Acero

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Bobina de cable de acero trenzado.

Los aceros son aleaciones de hierro-carbono forjables, con porcentajes de carbono variables entre 0,008 y 2,14%. Se distinguen de las fundiciones, también aleaciones de hierro y carbono, en que éstas tienen una proporción de carbono que puede variar entre 0,5% y 2,0%, aunque la mayoría de las fundiciones comerciales no superan el 1,8% de carbono. A partir del 2 % de carbono la aleación se denomina arrabio o fundición. La densidad promedio del acero es 7850 kg/m³.

La diferencia fundamental entre ambos materiales es que los aceros son, por su ductilidad, fácilmente deformables en caliente utilizando forjado, laminación o extrusión, mientras que las fundiciones son frágiles y se fabrican generalmente por fundición.

Además de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros elementos químicos. Algunos son perjudiciales (impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricación; es el caso del azufre y el fósforo. Otros se añaden intencionalmente para la mejora de alguna de las características del acero (aleantes). Los aleantes pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza, etcétera, o para facilitar algún proceso de fabricación como puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el níquel, el cromo, el molibdeno y otros. No obstante, en aceros denominados de corte libre el azufre y el plomo son muy usados.

Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles, siendo éstos de diferentes características según su forma y dimensiones y debiéndose usar específicamente para una función concreta, ya sean vigas o pilares.

[editar] Composición del acero

La estructura del acero se compone de una mezcla de fases, con diversas propiedades mecánicas. Las proporciones de estas fases y sus composiciones serán determinantes del comportamiento de este material.

[editar] Fases de equilibrio

Diagrama de fase hierro-carbono (Fe-C), permite visualizar les condiciones de existencia de las fases que conforman el acero.

Estas fases se obtienen a temperatura ambiente mediante el enfriamiento lento de un acero. Las principales son:

La ferrita (α) es blanda y dúctil. Su estructura es cúbica centrada en el cuerpo, es estable hasta los 721 ºC
La austenita (γ) es la más dúctil de las fases del diagrama Fe-Fe3C.
La cementita (Fe3C) es un compuesto intermetálico de fórmula Fe3C, con un contenido de carbono de 6,67%, es dura y frágil.
La perlita es el microconstituyente eutectoide que se forma a los 727 ºC a partir de austenita con 0.77 % de carbono. Es una mezcla bifásica de ferrita y cementita de morfología laminar. Sus propiedades mecánicas serán intermedias entre la ferrita blanda y la cementita dura que la compone.

[editar] Fases fuera de equilibrio

Estas condiciones se alcanzan mediante el uso de tratamientos térmicos como el temple (enfriamiento rápido) y el revenido (recalentamiento sostenido) para lograr la formación de martensita, bainita y otros microconstituyentes que tienen como propiedades ser duros y frágiles.

[editar] Impurezas del acero

Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros. Se encuentran en los aceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades mínimas.

[editar] Azufre

Límite máximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro, el que, conjuntamente con la austenita, da lugar a un eutéctico cuyo punto de fusión es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutéctico se encuentra en estado líquido, lo que provoca el desgranamiento del material.

Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusión y buenas propiedades plásticas. El contenido de Mn debe ser tal que se asegure que todo el azufre se encuentre en forma de MnS.

El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundición menos porosa de mayor calidad.

[editar] Fósforo

Límite máximo aproximado: 0,04%. El fósforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como también por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eutéctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frágil y posee punto de fusión relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitiéndole al material su fragilidad.

[editar] Aluminio

Se suelen añadir pequeñas proporciones de aluminio de cara a mantener constantes las propiedades mecánicas (sobre todo el alargamiento) en largos períodos de almacenaje (calmado al aluminio).

[editar] Clasificación según la norma Une 36001

La norma UNE 36001 clasifica las aleaciones férricas según las denominadas series F; a los aceros les corresponden las series F100 a F700, a las fundiciones la F800 y a otras aleaciones férricas la F900. Según dicha norma, los aceros se clasifican en:

Aceros para construcción (F100): engloba la mayoría de aceros de uso genérico
- Aceros al carbono (F110): ésta es la más genérica de todas
- Aceros aleados de temple y revenido (F120): soportan grandes esfuerzos
- Aceros para rodamientos (F130): su alto contenido en cromo los hace resistentes al rozamiento
- Aceros para muelles (F140): presentan una elevada elasticidad
- Aceros de cementación (F150): se emplean en la construcción de engranajes por su resistencia y tenacidad
- Aceros de nitruración y cianuración (F170): son duros por fuera y tenaces por dentro
Aceros especiales (F200): presentan ciertas propiedades concretas.
- Aceros de fácil mecanizado (F210)
- Aceros de fácil soldadura (F220)
- Aceros con propiedades magnéticas (F230)
- Aceros de alta y baja dilatación (F240)
- Aceros de resistencia a la fluencia (F250)
Aceros inoxidables y anticorrosión (F300)
- Aceros inoxidables (F310)
Aceros de emergencia (F400): presentan alta resistencia a ciertos factores
- Aceros de alta resistencia (F410): soportan más de 700 MPa (7000 kp por cm²)
- Aceros para cementar (F430)