Aceros y Fundiciones: Composición, Clasificación y Propiedades Mecánicas

Composición de las Fundiciones

Las fundiciones, derivadas del hierro, se caracterizan por los siguientes componentes:

• Carbono: 4-5%
• Silicio: Hasta 3%
• Manganeso: Hasta 6%
• Azufre y Fósforo: Menos del 1%

Un alto contenido de silicio (Si) promueve la precipitación del carbono en forma de grafito, resultando en la fundición gris, utilizada en la fabricación de cuerpos de máquinas.

Si predomina el manganeso (Mn), el carbono forma carburo de hierro (Fe), dando origen a la fundición blanca, empleada en la elaboración de acero (aceros de construcción y herramientas). El acero debe ser forjable, soldable y templable. El objetivo principal en la producción de acero es reducir el contenido de carbono y otros acompañantes del hierro. La transformación del hierro bruto en acero se denomina afino.

Una aleación es una combinación química de dos o más metales (cromo, níquel, manganeso, vanadio). El contenido de carbono recomendado para el acero es de 0.1-2.1%.

Clasificación de los Aceros

Aceros al Carbono

1. Aceros de Construcción: (0.3-0.7% de carbono) Se utilizan directamente en estructuras (perfiles, tubos), representando el 80% de la producción. También se emplean en procesos posteriores (alambres, resortes).
2. Aceros para Herramientas: (0.6-1.4% de carbono) Se utilizan en la fabricación de herramientas de corte o manuales.

Aceros Aleados

Mejoran la resistencia a la tracción y al desgaste, disminuyen la corrosión, facilitan la forja y el mecanizado.

1. Aceros de Calidad: Fáciles de soldar y conformar en frío y caliente.
2. Aceros Finos: Mayor homogeneidad en la fundición, elaborados con mayor cuidado. Según su uso, se dividen en aceros cementados, bonificados y rápidos.

Influencia de los Componentes en el Acero

• Cromo: Aumenta la resistencia y la dureza.
• Molibdeno: Aumenta la resistencia al calor y disminuye la corrosión.
• Silicio: Proporciona elasticidad, permite la penetración del temple y mejora la resistencia al ataque ácido.

Propiedades Mecánicas de los Aceros

• Ductilidad: Capacidad de deformarse fácilmente por laminación o golpes sin sufrir daños. Alargamiento a tracción >5%.
• Fragilidad: Inversa de la ductilidad; no es fácilmente deformable. Alargamiento a la tracción <5%.
• Resistencia: Capacidad de absorber energía dentro de la zona elástica.
• Tenacidad: Capacidad de absorber energía dentro de la zona plástica.
• Maleabilidad: Capacidad de estirarse en láminas o alambres.

Propiedades de Manufactura: Medición de Dureza

La dureza se define como la resistencia a ser penetrado o rayado.

Métodos de Medición de Dureza

• Método de Vickers: Aplicable a casi todos los metales, independientemente del espesor. Utiliza un penetrador y la carga varía entre 5-100 kg. La dureza Vickers (HV) se calcula como: HV = 1.854 * P / d^2, donde P es la carga y d es la diagonal de la indentación.
• Ensayo Brinell: Utiliza una bola de acero de 10 mm de diámetro (D). La carga varía entre 500-1000-3000 kg, dependiendo del material. La dureza Brinell (BHN) se calcula como: BHN = 0.102 * P / [(PI * D / 2) * (D - √(D^2 - d^2))], donde P es la carga y d es el diámetro de la indentación.
• Ensayo Rockwell: (A, B, C). B) D = 1.59 mm, carga varía 10-100 kg, Rb = 100 - e. C) Cono de diamante, carga varía 10-150 kg, D = 1/16". Rc = 100 - e, donde e es la profundidad de la indentación.
• Ensayo Shore: (para materiales no metálicos) Utiliza un esclerómetro (tubo transparente que contiene una bolita de diámetro 25.4 mm). Mide el rebote de la bolita.