Propiedades y Aplicaciones de los Aceros

Aceros

Aleaciones Férreas

Aleaciones a base de hierro. Este grupo contiene los aceros de carbono, aceros de baja aleación y las fundiciones.

Aleaciones No Férreas

Son el resto de materiales que no contienen hierro como constituyente mayoritario.

Los aceros generalmente tienen un contenido de carbono comprendido entre el 0.05 % y el 2 % en peso. Las fundiciones generalmente contienen entre 2,0 % y un 4,5 % en peso de carbono. Una concentración de un 5% en peso total de elementos aleantes distintos del carbono servirá como límite.

Aceros al Carbono y de Baja Aleación

Son de los metales más usados debido a su alta resistencia y precio moderado. Ofrecen gran dureza y resistencia a las cargas, y su precio es moderado debido a la abundancia de sus elementos aleantes. Además, son dúctiles.

Una nueva clase de aceros ha surgido con el nombre de aceros de baja aleación y alta resistencia, materiales que se utilizan principalmente en la industria automotriz por su alta resistencia.

Aceros de Alta Aleación

Se identifican como aceros que superan el 5% de aleantes, y se sub-dividen en tres categorías:

• Aceros Inoxidables: Requieren la adición de aleantes para evitar daños por el ambiente.
• Aceros para Herramientas: Necesitan la adición de aleaciones para resistir el desgaste.
• Superaleaciones: Necesitan la adición de elementos que les proporcionen estabilidad a alta temperatura.

Aceros Inoxidables

Propiedades

Son más resistentes a la oxidación debido a los altos índices de cromo.

• Acero Inoxidable Austenítico: Mantienen la estructura de la austenita a temperatura ambiente (austenita: ordenamiento de los átomos de hierro y carbono).
• Aceros Inoxidables Ferríticos: Sin un alto contenido en níquel, la estructura FCC (la formación cúbica centrada en las caras del hierro, es estable). Son útiles en casos donde no se requiere una resistencia a la corrosión tan elevada y no tienen una gran combinación de aleaciones.
• Aceros Inoxidables Martensíticos: Un tratamiento térmico rápido permite la obtención de una estructura cristalina con elevada resistencia y baja ductilidad.
• Aceros Inoxidables de Endurecimiento por Precipitación: Un tratamiento térmico permite la obtención de una microestructura con mayores valores de resistencia y dureza, gracias a la oposición al movimiento por dislocaciones.

Aceros de Herramientas

Se utilizan para cortar, mecanizar o dar forma a otros materiales. Permiten obtener la dureza requerida con tratamientos térmicos de mayor simplicidad y retienen esta dureza a mayor temperatura de operación. Aleantes comunes: Wolframio, Molibdeno y Cromo.

Superaleaciones

Son metales con resistencias extraordinariamente altas a elevadas temperaturas. También se utilizan para resistir el calor las superaleaciones de base hierro, base cobalto y base níquel (estas también pueden contener cromo para mejorar la resistencia a la oxidación y corrosión). Son caras.

Fundiciones

Se constituyen como un sistema férreo tradicional importante, junto con las aleaciones de solidificación rápida. Se definen como las aleaciones férreas cuyo contenido en carbono es superior al 2% en peso. Generalmente contienen hasta un 3% en peso de silicio para controlar la cinética de formación de carburos.

• Tienen una temperatura de fusión y viscosidad (líquida) baja, no forman capas superficiales durante la colada, y deben mantener un equilibrio entre una buena conformabilidad para formas complejas y unas propiedades mecánicas inferiores a las de las aleaciones de forja.
• Aleaciones de forja: Son inicialmente de moldeo, pero se someten posteriormente a procesos de laminación.

Existen cuatro tipos generales de fundiciones:

• Fundición Blanca: Tienen una rotura cristalina y blanca.
• Fundición Gris: Tiene una rotura gris con una estructura formada de finas escamas.
• Fundición Dúctil o Nodular: (Se le agrega magnesio) Es gris y se obtienen precipitados esféricos de grafito en lugar de precipitados en forma de placas.
• Fundición Maleable: (Ductilidad razonable) Se moldea al igual que la fundición blanca y posteriormente se somete a un tratamiento térmico para obtener precipitados nodulares de grafito.

Aleaciones No Férreas

Aleaciones de Aluminio

Son conocidas por su baja densidad y resistencia a la corrosión. También por su conductibilidad eléctrica, facilidad de fabricación y apariencia limpia y atractiva.

Aleaciones de Magnesio

Las aleaciones de magnesio tienen menor densidad que las de aluminio y, en consecuencia, se encuentran en numerosas aplicaciones estructurales, tales como los diseños aeroespaciales.

Aleaciones de Titanio

La afinidad del titanio por el oxígeno conduce a la formación de una capa de oxidación superficial fina y muy adherente que le proporciona una excelente resistencia a la corrosión.

Aleación de Cobre

Propiedades como su excelente conductividad eléctrica hacen de las aleaciones de cobre el material líder en la fabricación de varios elementos relacionados con los sistemas de distribución de energía.

La Corrosión

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. Se produce mediante una reacción química que interactúa con el material debido a tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua. La electroquímica es el proceso por el cual una corriente eléctrica circula a través de un material provocando cambios.

1. Corrosión Electroquímica o Polarizada: Es el paso de electrones e iones de una fase a otra, lo que implica transformaciones de materiales.
2. Corrosión Uniforme: Reacción de corrosión que ocurre por igual en toda la superficie del material.
3. Corrosión Galvánica: Corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos se unen electrónicamente en presencia de un electrolito.
4. Corrosión por Picadura (Pitting): Tipo de corrosión altamente localizada.
5. Corrosión por Erosión: Causada o acelerada por el movimiento relativo de la superficie del metal y el medio.
6. Corrosión Intergranular: Corrosión selectiva de los límites de grano en metales y aleaciones.
7. Corrosión Exfoliación: Corrosión en los límites de granos paralelos a la superficie del metal.
8. Corrosión Bajo Tensión: Ataque de un material por la acción conjunta de causas químicas y físicas.
9. Corrosión por Fatiga: Es producida por la unión de una tensión cíclica y un agente corrosivo.
10. Corrosión por Rozamiento: Ocurre cuando las piezas de metal se deslizan una encima de la otra y causan daños mecánicos.
11. Corrosión por Pérdida Selectiva: Un elemento es eliminado de una aleación.

El Efecto de la Corrosión en la Construcción

Es un proceso en el cual la estructura se debilita desde la base hacia el interior, produciendo fragilidad estructural que podría causar el colapso de la misma.

Se requeriría el doble de la carga para producir el mismo alargamiento si el área de la sección de la probeta se duplica. Para minimizar estos factores geométricos, la carga y el alargamiento son normalizados para obtener los parámetros tensión nominal o convencional y deformación nominal o convencional, respectivamente.

La tensión nominal o convencional (σ) se define mediante la relación: σ = F/A₀, donde F es la carga instantánea o fuerza media de tracción uniaxial aplicada perpendicularmente a la sección, y A₀ es el área de la sección transversal original, antes de aplicar la carga. La tensión se mide en unidades Newton (N) o libras fuerza (lbf), y A₀ en m² o pulg².

La deformación convencional o nominal (ε) es la relación entre el cambio en la longitud instantánea de una muestra en la dirección en que se aplica la fuerza y la longitud original de la muestra: ε = (l_i - l₀) / l₀, donde l₀ es la longitud inicial de la muestra y l_i es la longitud después de ser alargada por la fuerza de tracción uniaxial.