Acero: caractersticas y descripcin de su produccin

Yessica Melisa Martnez Soto 245031, Jessika Natalia Heredia Sosa CODIGO, Julin Felipe Torres Campos 244998 Presentado al ingeniero Jaime Leon Aguilar Introduccin a la ingeniera de materiales Universidad Nacional de Colombia, Bogot, 13 de marzo de 2015Acero: caractersticas y descripcin de su produccin

1.Introduccin12.Glosario de trminos importantes23.Caractersticas generales33.1Definicin33.2Tipos de acero [2]33.2.1Aceros bajos en carbono [2]43.2.2Aceros medios en carbono53.2.3Aceros altos en carbono53.2.4Aceros altos en carbono51.Aplicaciones72.Importancia y mercado83.Extraccin y sntesis94.Procesamiento105.11

Tabla de contenido

1. Introduccin Las aleaciones frreas, cuyo principal co m p o n en te es el h ierro , son las que ms se p ro d u cen y las q u e tien en m ay o r in ters com o m aterial p ara la construccin de ap arato s. E ste uso g eneralizado se d eb e a tres factores: (1) en la corteza de la tierra ab u n d an los com puestos de h ierro , (2) los aceros se fabrican m ed ian te tcnicas de extraccin, afino, aleacin y conform acin re la tiv am en te econm icas y (3) las aleaciones frreas son ex trem ad am en te verstiles, ya q u e se p u ed en ad ap tar p ara q u e ten g an una gran variedad de p ro p ied ad es fsicas y mecnicas.

2. Glosario de trminos importantes Martensita: nombre que recibe la fase cristalinaBCC, en aleaciones ferrosas. [1]Ferrita: laferritaohierro- (alfa)es una de las estructuras cristalinas delhierro. Cristaliza en elsistema cbicocentrado en el cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnticas. [2]Perlita: microestructura formada por capas olminasalternas de las dos fases (ycementita) durante el enfriamiento lento de unaceroatemperatura eutectoide. Se le da este nombre porque tiene la apariencia de una perlaal observarse microscpicamente a pocos aumentos. [3]Austenizacin: la austenizacin es un proceso que ocurre en el acero, en el cual, a una determinada temperatura, se forma austenita o acero . [1]Temple: tratamiento que se emplea para incrementar la dureza de lasaleacionesde hierro. [4]Revenido: al igual que normalizado, recocido y el temple, es un tratamiento trmico a un material con el fin de variar su dureza y cambiar su resistencia mecnica. [4]Templabilidad: capacidad de unaaleacinpara transformarse enmartensitadurante un determinadotemple. [4]Ductilidad: propiedad que presentan algunos materiales, como lasaleaciones metlicaso materiales asflticos, los cuales bajo la accin de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse. [4]Designacin AISI/SAE: nmero referente a los aceros que consta de cuatro cifras: los dos primeros dgitos indican el contenido en aleantes y los dos ltimos la concentracin de carbono. Las dos primeras cifras de aceros al carbono son 1 y 0; mientras que las de los aceros aleados son, por ejemplo 13, 41 ,43. Las cifras tercera y cuarta representan el porcentaje de carbono multiplicado por 100; por ejemplo, un acero 1060 significa un acero al carbono con 0,60% C. [4]Sistema numrico uniformado (UNS): Se utiliza con el fin de uniformar las aleaciones frreas y no frreas, consiste en una letra, como prefijo, seguida de un nmero de cinco cifras. La letra indica la familia metlica a que pertenece la aleacin. La designacin UNS de los aceros empieza con una G seguida por el nmero AISI/SAE; el quinto dgito es un cero. [4]

3. Caractersticas generales 3.1 Definicin Los aceros son aleaciones hierro-carbono con concentraciones apreciables de otros elementos aleantes. Existen miles de aceros que tienen distintas composiciones y/o tratamientos trmicos. Las propiedades mecnicas dependen del contenido en carbono, que suele ser inferior al 1%. Los aceros ms comunes se clasifican segn el contenido en carbono: bajo, medio y alto en carbono. A dems, en cada grupo existen subclases de acuerdo con la concentracin de otros elementos de aleacin. Los aceros al carbono slo contienen concentraciones residuales de impurezas distintas al carbono. En los aceros aleados, los elementos de aleacin se aaden intencionadamente en concentraciones especficas. [4]3.2 Tipos de acero [4]A continuacin se muestra un mapa conceptual donde se muestra la clasificacin de los aceros:

Ilustracin 1. Clasificacin de varias aleaciones frreas

3.2.1 Aceros bajos en carbono [4]La mayor parte de todo el acero fabricado es bajo en carbono. Este tipo de acero contiene menos del 0,25% en C y responde al tratamiento trmico para formar martensita. La microestructura consiste en ferrita y perlita. Como consecuencia, estos aceros son relativamente blandos y poco resistentes, pero con extraordinaria ductilidad y tenacidad adems, son de fcil mecanizado, soldables y baratos. Las siguientes tablas indican las composiciones y las propiedades mecnicas de varios aceros bajos en carbono.

Designacin Composicin (%en peso)

AISI/SAE o nmero ASTMNmero UNSCMnOtros

Aceros bajos en carbono

1010G101000,100,45

1020G102000,200,45

A36K026000,291,000,20 Cu (mn.)

A516 Grado 70K027000,311,000,25 Si

Aceros de baja aleacin y alta resistencia

A440K128100,281,3500,30 Si (mx.), 0,20 Cu (mn.)

A633 Grado EK120020,221,3500,30 Si, 0,08V, 0,2N, 0,03 Nb

A656 Grado 1K118040,181,6000,60 Si, 0,1 V, 0,20 Al, 0,015 N

Tabla 1. Composiciones de cinco aceros bajos en carbono y de tres aceros de baja aleacin y alta resistencia

AISI/SAE o nmero ASTMResistencia a la traccin [psi x103 (MPa)]Lmite elstico [psi x103 (MPa)]Ductilidad (% EL en 2 pulg.)

Aceros bajos en carbono

101047 (325)26 (180)28

102055 (380)30 (205)25

A3632 (220)32 (220)23

A516 Grado 7070 (485)38 (260)21

Aceros de baja aleacin y alta resistencia

A44063 (435)42 (290)21

A633 Grado E75 (520)55 (380)23

A656 Grado 195 (655)80 (552)15

Tabla 2. Caractersticas mecnicas de material laminado en caliente de aceros bajos en carbono y aceros de alta resistencia y baja aleacin Estos aceros suelen tener un lmite elstico de 275 MPa, una resistencia a la traccin comprendida entre 415 y 550 MPA y una ductilidad del 25 %EL (porcentaje de elongacin). Otro grupo de aceros bajos en carbono est constituido por los aceros de alta resistencia y baja aleacin (HSLA), que contienen elementos de aleacin como cobre, vanadio, nquel y molibdeno en concentraciones combinadas de aproximadamente el 10% en peso y poseen mucha mayor resistencia mecnica que los aceros bajos en carbono. Se aumenta la resistencia por tratamiento trmico y el lmite elstico excede de 480 MPa; adems son dctiles y mecanizables. 3.2.2 Aceros medios en carbonoLos aceros medios en carbono tienen porcentajes en carbono comprendidos entre 0,25 y 0,6%. Estos aceros pueden ser tratados trmicamente mediante austenizacin, temple y revenido para mejorar sus propiedades mecnicas. Se suelen utilizar en la condicin de revenidos, con microstructura de martensita revenida. Se trata de aceros de baja templabilidad, slo tratables en piezas de delgada seccin y velocidades de temple muy rpidas. Las adiciones de cromo, nquel y molibdeno mejoran la capacidad de estas aleaciones para ser tratados trmicamente, generando as gran variedad de combinaciones resistencia-ductilidad. Estos aceros tratados trmicamente son ms resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dctiles y tenaces. 3.2.3 Aceros altos en carbono Los aceros altos en carbono normalmente contienen entre 0,60 y 1,4% C y son ms duros, resistentes y an menos dctiles que los otros aceros al carbono. Casi siempre se utilizan en la condicin templada y revenida, en la cual son especialmente resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta de corte. En la siguiente estn listados algunos aceros de herramienta y sus composiciones. Nmero AISINmero UNISCWMoCrV Otros

W1T723010,6 -1,4

S1T419010,502,501,50

O1T315010,900,500,501,00 Mn

A1T301021,00

D2T304021,501,005,00

M1T113010,851,501,0012,001,00

Tabla 3. Designacin y composiciones de seis aceros de herramientas3.2.4 Aceros inoxidables Los aceros inoxidables resisten la corrosin (herrumbre) en muchos ambientes, especialmente en la atmsfera. El cromo es el principal elemento de aleacin, en una concentracin mnima del 11%. La resistencia a la corrosin mejora con adiciones de nquel y molibdeno. Las adiciones de los elementos de aleacin en concentraciones significativas producen dramticas alteraciones en el diagrama de fases hierro-carburo de hierro.Los aceros inoxidables se clasifican en funcin de la microestructura constituyente: martenstica, ferrtica o austentica. Los aceros inoxidables austenticos mantienen retenida la estructura de la austenita a temperatura ambiente. La austenita tiene una estructura FCC y es estable por encima de 910C. Esta estructura se puede presentar a temperatura ambiente siempre que sea estabilizada por un elemento de aleacin apropiado, tal como el nquel.Los aceros inoxidables ferrticos no tienen un alto contenido de nquel, por lo que la estructura BCC es estable. En el caso de muchas aplicaciones que no requieren elevada resistencia a la corrosin de los aceros inoxidables austnticos, los aceros inoxidables ferrticos, menos aleados (y con menos costo), resultan bastante tiles.El tratamiento trmico consiste en un temple rpido estudiando En la siguiente tabla figuran las composiciones qumicas, las propiedades mecnicas y las aplicaciones de cuatro clases de aceros inoxidables. La amplia gama de propiedad es mecnicas combinadas con la excelente resistencia a la corrosin hacen que este tipo de acero sea muy verstil.Nmero AISINmero UNSCcomposicin (%en peso )CondicionesPropiedades

CrNiOtrosResistencia a la traccin [psi x103 (Mpa)]Lmite elstico [psi x103 (Mpa)]Ductilidad (%EL en 2 pulg.)

Ferrtico

409S409000,08111,0 Mn Recocido65 (448)35 (240)25

446S446000,2250,75 Ti; 1,5 MnRecocido80 (552)35 (240)20

Austentico

304S304000,081992,0 MnRecocido85 (586)35 (240)55

316LS316030,0317122,0 Mn; 2,5 MnRecocido80 (552)36 (240)50

Martenstico

410S410000,1512,51,0 Mn Recocido Q y T70 (483)40 (275)30

440AS440020,7171,0 Mn; 0,75MoRecocido Q y T140 (965) ; 105 (724) ; 260 (1790)100 (690) ; 60 (414) ; 240 (1655)23 ; 20 ; 5

Tabla 4. Designaciones, composiciones y propiedades mecnicas para los aceros inoxidables ferrticos, austentcos y martencticos.

4. Aplicaciones A continuacin se muestran algunas aplicaciones del acero dependiendo de su clasificacin:4.1 Aceros al carbono de baja aleacinEstos materiales eminentemente prcticos tienen, tienen aplicaciones que van desde los cojinetes de bolas hasta la carrocera de los automviles.4.1.1 Bajo en carbonoEsta clase de aceros se utilizan para fabricar carroceras de automviles, vigas (en forma de L, canales y ngulos) y lminas para construir tuberas, edificios, puentes y latas estaadas.En el ambiente atmosfrico, los aceros HSLA son ms resistentes a la corrosin que los aceros al carbono, a los que suelen reemplazar en muchas aplicaciones donde la resistencia mecnica es crtica: puentes, torres, columnas de soporte de altos edificios y recipientes a presin.En la siguiente tabla se muestran las aplicaciones tpicas de aceros bajos en carbono y aceros HSLA.AISI/SAE o nmero ASTMAplicaciones tpicas

Aceros bajos en carbono

1010Paneles de automvil, clavos y alambre

1020Tubos; aceros laminados y estructurales

A36Estructurales (puentes y edificios)

A516 Grado 70Recipientes a presin a baja temperatura

Aceros de baja aleacin y alta resistencia

A440Estructuras atornilladas o remachadas

A633 Grado EEstructuras utilizadas a bajas temperaturas

A656 Grado 1Bastidores de camiones y vagones de tren

Tabla 5. Aplicaciones tpicas de aceros bajos en carbono y aceros HSLA.

4.1.2 Medios en carbonoEsta clase de aceros se utilizan para fabricar ruedas y railes de trenes, engranajes, cigeales y otros componentes estructurales que necesitan alta resistencia mecnica, resistencia al desgaste y tenacidad.

4.1.3. Altos en carbonoLas herramientas y las matrices se fabrican con aceros aleados altos en carbono que contienen, generalmente, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno. Estos elementos de aleacin 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 producir materiales, as como cuchillos, navajas, hojas de sierra, muelles e hilos de alta resistencia.

4.2 Aceros al carbono de alta aleacin

5. Importancia y mercado

6. Extraccin y sntesis

7. Procesamiento

Bibliografa

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