ACERO

ACERO

 Usualmente se define al acero como una aleación de hierro y carbono con contenido de carbono entre unas pocas centésimas y 2 % (en peso). En los aceros de baja aleación pueden encontrarse otros elementos hasta una cantidad total acumulada de 5%; cuando se encuentran en cantidades superiores se los denomina aceros fuertemente aleados, tal como los de herramientas y los inoxidables.

Los aceros pueden presentar una gran variedad de propiedades según su composición química y las fases y constituyentes presentes, lo que eventualmente, depende del tratamiento térmico. En la Tabla 1 se las describe brevemente, y en fascículos siguientes se desarrollan con más amplitud.

Fase (o microconstituyente)	Estructura cristalina de las fases		Características
Ferrita (Fe )	bcc		Fase de equilibrio de baja temperatura, relativamente blanda
ferrita- (Fe )	bcc		Fase de equilibrio estable a alta temperatura, isomorfa con hierro 
Austenita (Fe )	fcc		Fase de equilibrio estable a temperatura media, relativamente blanda
Cementita (Fe3C)	ortorrómbica compleja		Fase metaestable, de alta dureza
Grafito	Hexagonal		Fase de equilibrio, estable
Perlita		Microconstituyente metaestable; mezcla laminar de ferrita y cementita
Martensita	bct (solución sobresaturada de carbono en ferrita)		Fase metaestable de alta dureza, morfología de placas o agujas, según el % de carbono
Bainita		Microconstituyente metaestable duro; mezcla no laminar de ferrita y cementita en escala extremadamente fina; la bainita superior se forma a temperaturas más altas y tiene aspecto plumáseo; la inferior se forma a temperaturas más bajas y su apariencia es acicular. La dureza aumenta cuando desciende la temperatura de formación.

Tabla 1: Fases y microconstituyentes de importancia metalúrgica

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.

ANEXO I

Clasificación según UNE-EN 10020:2001

1.      Por composición química

Según la norma UNE EN 10020:2001, y atendiendo a la composición química, los aceros se clasifican en:

a.      Aceros no aleados, o aceros al carbono: son aquellos en el que, a parte del carbono, el contenido de cualquiera de otros elementos aleantes es inferior a la cantidad mostrada en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. Como elementos aleantes que se añaden están el manganeso (Mn), el cromo (Cr), el níquel (Ni), el vanadio (V) o el titanio (Ti). Por otro lado, en función del contenido de carbono presente en el acero, se tienen los siguientes grupos:

−        Aceros de bajo carbono (%C < 0.25)

−        Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55)

−        Aceros de alto carbono (2 > %C > 0.55)

b.      Aceros aleados: aquellos en los que, además del carbono, al menos uno de sus otros elementos presentes en la aleación es igual o superior al valor límite dado en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. A su vez este grupo se puede dividir en:

−        Aceros de baja aleación (elementos aleantes < 5%)

−        Aceros de alta aleación (elementos aleantes > 5%)

c.       Aceros inoxidables: son aquellos aceros que contienen un mínimo del 10.5% en Cromo y un máximo del 1.2% de Carbono.

2.      Según la calidad

A su vez, los anteriores tipos de aceros la norma UNE EN 10020:2001 los clasifica según la calidad del acero de la manera siguiente:

a.      Aceros no aleados

Los aceros no aleados según su calidad se dividen en:

−        Aceros no aleados de calidad: son aquellos que presentan características específicas en cuanto a su tenacidad, tamaño de grano, formabilidad, etc.

−        Aceros no aleados especiales: son aquellos que presentan una mayor pureza que los aceros de calidad, en especial en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. Estos aceros son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizándose por un buen comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricación se lleva a cabo bajo un control exhaustivo de su composición y condiciones de manufactura. Este proceso dota a estos tipos de acero de valores en su límite elástico o de templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la conformabilidad en frío, soldabilidad o tenacidad.

b.      Aceros aleados

Los aceros aleados según su calidad se dividen en:

−        Aceros aleados de calidad: son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la formabilidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Entre estos tipos de aceros se encuentran los siguientes:

        i.            Aceros destinados a la construcción metálica, aparatos a presión o tubos, de grano fino y soldables;

      ii.            Aceros aleados para carriles, tablestacas y cuadros de entibación de minas;

    iii.            Aceros aleados para productos planos, laminados en caliente o frío, destinados a operaciones severas de conformación en frío;

    iv.            Aceros cuyo único elemento de aleación sea el cobre;

      v.            Aceros aleados para aplicaciones eléctricas, cuyos principales elementos de aleación son el Si, Al, y que cumplen los requisitos de inducción magnética, polarización o permeabilidad necesarios.

−        Aceros aleados especiales: son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas. Entre estos tipos de acero se encuentran los siguientes:

        i.            Aceros aleados destinados a la construcción mecánica y aparatos de presión;

      ii.            Aceros para rodamientos;

    iii.            Aceros para herramientas;

    iv.            Aceros rápidos;

      v.            Otros aceros con características físicas especiales, como aceros con coeficiente de dilatación controlado, con resistencias eléctricas, etc.

c.       Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables según su calidad se dividen en:

−        Según su contenido en Níquel:

        i.            Aceros inoxidables con contenido en Ni < 2.5%;

      ii.            Aceros inoxidables con contenido en Ni ≥ 2.5%;

−        Según sus características físicas:

        i.            Aceros inoxidables resistentes a la corrosión;

      ii.            Aceros inoxidables con buena resistencia a la oxidación en caliente;

    iii.            Aceros inoxidables con buenas prestaciones frente a la fluencia.

3.      Por su aplicación

Según el uso a que se quiera destinar, los aceros se pueden clasificar en los siguientes:

a.      Aceros de construcción: este tipo de acero suele presentar buenas condiciones de soldabilidad;

b.      Aceros de uso general: generalmente comercializado en estado bruto de laminación;

c.       Aceros cementados: son aceros a los cuales se les ha sometido a un tratamiento termoquímico que le proporciona dureza a la pieza, aunque son aceros también frágiles (posibilidad de rotura por impacto). El proceso de cementación es un tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de la pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico;

d.      Aceros para temple y revenido: Mediante el tratamiento térmico del temple se persigue endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica y se somete a un enfriamiento más o menos rápido (según características de la pieza) con agua, aceite, etc. Por otro lado, el revenido se suele usar con las piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de templado. El revenido disminuye la dureza y resistencia de los materiales, elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima (unos 50° C menor que el templado) y velocidad de enfriamiento (se suele enfriar al aire). La estructura final conseguida es martensita revenida;

e.      Aceros inoxidables o para usos especiales: loa aceros inoxidables son aquellos que presentan una aleación de hierro con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa exterior pasivadora, evitando así la corrosión del hierro en capas interiores. Sin embargo, esta capa exterior protectora que se forma puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes, como puedan ser el níquel y el molibdeno;

f.        Aceros para herramientas de corte y mecanizado: son aceros que presentan una alta dureza y resistencia al desgaste;

g.      Aceros rápidos: son un tipo de acero especial para su uso como herramienta de corte para ser utilizados con elevadas velocidades de corte. Generalmente van a presentarse con aleaciones con elementos como el W, Mo y Mo-Co.

  Proceso del Acero AHMSA Español
 

VIDEO TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO