Acero

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Nota: Para otros significados de Acero, vea Acero (desambiguação).

Cabos de acero

Acero es una aleación metálica formada esencialmente por hierro y carbono , con porcentajes de este último variando entre 0,008 y 2,11%. Se distingue del hierro fundir, que también es una aleación de hierro y carbono, pero con teor de carbono entre 2,11% y 6,67%.

La diferencia fundamental entre ambos es que el acero, por su ductibilidade, es fácilmente deformável por forja, laminação y extrusión , mientras que una pieza en hierro fundir es fabricada por el proceso de fundición o mecanizado .

Clasificación

El acero puede ser clasificado de la siguiente manera:

Cantidad de carbono.
Composición química
En cuanto a la constitución microestrutural
En cuanto a su aplicación

La clasificación más común es en consonancia con la composición química, de entre los sistemas de clasificación química el SAE es el más utilizado, y adopta a notação ABXX, en que AB se refiere a elementos de aleación añadidos intencionalmente, y XX al porcentual en peso de carbono multiplicado por cien.^[1]

Además de los componentes principales indicados, el acero incorpora otros elementos químicos, algunos prejudiciais, provenientes de la sucata, del mineral o del combustible emplee en el proceso de fabricación, como el enxofre y el fósforo. Otros son añadidos intencionalmente para mejorar algunas características del acero para aumentar su resistencia, ductibilidade, dureza u otra, o para facilitar algún proceso de fabrico, como usinabilidade, es el caso de elementos de aleación como el níquel, el cromo, el molibdênio y otros.

En el acero común el teor de impurezas (elementos además del hierro y del carbono) estará siempre abajo de los 2%. Por encima de los 2 hasta 5% de otros elementos ya puede considerado acero de baja-aleación, por encima de 5% es considerado de alta-aleación. El enxofre y el fósforo son elementos perjudicáis al acero pues acaban por intervenir en sus propiedades físicas, dejándolo quebradiço. Dependiendo de las exigencias cobradas, el control sobre las impurezas puede ser menos riguroso o entonces pueden pedir el uso de un anti-sulfurante como el magnesio y otros elementos de aleación benéficos. Existe una clase de aceros carbono, conocida como aceros de fácil usinabilidade, que contiene teores mínimos de fósforo y enxofre. Estos dos elementos proporcionan un mejor corte de las herramientas de mecanizado, promoviendo la quiebra del cavaco y evitando la aderência del mismo en la herramienta. estos aceros son utilizados cuando las propiedades de usinabilidade son prioritárias, en relación las propiedades mecánicas y microestruturais, ( piezas de baja responsabilidad ).

El acero inoxidable es un acero de alta-aleación con teores de cromo y de níquel en altas dosis (que ultrapasan 20%.) los aceros inoxidables pueden ser divididos en tres categorías principales : aceros inoxidables austeníticos, los cuales contiene elevados teores de cromo y níquel, los aceros inoxidables martensíticos, que contiene elevado teor de cromo, con bajo teor de níquel y teor de carbono suficiente para alcanzarse durezas medias o altas en el tratamiento térmico de têmpera, y los aceros inoxidables ferríticos, que contiene elevado teor de cromo y bajos teores de níquel y carbono. Este último y el tipo austenítico no pueden ser templados.

El acero es actualmente de más importante aleación metálica, siendo emplee de forma intensiva en numerosas aplicaciones tales como máquinas, herramientas, en construcción, etc. Sin embargo, su utilización está condicionada la determinadas aplicaciones debido a ventajas técnicas que ofrecen otros materiales como el aluminio en el transporte por su mayor leveza y en la construcción por su mayor resistencia la corrosión , el cimento (aún quedar# con el acero) por su mayor resistencia al fuego y la cerámica en aplicaciones que necesiten de elevadas temperaturas.

Aun así, actualmente se emplea el acero debido a su nítida superioridade frente a la demás aleaciones considerándose su precio. Ya que:

Existen numerosas yacidas de minerais de hierro suficientemente ricas, puras y fáciles de explorar, además de la posibilidad de reciclar la sucata .
Los procedimientos de fabricación son relativamente simple y económicos, y son llamados de aciaria . Los aceros pueden ser fabricados por proceso de aciaria eléctrica, donde se utiliza electrodos y proceso de aciaria LD, donde se utiliza soplo de oxígeno en el metal líquido por medio de una lanza.
Presentan una interesante combinación de propiedades mecánicas que pueden ser modificados dentro de un amplio rango variándose los componentes de la aleación y sus cantidades, mediante la aplicación de tratamientos.
Su plasticidad permite obtener piezas de formas geométricas complejas con relativa facilidad.
La experiencia acumulada en su utilización permite realizar previsiones de su comportamiento, reduciendo costes de proyectos y plazos de colocación en el mercado.

Tal es la importancia industrial de este material que su metalurgia recibe la denominación especial de siderurgia , y su influencia en el desarrollo humano fue tan importante que una parte de la historia de la humanidad fue denominada Edad del Hierro, que se inició en 3500 a.C., y que, de cierta forma, aún perdura.

Normas de aplicación

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NBR 5889 - Acero fundir y hierro fundir – Recolecta de muestras – Método de ensayo
NRB 6152 – Materias metálicos – Determinación de las propiedades mecánicas la tracción – Método de ensayo
NBR 6157 – Materias metálicas – Determinación de resistencia al impacto en cuerpo-de-prueba acodados simplemente apoyados – Método de ensayo
NBR 6215 – Productos siderúrgicos – Terminologia
NBR 6444 – Ensayo no destrutivo – Terminologia
NBR 6645 – Pieza bruta de acero fundir – Alejamiento dimensionales – Padronização
NBR 8653 – Metalografla y tratamientos térmicos y termoquímicos de las aleaciones hierro carbono –terminologia

Propiedades

La propiedades medias de un acero con 0,2% de carbono en peso giran en torno a:

Densidad media': 7860 kg/m³ (o 7,86 g/cm³)
Coeficiente de expansión térmica: 11,7 10⁻⁶ (C°)⁻¹
Condutividad térmica:52,9 W/m-K
Calor específico: 486 J/kg-K
Resistividade eléctrica: 1,6 10⁻⁷Ω
Módulo de elasticidad (Módulo de Young) Longitudinal: 210GPa
Módulo de elasticidad (Módulo de Young) transversal:80 GPa
Coeficiente de Poisson : 0,3
Límite de escoamento: 210 MPa
Límite de resistencia la tracción: 380 MPa
Alargamento: 25%

^[2]

Historia

Raíles de tren producidos por laminação del acero

La fabricación de hierro tuvo inicio en la Anatólia , cerca de 2000 a.C. habiendo sido la Edad del Hierro plenamente establecida alrededor de 1000 a.C.. En este periodo la tecnología de la fabricación del hierro se esparció por el mundo. En, aproximadamente, 500 a.C., llegó a la fronteras orientales de la Europa y alrededor de 400 a.C. llegó a la China. Los minérios de hierro eran encontrados en abundancia en la naturaleza, así como el carbón. Actualmente la mayor cantidad de materia prima para producción de acero es la sucata proveniente de los resíduos de fabricación industrial.

La forma de producción era en pequeños hornos en la forma de torrões o pedazos sólidos, denominados tarugos. Estos, enseguida, eran forjados la caliente en la forma de barras de hierro trabajando, poseyendo maleabilidad, conteniendo, sin embargo pedazos de escória y carbón . El teor de carbono de los primeros aceros fabricados variaba del 0,07% hasta 0,8% siendo este último considerado un acero de verdad. Los egipcios alrededor de 900 a.C. ya dominaban procesos relativos a tratamientos térmicos en los aceros para fabricación de espadas y cuchillos . Como cuando el teor de carbono supera 0,3% el material se hace muy duro y frágil caso sea revenido (resfriado bruscamente en agua) de una temperatura por encima de 850 °C a 900 °C, ellos utilizaban el tratamiento denominado revenido que consiste en disminuir la fragilidade minimizándola por recalentamiento del acero a una temperatura entre 350 °C y 500 °C.

Ya los chinos producían aceros tratados térmicamente alrededor de 200 a.C. y los japoneses aprendieron el arte de la producción de artefactos en metal de los chinos, aunque hayan ayudado a esparcir el conocimiento de la tecnología de la fabricación de aceros, aumentando muy la producción de hierro trabajado en el mundo romano.

Con el declínio del Imperio Romano, la producción de acero o hierro trabajado se estabilizó en la Europa hasta que, en el comienzo del siglo XV, se comenzó a utilizar caídas d'agua para insuflar aire en los hornos de fusión. En consecuencia la temperatura en el interior de los hornos pasó a ser mayor de 1200 °C. De esta forma, en vez de producirse los torrões, se pasó a producir un líquido rico en carbono: el hierro fundir. Para obtenerse el hierro trabajado y reducir el teor de carbono de este hierro fundir, el mismo era solidificado y enseguida fundir en atmósfera oxidante, utilizando carbón como combustible. Este proceso retiraba el carbono de hierro dando origen a un tarugo semi-sólido que después de enfriamento era martillado hasta llegar en la forma final.

Referencias

↑ VICENTE CHAVERINI, "Aceros y Hierros Fundir", Caracteristicas generales, tratamientos termicos y principales tipos, 4 Edición São Paulo, Asociación Brasileña de Metales 1977
↑ WILLIAM D. CALLISTER, JR., Ciencia e Ingeniería de Materiales, Una Introducción, Quinta Edición 2002, Editora LTC