Aceros bajos en carbono

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2 Aceros bajos en carbono
La mayor parte de todo el acero fabricado es bajo en carbono. Este tipo de acero contiene menos del 0,25%wt C, no responde al tratamiento térmico para formar martensita y es endurecible por acritud. La microestructura consiste en ferrita y perlita. Como consecuencia, estos aceros son relativamente blandos y poco resistentes, pero con extraordinaria ductilidad y tenacidad; además, son de fácil mecanizado, soldables y baratos.

3 Aceros bajos en carbono
. Se utilizan para fabricar carrocerías de automóviles, perfiles en forma de L, T, doble T, ángulos y láminas ( chapas), para construir caños, edificios, puentes y latas estañadas. Estos aceros suelen tener un límite elástico de 275 MPa, una resistencia a la tracción comprendida entre 415 y 550 MPA y una ductilidad del 25% EL.

4 Otro grupo de aceros bajos en carbono está constituido por los aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) Contienen elementos de aleación como cobre, vanadio, níquel y molibdeno Poseen mucho mayor resistencia mecánica que los aceros bajos en carbono. Se aumenta la resistencia por tratamiento térmico y el límite elástico excede de 480 MPa En ambiente atmosférico, los aceros HSLA son más resistentes a la corrosión que los aceros al carbono Suelen reemplazar a los aceros al C donde la resistencia mecánica es crítica

5 Aceros de alta resistencia y baja aleación
además son dúctiles, estampables y mecanizables. En la Tabla 4 se han listado algunos. En ambiente atmosférico, los aceros HSLA son más resistentes a la corrosión que los aceros al carbono, a los que suelen reemplazar en muchas aplicaciones donde la resistencia mecánica es crítica: puentes, torres, columnas de soporte de altos edificios y recipientes a presión.

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7 Aceros medios en carbono
Los aceros medios en carbono tienen de 0,25 a 0,6 %wt C. Estos aceros pueden ser tratados térmicamente mediante austenización, temple y revenido para mejorar sus propiedades mecánicas. Se suelen utilizar en la condición de revenidos, con microestructura de martensίta revenida. Se trata de aceros de baja templabilidad. Se pueden someter a tratamientos térmicos sólo en piezas de sección delgada y velocidades de temple muy rápidas. Las adiciones de cromo, níquel y molibdeno mejoran la capacidad de estas aleaciones para ser tratados térmicamente, generando así gran variedad de combinaciones resistencia-ductilidad. Estos aceros tratados térmicamente son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles y menos tenaces. Se utilizan para fabricar ejes, piezas de automotores, engranajes, cigüeñales y otros componentes estructurales que necesitan alta resistencia mecánica, resistencia al desgaste y tenacidad.

8 ACEROS DE MEDIO CARBONO
Son aceros entre 0,25% a 60%wt de C. Pueden ser tratados termicamente mediante austenisacion temple y revenido. Se trata de aceros de baja templabilidad, En piezas delgadas y con buena velocidad de temple. Las adiciones de Cr,Ni, Mo son muy beneficiosas Estos aceros tratados termicamente son mas resistentes que los aceros bajos en C. Se utilizan para piezas que necesitan alta resistencia mecanica, resistencia al desgaste y tenacidad.

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10 Aceros altos en carbono
Los aceros altos en carbono normalmente contienen entre 0,60 y 1,4%wt C. De los aceros al carbono son los más duros y resistentes, son los de menor ductilidad. Casi siempre se utilizan en la condición templada y revenida. En estas condiciones, son especialmente resistentes al desgaste y aptos para emplearse como herramienta de corte. Las herramientas y las matrices se fabrican con aceros aleados altos en carbono que contienen, generalmente, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno. Estos elementos de aleación se combinan con el carbono para formar carburos muy duros y resistentes al desgaste: por ejemplo, Cr23C6, V4C3 y WC. . Estos aceros se utilizan como herramientas de corte y matrices para punzonado y corte de materiales, así como cuchillos, navajas, hojas de sierra, resortes y cables de alta resistencia

11 Aceros altos en carbono
Los aceros altos en carbono normalmente contienen entre 0,60 y 1,4%wt C. De los aceros al carbono son los más duros y resistentes se utilizan en la condición templada y revenida En estas condiciones, son especialmente resistentes al desgaste Las herramientas y las matrices se fabrican con aceros aleados altos en carbono que contienen, generalmente, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno contienen, generalmente, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno. se combinan con el carbono para formar carburos muy duros y resistentes al desgaste por ejemplo, Cr23C6, V4C3 y WC

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13 ACEROS DE BAJA ALEACIÓN
Los aceros al carbono se pueden usar con éxito cuando la resistencia mecánica y otros requisitos de ingeniería no son demasiado rigurosos. Esos aceros tienen un costo relativamente bajo, pero presentan limitaciones entre ellas las siguientes: 1. Los aceros al carbono no pueden reforzarse más allá 690 MPa aproximadamente, sin sufrir una pérdida considerable en su ductilidad y resistencia al impacto. 2. El espesor de los aceros al carbono en secciones grandes no se puede mantener de manera homogénea con estructura martensítica, es decir, las capas profundas no pueden endurecerse. 3. Los aceros al carbono tienen poca resistencia a la corrosión y la oxidación. 4Los aceros al carbono con contenido mediano de carbono deben templarse (enfriarse) rápidamente . para lograr una estructura totalmente martensítica. El temple rápido conduce a una posible distorsión y agrietamiento de la parte sometida a tratamiento térmico.

14 Aceros de baja aleacion
5. Los aceros al carbono tienen baja resistencia al impacto a bajas temperaturas. Para superar las deficiencias de los aceros al carbono se han creado aceros de aleación que contienen elementos aleados para mejorar sus propiedades. En general, los aceros de aleación son más caros que los aceros al carbono, pero para muchas aplicaciones son los únicos materiales que es posible utilizar para satisfacer las necesidades de ingeniería. Los principales elementos que se agregan para producir aceros de aleación son manganeso, níquel, cromo, molibdeno y tungsteno. Otros elementos que se agregan a veces son vanadio, cobalto, boro, cobre, aluminio, plomo, titanio y columbio (niobio).

15 ACEROS DE BAJA ALEACIÓN
Los aceros al carbono se pueden usar con éxito cuando la resistencia mecánica y otros requisitos de ingeniería no son demasiado rigurosos. Tienen un costo relativamente bajo. Presentan dificultades No pueden reforzarse mas de 690 MPa, sin sufrir perdidas en su ductilidad y resistencia al impacto. Las piezas de gran espesor no pueden endurecerse. Los aceros al C tienen poca resistencia a la corrosion y la oxidacion. Para conseguir estructura martensitica los aceros de medio C deben templarse rapidamente, esta manera de templar conduce a posibles distorsiones y agrietamientos. Para mejorar las propiedades se crearon aceros de aleacion. Los principales elementos de aleacion son Mn, Ni, Cr, Mo y W, Hay otros elemento que pueden agregarse para obtener otras propiedades : Va, Co, Bo, Cu. Al, Pb, Ti, Co ( Niobio)

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17 Aceros de baja aleacion
Éstos pueden contener hasta 50%wt de elementos aleados y aún seguirse considerando como aceros aleados. En Estados Unidos, los aceros de aleación suelen designarse con el sistema de cuatro dígitos AISI-SAE. Los dos primeros dígitos indican el principal elemento aleado o los grupos de elementos presentes en el acero, y los dos últimos dígitos indican las centésimas del porcentaje de carbono contenido en el acero.

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20 Distribución de los elementos contenidos en los aceros de aleación
La manera en que los elementos de aleación se distribuyen en los aceros al carbono depende sobre todo de las tendencias de cada elemento a formar compuestos y carburos. En la Tabla 7 se resume la distribución aproximada de la mayoría de los elementos presentes en los aceros de aleación. El níquel se disuelve en la ferrita del acero porque su tendencia a formar carburos es menor que la del hierro. El silicio se combina con el oxígeno del acero hasta cierto punto formando inclusiones no metálicas, pero, por lo demás, se disuelve en la ferrita. La mayor parte del manganeso que se añade a los aceros al carbono se disuelve en la ferrita. Sin embargo, parte del manganeso forma carburos, pero por lo general se incorpora a la cementita como (Fe,Mn)3C.

21 Distribución de los elementos contenidos en los aceros de aleación
El cromo, que tiene una tendencia un poco más fuerte a formar carburos que el hierro, se reparte entre las fases de ferrita y de carburo. La distribución del cromo depende de la cantidad de carbono presente y de la ausencia de otros elementos cuya tendencia a formar carburos es más fuerte, como el titanio y el columbio. El tungsteno y el molibdeno se combinan con el carbono para formar carburos si hay suficiente carbono presente y si no están presentes otros elementos con tendencia más fuerte a formar carburos, como el titanio y el columbio. El vanadio, el titanio y el columbio son elementos con fuerte tendencia a formar carburos y se encuentran en los aceros, principalmente en forma de carburos. El aluminio se combina con oxígeno y nitrógeno para formar los compuestos Al2O3 y AlN, respectivamente.

22 Tabla 7

23 ANSI (American National Standards Institute - Instituto Nacional Estadounidense de Estándares). Es una organización sin fines de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos. ANSI no desarrolla estándares, sino que certifica estándares desarrolladas por entidades estadounidenses acreditadas a la ANSI. Algunas de estas entidades son (hay más de 200): AISI SAE ASTM IRAM (Originalmente llamado Instituto Argentino de Racionalización de Materiales y ahora Instituto Argentino de Normalización y Certificación). Organización sin fines de lucro representante de ISO en Argentina. Las actividades del IRAM podrían englobarse dentro de cuatro apartados básicos. Los mismos son normalización, certificación, capacitación y documentación. DIN (Deutsches Institut für Normung - Instituto Alemán de Normalización). Es el organismo nacional de normalización de Alemania. BSI (British Standards Institution). Es el organismo nacional de normalización de Inglaterra. Las normas desarrolladas por ISO son voluntarias, comprendiendo que ISO es un organismo no gubernamental y no depende de ningún otro organismo internacional, por lo tanto, no tiene autoridad para imponer sus normas a ningún país. El contenido de los estándares está protegido por derechos de copyright y para acceder ellos el público corriente debe comprar cada documento.

24 Aceros con bajo contenido de níquel-cromo-molibdeno 86XX
Anexo 2. Clasificación SAE de los aceros La siguiente tabla resume la clasificación general que emplea la normativa SAE para los aceros al carbono Clasificaciones Especificación Aceros al carbono 10XX Aceros al carbono resulfurados 11XX Aceros al carbono, refosforados y resulfurados 12XX Aceros el manganeso 13XX Aceros al níquel 2XXX Aceros al níquel-cromo 31XX Aceros con elevado contenido de níquel-cromo 33XX Aceros al carbono-molibdeno 40XX Aceros al cromo-molibdeno 41XX Aceros al cromo-níquel-molibdeno 43XX Aceros al níquel-molibdeno 46XX Aceros con elevado contenido de níquel-molibdeno 48XX Aceros con bajo cromo 50XX Aceros al cromo 51XX Aceros al carbono-cromo 52XXX Aceros al cromo-vanadio 61XX Aceros con bajo contenido de níquel-cromo-molibdeno 86XX

25 Aceros con bajo contenido de níquel-cromo-molibdeno
87XX Aceros pare ballestas al silicio-manganeso 92XX Aceros para ballestas al silicio-manganeso-cromo Aceros al níquel-cromo-molibdeno 93XX 98XX Aceros que contienen boro XXBXX Aceros que contienen boro-vanadio XXBVXX Aceros para herramientas templados en agua WX Aceros para herramientas resistentes al choque SX Aceros para herramientas templados en aceite OX Aceros para herramientas templados al aire AX Aceros para herramientas con elevado contenido de C y Cr DX Aceros para herramientas de trabajo en caliente HXX Aceros para herramientas de alta velocidad de corte (con base tungsteno) TX Aceros para herramientas de alta velocidad (con base molibdeno) MX Aceros para herramientas con fines especiales LX Aceros para herramientas al carbono-tungsteno FX Aceros moldeados PX Aceros Inoxidables al cromo-níquel-manganeso 2XX Aceros inoxidables al cromo-níquel IXX Aceros inoxidables al cromo 3XX Aceros resistentes al calor con bajo contenido de cromo 5XX

26 Aceros al carbono La denominación que emplea la normativa SAE para los aceros al carbono es SAE 10XX, donde XX indica el contenido de Carbono (C) Ejemplos: SAE 1010 (con un contenido en carbono entre 0,08 - 0,13 %C) SAE 1040 (0,3 - 0,43 %C) Los demás elementos que puedan estar presentes no están en porcentajes de aleación al ser pequeño su valor. Así, los porcentajes máximos para los elementos que a continuación se indican son: P máx = 0,04% S máx = 0,05% Mn = 0,30—0,60% para aceros de bajo carbono (<0.30%C) 0,60—0,90% para aceros de alto carbono (>0,60%C) y aceros al C para cementación. Aceros de muy bajo % de carbono (de SAE 1005 a 1015) Se seleccionan en piezas cuyo requisito primario es el conformado en frío. Los aceros no calmados se utilizan para embutidos profundos por sus buenas cualidades de deformación y terminación superficial. Los calmados son más utilizados cuando se necesita forjarlos o llevan tratamientos térmicos. Son adecuados para soldadura y para brazing. Su maquinabilidad se mejora mediante el estirado en frío. Son susceptibles al crecimiento del grano, y a fragilidad y rugosidad superficial si después del formado en frío se los calienta por encima de 600°C. Aceros de bajo % de carbono (desde SAE 1016 a 1030) Este grupo tiene mayor resistencia y dureza, disminuyendo su deformabilidad. Son los comúnmente llamados aceros de cementación. Los calmados se utilizan para forjas. Su respuesta al temple depende del % de C y Mn; los de mayor contenido tienen mayor respuesta de núcleo. Los de más alto % de Mn, se endurecen más convenientemente en el núcleo y en la capa. Son aptos para soldadura y brazing. La maquinabilidad de estos aceros mejora con el forjado o normalizado, y disminuye con el recocido.

27 Aceros de medio % de carbono (desde SAE 1035 a 1053)
Estos aceros son seleccionados en usos donde se necesitan propiedades mecánicas más elevadas y frecuentemente llevan tratamiento térmico de endurecimiento. Se utilizan en amplia variedad de piezas sometidas a cargas dinámicas. Los de menor % de carbono se utilizan para piezas deformadas en frío, aunque los estampados se encuentran limitados a plaqueados o doblados suaves, y generalmente llevan un recocido o normalizado previo. Todos estos aceros se pueden aplicar para fabricar piezas forjadas y su selección depende del tamaño y propiedades mecánicas después del tratamiento térmico. Los de mayor % de C, deben ser normalizados después de forjados para mejorar su maquinabilidad. Son también ampliamente usados para piezas maquinadas, partiendo de barras laminadas. Dependiendo del nivel de propiedades necesarias, pueden ser o no tratadas térmicamente. Pueden soldarse pero deben tenerse precauciones especiales para evitar fisuras debido al rápido calentamiento y enfriamiento.

28 Aceros de alto % de carbono (desde SAE 1055 a 1095)
Se usan en aplicaciones en las que es necesario incrementar la resistencia al desgaste y altas durezas que no pueden lograrse con aceros de menor contenido de C. En general no se utilizan trabajados en frío. Prácticamente todas las piezas son tratadas térmicamente antes de usar, debiéndose tener especial cuidado en estos procesos para evitar distorsiones y fisuras.

29 Ejemplos: SAE 11XX (0,08-0,13 %S) SAE 12XX (0,24-0,33 %S)
Aceros de media aleación Son aceros al Mn, y su denominación según SAE es del tipo SAE 15XX, donde el porcentaje de Mn varía entre 1,20 y 1,65, según el %C. Ejemplos: SAE 1524 (1,20-1,50 %Mn para construcción de engranajes) SAE 1542 (1,35-1,65 %Mn para temple) Aceros de fácil maquinabilidad o aceros resulfurados Son aceros de alta maquinabilidad. La presencia de gran cantidad de sulfuros genera viruta pequeña y al poseer los sulfuros alta plasticidad, actúan como lubricantes internos. No son aptos para soldar, tratamientos térmicos, ni forja debido a su bajo punto de fusión. El esquema de denominación de estos aceros, según SAE, es de la siguiente forma: SAE 11XX y SAE 12XX. Ejemplos: SAE 11XX (0,08-0,13 %S) SAE 12XX (0,24-0,33 %S)

30 GRUPO I (SAE 1110, 1111, 1112, 1113, 12L13, 12L14, y 1215) Son aceros efervescentes de bajo % de carbono, con excelentes condiciones de maquinado. Tienen el mayor contenido de azufre; los 1200 incorporan el fósforo y los L contienen plomo. Estos tres elementos influyen por diferentes razones, en promover la rotura de la viruta durante el corte con la consiguiente disminución en el desgaste de la herramienta. Cuando se los cementa, para lograr una mejor respuesta al tratamiento, deben estar calmados. GRUPO II (SAE 1108, 1109, 1116, 1117, 1118 y 1119) Son de bajo % de carbono y poseen una buena combinación de maquinabilidad y respuesta al tratamiento térmico. Por ello, tienen menor contenido de fósforo, y algunos de azufre, con un incremento del % de Mn, para aumentar la templabilidad permitiendo temples en aceite. GRUPO III (SAE 1132, 1137, 1139, 1140, 1141, 1144, 1145, 1146 y 1151) Estos aceros de medio % de carbono combinan su buena maquinabilidad con su respuesta al temple en aceite.

31 Aceros aleados Se considera que un acero es aleado cuando el contenido de un elemento excede uno o más de los siguientes límites: 1,65% de manganeso 0,60% de silicio 0,60% de cobre cuando hay un % especificado de Cr, Ni, Mo, Al, Co. Nb. Ti, W, V, Zr Se usan principalmente cuando se pretende: • desarrollar el máximo de propiedades mecánicas con un mínimo de distorsión y fisuración • promover en un grado especial: resistencia al revenido, incrementar la tenacidad, disminuir la sensibilidad a la entalla

32 Aceros aleados • mejorar la maquinabilidad en condición de temple y revenido, comparándola con un acero de igual % de carbono en la misma condición. Generalmente se los usa tratados térmicamente; el criterio más importante para su selección es normalmente su templabilidad, pudiendo todos ser templados en aceite. Aceros al niquel 23XX 25XX El Ni aumenta la tenacidad de la aleación; pero como no se puede mejorar la templabilidad, debe adicionarse otro elemento aleante (Cr, Mo). Por este motivo prácticamente no se utilizan. La temperatura de transición dúctil-frágil baja de -4ºC para aceros al C hasta -40ºC

33 Aceros al cromo niquel 31XX 32XX 33XX 34XX
El conocido en Argentina es el SAE 3115 (1,25 %Ni y 0,60 a 0,80 %Cr). Gran tenacidad y templabilidad; pero el excesivo Ni dificulta la maquinabilidad. Aceros al molibdeno 4OXX 44XX Aumenta levemente la templabilidad. Aceros al cromo molibdeno 41XX Poseen 1,00 %Cr y 0,15 a 0,30 %Mo. Se utilizan para nitrurado, tornillos de alta resistencia, etc. Aceros al cromo niquel molibdeno 86XX Poseen 0,40 a 0,70 %Cr, 0,40 a 0,60 %Ni y 0,15 a 0,30 %Mo. Son las aleaciones más usadas por su buena templabilidad. Por ejemplo: SAE 8620 para cementación y SAE 8640 para temple y revenido Aceros al silicio manganeso 92XX Poseen aproximadamente 1,40 %Si y 1,00 %Mn. Son aceros para resortes; tienen excelente resistencia a la fatiga y templabilidad. (Para resortes menos exigidos se utiliza el SAE 1070).

34 Anexo 3. Influencia de los elementos químicos en el acero
A continuación se describe la influencia de los diversos elementos químico que se encuentran en los aceros Carbono El carbono es el elemento aleante más importante en los aceros y puede estar presente hasta en concentraciones del 2% (si bien en la mayoría de los aceros soldables no pasa del 0,35%). El carbono puede encontrarse disuelto o combinado en forma de carburo de hierro (Fe3C). Un incremento en la proporción de carbono aumenta la dureza y la resistencia a la tracción así como la respuesta ante el tratamiento térmico (templabilidad). Por otra parte, al aumentar el porcentaje de carbono se reduce la soldabilidad del acero. Azufre Más que un elemento aleante, el azufre es una impureza indeseable en el acero. Para eliminarlo durante el proceso de fabricación se realizan esfuerzos especiales. En cantidades superiores al 0,05% es causa de fragilidad y reduce la soldabilidad.

35 Fósforo Es una impureza que fragiliza el acero cuando está presente en cantidad superior al 0,04%. Silicio Por lo común, en el acero laminado sólo se encuentra en pequeñas cantidades (0,20%) y es producto de su uso como desoxidante en los distintos procesos de fabricación. Sin embargo en las fundiciones de acero es común que su tenor sea de 0,35 a 1,00%. El silicio se disuelve en el hierro y tiende a aumentar su resistencia a la tracción. El metal depositado por soldadura suele contener un 0,50% de silicio aproximadamente, como desoxidante.

36 Manganeso Este elemento soluble en el hierro se agrega en cantidades de hasta 1,50% para aumentar la templabilidad. Es corriente que los aceros contengan por lo menos un 0,30% de manganeso debido a que actúa como desulfurante al combinarse con el azufre. Más de 1% de manganeso tiende a reducir la soldabilidad. Cromo El cromo es soluble en el hierro. En los aceros de baja aleación se lo adiciona en cantidades de hasta 9% para aumentar la resistencia a la oxidación, la templabilidad y la resistencia a elevadas temperaturas. El cromo forma carburos y en los aceros de baja aleación el aumento de su cantidad tiende a reducir la soldabilidad. En concentraciones superiores al 12% mejora la resistencia a la oxidación.Las composiciones de alto tenor de cromo constituyen el grupo de aceros inoxidables. Molibdeno Este elemento es un fuerte formador de carburos y por lo común está presente en los aceros de aleación en cantidades inferiores al 1,0%. Se lo adiciona para aumentar la templabilidad y la resistencia a elevadas temperaturas. .

37 Níquel Hasta un 3,5% se lo agrega en los aceros de baja aleación para incrementar la tenacidad y la templabilidad. Se lo usa en cantidades de hasta 35,0% en los aceros de alta aleación e inoxidables. Aluminio Este elemento se adiciona al acero en cantidades muy pequeñas. Su función es la de desoxidante. También es un refinador de grano con lo cual se mejora la tenacidad. Gases disueltos Tanto el hidrógeno (H2) como el oxígeno (02) y el nitrógeno (N2) se disuelven en el baño líquido en los hornos de fabricación y en la pileta líquida de una soldadura; pudiendo fragilizar el acero si no se los elimina. Los diferentes procesos de afino están concebidos para eliminar estos gases tanto como sea posible. En soldadura se utilizan fundentes y gases protectores para evitar la solución de los gases dentro del baño líquido.