Aceros Especiales: Tipos, Propiedades y Aplicaciones Industriales
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Aceros Especiales: Tipos, Propiedades y Aplicaciones
Elementos de Aleación en Aceros
Los aceros especiales son aquellos que, además de carbono, contienen otros elementos en cantidades suficientes para modificar sus propiedades mecánicas y físicas. A continuación, se describen algunos de los elementos de aleación más comunes:
Níquel
El níquel fue uno de los primeros metales que se utilizó como elemento de aleación para la fabricación de aceros especiales. Su uso se remonta a finales del siglo XIX. Se observó que, añadiendo a los aceros al carbono cantidades variables de 2 a 5% de níquel, se aumentaba su resistencia y límite de elasticidad, sin disminuir la tenacidad.
El níquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas. Estos aceros son austeníticos a temperatura ambiente y no admiten el temple. La aleación hierro-níquel con menos de 0.10% de carbono y 36% de níquel tiene una dilatación térmica muy baja, casi nula, entre 0° y 100°C, y recibe el nombre de invar.
Cromo
El cromo es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados. Se usa indistintamente en los aceros de construcción, de herramientas, inoxidables y de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas, desde 0.30 a 30%, según los casos. Sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.
Cromo-Níquel (Serie 3000)
La aleación cromo-níquel mejora la ductilidad, tenacidad y templabilidad. Es muy buena para la resistencia al desgaste, por eso se utiliza masivamente en la fabricación de herramientas.
Molibdeno (Serie 4000)
El molibdeno es muy costoso. Se disocia con ferrita y carbono. Es muy fuerte en la templabilidad y es el mejor aliante. Aliado con el cromo, aumenta la dureza a altas temperaturas. Es muy bueno para la resistencia a la fatiga y siempre va acompañado de cromo y níquel. Cuando está solo (series 44xx y 40xx), sin ningún otro aliante, es cuando va con poco porcentaje de carbono y se emplea para cementación. Por lo tanto, se utiliza en engranajes y ejes de transmisión.
Vanadio
El vanadio es muy costoso porque es tóxico. Es un potente desoxidante y da muy buena templabilidad. Su principal propiedad es que aumenta la tenacidad.
Cromo-Vanadio
Se utiliza para la fabricación de pernos, cigüeñales y, en general, para piezas que requieran gran tenacidad, como ejes y resortes.
Tipos de Aceros Inoxidables
Aceros Martensíticos (Serie 400 y 500)
Algunos aceros martensíticos tienen entre 11 y 18% de cromo. Se pueden templar y ofrecen gran resistencia mecánica. Se utilizan para piezas fundidas que requieran alta resistencia a la corrosión a altas temperaturas, como en álabes de turbinas. También se emplean para elementos quirúrgicos.
Aceros Austeníticos (Serie 300)
Los aceros austeníticos no son magnéticos y no endurecen por tratamientos térmicos. Son aceros al níquel y al cromo, con no menos del 23% de aleación entre los dos. Tienen mucho más níquel que cromo. Se utilizan en la fabricación de contenedores de alimentos porque se pueden soldar y forjar gracias a su bajo contenido de carbono. No presentan cambios alotrópicos y no se pueden templar.
Aceros Ferríticos (Serie 400)
Los aceros ferríticos tienen un alto porcentaje de cromo y nada de níquel. El porcentaje de cromo va de 14 a 27%. Se trabajan en frío y caliente. Se emplean en la industria química, adornos arquitectónicos y en la industria automotriz.
Aceros Endurecibles por Precipitación
Son aceros inoxidables de cromo-níquel que contienen, adicionalmente, otros elementos de aleación como el cobre y el aluminio, que favorecen la precipitación de fases secundarias y elevan significativamente la dureza y resistencia mecánica del material cuando es sometido a un tratamiento térmico de envejecimiento. Estos materiales ofrecen una alternativa para obtener una buena resistencia mecánica por medio de un tratamiento térmico a menor temperatura, que puede ser aplicado incluso después de la fabricación de la pieza o elemento mecánico. Las propiedades mecánicas (resistencia y dureza) que se pueden alcanzar con estas aleaciones son superiores, inclusive, a las obtenidas por los aceros inoxidables martensíticos (aprox. 1480 MPa). Asimismo, debido a que el contenido de cromo es mayor que en estos últimos, la resistencia a la corrosión también resulta ser superior. Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación pueden ser del tipo martensítico, semiaustenítico y austenítico.