas perjudiciales que provienen de las materias primas (lingotes, chatarra, combustibles y minerales).

En general los aceros ordinarios contienen:
Mn < 0.90%, Si < 0.50%, P < 0.10%, S < 0.10%

De acuerdo con las propiedades mecánicas, se establecen una serie de grupos de aceros ordenados por su resistencia a la tracción.

Cuando se desean resistencias de 38 a 55 Kg/mm2 se emplean aceros en bruto de forja o laminación. Para resistencias de 55 a 80 Kg/mm2 se emplean unas veces los aceros al carbono en bruto de forja y laminación, y otras veces se emplean los aceros al carbono tratados (templados y revenidos), para resistencias superiores a 80 Kg/mm2 se suelen emplear aceros tratados. volver

ACEROS DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO


Estos aceros contienen menos del 0.25% C, no adquieren dureza sensible con un temple.

Su resistencia media en estado normalizado varia de 35 a 53 Kg/mm2 y los alargamientos de 33 a 23%. Teniendo en cuenta sus características, se suelen agrupar en tres clases:

Denominación Características aproximadas
R (Kg/mm2) A% Carbono%
Semidulces, Dulces, Extradulces 5045 <40 2528>30 0.200.15<0.08

R: resistencia a la tracción
A: alargamiento

Con estos aceros de 0.06 a 0.25% de carbono, se fabrican los puentes de ferrocarril, las grandes estructuras de las estaciones, las columnas metálicas de las lineas eléctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas, las carrocerías de los automóviles, los tubos de las bicicletas, los clavos, los alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos de las clases y muchos objetos más que utilizamos diariamente. En la mayoría de los casos se utiliza el acero tal como viene de las acerías, sin darle ningún tratamiento térmico especial.

aceros semiduros forjados o laminados para la construcción de piezas de maquinaria en general.

Los aceros ordinarios de contenido en carbono comprendido entre 0.25 y 0.70% de C que se emplean en estado bruto de forja o laminación se suelen emplear para piezas de maquinaria en general
Aceros de 0.30% de C. Ejes para vagones, ruedas, piezas de maquinaria, etc. (R=57 Kg/mm2, A = 23%)
Aceros de 0.40% e C. Elementos de maquinas y motores, alambres para cables, ejes para locomotoras, etc. (R = 65 Kg/mm2, A = 19%)
Aceros de 0.50% de C. Bandejas, alambres, flejes, herramientas agrícolas forjadas etc. (R = 74 Kg/mm2, A=17%).
Aceros de 0.60% de C. Para fleje duro, alambre, herramientas para agricultura, etc. (R = 82 Kg/mm2, A = 15%).


Influencia de elementos extraños en las características mecánicas de los aceros de bajo contenido en carbono.


La presencia de fósforo y azufre, salvo en muy pocas ocasiones, es perjudicial para la calidad de los aceros, procurándose eliminar esos elementos en los procesos de fabricación. En general se recomienda que en los aceros ordinarios el contenido de cada uno de esos elementos no pase del 0.06%, y en los aceros de calidad se suele exigir porcentajes de fósforo y azufre inferiores a 0.03%.

El azufre cuando se presenta como sulfuro de hierro, provoca durante los procesos de forja o laminación del acero poca resistencia y a veces se agrieta por iniciarse la fusión de éste, que se encuentra en el acero en forma de retícula en la microestructura del acero. Por el contrario cuando aparece como sulfuro de manganeso, tiene una temperatura de fusión muy elevada, y no da paso a la fragilidad en caliente; en ambos casos el alargamiento y la resistencia del acero queda muy disminuido.

El fósforo se encuentra siempre disuelto en los granos de ferrita a los que comunica gran fragilidad. volver

TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS AL CARBONO DE CONSTRUCCION

RECOCIDO: el objeto de este tratamiento es ablandar el acero, homogenizar su estructura y composición química y aumentar su ductilidad. Se presentan cuatro formas:

-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%.

-Recocido de ablandamiento: En algunos casos en que interesa disminuir la dureza de los aceros al carbono.

-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: Este tratamiento 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.

-Temple y revenido: Al dar a los aceros al carbono un temple y revenido se consiguen muy buenas características cuando el perfil es delgado. En un acero al carbono bien templado o revenido, el valor del limite elástico suele llegar a ser un 75% de la carga de rotura.


Cuando interesa fabricar piezas con resistencia de 38 a 55 Kg/mm2 es, en general, muy poco ventajoso el tratamiento térmico (temple y revenido), ya que por tratarse de aceros de bajo contenido de carbono (0.15 a 0.30%). Cuando quieren fabricarse piezas con esas resistencias en general, conviene utilizar aceros en bruto de forja, laminados o normalizados. Sin embargo en casos excepcionales cuando se desea conseguir la mejor combinación de características (resistencia, alargamiento y alto limite elástico) se pueden templar y revenir los aceros de 0.15 a0.30% de C obteniéndose, resistencias variables de 38 a 55 Kg/mm2, alargamientos y limites de elasticidad ligeramente superiores a los que corresponden al estado normalizado. Cuando se trata de piezas de gran espesor el tratamiento es casi inútil porque se presenta el problema de poca penetración de temple o templabilidad.

Los aceros al carbono templados y revenidos con porcentajes de carbono variables de 0.25 a 0.55%, se suelen emplear generalmente con resistencias comprendidas entre 55 y 90 Kg/mm2 y, a veces, en casos excepcionales como el de fabricación de muelles, se usan hasta resistencias de 150 a 200 Kg/mm2.

El empleo de los aceros al carbono templados y revenidos para la fabricación de piezas con esas resistencias tiene varias ventajas. Una muy importante es que el limite de elasticidad es más elevado que en los aceros normalizados o recocidos, y otra que la combinación de características (resistencia y alargamiento) también se mejora.

En cambio si esa resistencia se consigue templando y reviniendo la pieza después de mecanizada, el trabajo de torno o fresa se podrá hacer previamente en estado recocido mucho más fácil.

En el caso de que por mecanizado haya que quitar material, preferible, como hemos dicho, mecanizar en estado de recocido y luego templar y revenir, dejando generalmente en el mecanizado un exceso de medidas para eliminar luego las deformaciones que se producen en el temple y revenido. Cuando la cantidad de material a eliminar por mecanizado es pequeña puede convenir templar y revenir el material y luego mecanizar las piezas pudiéndolas dejar así a las medidas definidas. volver

ACEROS AL CARBONO PARA CEMENTACION

Acero 1010:
q Acero muy tenaz, para piezas de pequeño tamaño y forma sencilla, en las cuales no sean necesarios altos valores de resistencia mecánica (bujes, pasadores, etc.).
q Se usa con temple directo en agua.
q En estado normalizado o como laminado sirve para piezas embutidas o estampadas en frío.

Acero 1015:
q Para construcciones mecánicas de baja resistencia.
q Tiene los mismos usos del 1010 pero se prefiere cuando se necesita un corazón más duro y tenaz.


Acero 1022:
q Para partes de vehículos y maquinaria que no sean sometidas a grandes esfuerzos mecánicos.
q Posee mejor resistencia en el núcleo que el 1015.

Aceros al carbono de temple y revenido

Acero 1020:
q Esta clase de acero puede ser empleado en piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos.
q Considerando la escasa penetración de temple que tiene, generalmente se usa en estado normalizado.
q Puede emplearse en estado templado y revenido para piezas de pequeño espesor.
q Puede ser cem4entado cuando se requieren en el núcleo propiedades mecanizas más altas de las que pueden obtenerse con el tipo 1015 en cuyo caso se aplican las mismas normas de cementación que las especificadas para este acero.

Acero 1030:
q Acero para temple y revenido para los más amplios usos, tales como ejes, arboles y todas aquellas piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos.
q Como no tiene gran penetración de temple, este tipo de acero es aconsejable solamente para piezas templadas y revenidas de tamaño pequeño.

Acero 1040:
q La templabilidad de este acero es mejor que la de los dos anteriores; se usa para piezas de maquinas de pequeño y mediano espesor y sirve para piezas que deban ser templadas a inducción, o con soplete.

Acero 1045:
q Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse a inducción, obteniéndose una dureza superficial de 54-56 Rc.
q Se emplea para herramientas forjadas de todo tipo, como: hachas, azadones, rastrillos, picas, martillos de varios usos, porras, etc.

Acero 1050:
q Gracias a la buena penetración de temple que tiene este acero, es apto para piezas de maquinas que deban soportar esfuerzos altos, longitudinales y transversales, pero sin impactos continuos.
q Para piezas de pequeño espesor es preferible el temple en aceite; para las piezas de mayor espesor y forma sencilla, en agua.

Acero 1055:
q Tiene más o menos los mismos usos del 1050. Sirve para fabricar pasadores que deban soportar esfuerzos muy elevados. En este caso se pueden templar las piezas por inducción.
q usan para herramientas agrícolas que deban tener más resistencias que las fabricadas con acero 1045.

Acero 1060:
q Como acero de construcción tiene los mismos usos que el 1055, pero para piezas que deban tener una resistencia mecánica más elevada.
q Como acero de corte sirve para herramientas de trabajas plásticos, madera y materiales no ferrosos (latan, bronce, etc).
q Este acero tiene una buena penetración de temple, aun en piezas de tamaño medio y con temple en aceite. Con temple de inducción y con temple al soplete se pueden obtener buenos resultados en piezas de no muy alta resistencia mecánica que sean sometidos a desgaste.
q Este acero puede ser también usado para resortes.

Acero 1070:
q Como acero de construcción para todo tipo de piezas que requieran al ta resistencia y que sean sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos, por ejemplo: partes móviles de molinos y trituradoras y cuchillas para moler materiales blandos.
q Como acero para resortes sirve para fabricar este tipo de piezas con excelente calidad y con especialidad aquellas de tipo helicoidal.
q Como acero para herramientas para todas las piezas que requieran dureza, tenacidad y resistencia al desgaste.

NOTA: las temperaturas de revenido son:
Como acero de construcción 560ºC/640ºC
Como acero de resortes 420ºC/480ºC
Como acero de herramientas 200ºC/350ºC

Acero 1095:
q Este es el acero al carbono de mayor resistencia, usado para la fabricación de resortes de todos los tipos y para todos los usos. A semejanza de los otros tipos con porcentajes de C más bajo, que puede ser también trefilado a través de tratamientos térmicos adecuados, puede emplearse también en frío para la construcción de resortes especiales.

Acero 1541(0.36-0.44% de C):
q Para partes que deban tener un limite de fluencia alto y fuerte resistencia al desgaste. Particularmente apto para forjar, por ejemplo: herramientas agrícolas y de mano.
q Se usa para fabricar tornilleria de alta resistencia y es uno de los aceros más apropiados para la fabricación de grapas automotores. volver

ACEROS AL CARBONO DE ALTA MAQUINABILIDAD (RESULFURAD0S)


Esta clase de aceros se usa en aquellos casos donde se desea una maquinabilidad mejor que la de los aceros al carbón. Se logran costos más bajos aumentando la producción con mayores velocidades de maquinado y mejor vida de la herramienta, o eliminando operaciones secundarias a través de una mejoría en la superficie terminada. La adición de azufre ocasiona algún sacrificio en las propiedades de soldabilidad, forja y conformación en frío.

SAE 1110 - 1111 - 1112 - 1113: Tienen excelentes características de maquinabilidad y buena resistencia estirados en frío. Estos aceros se pueden cianurar o carburar. La maquinabilidad aumenta en este grupo al aumentar el azufre, el cual se combina principalmente con el manganeso del acero y precipita como inclusiones de sulfuros, las cuales favorecen la maquinabilidad al proporcionar la formación de virutas pequeñas, y al suministrar un lubricante propio evita que las virutas se agarren a la herramienta y emboten el filo. Al disminuir esta adherencia, se necesita menos potencia, se mejora la superficie y la velocidad de maquinado se puede doblar en comparación de un acero no resulfurado.

SAE 1108 - 1109 - 1116 - 1117 - 1118 - y 1119. Los aceros de este grupo se usan cuando se necesita una combinación de buena maquinabilidad y respuesta a tratamiento térmico. En variedades de bajo carbono se usan para partes pequeñas que deben cianurarse o carbonitrurarse.

SAE 1117 - 1118 y 1119, tienen más manganeso para mejor templabilidad, permitiendo temple en aceite después de la carburación.

SAE 1132 - 1137 - 1140 - 1141 - 1144 - 1145 - 1146 y 1151. Cada tipo tiene características comparables a los aceros al carbono del mismo nivel del carbón. Se usan para partes donde es necesario una gran cantidad de maquinado, o donde la presencia de roscas, estrías, u otra operación ofrece problemas especiales de herramental.

SAE 1132 -1137 - 1141 - 1144: de alto manganeso ofrecen mayor templabilidad y los tipos de alto carbono son adecuados para temple en aceite, para temple por inducción o para temple con llama.


Otra clasificación del acero desde el punto de vista de su producción es: efervescente, calmado, semicalmado o tapado.

En los aceros efervescentes sólo se ha eliminado una pequeña parte del oxígeno mientras dura el proceso de solidificación, lo que deja una capa exterior o cerco relativamente libre de carbono, o sea que el centro del lingote tiene un mayor contenido de carbono que el exterior. Esta superficie con una porción de carbono extremadamente baja es muy dúctil, tiene excelentes cualidades de su superficie y muy buenas características para su conformado en frío.
Los aceros calmados son lo opuesto a los efervescentes; a estos aceros se les ha extraído gran cantidad de oxígeno, de donde resulta un acero relativamente libre de carbono. Los aceros calmados son útiles cuando se necesitan técnicas severas de conformado, pero siempre requiere un tratamiento térmico al terminar la técnica de conformado de manufactura.

Los aceros semicalmados tienen una composición y propiedades mecánicas que varían entre las de los aceros efervescentes y los calmados. Los aceros tapados combinan las características de los aceros efervescentes y las de los semicalmados o sea, el cerco de carbono se forma en la superficie del acero, y el grueso de la sección transversal interior tiene las características del acero semicalmado.

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