ELEMENTOS AMOVIBLES Y FIJOS NO ESTRUCTURALES: PRACTICA 8

PRACTICA 8 - EL ACERO

1.- ¿QUE ES EL ACERO?

Es una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0.03% y el 1,075% en peso de su composición. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2% se producen fundiciones que en posición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

Conserva características metálicas del hierro en estado puro, pero la adicción de carbono y otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-química.

2.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS ACEROS

Las características de los aceros se puede determinar haciendo ensayos de cada caso. Las características mecánicas son en general las que se determinan con mas facilidad y también las mas importantes para poder decidir criterios adecuados en el empleo de los metales. En cuanto a las propiedades físicas de los aceros resaltare cuatro:

Propiedad de los cuerpos:

Encontramos entre otras, materia, cuerpo, estado de agregación, peso, masa, volumen densidad, meso especifico,

Propiedades térmicas:

Están referidas a los mecanismos de calor. Existen tres mecanismos

Conducción:

Se produce cuando la fuente emisora esta en contacto directo con aquello que se desea aumentar la temperatura

Convección:

Para que ocurra la trasferencia de calor por convección es necesario que exista un fluido quien sea el encargado de trasmitir el calor de la fuente emisora hacia el cuerpo o ambiente

Radiación:

Se produce porque la fuente de calor se encuentra en contacto de forma directa con el ambiente. Esta fuente emisora genera rayos infrarrojos que sirven de medio de trasferencia de calor.

Propiedades eléctricas

Están relacionadas con la capacidad de conducir la corriente eléctrica

Propiedades ópticas:

Están referidos a la capacidad de poseer materiales metálicos para inducir o ser inducidos por un campo electromagnético, es decir, actuar como imán o ser atraídos por un imán.

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

Su densidad media es de 7850 kg/m3. En función de la temperatura del acero se puede contraer, dilatar o fundir
El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510ºC en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión que aumentan a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. Por otra parte el acero rápido funde a 1650ºC y su punto de ebullición es alrededor de los 3000ºC

Este libro se dedica en su totalidad a las características de los Aceros, como por ejemplo para determinar las propiedades de los aceros y fijar sus posibilidades de utilización, para efectuar control de calidad durante los procesos de fabricación o para determinar los tratamientos, composiciones o tipos de acero mas apropiados para un uso determinado.

3.- DIAGRAMA HIERRO CARBONO:

Puntos principales que representa

Este diagrama nos sirve para saber donde se funden los metales y que porcentaje de carbono tiene cada metal. Los aceros eutectoides son aquellos en los que la fase austenitica solida tiene composición del eutectoide 0,77%. Los aceros hipereutectoides son aquellos en los que la fase austenitica solida tiene un contenido en carbono entre 0,77% y 0,022%

Sus constituyentes

Con las trasformaciones abajo expuestas son obtenidas enfriando lentamente aceros al carbono, sin embargo modificando las condiciones de enfriamiento es posible obtener estructuras cristalinas diferentes

La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se obtiene de forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es una solución sobresatrada de carbono en hierro alfa con tendencia, canto mayor es el carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita es el constituyente mas duro de los aceros.
Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor ductilidad y resistencia que aquella.
También se puede tener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones con elementos gammagenos como el níquel y el maganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros inoxidables austeníticos.

Sus trasformaciones

El hierro puro esta presente en tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente.

Hasta los 911ºC el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado y recibe la denominación hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los 770ºC. La ferrita puede disolver pequeñas cantidades de carbono.
Entre 911 y 1400ºC cristaliza el sistema cubico de caras centradas y recibe denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnetica
Entre 1400 y 1538ºC cristaliza de nuevo en el sistema cubico de cuerpo centrado y recibe la denominación hierro δ que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.

Aqui un trabajo de 2º de Bachiller donde se explica este diagrama de forma mucho mas extensa.

4.- CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS EN FUNCIÓN DE SU PORCENTAJE DE CARBONO

La clasificación del acero se puede determinar en función de sus características, las mas conocidas son la clasificación del acero por su composición química y por sus propiedades, pero nos vamos a centrar en su clasificación en función de su porcentaje de carbono.

Aceros extra-suaves:

Carbono entre el 0,1% y el 0,2%

Aceros suaves:

Carbono entre el 0,2% y el 0,3%

Aceros semi-suaves:

Carbono entre el 0,3% y 0,4%

Aceros semi-duros:

Carbono entre el 0,4% y el 0,5%

Aceros duros:

Carbono entre el 0,5% y el 0,6%

Aceros extra-duros:

Carbono entre el 0,6% y el 0,7%

Web con clasificación según norma UNE 36010

5.- RELACIÓN ENTRE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y TAMAÑO DEL GRANO

Los granos de un acero pueden estar constituido por una o mas fases del tipo: Austenita, ferrita, perlita, cementita. Así, por ejemplo, un acero al carbono, con una concentración de C de 0,20 %, estará formado por 75% de ferrita (<0,008% C) y aproximadamente 25% de perlita (con 0,8 % C); mientras un acero de mayor una concentración de C tendrá mayor proporción de perlita, aproximadamente un 50%.

Austenita (Acero inoxidable)

Ferrita (<0,02C, % en peso)

Ferrita más Perlita (0,3 C % en peso)

Ferrita más Perlita (0,6 C % en peso)

Perlita (0,85 C % en peso)

Perlita más cementita ínter granular

5.1.- OTROS PRODUCTOS SIDERÚRGICOS Y SUS CARACTERÍSTICAS

Según las normas técnicas de cada país o región tendrá su propia denominación y nomenclatura, pero a nivel general se clasifican en :

Barras de acero para refuerzo del hormigón

Se utiliza como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. Poseen su propia clasificación:

Barra de acero liso
Barra de acero corrugado
Barra de acero helicoidal

Utilizada para la fortificación y para reforzar rocas, taludes y suelos a manera de perno de fijación

Malla de acero electrosoldada o mallazo
Perfiles de acero estructural laminado en caliente
Ángulos de acero estructural en L
Perfiles de acero estructural tubular

Rectangular
Cuadrados
Redondos

Perfiles de acero liviano galvanizado

Para techos
Para tabiques
Etc...

6.- ALEANTES Y CARACTERÍSTICAS QUE APORTAN EL ACERO

7.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS

El proceso básico para endurecer el acero mediante tratamiento térmico consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se forma austenita, generalmente entre los 750 y 850 ºC, y después enfriarlo con rapidez sumergiéndolo en agua o aceite. Estos tratamientos de endurecimiento, que forman martensita, crean grandes tensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el temple o el recocido, que consiste en volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. El temple reduce la dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad. El objetivo fundamental del proceso de tratamiento térmico es controlar la cantidad, tamaño, forma y distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita, que a su vez determinan las propiedades físicas del acero. Hay muchas variaciones del proceso básico. Los ingenieros metalúrgicos han descubierto que el cambio deaustenita a martensita se produce en la última fase del enfriamiento, y que la transformación se ve acompañada de un cambio de volumen que puede agrietar el metal si el enfriamiento es demasiado rápido. Se han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar el agrietamiento. En el templado prolongado, el acero se retira del baño de enfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la que empieza a formarse la martensita, y a continuación se enfría despacio en el aire. En el mar templado, el acero se retira del baño en el mismo momento que el templado prolongado y se coloca en un baño de temperatura constante hasta que alcanza una temperatura uniforme en toda su sección transversal. Después se deja enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturas de formación de la martensita, que en la mayoría de los aceros va desde unos 300 ºC hasta la temperatura ambiente. En el austemplado, el acero se enfría en un baño de metal o sal mantenido de forma constante a la temperatura en que se produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese baño hasta que el cambio es completo, antes de pasar al enfriado final. Hay también otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero. En la cementación, las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno. Estos compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono o forman nitruros en su capa superficial.

Principales metales que conforman el diagrama FE-C