Clasificación y selección de aceros por sus elementos aleantes

Clasificación y selección de aceros por sus elementos aleantes

Aceros Aleantes

Reciben este nombre los aceros que además de los cinco elementos básicos: carbono, silicio, manganeso, fosforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otras sustancias conocidas como elementos aleantes, que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales.

Los aceros aleados se dividen en dos grupos:

Ø Aceros de baja aleación: Smith and Hashemi sitúan la barrera entre los elementos presentes en el compuesto en el 4% en peso de aleante

Ø Acero de alta aleación: Degarmo define la barrera entre los elementos presentes en el compuesto es el 8%.

Los elementos que más frecuentemente suelen utilizarse para la fabricación de aceros aleados son:

· Cobre

· Titanio

· Circonio

· Plomo

· Selenio

· Aluminio

· Boro

· Niobio

· Níquel

· Manganeso

· Cromo

· Vanadio

· Wolframio

· Molibdeno

· Cobalto

· Silicio

Las influencias directas de los diversos elementos en aleaciones provocan ciertas características en los aceros, que podrían señalarse en forma general como:

v La tendencia que tienen ciertos elementos a disolver ferrita o formar soluciones sólidas con el hierro alfa, y la tendencia que en cambio tiene otros a formar carburos.

v La influencia de los elementos de aleación en los diagramas de equilibrio de los aceros.

v La influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad.

v La influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce en el revenido.

v Mejoras en la resistencia a la corrosión, resistencia al calor, resistencia a la abrasión, etc.

Aplicaciones comunes en la ingeniería

Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las mismas.

En elementos de maquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aun a altas temperaturas.

Hay aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos decorativos, piezas de maquinas y herramientas que resisten perfectamente a la acción de los agentes corrosivos.

Es posible preparar troqueles de formas muy complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple.

Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización

Utilizados por su templabilidad:

Aceros de gran resistencia.
Aceros de cementación.
Aceros de muelles.
Aceros indeformables.

Utilizados en construcción:

Aceros de gran resistencia.
Aceros de cementación.
Aceros para muelles.
Aceros de nitruración.
Aceros resistentes al desgaste.
Aceros para imanes.
Aceros para chapa magnética.
Aceros inoxidables y resistentes al calor.

Utilizados para producir herramientas:

Aceros rápidos.
Aceros de corte no rápidos.
Aceros indeformables.
Aceros resistentes al desgaste.
Aceros para trabajos de choque.
Aceros inoxidables y resistentes al calor.

Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su calidad

o Aceros aleados de calidad: Son aquellos que representan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la formalidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido o al de temple superficial.

o Aceros aleados especiales: son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas.

Elementos empleados para la fabricación de aceros aleados

Cromo (Cr)

Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados. Se emplea en cantidades diversas desde 0,3 a 30% de cromo según los casos, y 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 inoxibilidad,etc.

Molibdeno (Mo)

Este elemento mejora la resistencia a la tracción, la templabilidad, la resistencia al "creep" de los aceros. Añadiendo pequeñas cantidades a los aceros cromo-níquel, se disminuye o elimina la fragilidad Krupp que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de los 450°C a 550°C.

Vanadio (V)

Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte.

Manganeso (Mg)

Aparece prácticamente en todos los aceros, debido a que se añade como elemento de adición para neutralizar la influencia del azufre y el oxígeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado líquido en los hornos durante el proceso de fabricación.

El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero se desprendan gases que den lugar a la formación de porosidades perjudiciales en el material.

Silicio (Si)

Este elemento aparece en todos los aceros, al igual que el manganeso, se añade intencionalmente durante el proceso de fabricación.

Es un desoxidante más enérgico que el manganeso y se emplea como elemento desoxidante complementario de este elemento con objeto de evitar que aparezcan en el acero poros y defectos internos. Las adicione de silicio se hacen durante la fabricación, suelen ser relativamente pequeñas y variables ( 0,2- 0,35% de Si).

Cobalto (Co)

Se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad. Este elemento, al ser incorporado a los aceros, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y resistencia. En los aceros de alto porcentaje de carbono reduce la templabilidad. En los aceros al wolframio endurece la ferrita con lo que facilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud de corte de las herramientas a elevada temperatura.

Cobre (Cu)

Se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros de 0,15% a 0,30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas. Se suelen emplear contenidos de cobre variables de 0,4% a 0,5 %.

El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al wolframio de máxima calidad en porcentaje variable de 3% a 10%.

Wolframio (W)

Es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros para herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte, y aceros para trabajos en calientes. Sirve para aumentar la dureza a elevadas temperaturas y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500° o 600°C. También se usa para la fabricación de aceros para imanes.

Aceros aleados de calidad: Son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la forma. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial.

Titanio (Ti)

Se suelen añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión ínter-cristalina.

Aluminio (Al)

Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suelen contener 1% aproximadamente de aluminio. También se usa en algunos aceros resistentes al calor.

El aluminio es un elemento desoxidante muy enérgico y es frecuente añadir 300gr por tonelada de acero para desoxidarlo y afinar el grano. En general los aceros aleados de calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos de 0,001% a 0,008% de Al.

Aceros aleados especiales: Son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas.

Tungsteno (Tg)

Este elemento incrementa el punto de fusión del acero, y de esta forma poder bajar los costos de producción.

Los aceros al níquel sometidos a temperaturas demasiado elevadas, quedan después del temple y revenido con muy buena tenacidad. El níquel, hace descender los puntos críticos y por ello los tratamientos térmicos pueden hacerse a temperaturas ligeramente mas bajas que las correspondientes a los aceros ordinarios.

Este es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas. La aleación hierro-níquel con menos de 0,10% de carbono y 36% de níquel tiene una dilatación muy baja, casi nula, entre 0°C y 100°C y recibe el nombre de "Invar".

Boro (B)

Es un elemento de aleación que a comenzado a ser empleado recientemente. Experimentalmente se ha visto que cantidades pequeñísimas de boro del orden 0,001 a 0,006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos.

Su eficacia para mejorar la templabilidad es extraordinaria, y para 0,40% de carbono puede decirse que su efecto es, aproximadamente, unas 50 veces mayor que el del molibdeno, unas 75 veces mayor que el cromo, unas 150 veces mayor que el manganeso y unas 400 veces mayor que el níquel.