UNIDAD 4: CLASIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE ACEROS INTRODUCCION Los meta metale les s y las las alea aleaci cion ones es empl emplea eado dos s en la indu indust stri ria a y en la construc construcción ción pueden pueden dividir dividirse se en dos grupos grupos princip principales: ales: Material Materiales es FERROSOS y NO FERROSOS. Ferroso viene de la palabra Ferrum que los romanos empleaban para el erro o !ierro. "or lo tanto# los materiales $er $errosos osos son son aque aquell llos os que que cont contie iene nen n !ier !ierrro como como su ingr ingred edie ient nte e principal% es decir# las numerosas calidades del !ierro y el acero. Los Los mater materia iales les No Ferro errosos sos no contie contiene nen n !ierr !ierro. o. Estos Estos inclu incluyen yen el aluminio# aluminio# magnesio# &inc# cobre# plomo y otros elementos met'licos. Las aleaciones el latón y el bronce# son una combinación de algunos de estos metales No Ferrosos y se les denomina (leaciones No Ferrosas. )no de los materiales de $abricación y construcción m's vers'til# m's adap adapta tabl ble e y m's m's ampl amplia iam mente ente usad usado o es el (*ERO *ERO.. ( un prec precio io relativamente ba+o# el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser traba+ado# lo que se presta para $abricaciones mediante muc!os m,todos. (dem's# sus propiedades pueden ser mane+adas de acuerdo a las necesida necesidades des espec-ca espec-cas s median mediante te tratami tratamiento entos s con calor# calor# traba+o traba+o mec'nico# o mediante aleaciones.
¿Qué es el Acero? El Acer Acero o es bási básica came ment nte e una una alea aleaci ción ón o comb combin inac ació ión n de hier hierro ro y carbono carbono alrededor de /#/01 !asta menos de un 213. (lgunas veces otros elementos de aleación espec-cos tales como el *r *romo3 o Ni N-quel3 se agregan con propósitos determinados. 4a 4a que el acero es b'sicamente b'sicamente !ierro !ierro altamente renado renado m's de un 5613# su $abricación comien&a con la reducción de !ierro producción de arrabio3 el cual se convierte m's tarde en acero. El !ierro puro es uno de los elementos del acero# por lo tanto# consiste solamente de un tipo de 'tomos. No se encuentra libre en la naturale&a ya que qu-micamente reacciona con $acilidad con el o7-geno del aire para para $orma $ormarr ó7ido 7ido de !ier !ierro ro 8 !erru !errumbr mbre. e. El ó7ido 7ido se encuen encuentr tra a en
cant cantid idad ades es sign signi ica cati tiva vas s en el mine minera rall de !ier !ierrro# el cual cual es una una concentración de ó7ido de !ierro con impure&as y materiales t,rreos.
aceros os al Los acer aceros os se clas clasi ica can n en cinc cinco o grup grupos os prin princi cipa pale les: s: acer carb carbo oo o! acer aceros os alea alea"o "os s! acero ceros s "e ba#a a#a alea aleac c$% $% ul&ra l&ra res$s&e&es! aceros $o'$"ables ( aceros "e )erra*$e&as+
1. Aceros al carbono
El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carroceras de autom!vil, la mayor parte de las estructuras de construcci!n de acero, cascos de buques, somieres y "orquillas o pasadores para el pelo. #.
Aceros Acero s aleado ale ados. s.
Estos Estos aceros aceros contie contienen nen una propor proporci! ci!n n determ determina inada da de vanadio vanadio,, molibd molibdeno eno y otros otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por e$emplo, para fabricar engrana$es y e$es de motores, patines o cuc"illos de corte. 3. Aceros de baja aleación ultrarresistentes.
Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. os aceros de ba$a aleac aleaci! i!n n son son más más bara barato toss que los los acer aceros os alead aleados os conv convenc encio iona nale less ya que cont contie iene nen n cantida cantidades des menore menoress de los costos costosos os elemento elementoss de aleaci aleaci!n. !n. &in embarg embargo, o, recibe reciben n un tratamiento especial que les da una resistencia muc"o mayor que la del acero al carbono. 'or e$emplo, los vagones de mercancas fabricados con aceros de ba$a aleaci!n pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sera necesario en caso de emplear acero al carbono. (demás, como los vagones de acero de ba$a aleaci!n pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muc"os edificios con estructuras de aceros de ba$a aleaci!n. as vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. 4. . Los aceros inoxidables
)ontienen cromo, nquel y otros elementos de aleaci!n, que los mantienen brillantes y
resistentes a la "errumbre y o*idaci!n a pesar de la acci!n de la "umedad o de ácidos y gases corrosivos. (lgunos aceros ino*idables son muy duros+ otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas e*tremas. ebido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muc"as veces con fines decorativos. El acero ino*idable se utili-a para las tuberas y tanques de refineras de petr!leo o plantas qumicas, para los fusela$es de los aviones o para cápsulas espaciales. ambi/n se usa para fabricar instrumentos y equipos quirrgicos, o para fi$ar o sustituir "uesos rotos, ya que resiste a la acci!n de los fluidos corporales. En cocinas y -onas de preparaci!n de alimentos los utensilios son a menudo de acero ino*idable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad. 5. Aceros de herramientas.
Estos aceros se utili-an para fabricar muc"os tipos de "erramientas y cabe-ales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricaci!n. )ontienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleaci!n, que les proporcionan mayor resistencia, dure-a y durabilidad
4+, -or su co&e$"o "e carboo La clasicación del acero se puede determinar en $unción de sus caracter-sticas# las m's conocidas son la clasicación del acero por su composición qu-mica y por sus propiedades o clasicación del acero por su u so% cada una de estas clasicaciones a la ve& se subdivide o !ace parte de otro grupo de clasicación.
CLASIFICACIÓN DEL ACERO -OR SU CONTENIDO DE CAR.ONO: a/ ACEROS E0TRA SUA1ES: el contenido de carbono varia entre el /.9 y el /.2 1 y el porcenta+e de carbono en este acero es de /#901# tiene una resistencia mec'nica de 68;6 ? y pr'cticamente no adquiere temple. Es un acero $'cilmente soldable y de$ormable. (plicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad# de$ormación en $r-o# embutición# plegado# !erra+es# etc.
b/ ACEROS SUA1ES: El contenido de carbono esta entre el /.2 y /. 1y el porcenta+e de carbono es de /#201# tiene una resistencia mec'nica de ;6800=mm 2 y una dure&a de 908 9@/ >?. Se puede soldar con una t,cnica adecuada. (plicaciones: "ie&as de
resistencia media de buena tenacidad# de$ormación en$r-o# embutición# plegado# !erra+es# etc.
c/ ACEROS SE2ISUA1ES: El contenido de carbono oscila entre /. y el /.; 1 y el porcenta+e de carbono es de /#01. Aiene una resistencia mec'nicade008@2 ?. Se templa bien# alcan&ando una resistencia de 6/ ?. (plicaciones: E+es# elementos de maquinaria# pie&as resistentes y tenaces# pernos# !erra+esC
"/ ACEROS SE2IDUROS El carbono esta presente entre /.; y /.01y el porcenta+e de carbono es de /#;01. Aiene una resistencia mec'nicade@28B/ ?. Se templa bien# alcan&ando una resistencia de 5/
e/ ACEROS DUROS: la presencia de carbono varia entre /.0 y /.@1 y el porcenta+e de carbono es de /#001. Aiene una resistencia mec'nica de B/8B0?. Aempla bien en agua y en aceite# alcan&ando una resistencia de 9// ?. (plicaciones: E+es# transmisiones# tensores y pie&as regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.
3/ ACEROS E0TRA DUROS: El contenido de carbono que presentan esta entre el /.@ y el /B 1
4+ -or su ele*e&o alea&e ACEROS ALEADOS
Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio# molibdeno y otros elementos# adem's de cantidades mayores de manganeso# silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden sub8clasicar en:
Es&ruc&ura Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes les de m'quinas# tales como engrana+es# e+es y palancas. (dem's# se utili&an en las estructuras de edicios# construcción de c!asis de automóviles# puentes# barcos y seme+antes. El contenido de la aleación var-a desde /#201 a un @1.
-ara (ceros de alta calidad que se emplean en !erramientas 5erra*$e para cortar y modelar metales y no8metales. "or lo tanto# &as son materiales empleados para cortar y construir !erramientas tales como taladros# escariadores# $resas# terra+as y mac!os de roscar.
Es6ec$ales Los (ceros de (leación especiales son los
aceros ino7idables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 921. Estos aceros de gran dure&a y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión# se emplean en turbinas de vapor# engrana+es# e+es y rodamientos.
E3ec&o "e al7uos "e los ele*e&os "e aleac$% e los aceros+ Carb% 8C/: Es el elemento de aleación m's e$ectivo# eciente y de ba+o costo. En aceros en$riados lentamente# el carbón $orma carburo de !ierro y cementita# la cual con la $errita $orma perlita. *uando el acero se en$r-a m's r'pidamente# el acero al carbón muestra endurecimiento supercial. El carbón es el elemento responsable por la alta dure&a y alta resistencia del acero.
2a7aeso 82/: Est' presente en casi todas las aleaciones de acero y constituye uno de sus elementos indispensables. El Manganeso es un $ormador de austenita y al combinarse con a&u$re previene la $ormación de sul$uro de !ierro en los bordes del grano# el cual es altamente
per+udicial durante el proceso de laminación. El Manganeso se usa para deso7idar y aumentar la capacidad de endurecimiento del acero.
S$l$c$o 8S$/: Es un $ormador de $errita y se usa para deso7idar# tambi,n aumenta la capacidad de endurecimiento me+orando las propiedades mec'nicas del acero.
Cro*o 8Cr/: Es un $ormador de $errita y aumenta la pro$undidad de endurecimiento% tambi,n aumenta la resistencia a altas temperaturas y a la corrosión. El *romo es un elemento principal de aleación en aceros ino7idables y debido a su capacidad de $ormar carburos se utili&a en revestimientos o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste.
N9uel 8N$/: Es el principal $ormador de austenita# este elemento aumenta la tenacidad y resistencia al impacto# por eso es el elemento m's e$ectivo para me+orar la resistencia del acero a las ba+as temperaturas. El n-quel tambi,n utili&a en los aceros ino7idables para aumentar la resistencia a la corrosión. El n-quel presenta propiedades Dnicas para soldar >ierros *olados.
2ol$b"eo
82o/:
(umenta $uertemente la pro$undidad de endurecimiento del acero# as- como su resistencia al impacto# por eso es el elemento m's a$ectivo para me+orar la resistencia del acero a las ba+as temperaturas# reduciendo# adem's# la perdida de resistencia por templado. Los aceros ino7idables austeniticos contienen molibdeno para me+orar la resistencia a la corrosión.
1aa"$o 81/: "romueve la $ormación de grano pequeo y reduce la perdida de resistencia durante el templado% adem's# aumenta la capacidad de endurecimiento# tambi,n es un $ormador de carburos que imparten resistencia al desgaste en aceros !erramientas.
Cobre 8Cu/: Me+ora la resistencia a la corrosión de aceros al carbón. F%s3oro 8-/: Se considera un elemento per+udicial en los aceros# ya que reduce la ductilidad y la resistencia al impacto. Sin embargo# en algunos aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y me+orar la maquinabilidad.
A;u3re 8S/: Aambi,n se considera como elemento per+udicial en las aleaciones de acero. Sin embargo# en ocasiones se agrega !asta /.201 de a&u$re para me+orar la maquinabilidad. Los aceros altos en a&u$re son di$-ciles de soldar y en su presencia en la soldadura genera porosidad.
.oro 8./: Se utili&a b'sicamente para aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero est' totalmente deso7idado. )na
pequea cantidad de boro# /.//913 tiene un e$ecto marcado en el endurecimiento del acero# el boro tambi,n se combina con el carbón para $ormar carburos que imparten al acero caracter-sticas de revestimiento duro.
Colu*b$o 8Nb/ 8Ta/: Se utili&a b'sicamente en aceros ino7idables austeniticos con el ob+eto de estabili&ar los carburos. ebido a que el carbón disminuye la resistencia anticorrosiva en los ino7idables al agregar *olumbio# el cual tiene mayor anidad con el carbón que el cromo# este queda libre para cumplir con su $unción anticorrosiva.
T$&a$o 8T$/: Aambi,n se utili&a para estabili&ar y deso7idar acero. Sin embargo# pocas veces se usa en soldadura# ya que el metal de soldadura no se transere ecientemente.
Tu7s&eo 8
Cobal&o 8Co/: Es un elemento poco comDn en los aceros# ya que disminuye la capacidad de endurecimiento. Sin embargo# este elemento encuentra su uso en aplicaciones donde se requiere un revestimiento duro para servicio a alta temperatura# ya que produce una gran cantidad de solución sólida endurecedora cuando se disuelve en $errita o austenita.
-lo*o 8-b/: Es un e+emplo de elemento casi insoluble en >ierro. Se agrega plomo a muc!os tipos de acero para me+orar la maquinabilidad.
N$&r%7eo 8N/: Se agrega en ocasiones al acero para promover la $ormación de austenita. Aambi,n puede agregarse a aceros ino7idables para reducir la cantidad de N-quel. El Nitrógeno a$ecta las propiedades mec'nicas del acero.
Alu*$$o 8Al/: Se usa principalmente como deso7idante en la elaboración de acero. El (luminio tambi,n aminora el crecimiento del grano al $ormar ó7idos dispersados y nitruros.
4+ -or su 7ra"o "e su o'$"ac$%
En general la p,rdida de sección producida por la o7idación de las armaduras no suele ser apreciable. "ara determinarla el Dnico procedimiento posible consiste en determinar en laboratorio la p,rdida de sección por pesada y medir la altura de corrugas compar'ndola con el valor indicado en el certicado de !omologación de ad!erencia.
Acaba"o ( "eso'$"ac$% "el Acero espu,s del proceso de renación el acero queda saturado de o7-geno# mientras m's ba+o el contenido de carbón en el acero m's alto ser' su contenido de o7-geno y para cualquier contenido de carbón el contenido de o7igeno es mayor en el acero en estado l-quido que en estado sólido# por lo tanto# para evitar burbu+as de gas atrapadas en el metal# una cantidad sustancial de o7igeno debe eliminarse. E7isten 0 maneras distintas para eliminar el o7-geno del acero en $usión:
,+
Acero E3er=esce&e: La manu$actura de este acero consiste
en vaciar el acero l-quido# con alto contenido de o7-geno# en lingoteras moldes3. El acero entonces# $orma un lingote que empie&a a solidicarse desde a$uera !acia dentro comen&ando por las paredes y $ondo de la lingotera# $ormando paredes y un $ondo de !ierro casi puro. *omo resultado de esto el acero# aun liquido en el centro del lingote se segrega casi todo el carbón# sul$uro y $ós$oro. El o7-geno reacciona con el carbón $ormando monó7ido de carbono que queda atrapado en la masa del lingote al solidicarse y que desaparece durante los subsecuentes procesos de laminación en caliente.
>+
Acero Se*$E3er=esce&e: *uando se $abrica este acero la
intención es regular la cantidad de o7-geno en el metal $undido de manera de detener la acción e$ervescente. Esto se logra mediante el uso de una tapa pesada# o tapa $r-a que se coloca por solo unos minutos en la parte superior de la lingotera despu,s que se !a solidicado solo una pequea capa adyacente a las paredes y $ondo de la lingotera# $ormando una piel de acero casi puro. e esta manera se obtiene un lingote de acero con un centro no tan segregado como en el acero e$ervescente. Estos aceros se utili&an en aplicaciones que requieren una e7celente supercie y donde la !eterogeneidad del acero e$ervescente ser-a per+udicial.
+
Acero
Cal*a"o: Este
acero
se
$abrica
eliminando
o
convirtiendo completamente el o7-geno antes de la solidicación para prevenir la acción e$ervescente% Esto se logra generalmente agregando
silicio en $orma de $erro silicio en el !orno# el silicio se combina con el o7-geno para $ormar s-lice SiO23 la cual es e7pulsada con la escoria# de+ando un metal denso y !omog,neo.
4+
Acero Se*$Cal*a"o: Este acero est' en un punto intermedio
entre el acero e$ervescente y el acero calmado# este al solidicarse muestra una menor contracción produciendo una cavidad o depresión de menor tamao en la parte superior del lingote.
@+
Acero "eso'$"a"o al 1ac9o: El ob+eto de la deso7idación al
vació es eliminar el o7-geno sin de+ar inclusiones de compuestos no met'licos# de esta manera se obtienen aceros muy limpios para usos especiales.
4+4 Se7 AST2 8 AST2E
Soc$e"a" A*er$caa "e -ruebas
( 2a&er$ales+/
Las normas (SAM las usan los individuos compa-as y agencias en todo el mundo. Los compradores y vendedores incorporan normas en sus contratos% los cient-cos e ingenieros las usan en sus laboratorios y ocinas% los arquitectos y diseadores las usan en sus planos% las agencias gubernamentales de todo el mundo !acen re$erencia a ellas en códigos regulaciones y leyes: y muc!os otros las consultan para obtener orientación sobre muc!os temas Las normas de (SAM son GvoluntariasG en el sentido de que (SAM no e7ige observarlas. Sin embargo# las autoridades gubernamentales con $acultad normativa con $recuencia dan $uer&a de ley a las normas voluntarias# mediante su cita en leyes# regulaciones y códigos. La norma (SAM (merican Society $or Aesting and Materials3 no especica la composición directamente# sino que m's bien determina la aplicación o su 'mbito de empleo. "or tanto# no e7iste una relación directa y biun-voca con las normas de composición. El esquema general que esta norma emplea para la numeración de los aceros es:
Y00 Y
donde#
es la primera letra de la norma que indica el grupo de aplicación segDn la siguiente lista:
A si se trata de especicaciones para aceros% .
especicaciones para no $errosos%
C especicaciones para !ormigón# estructuras civiles% D especicaciones para qu-micos# as- como para aceites# pinturas# etc. E: si se trata de m,todos de ensayos% ( continuación# se ad+unta una tabla con las caracter-sticas de los aceros que son m's comunes# segDn esta norma:
4+@
Se7
SAEAISI
8SAE
Soc$e"a" "e I7e$eros Au&o*o&r$ces+ AISI Is&$&u&o A*er$cao "el 5$erro ( el Acero+/ CLASIFICACIÓN SAE DE ACEROS
La inmensa variedad de aceros que pueden obtenerse por los distintos porcenta+es de carbono y sus aleaciones con elementos como el cromo# n-quel# molibdeno# vanadio# etc.# !a provocado la necesidad de clasicar mediante nomenclaturas especiales# que dieren segDn la norma o casa que los produce para $acilitar su conocimiento y designación. La S(E emplea# a tal n# nDmeros compuestos de cuatro o cinco ci$ras# segDn los casos# cuyo ordenamiento caracteri&a o individuali&a un determinado acero. La norma (HSH (merican Hron and Steel Hnstitute 3 utili&a un esquema general para reali&ar la especicación de los aceros mediante ; nDmeros: El signicado de dic!o ordenamiento es el siguiente:
"rimera ci$ra , caracteri&a a los aceros al carboo "rimera ci$ra > caracteri&a a los aceros al 9uel "rimera ci$ra caracteri&a a los aceros al cro*o9uel "rimera ci$ra 4 caracteri&a a los aceros al *ol$b"eo "rimera ci$ra @ caracteri&a a los aceros al cro*o "rimera ci$ra B caracteri&a a los aceros al cro*o=aa"$o "rimera ci$ra caracteri&a a los aceros al &u7s&eo "rimera ci$ra caracteri&a a los aceros al s$l$c$o*a7aeso
"ara aceros al manganeso la caracter-stica resulta: 977 En los aceros simples un solo elemento predominante3# las dos Dltimas ci$ras establecen el porcenta+e medio apro7imado de C en cent,simo del ,# cuando el tenor del mismo no alcan&a al 91.8 "or Dltimo# la ci$ra intermedia indica el porcenta+e o# en $orma convencional# el contenido preponderante de la aleación# tal el caso de los aceros al Cr-Ni# en los que la segunda ci$ra corresponde al 1 de Ni . onde puede observarse que el manganeso Mn3# a&u$re S3 y el $ós$oro "3 no son considerados como $actores capaces de dotar a la aleación de propiedades especiales# por no alcan&ar el porcenta+e m-nimo de 9#0 1# /#/6 1 y /#9 1# respectivamente# requerido para ello.
"ara ampliar la gama de aceros posibles de clasicar# la S(E los determina# en algunos casos# con cinco ci$ras# de manera que la segunda y la tercera indiquen el porciento del elemento preponderante% as9! 6or e#e*6lo: el
acero SAE ,BB resul&a al &u7s&eo co ,B "e < 8,@ al ,G / ( !B "e C 8!@ al ! /+ En la clasicación S(E se !an determinado a los metales de mayor uso en automotores% es por ello que los aceros al carbono sólo tienen designación convencional para aquellos de !asta 9 1 y los cuaternarios *r8Ni# *r8Mo# etc.3 y comple+os *r8Ni8Mo# etc.3 no responden en sus nDmeros# a los vistos# como se verica en la tabla y e+emplos siguientes. (l *arbono
*omunes aleados
o
no 9/77
*orte r'pido
9977
Manganeso
9#B0 1 Mn
977
N-quel
#0 1 Ni
277
0 1 Ni
2077
*romo8N-quel
9#20 1 Ni% /#@08/#6/ 977 1 *r #0 1 Ni% 9#00 1 *r
77
Resistentes al calor y /77 a la corrosión Molibdeno
/#20 1 Mo
*romo8Molibdeno
/#08/#50 1 *r% /#2/8 ;977 /#20 1 Mo
N-quel8Molibdeno
9#0089#6 1 Ni% /#28 ;@77 /#20 1 Mo #0 1 Ni% /#20 1 Mo
;/77
;677
N-quel8*romo8Molibdeno 9#6 1 Ni% /#08/#6 1 ;77 *r% /#20 1Mo /#00 1 Ni% /#0 1 *r% 6@77 /#2 1Mo /#00 1 Ni% /#0 1 *r% 6B77
/#20 1Mo #20 1 Ni% 9#2 1 *r% 577 /#92 1Mo /#;0 1 Ni% /#; 1 *r% 5;77 /#92 1Mo /#00 1 Ni% /#9B 1 *r% 5B77 /#2 1Mo 9 1 Ni% /#6 1 *r% /#20 5677 1Mo *romo
?a+o *r: /#2B y /#@0 1 0/77 *r ?a+o *r: /#6% /#50 ó 0977 9#/0 1 *r ?a+o *r: /#0 1 *r
0/977
Mediano *r: 9 1 *r
09977
(lto *r: 9#;0 1 *r
02977
Resistente al calor y a 09;77 la corrosión 09077 *romo8Ianadio
/#50 1 *r% /#90 1 @977 m-n I
Silicio8Manganeso
9#; y 2 1 Si% /#@0 y 5277 /#60 1 Mn
(ceros $undidos
Resistentes corrosión
a
Resistentes al calor
la @/777
B/777
(l carbono con ba+o 1 /7/ de aleación //77 (lta resistencia /977 mec'nica (HSH J4KK
(dem's de los nDmeros anteriores# las especicaciones (HSH pueden incluir un pre+o mediante letras para indicar el proceso de manu$actura. ecir que las especicaciones S(E emplean las mismas designaciones num,ricas que las (HSH# pero eliminando todos los pre+os literales. El signicado de los anteriores campos de numeración es la siguiente: KK indica el tanto por ciento 13 en contenido de carbono *3 multiplicado por 9//% 4 indica# para el caso de aceros de aleación simple# el porcenta+e apro7imado del elemento predominante de aleación% J indica el tipo de acero o aleación3. Los valores que puede adoptar J son los siguientes: J9: si se trata de aceros al *arbono corriente u ordinario3% J2: si se tarta de aceros al N-quel% J: para aceros al N-quel8*romo% J;: para aceros al Molibdeno# *r8Mo# Ni8Mo# Ni8*r8Mo% J0: para aceros al *romo% J@: si se trata de aceros al *romo8Ianadio% JB: si se trata de aceros (l Aungsteno8*romo% J6: para aceros al Ni8*r8Mo%Etc. *omo ya se indicó# la anterior designación puede incorpora tambi,n letras adicionales para indicar lo siguiente:
E . . ..: para indicar Fusión en !orno el,ctrico b'sico.
5
HC. para indicar rados de acero con templabilidad garanti&ada.
C . . ..: para indicar Fusión en !orno por arco el,ctrico b'sico. 0 + . ..: para indicar alguna desviación del an'lisis de norma. TS + . .: para indicar que se trata de una Norma tentativa. .+ .: para indicar que se
trata de rados de acero con un probable contenido mayor de /.///01 en boro.
LC: para indicar rados de acero con e7tra8ba+o contenido en carbono /./1 m'7.3.
F: rados de acero autom'tico. ( continuación# se incluyen algunos e+emplos de designación de tipos de aceros segDn la norma (HSH# que incluyen algunas notas aclaratorias: 8 (HSH 9/2/: 9: para indicar que se trata de un acero corriente u ordinario% /: no aleado% 2/: para indicar un contenido m'7. de carbono *3 del /.2/1. 8 (HSH * 9/2/: La letra * indica que el proceso de $abricación $ue SHEMENS8M(RAHN8b'sico. "uede ser ? si es ?essemer8'cido3 ó E >orno el,ctrico8b'sico3. 8 AISI ,4@: 9: acero corriente u ordinario% /: no aleado% ;0: /.;0 1 en *.
AISI >,@: : acero al N-quel8*romo% 2: contenido del 9.@1 de Ni# 9.01 de *r% 90: contenido del /.901 de carbono *3.
AISI 4,4: ;: acero aleado *r8Mo3% 9: contenido del 9.91 de *r# /.21 de Mo% ;/: contenido del /.;/1 de carbono *3. ( continuación# se ad+unta una tabla resumen de distintos tipos de aceros y su contenido apro7imado de elementos principales de aleación# segDn (HSH
No obstante# la composición de los aceros no es e7acta# sino que e7iste un rango de tolerancia aceptable en re$erencia a los valores indicados en normas o cat'logos "or otro lado# la norma (HSH especica a los aceros ino7idables utili&ando nDmeros: 8 (ceros Hno7idables martens-ticos: ;KK: ?ase *r. Medio8alto carbono. 0KK: ?ase *r# Mo. ?a+o carbono. E+emplos: (HSH ;9/# (HSH ;9@# (HSH ;9# (HSH ;;/# (HSH 0/9# (HSH 0/2# (HSH 0/# (HSH 0/;.
8 Hno7idables $err-ticos: ;KK: ?ase *r. ?a+o carbono. E+emplos: (HSH ;/# (HSH ;;2# (HSH ;;@. 8 Hno7idables austen-ticos: KK: ?ase *r# Ni. ?a+o carbono. 2KK: ?ase *r# Ni# Mn. ?a+o carbono. E+emplos: (HSH /2# (HSH /;# (HSH 9@# (HSH /# (HSH 2/2.
4+B Nor*as ( cr$&er$os "e selecc$% "e aceros+ Normas del acero. ada la gran variedad de aceros e7istentes# y de $abricantes# !a originado el surgir de una gran cantidad de normativa y reglamentación que var-a de un pa-s a otro. No obstante# e7isten otras normas reguladoras del acero# con gran aplicación internacional# como las americanas (HSH y (SAM# las normas alemanas HN# o la HSO 0/@. "rincipales variables que inuyen en las propiedades de los aceros.
"orcenta+e de *arbono.
"orcenta+e de elementos de aleación Mn# *r# Ni# Mo# etc.3.
Aratamiento t,rmico: Aemple Revenido# Recocido# Normali&ado.
Aratamiento mec'nico: e$ormación en $r-o.
E7iste una gran variedad en la $orma de identicar y clasicar a los aceros. Sin embargo# la mayor-a de los aceros utili&ados industrialmente presentan una designación normali&ada e7presada por medio de ci$ras# letras y signos. >ay dos tipos de designaciones para cada tipo de material# una simbólica y otra num,rica. La designación simbólica e7presa normalmente las caracter-sticas $-sicas# qu-micas o tecnológicas del material y# en muc!os casos# otras caracter-sticas suplementarias que permitan su identicación de una $orma m's precisa. "or otro lado# la designación num,rica e7presa una codicación al$anum,rica que tiene un sentido de orden o de clasicación de elementos en grupos para $acilitar su identicación. En este caso# la designación no tiene un sentido descriptivo de caracter-sticas del material. En general# cuando se acomete el tema de !acer una clasicación de los aceros# ,sta dar' resultados di$erentes segDn el en$oque que se siga. (s-# se puede reali&ar una clasicación segDn la composición qu-mica de los aceros# o bien# segDn su calidad. Aambi,n se pueden clasicar los aceros atendiendo al uso a que est,n destinados# o si se quiere# atendiendo al grado de soldabilidad que presenten. En todos los materiales y# en los aceros en particular# las propiedades se pueden modicar mediante la modicación de la composición qu-mica y la aplicación de tratamientos t,rmicos y=o mec'nicos.
CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE ACEROS
"RHN*H"(LES I(RH(?LES P)E HNFL)4EN EN L(S "RO"HE(ES E LOS (*EROS.
"orcenta+e de *arbono. "orcenta+e de elementos de aleación Mn# *r# Ni# Mo# etc.3. Aratamiento t,rmico: Aemple Revenido# Recocido# Normali&ado. Aratamiento mec'nico: e$ormación en $r-o.
INFLUENCIA DEL CONTENIDO EN CARBONO
( mayor contenido de * Q Mayor dure&a y resistencia mec'nica# pero# menor ductilidad y mayor $ragilidad. La soldabilidad empeora cuando aumenta el porcenta+e de carbono. La maquinabilidad es óptima para contenidos medios /#8/#013 ?a+o *: (cero demasiado dDctil. Aiende a embotar la !erramienta. (lto *: ure&a e7cesiva. esgaste acelerado de la !erramienta. INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN
(ceros de temple y revenido de ba+a aleación 9213 (ceros de !erramientas: Elementos de aleación que aumentan la templabilidad y=o $orman carburos endurecedores *r# Mo# I# C3. (ceros microaleados: Elementos de aleación que limitan el crecimiento de grano y endurecen por precipitación Ai# Nb# I3. La soldabilidad empeora cuanto mayor sea el contenido de elementos de aleación. La maquinabilidad# en general empeora cuanto mayor sea el contenido de elementos de aleación# debido a que aumenta la dure&a del acero y pueden $ormarse segundas $ases carburos# nitruros3 abrasivas. Sin embargo# algunos elementos de aleación me+oran la maquinabilidad p. e+. Mn S3.
INFLUENCIA DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
Aemple y revenido bonicado# tratado en origen3: Endurecimiento del acero. "ermite alcan&ar un compromiso entre la Resistencia mec'nica y la Aenacidad. Estado en el que se emplean los aceros aleados de temple y revenido. Recocido: Eliminación de caracter-sticas no deseadas para la posterior trans$ormación o uso nal del acero. Recocido de ablandamiento: "osible estado de suministro de los aceros de alta aleados para $acilitar su mecani&ado p. e+. aceros de !erramientas# aceros aleados de temple y revenido3. *ementación=Nitruración: Endurecimiento a nivel supercial. INFLUENCIA DEL TRATAMIENTO MECÁNICO
Endurecimiento por de$ormación en $r-o# acritud: En alambres trelado3 y c!apas laminación3 S!ot peening: Endurecimiento a nivel supercial. (umenta resistencia a $atiga.
NOR2AS DEL ACERO
NORM( (SAM La norma (SAM (merican Society $or Aesting and Materials3 no especica la composición directamente# sino que m's bien determina la aplicación o su 'mbito de empleo. "or tanto# no e7iste una relación directa y biun-voca con las normas de composición.
NOR2A SAE La norma S(E Society o$ (utomotive Engineers3 clasica los aceros en distintos grupos# a saber: (ceros al carbono (ceros de media aleación (ceros aleados (ceros ino7idables (ceros de alta resistencia% (ceros de !erramienta# etc.
CONCLUSIONES El diseo de Hngenier-a de un producto o componente constituye una actividad di$-cil# comple+a y multidisciplinaria# en$ocada a la resolución de problemas. En el presente traba+o trató de mostrar el desarrollo de una !erramienta automati&ada para la selección de los aceros m's utili&ados en la construcción de maquinarias. La !erramienta constituye una ayuda para la selección de los materiales desde la etapa conceptual del proceso de diseo# donde se identican las di$erentes categor-as de materiales a utili&ar. La !erramienta comprende las caracter-sticas y propiedades m's relevantes de los aceros de Hngenier-a disponibles en las normas americanas. (HSH# S(E# (HSH8S(E# (SAM3 Es importante conocer las normas del acero para as- poder escoger el material correcto para la con$ección de una m'quina.
