EL ACERO
ACEROS AL CARBONO
Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas. ACEROS ALEADOS | ||||||
Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en :
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ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. ACEROS INOXIDABLES | ||||||
| Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad. |
CARACTERÍSTICAS POSITIVAS DE LOS ACEROS
- Alta resistencia mecánica: Los aceros son materiales con alta resistencia mecánica al someterlos a esfuerzos de tracción y compresión y lo soportan por la contribución química que tienen los aceros. Por medio de los ensayos de laboratorio se determina la resistencia a tracción y a compresión evaluando su limite elástico y el esfuerzo de rotura.
- Elasticidad: La elasticidad de los aceros es muy alta, en un ensayo de tracción del acero al estirarse antes de llegar a su límite elástico vuelve a su condición original.
- Soldabilidad: Es un material que se puede unir por medio de soldadura y gracias a esto se pueden componer una serie de estructuras con piezas rectas.
- Ductilidad: Los aceros tienen una alta capacidad para trabajarlos, doblarlos y torcerlos.
- Forjabilidad: Significa que al calentarse y al darle martillazos se les puede dar cualquier forma deseada.
- Trabajabilidad: Se pueden cortar y perforar a pesar de que es muy resistente y aun así siguen manteniendo su eficacia.
CARACTERÍSTICAS NEGATIVAS DE LOS ACEROS
- Oxidación: Los aceros tienen una alta capacidad de oxidarse si se exponen al aire y al agua simultáneamente y se puede producir corrosión del material si se trata de agua salina.
- Transmisor de calor y electricidad: El acero es un alto transmisor de corriente y a su vez se debilita mucho a altas temperaturas, por lo que es preferible utilizar aceros al níquel o al aluminio o tratar de protegerlos haciendo ventilados y evitar hacer fábricas de combustible o plásticos con este tipo de material. Estas dos desventajas son manejables teniendo en cuenta la utilización de los materiales y el mantenimiento que se les de a los mismos.
EL DIAGRAMA (Fe-C)
La adición de elementos de aleación al hierro influye en las temperaturas a que se producen las transformaciones alotrópicas. Entre estos elementos, el más importante es el carbono.
El diagrama hierro-carbono, aun cuando teóricamente representa unas condiciones metastables, se puede considerar que en condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentas representa cambios de equilibrio.
En el diagrama aparecen tres líneas horizontales, las cuales indican reacciones isotérmicas. La parte del diagrama situada en el ángulo superior izquierdo de la figura se denomina región delta. En ella se reconocerá la horizontal correspondiente a la temperatura de 1493ºC como la típica línea de una reacción peritéctica. La ecuación de esta reacción puede escribirse en la forma.
La máxima solubilidad del carbono en el hierro delta (de red cúbica centrado en el cuerpo) es 0,10 % de C, mientras que el Fe gamma (de red cúbica centrado en las caras) disuelve al carbono en una proporción mucho mayor. En cuanto al valor industrial de esta región es muy pequeño ya que no se efectúa ningún tratamiento térmico en este intervalo de temperaturas.
La siguiente línea horizontal corresponde a una temperatura de 1129ºC, esta temperatura es la de solidificación del eutéctico. y la reacción que en ella se desarrolla es:
La mezcla eutéctica, por lo general, no se ve al microscopio, ya que a la temperatura ambiente la fase gamma no es estable y experimenta otra transformación durante el enfriamiento.
La última línea horizontal, se presenta a los 722ºC, esta línea corresponde a la temperatura de formación del eutectoide, y al alcanzarse en un enfriamiento lento la fase gamma debe desaparecer. La ecuación de la reacción eutectoide que se desarrolla puede expresarse por:
En función del contenido de carbono suele dividirse el diagrama de hierro-carbono en dos partes: una que comprende las aleaciones con menos del 2 % de carbono y que se llaman aceros, y otra integrada por las aleaciones con más de un 2 % de carbono, las cuales se llaman fundiciones. A su vez, la región de los aceros se subdivide en otras dos: una formada por los aceros cuyo contenido en carbono es inferior al correspondiente a la composición eutectoide (0,77 %C) los cuales se llaman aceros hipoeutectoides, y la otra compuesta por los aceros cuyo contenido se encuentra entre 0,77 y 2 %, y que se conocen por aceros hipereutectoides.
PROCESOS DE PRODUCCIÓN DEL ACERO
El acero se obtiene a partir del producto de alto horno, el arrabio líquido, en los convertidores o en otros hornos que trabajan con carga líquida dentro de la misma instalación industrial. El arrabio, lingote de horno alto o lingote de hierro, pues de estas maneras suele denominarse, es frágil y poco resistente. Su composición, que es distinta según la procedencia del mineral de hierro, está constituida por un elevado tanto por ciento de carbono ( 4-5%) y otras impurezas como azufre, fósforo, silicio, manganeso, etc. Se transforma en acero mediante un proceso de descarburación y regulación de las otras impurezas. Existen, además, otros procedimientos que permiten obtener directamente acero partiendo del mineral sin pasar por el arrabio. Aunque su desarrollo ha sido y es muy limitado, se pueden citar como métodos más importantes: Hoganäs, Norsk-Staal, Krupp-Renn, afino sólido, etc. El procedimiento de la forja catalana respondía a este último tipo de obtención: el hierro se reducía con carbón vegetal formando fundición, la cual, en la parte más caliente del horno, se transformaba en acero.
Productos que se obtienen del acero
Los aceros pueden clasificarse según diferentes criterios.
(SEGÚN EL MODO DE FABRICACIÓN)
- Acero al crisol (aceros fríos, aceros de herramientas).
- Acero fundido (herramientas con alto contenido en carbono)
- Acero calmado
- Acero efervescente
- Acero fritado
Según el modo de trabajarlos
- Acero moldeado
- Acero laminado
Según la composición y la estructura
- Aceros ordinarios
- Aceros aleados o aceros especiales.
Según los usos a que se destinan
- Aceros para imanes o magnético
- Acero autotemplado
- Acero de construcción
- Acero de corte rápido a acero rápido
- Acero de decoletado
- Acero indeformable
- Acero inoxidable
- Acero de herramientas
- Acero para muelles
- Acero refractario
- Acero de rodamientos.
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