ACEROS ALEXANDER GALEANO LUIS FERNANDO ORTIZ
OBTENCION DEL ACERO
El acero líquido se elabora a partir del mineral (procedimiento de fundición) o de chatarras (procedimiento eléctrico).
A continuación, el acero líquido se solidifica por moldeo en una máquina de colada continua.
A la salida, se obtienen los SEMIPRODUCTOS : barras de sección rectangular (desbastes) o cuadrada (tochos o palanquillas), que son las piezas en bruto de las formas finales.
Por último, las piezas en bruto se transforman en PRODUCTOS TERMINADOS mediante el laminado, y algunos de ellos se someten a tratamiento térmico. Más de la mitad de las planchas laminadas en caliente son relaminadas en frío y eventualmente reciben un revestimiento de protección anticorrosión
BREVE DESCRIPCION DEL ACERO Son aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de Carbono esta comprendido entre 0,05% y 1,9%. El acero funde entre los 1400° C y los 1500° C. Se puede moldear que el hierro, además cuenta con la presencia de otros elementos como el Manganeso, Azufre, Silicio y Fósforo, que son permisibles en porcentajes determinados. Los productos ferrosos con mas del 1,9% de Carbono, con algunas excepciones como en algunos aceros aleados, se conocen como fundiciones. La proporción de Carbono influye sobre las características del metal, distinguiéndose dos grandes familias de aceros, AL CARBONO Y ALEADOS. Se dice que hay una aleación, en un acero, cuando los elementos químicos distintos al Carbono, se adicionan al Hierro, según una dosificación mínima variable para cada uno.
Por el % de Carbono se pueden diferenciar : Aceros Hipoeutectoides: Menos del 0.8% Aceros Hipereutectoides: Mas del 0.8% De bajo carbono: Menos del 0.2% De medio carbono: Entre 0.2% y 0.5% De alto carbono: Entre 0.5% y 1.9% HIPOEUCTECTOIDES HIPEREUCTECTOIDES
ACEROS
PROPIEDADES DEL ACERO PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO.
Resistencia al desgaste : Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de fricción con otro material.
Maleabilidad : Propiedad para permitir modificar su forma a temperatura ambiente en laminas, mediante la acción de martillado y estirado.
Ductilidad : Es la capacidad de poderse alargar en longitudinalmente.
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) ó unidades ROCKWEL C (HRC),mediante test del mismo nombre.
ESPECIFICACION DE UN ACERO NORMA SAE CLASE DE ACERO CON SU ALEACION PRINCIPAL (Ni)
PORCENTAJE APROXIMADO DEL ELEMENTO DE ALEACION 5% DE Ni
SAE 2 5 4 0 ASOCIACION CLASIFICADORA
CONTENIDO DE CARBONO EN CENTESIMAS DEL 1% 40% DE CARBONO
CLASIFICACION DEL ACERO SEGÚN SU COMPOSICION De acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos efectos en su composición, un acero se puede clasificar en los siguientes grupos:
1.
2.
ACEROS AL CARBONO ACEROS ALEADOS ACEROS DE BAJA ALEACION ACEROS DE ALTA ALEACION
ACEROS AL CARBONO Son los más utilizados, pues aproximadamente el 90% de todos los aceros son al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y otros elementos residuales en proporciones normales, tales como, menos del 0,10% de Fósforo, el 0,10% de Azufre, el 0,90% de Manganeso y el 0,30% de Silicio, que en este caso, los dos últimos, actúan como desoxidadores.
CARACTERISTICAS Y APLICACIONES
ACEROS AL CARBONO PARA CEMENTACION Utilizados para la fabricación de bulones, ejes, cadenas, bujes, remaches, tuercas, tornillos racores, eslabones para cadenas, pasadores, y en general en elementos de ingeniería que requieran gran tenacidad conjuntamente con una baja resistencia mecánica. Aceros S.A.E. / A.I.S.I. 1010 - 1022
ACEROS
AL
CARBONO
PARA
TEMPLE
Y
REVENIDO
Utilizado para la fabricación de palancas para frenos, cigüeñales, herramientas agrícolas, productos estampados y forjados de la industria automotriz, y en general en piezas de ingeniería que requieran dureza y tenacidad. Aceros S.A.E. / A.I.S.I. 1030 - 1095.
ACEROS AL CARBONO PARA CEMENTACION Acero1010: 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..). Se usa con temple directo en agua. En estado normalizado o como laminado sirve para piezas embutidas o estampadas en frío.
Acero1015: Para construcciones mecánicas de baja resistencia. Tiene los mismos usos del 1010 pero se prefiere cuando se necesita un corazón más duro y tenaz.
Acero1022: Para partes de vehículos y maquinaria que no sean sometidas a grandes esfuerzos mecánicos. Posee mejor resistencia en el núcleo que el 1015.
ACEROS AL CARBONO PARA TEMPLE Y REVENIDO Acero1020: Esta clase de acero puede ser empleado en piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos. Considerando la escasa penetración de temple que tiene, generalmente se usa en estado normalizado. Puede emplearse en estado templado y revenido para piezas de pequeño espesor. Puede ser cementado cuando se requieren en el núcleo propiedades mecánicas 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.
Acero1030: Acero para temple y revenido para los más amplios usos, tales como ejes, árboles y todas aquellas piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos. Como no tiene gran penetración de temple, este tipo de acero es aconsejable solamente para piezas templadas y revenidas de tamaño pequeño.
Acero1040: 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.
Acero1045: Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse a inducción, obteniéndose una dureza superficial de 54-56 Rc. Se emplea para herramientas forjadas de todo tipo, como: hachas, azadones, rastrillos, picas, martillos de varios usos, porras, etc..
Acero1050: 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. Para piezas de pequeño espesor es preferible el temple en aceite; para las piezas de mayor espesor y forma sencilla, en agua.
Acero1060: Como acero de construcción tiene los mismos usos que el 1055, pero para piezas que deban tener una resistencia mecánica más elevada. Como acero de corte sirve para herramientas de trabajas plásticos, madera y materiales no ferrosos (latan, bronce, etc.). 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. Puede ser también usado para resortes.
Acero1070: Como acero de construcción para todo tipo de piezas que requieran alta resistencia y que sean sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos, por ejemplo: partes móviles de molinos y trituradoras y cuchillas para moler materiales blandos. Como acero para resortes sirve para fabricar este tipo de piezas con excelente calidad y con especialidad aquellas de tipo helicoidal. Como acero para herramientas para todas las piezas que requieran dureza, tenacidad y resistencia al desgaste.
Acero1095: Este es el acero al carbono de mayor resistencia, usado para la fabricación de resortes de todos los tipos y para todos los usos.
TIPO DE ACERO
SIMBOLO NUMERICO
PROPIEDADES PRINCIPALES
USOS COMUNES
ACEROS AL CARBONO
Acero de bajo carbono
1005 a 1020
Tenacidad y baja resistencia
(0,5% a 0,20% de carbono)
Acero de mediano carbono
de acero templado.
1020 a 1050
Tenacidad y resistencia
(0,20% a 0,50% de carbono)
Acero de alto carbono
Cadenas,remaches,arboles,productos
Engranajes,ejes,partes de maquinas, piezas forjadas,pernos,tuercas.
1050 y mas
Poca tenacidad y gran dureza
(Mas de 0,50% de carbono)
Sierras,cuchillas,navajas,herramientas de acabado, cuerdas musicales
Sulfurizado (Mecanizable)
11XX
Mejor maquinabilidad
Fosforizado
12XX
Aumenta la resistencia y la dureza pero Reduce la ductibilidad
13XX – 15XX
Mejora el acabado superficial
Roscas, árboles ranurados, piezas para maquinar eficazmente
Aceros al Manganeso
ACEROS ALEADOS Estos aceros contienen, además del carbono, otros elementos en cantidades suficientes como para alterar sus propiedades (dureza, puntos críticos, tamaño del grano, templabilidad, resistencia a la corrosión) lo que hace referencia a su nombre. Con respecto a su composición, pueden ser de BAJA o ALTA ALEACION y los elementos que contienen pueden ser tanto deseables como indeseables (en forma de impurezas).
EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACION
BORO : Aumenta la templabilidad (la profundidad a la cual un acero puede ser endurecido). CROMO : Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistencia al desgaste y corrosión. COBRE : Mejora significativamente la resistencia a la corrosión atmosférica. MANGANESO : Elemento básico en todos los aceros comerciales. Actúa como un desoxidante y también neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminación, moldeo y otras operaciones de trabajo en caliente. Aumenta también la penetración de temple y contribuye a su resistencia y dureza.
MOLIBDENO : Mediante el aumento de la penetración de temple, mejora las propiedades del tratamiento térmico. Aumenta también la dureza y resistencia a altas temperaturas. NIQUEL : Mejora las propiedades del tratamiento térmico reduciendo la temperatura de endurecimiento y distorsión al ser templado. Al emplearse conjuntamente con el Cromo, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste. Mejora las propiedades del tratamiento térmico reduciendo la temperatura de endurecimiento y distorsión al ser templado. Al emplearse conjuntamente con el Cromo, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste. ALUMINIO : Empleado en pequeñas cantidades, actúa como un desoxidante para el acero fundido y produce un Acero de Grano Fino.
SILICIO : Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación. AZUFRE : Normalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin embargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandes cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad (habilidad para ser trabajado mediante cortes) de los aceros de aleación y al carbono. TITANIO : Se emplea como un desoxidante y para inhibir el crecimiento granular. Aumenta también la resistencia a altas temperaturas. TUNGSTENO : Se emplea en muchos aceros de aleación para herramientas, impartiéndoles una gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas. VANADIO : Imparte dureza y ayuda en la formación de granos de tamaño fino. Aumenta la resistencia a los impactos (resistencia a las fracturas por impacto) y también la resistencia a la fatiga.
PROPOSITOS DE LA ALEACION
AUMENTAR LA TEMPLABILIDAD. MEJORAR LA RESISTENCIA A TEMPERATURAS COMUNES. MEJORAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS TANTO A ALTAS COMO A BAJAS TEMPERATURAS. MEJORAR LA TENACIDAD A CUALQUIER DUREZA O RESISTENCIA MÍNIMA. AUMENTAR LA RESISTENCIA AL DESGASTE. AUMENTAR LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN. MEJORAR LAS PROPIEDADES MAGNÉTICAS
ACEROS DE BAJA ALEACION Son aquellos aceros que tienen una proporción mas alta de lo normal los compuestos principales de los aceros al carbono o simplemente se encuentran nuevos elementos aleantes (menos del 5%). Esto aceros se caracterizan por su resistencia, debido a elementos aleantes tales como Vanadio, Cromo, Silicio, Cobre, Níquel, y otros, pero con la característica de que estos, no modificaran su micro estructura, así como la naturaleza de los tratamientos térmicos, a los que estarán sometidos.
CARACTERISTICAS Y APLICACIONES
ACEROS
ALEADOS
PARA
CEMENTACION
Son usados en la fabricación de engranajes, ejes de leva, cigüeñales, tornillos sinfín, cuerpos de válvulas. Aceros S.A.E. / A.I.S.I. 8620, 8615
ACEROS
ALEADOS
PARA
TEMPLE
Y
REVENIDO
Usados en la fabricación de ejes reductores, engranajes, transmisión, espárragos, bielas, cinceles, tijeras, rotores de turbinas, y en general piezas que requieran alta resistencia mecánica. Aceros S.A.E. / A.I.S.I. 4140, 4340, 5160
TIPO DE ACERO ACEROS AL NIQUEL
SIMBOLO NUMERICO PROPIEDADES PRINCIPALES 2XXX
3,50% de Niquel
23XX
5,0% de Niquel
25XX
ACEROS AL NIQUEL-CROMO
3XXX
0,70% de Niquel - 0,70% de Cromo
30XX
1,25% de Niquel - 0,60% de Cromo
31XX
1,75% de Niquel - 1,00% de Cromo
32XX
3,50% de Niquel - 1,50% de Cromo
33XX
ACEROS AL MOLIBDENO
USOS COMUNES
Tenacidad y resistencia
Tenacidad y resistencia
Cigueñales, bielas, ejes
Engranajes, cadenas, esparragos tornillos, arboles
4XXX
Aceros al Cromo - Molibdeno
41XX
Aceros al Niquel-Cromo-Molibdeno
43XX Alta resistencia
1,65% de Niquel - 0,25% de Molibdeno
46XX
3,25% de Niquel - 0,25% de Molibdeno
48XX
ACEROS AL CROMO
5XXX
Ejes, piezas forjadas, engranajes, levas, partes de mecanismos
De bajo Cromo
50XX
De mediano Cromo
51XX
Al Cromo de alto Carbono
52XX
Dureza, alta resistencia y tenacidad
ACEROS AL CROMO-VANADIO
61XX
Dureza y resistencia
ACEROS AL CROMO-TUNGSTENO
72XX
Dureza y resistencia al calor
Troqueles, cojinetes
ACEROS AL CROMO-NIQUELMOLIBDENO
86XX
Resistencia al oxido, dureza y resistencia
Recipientes para alimentos, equipos quirurgicos
Engranajes, arboles, cojinetes, bielas
Punzones, troqueles, vastagos
ACEROS DE ALTA ALEACION Son aquellos aceros en que la cantidad total de elementos aleantes, tales como Ni, Mn, Cr, V, W, Mo, Co, Si, Cu, Ti, B, entre otros, se encuentran dentro de cierto rango (mas del 5%). Se caracterizan por tener una micro estructura alterada por los compuestos aleantes, lo que exige técnicas especiales para ser tratados térmicamente. Estos aceros se pueden clasificar en:
ACEROS DE HERRAMIENTAS ACEROS INOXIDABLES SUPERALEACIONES
ACEROS DE HERRAMIENTAS Son aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar, mecanizar y modelar metales y no-metales. Se caracterizan por tener una alta proporción de aleantes como Manganeso, Cromo, Níquel, Molibdeno, Tungsteno, Vanadio, Cobalto, entre otros. Además obtienen su dureza a partir de tratamientos térmicos sencillos y la conservan a mayores temperaturas de operación
CLASIFICACION Hay diversos procedimientos que pueden servir para agrupar los aceros de herramientas. Uno de ellos los clasifica en función del medio de temple utilizado, así se tiene aceros de temple en agua, aceros de temple en aceite y aceros de temple al aire. El contenido en elementos de aleación también puede servir para agrupar los aceros, y en función de él se dividen en aceros de herramientas al carbono, aceros de baja aleación y aceros de aleación media. Finalmente, en función de la aplicación que van a tener, se clasifican en aceros rápidos y aceros para trabajos en frío. Los aceros de herramientas más comúnmente utilizados han sido clasificados en seis grupos principales, y dentro de ellos en subgrupos, todos los cuales se identifican por una letra.
Aceros de temple al agua (W) Aceros resistentes al impacto (S) Aceros para trabajos en frío - Templables en aceite (O) - De media aleación temple aire (A) - Altos en cromo y en carbono (D) Aceros para trabajos en caliente (H) Aceros rápidos - Base Tungsteno (T) - Base Molibdeno (M) Aceros para usos especiales - De baja aleación (L) - Carbono-Tungsteno (F) Aceros para moldes (P)
CARACTERISTICAS Y APLICACIONES
GRUPO W : Este grupo está formado fundamentalmente por aceros ordinarios al Carbono, aunque algunos de los aceros de mayor contenido llevan pequeñas cantidades de Cromo y Vanadio con el fin de aumentar la templabilidad y mejorar la resistencia al desgaste. El contenido en Carbono de este tipo de aceros varía de 0,6 a 1,4%, pudiendo subdividirse de una manera general en función del porcentaje de Carbono, en los subgrupos siguientes. 0,6 a 0,75% de Carbono estos aceros se utilizan en los casos en que principalmente interesa la tenacidad, como en los martillos, martillos neumáticos, y troqueles. Con 0,75 a 0,95% de Carbono : Estos aceros se utilizan cuando además de tenacidad se necesita dureza como en los punzones, cinceles, matrices y cuchillas de cizalla. Con 0,95 a 1,4% de Carbono : Estos aceros se emplean en los casos en que se exige a las herramientas gran resistencia al desgaste y conservación de las condiciones de corté. Se utilizan en la fabricación de herramientas para madera, brocas, escariadores, terrajas y herramientas de torno.
GRUPO S : Estos aceros son generalmente bajos en Carbono, con porcentajes comprendidos entre 0,45 y 0,65%, siendo los principales elementos de aleación utilizados el silicio, el Cromo, el Tungsteno y algunas veces el Molibdeno o el Níquel. EL Silicio y el Níquel aumentan la resistencia de la ferrita, mientras que el cromo aumenta la templabilidad y contribuye al aumento de templabilidad, mientras que el tungsteno confiere dureza en caliente. La mayor parte de ellos son de temple en aceite, aunque algunos tienen que templarse en agua para lograr un temple total. Los contenidos en Silicio elevados tienden a acelerar la descarburación. Los aceros pertenecientes a este grupo se emplean en la fabricación de matrices de estampar, punzones, cinceles, herramientas neumáticos y cuchillas de cizallas.
GRUPO O : Contienen Manganeso y cantidades menores de Cromo y Tungsteno. Estos aceros destacan por su gran indeformabilidad y porque en el tratamiento térmico en menos probable que se doblen, retuerzan, deformen o agrieten que los de temple en agua. Entre sus características principales podemos señalar su buena resistencia al desgaste, maquinabilidad y resistencia a la descarburación; la tenacidad es solo regular y su dureza en caliente tan baja como la de los aceros de herramientas al carbono. Estos aceros se utilizan en la fabricación de terrajas, rodillos de laminar roscas, herramientas de forma y escariadores expansivos.
GRUPO A : Contienen un 1% de Carbono, 3% como máximo de Manganeso, 5% como máximo de Cromo y un 1% de Molibdeno. El aumento del contenido en elementos aleados, particularmente de Manganeso y Molibdeno, confiere a estos aceros unas propiedades características del temple al aire muy acusadas, y aumentan la templabilidad. Los aceros de este grupo se destacan por se excelente indeformabilidad, presentando una resistencia al desgaste buena, tenacidad, y una maquinabilidad que va de regular a mala. Se emplean para matrices de corte, matrices de estampar, matrices de rebarbar y rodillos de laminar roscas.
GRUPO D : Contienen hasta un 2,35% de Carbono y un 12% de cromo, pudiendo también contener molibdeno, tungsteno, vanadio y cobalto. La combinación del Carbono y Cromo en cantidades elevadas proporciona una excelente resistencia al desgaste e indeformabilidad. Se caracterizan también por su buena resistencia a la abrasión y mínima variación de dimensiones en el temple, lo que los hace muy buenos para fabricar punzones, troqueles para el estirado de alambre, barras y tubos, rodillos de laminar roscas y patrones de medida.
GRUPO H : Los aceros para trabajos en caliente pueden subdividirse en los tres grupos siguientes:
1. 2. 3.
Aceros al cromo (H11 a H16) Aceros al tungsteno (H20 a H26) Aceros al molibdeno (H41 a H43) Estos aceros se caracterizan por su buena tenacidad debida a su bajo contenido en carbono, por su dureza en caliente que va de buena en unos a excelente en otros, y por una resistencia y maquinabilidad regulares. Su resistencia a la descarburación es solamente entre regular y mala, se templan al aire. Se emplean en la fabricación de matrices, partes móviles de los moldes utilizados en la metalurgia de polvos, moldes para materiales plásticos.
GRUPO T (W) Y GRUPO M (Mo) : Entre los aceros de herramientas, estos dos tipos son los más aleados, y los aceros que lo forman contienen normalmente grandes cantidades de Tungsteno o Molibdeno junto con Cromo, Vanadio y a veces Cobalto. El contenido de carbono varía entre 0,7 y 1%, aunque en algunos pueden llegar a valer hasta un 1,5%. La principal aplicación de estos aceros es la fabricación de herramientas de corte, aunque también se utilizan en la construcción de matrices de extrusión, herramientas para bruñir y punzones de corte. Presentan una dureza en caliente excelente y una resistencia al choque bastante buena. Entre sus cualidades tenemos buena indeformabilidad, buena resistencia al desgaste, maquinabilidad regular, y una resistencia a la descarburación entre regular y baja, pudiendo templarse en aceite, al aire o en sales fundidas.
GRUPO F : Estos aceros al Tungsteno, presentan una resistencia al desgaste muy buena, utilizándose para la construcción de herramientas de bruñir, hileras de trefilar matrices de estampar y matareis para extrusión en frío.
GRUPO L : Estos aceros de baja aleación, especialmente los que contienen Níquel, destacan por su tenacidad. Se utilizan par la fabricación de herramientas y piezas sometidas a golpes fuertes, como ocurre con las cuchillas de las cizallas, rodillos de laminar roscas, algunas piezas de los embragues y trinquetes y uñas de retención de los divisores.
GRUPO P : Estos aceros para moldes se utilizan para la fabricación de troqueles para la industria de plásticos, los cuales se conforman por punzonado o por un proceso mixto de punzonado y mecanizado.
