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resistencia
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1
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
Facultad de Ingeniera
Programa de Ingeniera Civil
Gonzlez E1, Novoa L
1, Tern Valentina
1, Zaraza Dayana
1, Rivera W
2
1Estudiantes de Ingeniera Civil V Semestre,
2Docente
23 de Abril del 2014
RESUMEN
El acero es el material estructural ms usado para construccin de estructuras en el mundo. Es
fundamentalmente una aleacin de hierro, contenidos de carbono y otras pequeas cantidades
de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fsforo, azufre, slice y vanadio
para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Es usado en la construccin de
estructuras de gran resistencia, entre sus ventajas est la gran resistencia a tensin y
compresin y sus costos accesibles.
En la actualidad la industria ha desarrollado distintas formas y tipos de acero con el fin de
hacerlo ms eficiente a la hora de cumplir con ciertas necesidades dependiendo de cada
construccin.
Palabras claves: acero, estructuras, aleacin, minerales, resistencia.
ABSTRACT
Steel is used for the construction of structures in the structural material world. It is
fundamentally an alloy of iron, carbon content and other trace minerals such as manganese, to
improve their resistance, and phosphorus, sulfur, silica and vanadium to improve weld ability
and resistance to weathering. It is used in the construction of structures of great strength
among its advantages is the high resistance to tension and compression and affordable.
Today the industry has developed various forms and types of steel to make it more efficient in
fulfilling certain requirements depending on the construction.
Keywords: steel structures, alloy, mineral, resistance.
1. INTRODUCCIN
Los metales y las aleaciones
empleados en la industria y en la
construccin pueden dividirse en
dos grupos principales: Materiales
FERROSOS y NO FERROSOS.
Ferroso viene de la palabra Ferrum
que los romanos empleaban para el
fierro o hierro. Por lo tanto, los
materiales ferrosos son aquellos que
contienen hierro como su
ingrediente principal; es decir, las
numerosas calidades del hierro y el
acero.
Uno de los materiales de fabricacin
y construccin ms verstil, ms
adaptable y ms ampliamente usado
es el ACERO. A un precio
relativamente bajo, el acero combina
la resistencia y la posibilidad de ser
trabajado, lo que se presta para
fabricaciones mediante muchos
mtodos. Adems, sus propiedades
pueden ser manejadas de acuerdo a
las necesidades especficas mediante
ACERO, CARACTERISTICAS
Y PROPIEDADES
2
tratamientos con calor, trabajo
mecnico, o mediante aleaciones.
El Acero es bsicamente una
aleacin o combinacin de hierro y
carbono (alrededor de 0,05% hasta
menos de un 2%). Algunas veces
otros elementos de aleacin
especficos tales como el Cr (Cromo)
o Ni (Nquel) se agregan con
propsitos determinados.
Ya que el acero es bsicamente
hierro altamente refinado (ms de un
98%), su fabricacin comienza con la
reduccin de hierro (produccin de
arrabio) el cual se convierte ms
tarde en acero.
2. OBJETIVO
Conocer a profundidad el acero, sus
propiedades y las condiciones de
trabajo ms ptimas dependiendo
del tipo de trabajo para en el que se
vaya a emplear
3. MARCO TEORICO
3.1 Clasificacin segn
condiciones de trabajo
3.1.1 Estructurales
Este tipo de aceros deben presentar
buena soldabilidad y no se deben
someter al tratamiento trmico
de endurecimiento.
Se clasifican en dos grupos
dependiendo de su contenido de
manganeso:
-Con contenido normal de
manganeso (0,40 0,80%)
-Con contenido elevado de
manganeso (1 1,2%)
Los aceros efervescentes de bajo
contenido de carbono poseen
elevada plasticidad y se utilizan para
piezas y artculos que se obtienen por
estampado en frio con embutido
profundo. Estos aceros no se
someten al tratamiento trmico.
Ejemplo de aceros estructurales:
AISI: 1008; 1012; 1015; 1020.
Segn su forma, los aceros
estructurales se clasifican en:
-Perfiles estructurales: Los perfiles
estructurales son piezas de acero
laminado cuya seccin transversal
puede ser en forma de I, H, T, canal o
ngulo. [1]
-Barras: Las barras de acero
estructural son piezas de acero
laminado, cuya seccin transversal
puede ser circular, hexagonal o
cuadrada en todos los tamaos.
- Planchas: Las planchas de acero
estructural son productos planos de
acero laminado en caliente con
anchos de 203 mm y 219 mm, y
espesores mayores de 5,8 mm y
mayores de 4,5 mm,
respectivamente.
3.1.2 De Destino Especial
3.1.2.1 Segn su resistencia: De
acuerdo con las propiedades
mecnicas, se establecen una serie
de grupos de aceros ordenados por
su resistencia a la traccin.
3
Popularmente son conocidos estos
aceros como:
Acero extrasuave: El porcentaje de
carbono en este acero es de 0,15%,
tiene una resistencia mecnica de 38-
48 kg/mm2 y una dureza de 110-135
HB y prcticamente no adquiere
temple. Es un acero fcilmente
soldable y deformable.
Aplicaciones: Elementos de
maquinaria de gran tenacidad,
deformacin en fro, embuticin,
plegado, herrajes, etc.
-Acero suave: El porcentaje de
carbono es de 0,25%, tiene una
resistencia mecnica de 48-55
kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB.
Se puede soldar con una tcnica
adecuada.
Aplicaciones: Piezas de resistencia
media de buena tenacidad,
deformacin en fro, embuticin,
plegado, herrajes, etc.
-Acero semisuave: El porcentaje de
carbono es de 0,35%. Tiene una
resistencia mecnica de 55-62
kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB.
Se templa bien, alcanzando una
resistencia de 80 kg/mm2 y una
dureza de 215-245 HB.
Aplicaciones: Ejes, elementos de
maquinaria, piezas resistentes y
tenaces, pernos, tornillos, herrajes.
-Acero semiduro: El porcentaje de
carbono es de 0,45%. Tiene una
resistencia mecnica de 62-70
kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Se
templa bien, alcanzando una
resistencia de 90 kg/mm2, aunque
hay que tener en cuenta las
deformaciones.
Aplicaciones: Ejes y elementos de
mquinas, piezas bastante
resistentes, cilindros de motores de
explosin, transmisiones, etc.
-Acero duro: El porcentaje de carbono
es de 0,55%. Tiene una resistencia
mecnica de 70-75 kg/mm2, y una
dureza de 200-220 HB. Templa bien
en agua y en aceite, alcanzando una
resistencia de 100 kg/mm2 y una
dureza de 275-300 HB.
Aplicaciones: Ejes, transmisiones,
tensores y piezas regularmente
cargadas y de espesores no muy
elevados.
3.1.2.2 Aceros de fcil mecanizacin
[2]
Son aquellos que se caracterizan por
tener grano grueso, estar formados
por perlita laminar, tener una relacin
lmite elstico/resistencia mecnica
grande (0,95) y durezas
comprendidas entre 180 y 230 dureza
Brinell. Existen tres tipos de aceros
de fcil mecanizacin y contienen
azufre, fsforo y plomo.
-Aceros al azufre. Estn formados por
azufre (0,20-0,60%) adems de
manganeso (0,60 %) para que
puedan formar sulfuro de manganeso
que facilita la penetracin de la
4
herramienta de corte y el
desprendimiento fcil de la viruta.
-Aceros al plomo. Contienen
porcentajes de entre 0,15 Y 0,30% de
plomo en forma de glbulos sin estar
combinado con el acero (>0,5% C).
La fcil mecanizacin se produce por
la lubricacin extra que ofrece el
plomo y que facilita el corte de la
herramienta.
-Aceros al fsforo. Con 0,10 a 0,25%
de fsforo en aceros con contenidos
inferiores a 0,20% de carbono. El
fsforo facilita el arranque de viruta
por eliminar parte de la plasticidad de
la ferrita.
3.1.2.3 Aceros de fcil soldadura
Lo conforman un grupo de aceros al
carbono aleados con cromo,
molibdeno y vanadio. Se caracterizan
por tener bajo contenido en carbono
(
5
Fe3C, con un contenido de carbono
de 6,67%, es dura y frgil.
-La Perlita es el microconstituyente
eutectoide que se forma a los 727 C
a partir de austenita con 0.77 % de
carbono. Es una mezcla bifsica de
ferrita y cementita de morfologa
laminar. Sus propiedades mecnicas
sern intermedias entre la ferrita
blanda y la cementita dura que la
compone.
-Fases fuera de equilibrio
Estas condiciones se alcanzan
mediante el uso de tratamientos
trmicos como el temple
(enfriamiento rpido) y el revenido
(recalentamiento sostenido) para
lograr la formacin de martensita ,
bainita y otros microconstituyentes
que tienen como propiedades ser
duros y frgiles.
3.2.2 Propiedades fsicas del acero
Aunque es difcil establecer las
propiedades fsicas y mecnicas del
acero debido a que estas varan con
los ajustes en su composicin y los
diversos tratamientos trmicos,
qumicos o mecnicos, con los que
pueden conseguirse aceros con
combinaciones de caractersticas
adecuadas para infinidad de
aplicaciones, se pueden citar algunas
propiedades genricas:
-Su densidad media es de 7850
kg/m. En funcin de la temperatura
el acero se puede contraer, dilatar o
fundir.
-El punto de fusin del acero depende
del tipo de aleacin y los porcentajes
de elementos aleantes. El de su
componente principal, el hierro es de
alrededor de 1.510 C en estado puro
(sin alear), sin embargo el acero
presenta frecuentemente
temperaturas de fusin de alrededor
de 1.375 C, y en general la
temperatura necesaria para la fusin
aumenta a medida que se aumenta el
porcentaje de carbono y de otros
aleantes, (excepto las aleaciones
autnticas que funden de golpe). Por
otra parte el acero rpido funde a
1.650 C. Su punto de ebullicin es
de alrededor de 3.000 C.
3.2.3 Propiedades mecnicas
-Tenacidad:
Es la capacidad que tiene un material
de absorber energa sin producir
fisuras (resistencia al impacto). El
acero es un material muy tenaz,
especialmente en alguna de las
aleaciones usadas para fabricar
herramientas.
-Ductilidad:
Es relativamente dctil. Con l se
obtienen hilos delgados llamados
alambres. Un aumento de la
temperatura en un elemento de acero
provoca un aumento en la longitud
del mismo. Este aumento en la
longitud puede valorarse por la
expresin: L = t L, siendo el
coeficiente de dilatacin, que para el
acero vale aproximadamente 1,2
105 (es decir = 0,000012).
6
El acero se dilata y se contrae segn
un coeficiente de dilatacin similar al
coeficiente de dilatacin del
hormign, por lo que resulta muy til
su uso simultneo en la construccin,
formando un material compuesto que
se denomina hormign armado.
-Maleable:
Se pueden obtener lminas delgadas
llamadas hojalata. La hojalata es una
lmina de acero, de entre 0,5 y 0,12
mm de espesor, recubierta,
generalmente de forma electroltica,
por estao.
-Resistencia al desgaste:
Es la resistencia que ofrece un
material a dejarse erosionar cuando
est en contacto de friccin con otro
material.
-Maquinabilidad:
Es la facilidad que posee un material
que permitir el proceso de
mecanizado. Permite una buena
mecanizacin en mquinas
herramientas antes de recibir un
tratamiento trmico.
-Dureza:
La densidad promedio del acero es
7850 kg/m3. Es la resistencia que
ofrece un acero para dejarse
penetrar. La dureza de los aceros
vara entre la del hierro y la que se
puede lograr mediante su aleacin u
otros procedimientos trmicos o
qumicos entre los cuales quiz el
ms conocido sea el templado del
acero, aplicable a aceros con alto
contenido en carbono, que permite,
cuando es superficial, conservar un
ncleo tenaz en la pieza que evite
fracturas frgiles. Aceros tpicos con
un alto grado de dureza superficial
son los que se emplean en las
herramientas de mecanizado,
denominados aceros rpidos que
contienen cantidades significativas de
cromo, wolframio, molibdeno y
vanadio. Los ensayos tecnolgicos
para medir la dureza son Brinell,
Vickers y Rockwell, entre otros.
-Conductividad elctrica:
Posee una alta conductividad
elctrica en las lneas areas de alta
tensin se utilizan con frecuencia
conductores de aluminio con alma de
acero proporcionando ste ltimo la
resistencia mecnica necesaria para
incrementarlos vanos entre la torres y
optimizar el coste de la instalacin.
3.2.4 Propiedades qumicas
La actividad qumica del metal
depende de las impurezas que
contenga y de la presencia de
elementos que reaccionan con estas,
dependiendo tambin en menor
medida de la temperatura y zonas de
contacto. Distinguimos
fundamentalmente dos reacciones:
oxidacin y corrosin.
-Oxidacin:
La oxidacin se produce cuando se
combina el oxgeno del aire y el
metal. La oxidacin es superficial,
producindose en la capa ms
externa del metal y protegiendo a las
capas interiores de la llamada
7
oxidacin total. El xido no es
destructivo.
-Corrosin:
Se considera corrosin a toda accin
que ejercen los diversos agentes
qumicos sobre los metales,
primeramente en la capa superficial y
posteriormente en el resto. Cuando
es producida por el oxgeno y usando
como catalizador el agua, la corrosin
es progresiva desde la capa
superficial hasta el interior del metal
lo que provoca su total destruccin.
-Corrosin general: Cuando es en
toda la superficie, se protege con
facilidad.
-Corrosin intercristalina: Se debe a
las impurezas y no se advierte a
simple vista.
-Corrosin localizada: Se localiza en
sitios poco visibles y pasa
desapercibida hasta que se rompe la
pieza.
3.3 Relacin entre la estructura del
material y las propiedades
3.3.1 Macroestructura del acero
Con excepcin de las estructuras que
se forman durante los tratamientos
trmicos o por diferencias locales de
velocidad de enfriamiento, la
macroestructura de los aceros est
ocasionada por fenmenos que
ocurren durante la solidificacin.
Esta macroestructura es la
consecuencia de heterogeneidades
cristalogrficas y qumicas, de
distribuciones irregulares de
inclusiones y fases. Adems, se
tienen heterogeneidades fsicas como
diferencias de tamao de grano u
orientaciones locales preferidas.
El acero destinado al laminado o
forjado se vaca casi nicamente en
forma de lingotes en moldes de
fundicin llamadas lingoteras. La
solidificacin y por tanto la estructura
primaria depende sobre todo del
tamao y de la forma del lingote.
Debido a las diferencias en las
condiciones de solidificacin, por las
distintas velocidades de enfriamiento,
es posible discernir tres zonas
diferentes desde la pared del molde
hasta el corazn del mismo, de
acuerdo a:
-Zona de templado
Debido a la alta velocidad de
enfriamiento de una pequea capa de
acero lquido, al entrar en contacto
con la pared fra del molde (lingotera),
ocurre un subenfriamiento fuerte y
por tanto un alto grado de nucleacin,
producindose muchos cristales
pequeos con orientacin al azar.
-Zona columnaria o de tallos
Esta zona representa el mayor
volumen del lingote. La velocidad de
crecimiento de los cristales es la
mxima en la direccin de mayor
gradiente de temperatura
(perpendicular a la pared del molde).
As se forman cristales en forma de
tallos o sea cristales de forma
alargada o dendritas dirigidas hacia el
centro del lingote.
-La zona central no dirigida
8
Debido a la reduccin de la velocidad
de enfriamiento, los cristales de la
zona central del lingote pierden poco
a poco su direccin de crecimiento
preferencial y dejan de formar una
estructura dirigida. En esta zona se
segregan la mayora de las
impurezas que contiene el metal
fundido, debido a que es la ltima
zona en solidificar.
La transicin entre una zona y otra
es paulatina y el volumen relativo de
cada zona est determinado por
factores como la masa relativa del
lingote y el molde, la temperatura de
colada, las condiciones de
enfriamiento, la forma del lingote, etc.
3.3.2 Microestructuras de los aceros:
La ferrita, cementita, perlita, sorbita,
troostita, martensita, bainita, y rara
vez austenita, son constituyentes
metlicos que pueden presentarse en
los aceros al carbono.
El anlisis de las microestructuras de
los aceros al carbono recocidos y
fundiciones blancas deben realizarse
en base al diagrama metaestable
Hierro-carburo de hierro o Cementita.
Las microestructuras que presenta el
diagrama de equilibrio para los
aceros al carbono son:
-Ferrita:
Es una solucin slida de carbono en
hierro alfa, su solubilidad a la
temperatura ambiente es del orden
de 0.008% de carbono, por esto se
considera como hierro puro, la
mxima solubilidad de carbono en el
hierro alfa es de 0,02% a 723 C.
Imagen 2. Cristales blancos de ferrita [4]
Propiedades: La ferrita es la fase ms
blanda y dctil de los aceros,
cristaliza en la red cbica centrada en
el cuerpo, tiene una dureza de 90
Brinell y una resistencia a la traccin
de 28 kg/mm2, llegando hasta un
alargamiento del 40%. La ferrita se
observa al microscopio como granos
poligonales claros.
En los aceros, la ferrita puede
aparecer como cristales mezclados
con los de perlita, en los aceros de
menos de 0.6%C, formando una red
o malla que limita los granos de
perlita, en los aceros de 0.6 a
0.85%C en forma de agujas o bandas
circulares orientados en la direccin
de los planos cristalogrficos de la
austenita como en los aceros en
bruto de colada o en aceros que han
sido sobrecalentados. Este tipo de
estructura se denomina
Widmanstatten.
La ferrita tambin aparece como
elemento eutectoide de la perlita
formando lminas paralelas
separadas por otras lminas de
cementita, en la estructura globular
9
de los aceros de herramientas
aparece formando la matriz que
rodea los glbulos de cementita, en
los aceros hipoeutectoides
templados, puede aparecer mezclada
con la martensita cuando el temple no
ha sido bien efectuado
-Cementita:
Es el carburo de hierro Fe3C con un
contenido fijo de carbono del 6,67%.
Es el constituyente ms duro del
acero alcanzando una dureza de 68
HRC. Tambin la morfologa de la
cementita es muy variada siendo
destacables algunas estructuras
tpicas. Se consideran las siguientes
en los aceros:
-Cementita secundaria
-Cementita eutectoide
-Cementita terciaria
En los aceros, la cementita libre, no
asociada con otras fases suele
aparecer en los
aceros hipereutectoides, como
cementita secundaria, formando una
red continua enmarcando una
estructura granular formada por
colonias de perlita Tambin, aparece
como consecuencia de una
precipitacin en estado slido en
aceros con muy poco carbono, como
consecuencia de la disminucin de la
solubilidad del mismo por debajo de
la temperatura de transformacin
eutectoide. Se conoce como
cementita terciaria.
La cementita no libre, nicamente
aparece asociada a la ferrita, como
lminas finas alternadas de una y
otra, cuyo agregado se conoce como
perlita. Son tambin destacables las
formas que la cementita adopta como
la esferoidita.
-Perlita:
Es el microconstituyente eutectoide
formado por capas alternadas de
ferrita y cementita, compuesta por el
88 % de ferrita y 12 % de cementita,
contiene el 0.8 %C.
Propiedades: Tiene una dureza de
250 Brinell, resistencia a la traccin
de 80 kg/mm2 y un alargamiento del
15%; el nombre de perlita se debe a
las irisaciones que adquiere al
iluminarla, parecidas a las perlas. La
perlita aparece en general en el
enfriamiento lento de la austenita y
por la transformacin isotrmica de la
austenita en el rango de 650 a 723C.
Si el enfriamiento es rpido (100-
200C/s.), la estructura es poco
definida y se denomina Sorbita, si la
perlita laminar se somete a un
recocido a temperatura prxima a
723C, la cementita adopta la forma
de glbulos incrustados en la masa
de ferrita, denominndose perlita
globular.
-Austenita:
Es el constituyente ms denso de los
aceros y est formado por una
solucin slida por insercin de
carbono en hierro gamma. La
cantidad de carbono disuelto, vara
de 0.8 al 2 % C que es la mxima
http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-20.htmlhttp://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/perlita.html
10
solubilidad a la temperatura de 1130
C. La austenita no es estable a la
temperatura ambiente pero existen
algunos aceros al cromo-nquel
denominados austenticos cuya
estructura es austenita a temperatura
ambiente.
Propiedades: La austenita est
formada por cristales cbicos
centrados en las caras, con una
dureza de 300 Brinell, una resistencia
a la traccin de 100 kg/mm2 y un
alargamiento del 30 %, no es
magntica.
-Martensita:
Se obtiene por enfriamiento rpido de
la austenita, sin que acte la difusin.
Es una solucin slida sobresaturada
de C en hierro , por lo que la
estructura cristalina es tetragonal
centrada. Su elevada dureza
aumenta con el porcentaje de C; no
obstante, cuando se supera el 0,75%
C queda algo de austenita sin
transformar, y el promedio de dureza
decrece ligeramente. [6]
El contenido de carbono suele variar
desde muy poco carbono hasta el 1%
de carbono, sus propiedades fsicas
varan con su contenido en carbono
hasta un mximo de 0.7 %C.
Imagen 3. Microestructura de la martensita. [4]
Propiedades: La martensita tiene una
dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la
traccin de 170 a 250 kg/mm2 y un
alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy
frgil y presenta un aspecto acicular
formando grupos en zigzag con
ngulos de 60 grados.
Los aceros templados suelen quedar
demasiado duros y frgiles,
inconveniente que se corrige por
medio del revenido que consiste en
calentar el acero a una temperatura
inferior a la crtica inferior (727C),
dependiendo de la dureza que se
desee obtener, enfrindolo luego al
aire o en cualquier medio.
-Troostita:
Es un agregado muy fino de
cementita y ferrita, se produce por un
enfriamiento de la austenita con una
velocidad de enfriamiento ligeramente
inferior a la crtica de temple o por
transformacin isotrmica de la
austenita en el rango de temperatura
de 500 a 600C, o por revenido a
400C
Propiedades: Sus propiedades fsicas
son intermedias entre la martensita y
la sorbita, tiene una dureza de 400 a
500 Brinell, una resistencia a la
traccin de 140 a 175 kg/mm2 y un
alargamiento del 5 al 10%. Es un
constituyente nodular oscuro con
estructura radial apreciable a unos
1000X y aparece generalmente
acompaando a la martensita y a la
austenita.
11
-Sorbita:
Es tambin un agregado fino de
cementita y ferrita. Se obtiene por
enfriamiento de la austenita con una
velocidad de enfriamiento bastante
inferior a la crtica de temple o por
transformacin isotrmica de la
austenita en la zona de 600 a 650C, o
por revenido a la temperatura de
600C. PROPIEDADES: Su dureza es
de 250 a 400 Brinell, su resistencia a
la traccin es de 88 a 140 kg/mm2,
con un alargamiento del 10 al 20%.
Con pocos aumentos aparece en
forma muy difusa como manchas,
pero con 1000X toma la forma de
ndulos blancos muy finos sobre
fondo oscuro, de hecho tanto la
troostita como la sorbita pueden
considerarse como perlita de grano
muy fino.
-Bainita:
Es el constituyente que se obtiene en
la transformacin isotrmica de la
austenita cuando la temperatura del
bao de enfriamiento es de 250 a
500C. Se diferencian dos tipos de
estructuras: la bainita superior de
aspecto arborescente formada a 500-
580C, compuesta por una matriz
ferrtica conteniendo carburos. Bainita
inferior, formada a 250-400C tiene un
aspecto acicular similar a la
martensita y constituida por agujas
alargadas de ferrita que contienen
delgadas placas de carburos.
Propiedades: La bainita tiene una
dureza variable de 40 a 60 Rc
comprendida entre las
correspondientes a la perlita y a la
martensita.
Los constituyentes que pueden
presentarse en los aceros aleados
son los mismos de los aceros al
carbono, aunque la austenita puede
ser nico constituyente y adems
pueden aparecer otros carburos
simples y dobles o complejos.
La determinacin del tamao de
grano austentico o ferrtico, puede
hacerse por la norma ASTM o por
comparacin de la microfotografas
de la probeta a 100X, con las
retculas patrn numeradas desde el
1 para el grano ms grueso hasta el 8
para el grano ms fino.
En el sistema ASTM el grosor del
grano austentico se indica con un
nmero convencional n, de acuerdo
con la frmula:
(1)
Donde G es el nmero de granos por
pulgada cuadrada sobre una imagen
obtenida a 100 aumentos; este
mtodo se aplica a metales que han
recristalizado completamente, n es el
nmero de tamao de grano de uno a
ocho.
3.3.3 Composicin qumica y
mineralgica del acero:
ELEMENTOS
QUIMICOS
PROPIEDAD
Aluminio Desoxidante
12
Carbono Alta dureza y
resistencia
Nquel Aumenta la
tenacidad, la
resistencia al
impacto y la
resistencia a la
corrosin.
Plomo Mejora la
maquinabilidad
Titanio Estabiliza y
desoxida el acero
Tungsteno Resistencia a altas
temperaturas
MINERALES
Boro Aumenta la
capacidad de
endurecimiento
Cobalto Disminuye la
capacidad de
endurecimiento
Cromo Aumenta la
profundidad de
endurecimiento
Manganeso Desoxidante,
aumenta la
capacidad de
endurecimiento
Molibdeno Aumenta la
profundidad de
endurecimiento y la
resistencia al
impacto, mejora la
resistencia a la
corrosin.
Azufre Mejora
maquinabilidad Tabla 1.Propiedades y composicin del acero.
FASE
COMPOSICIN
PROPIEDADES
Austenita Hierro
Max 2,11%
Carbono
Buena
Ductilidad y
tenacidad
Ferrita Hierro
Boro
Bario
Estroncio
Permeabilidad
magntica, alta
dureza y
resistencia
Cementita Hierro
6,67% carbono
Alta dureza
Fragil
Perlita Hierro
0,77% carbono
Medianamente
blanda y dctil
ferrita y la dura
y quebradiza
Ledeburita Hierro
4,3% carbono
Alta dureza
Fragilidad Tabla 2. Propiedades y composicin de fase.
3.4 Parmetros de estado
3.4.1 Porosidad
La porosidad es una medida de la
capacidad de almacenamiento de
fluidos que posee un material y se
define como la fraccin del volumen
total del material que corresponde a
espacios que pueden almacenar
fluidos.
(2)
Como el volumen de espacios
disponibles para almacenar fluidos no
puede ser mayor que el volumen total
del material, la porosidad es una
fraccin y el mximo valor terico que
puede alcanzar es 1. Muchas veces
la porosidad es expresada como un
13
porcentaje, esta cantidad resulta de
multiplicar la ecuacin 1.1 por 100.
La porosidad del acero puede variar
dependiendo de las tcnicas de
obtencin y de las necesidades del
usuario, as pues, a partir de su
finalidad en una estructura el acero
va tener diferente tamao de poros,
por ejemplo Los filtros y componentes
metlicos porosos son piezas de gran
porosidad, entre el 35 y el 80% en
volumen, tpicamente de Bronce
89/11 o de Acero Inoxidable 316L,
Filtros y componentes porosos de
Acero Inoxidable los cuales son
principalmente de Acero Inoxidable
316L. Se fabrican compactando polvo
de acero inoxidable en un utillaje
rgido bajo elevada presin. Tienen
una elevada resistencia a la
corrosin, y resisten altas
temperatura de trabajo (hasta 800C).
Se fabrican con paso medio de poro
variable desde 2 m hasta 16 m. [3]
3.4.2 Densidad
La densidad es la relacin existente
entre la masa y el volumen de un
cuerpo, en el caso del acero esta
puede variar dependiendo de la
relacin entre sus componentes y de
las alteraciones que haya sufrido con
la finalidad de hacerlo apto para una
funcin especfica.
La densidad promedio del acero es
7850 kg/m3. El acero se puede
clasificar segn su grado de la
siguiente forma:
Los grados ms utilizados, referidos
generalmente como grados
austenticos estndares, son 1.4301
(comnmente conocido como 304) y
1.4401 (comnmente conocido como
316). Estos aceros inoxidables
contienen entre un 17-18% de cromo
y un 8-11% de nquel. El grado
1.4301 es adecuado en ambientes
rurales, urbanos y ligeramente
industriales, mientras que el 1.4401
es un grado ms aleado y por tanto
recomendable en ambientes marinos
e industriales.
Las versiones de estos mismos
grados con bajo contenido en
carbono son 1.4307 (304L) y 1.4404
(316L). Los grados 1.4301 y 1.4401
se fabricaban anteriormente con
contenidos de carbono ms elevados
lo cual tena implicaciones en el
comportamiento de los mismos frente
a la corrosin. Tanto el grado L
como un acero estabilizado tal como
el 1.4541 y el 1.4571 deberan
utilizarse cuando sea determinante el
comportamiento frente a corrosin en
estructuras soldadas.
El grado 1.4318 es un acero
inoxidable con bajo contenido en
carbono y alto contenido en
nitrgeno, que endurece rpidamente
con el trabajado en fro. Posee una
larga trayectoria de comportamiento
satisfactorio en la industria del
ferrocarril y es igualmente adecuado
para aplicaciones en automocin,
aviacin y arquitectura. El grado
1.4318 tiene una resistencia a la
http://www.ames.es/es/porous-elements/http://www.ames.es/es/porous-elements/
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corrosin similar a la del grado
1.4301 y es el ms adecuado para
aplicaciones que requieran mayor
resistencia estructural que la del
grado 1.4301 cuando se precise un
mayor volumen de material.
La Tabla 1 presenta las propiedades
fsicas a temperatura ambiente, para
los grados de acero inoxidable de la
norma EN 10088 (Stainless
steels).Las propiedades fsicas
pueden variar ligeramente con la
forma y el tamao del producto, pero
tales variaciones no suelen ser de
importancia crtica para su aplicacin.
(Ver tabla 3).
Tabla 3. Propiedades fsicas a temperatura
ambiente.
3.5 Caractersticas estructurales
3.5.1 Porosimetra
La porosimetra por inyeccin de Hg
es una tcnica utilizada en la
caracterizacin del sistema
macroporoso de los materiales. Se
basa en la aplicacin de presin y as
forzar la entrada del mercurio en el
entramado poroso del slido. Esta
tcnica se utiliza en el estudio de
materiales que presentan macroporos
y mesoporos pudiendo llegar a medir
poros de tamao de hasta 6 mm; con
este anlisis se determina el rea, el
volumen de macro y mesoporos, se
calcula la distribucin de la porosidad
del material y la porosidad total.
Otros ensayos que pueden
emplearse para estudiar la
porosimetria son la permeabilidad al
oxgeno y la absorcin de agua.
La porosimetria del acero se puede
obtener realizando uno de los
ensayos mencionados anteriormente,
a partir del cual se obtiene la
porosidad presente en el acero.
3.5 Propiedades fsicas
3.6.1 Propiedades termomtricas:
-Conductividad elctrica:
Es la facilidad que presenta un
material para dejar pasar a travs de
l la corriente elctrica. Este
fenmeno se produce por una
diferencia de potencial entre los
extremos del metal. Se utilizan con
frecuencia conductores de aluminio
con alma de acero proporcionando
ste ltimo la resistencia mecnica
necesaria para incrementarlos vanos
entre la torres y optimizar el coste de
la instalacin.
-Conductividad trmica:
Es la facilidad que presenta un
material para dejar pasar a travs de
l una cantidad de calor. El
coeficiente de conductividad trmica k
nos da la cantidad de calor que
pasara a travs de un determinado
metal en funcin de su espesor y
seccin.
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-Dilatacin:
Es el aumento de las dimensiones de
un metal al incrementarse la
temperatura. No es uniforme ni sigue
leyes determinadas.
3.7 Propiedades Mecnicas
3.7.1 Propiedades de Deformacin:
-Plasticidad: es la capacidad de
deformacin de un metal sin que
llegue a romperse, si la deformacin
se produce por alargamiento se llama
ductilidad y por compresin
maleabilidad.
-Fragilidad: es la propiedad que
expresa falta de plasticidad y por lo
tanto tenacidad. Los metales frgiles
se rompen en el lmite elstico su
rotura se produce cuando sobrepasa
la carga del lmite elstico.
-Dureza: Es la propiedad que expresa
el grado de deformacin permanente
que sufre un metal bajo la accin
directa de una fuerza determinada.
Existen dos Dureza fsica y Dureza
tcnica.
-Ductilidad: es la capacidad que
tienen los materiales para sufrir
deformaciones a traccin
relativamente alta, hasta llegar al
punto de fractura.
-Maleable:
Se pueden obtener lminas delgadas
llamadas hojalata. La hojalata es una
lmina de acero, de entre 0,5 y 0,12
mm de espesor, recubierta,
generalmente de forma electroltica,
por estao.
3.7.2 Resistencia mecnica:
-Resistencia: es la oposicin al
cambio de forma y a la fuerzas
externas que pueden presentarse
como cargas son traccin,
compresin, cizalle, flexin y torsin.
-Resistencia al desgaste:
Es la resistencia que ofrece un
material a dejarse erosionar cuando
est en contacto de friccin con otro
material.
-Tenacidad: se define como la
resistencia a la rotura por esfuerzos
que deforman el metal; por lo tanto un
metal es tenaz si posee
cierta capacidad de dilatacin.
4. CONCLUSIONES
Por medio de este trabajo se pudo
conocer ms a fondo sobre el acero;
por sus caractersticas y propiedades
se fue introduciendo poco a poco
como material de construccin civil,
su alta resistencia mecnica y al
choque y ligereza lo ha hecho uno de
los materiales de mayor uso en ese
campo, a pesar de lo anterior, este
material presenta ciertas deficiencias
como la sensibilidad ante la corrosin
y al fuego, inestabilidad, dificultades
de adaptacin a formas variadas,
http://www.xuletas.es/ficha/dilatacion-termica/
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excesiva flexibilidad entre otras. Es
por ello que dependiendo a su uso se
han elaborado distintos tipos cuya
composicin u otras caractersticas
han sido modificadas o sometidas a
diferentes factores para lograr una
mejora en las mismas. El acero
Galvanizado, inoxidable, laminado,
al Carbono y acero aleado son
algunos ejemplos. El acero es
fundamentalmente una aleacin de
hierro, con contenidos de carbono
menores del 1 % y otras pequeas
cantidades de minerales como
manganeso, fsforo, azufre, slice y
vanadio, todos estos componentes
cumplen un papel importante en la
mejora de propiedades como
resistencia y soldabilidad haciendo de
esta aleacin un material
indispensable en la construccin.
5. REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
[1]http://allstudies.com/acero-
estructural.html, consultado
14/04/2014 6:30 pm
[2] http://materialesymetalurgia 2009.
blogspot.com/2009/05/1.html,
consultado 20/04/2014 9:15 pm
[3] http://www.ames.es/es/porous-
elements/ consultado 15/04/2014
5:23 p.m.
[4]
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/site
s/ciencia/volumen2/ciencia3/080/htm/
sec_6.htm, consultado 16/04/2014
7:12 am
http://allstudies.com/acero-estructural.htmlhttp://allstudies.com/acero-estructural.html