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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DEMÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN
DIVISIÓN DE CIENCIAS FÍSICO-MATEMÁTICASY DE LAS INGENIERÍAS
INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
“ACEROS”
DR. JAVIER JIMÉNEZ GARCÍA
DOCUMENTO DE TRABAJONo. 34
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Índice
Página
Prefacio 1
I. Aceros 2
I.1. Reacciones Isotérmicas 3
I.2. Microestructuras en aleaciones Fe- Fe3C
I.2.1. Acero hipoeutectoide
I.2.2. Acero eutectoide
I.2.3. Acero hipereutectoide
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I.3. Líneas de temperaturas críticas 13
I.4. Condiciones de no equilibrio de la austenita 15
I.5. Elementos de aleación
I.5.1. Azufre
I.5.2. Manganeso
I.5.3. Fósforo
I.5.4. Silicio
I.5.5. Cobalto
I.5.6. Cromo
I.5.7. Manganeso
I.5.8. Molibdeno
I.5.9. Níquel
I.5.10. Plomo
I.5.11. Tungsteno
I.5.12. Vanadio
I.5.13. Aluminio
I.5.14. Titanio
I.5.15. Cobre
I.5.16. Boro
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I.6. Clasificación de los Aceros
I.6.1. Aceros al carbono
I.6.1.1. Aceros bajos en carbono
I.6.1.2. Aceros medios en carbono
I.6.1.3. Aceros altos en carbono
I.6.2. Aceros aleados
I.6.2.1. Estructurales
I.6.2.2. Aceros ordinarios al carbono
I.6.2.3. Aceros de bajo contenido de carbono
I.6.2.4. Tratamientos térmicos de aceros estructurales
I.6.2.5. Aplicaciones de los distintos tipos de aceros al carbono
I.6.2.5.1. Acero 1010
I.6.2.5.2. Acero 1015
I.6.2.5.3. Acero 1018I.6.2.5.4. Acero 1020
I.6.2.5.5. Acero 1022
I.6.2.5.6. Acero 1030
I.6.2.5.7. Acero 1040
I.6.2.5.8. Acero 1045
I.6.2.5.9. Acero 1050
I.6.2.5.10. Acero 1055
I.6.2.5.11. Acero 1060
I.6.2.5.12. Acero 1070I.6.2.5.13. Acero 1095
I.6.2.5.14. Aceros resulfurados
I.6.2.5.15. Acero1213
I.6.2.5.16. Acero 1541
I.6.2.5.17. Acero 4130
I.6.2.5.18. Acero 4340
I.6.2.5.19. Acero 5160
I.6.2.5.20. Acero 8620
I.6.2.5.21. Acero 9840 I.6.3. Aceros para Herramientas
I.6.3.1. Aceros al carbono
I.6.3.2. Aceros rápidos
I.6.3.3. Aceros indeformables
I.6.3.4. Aceros al corte no rápidos
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I.6.3.5. Grupos y subgrupos principales
I.6.3.5.1. Aceros grupo W
I.6.3.5.2. Aceros grupo S
I.6.3.5.3. Aceros grupo O
I.6.3.5.4. Aceros grupo A
I.6.3.5.5. Aceros grupo D
I.6.3.5.6. Aceros grupo H
I.6.3.5.7. Aceros grupo T
I.6.3.5.8. Aceros grupo M
I.6.3.5.9. Aceros grupo L
I.6.3.5.10. Aceros grupo P
I.6.3.6. Selección de los aceros para herramientas
I.6.3.7. Penetración del temple
I.6.3.8. Dureza en calienteI.6.3.9. Maquinabilidad
I.6.3.10. Resistencia a la descarburación
I.6.3.11. Tratamiento térmico de los aceros para herramientas
I.6.3.12. Fractura de las herramientas
I.6.4. Aceros inoxidables
I.6.4.1. Clasificación de los aceros inoxidables
I.6.5. Aceros de baja aleación ultrarresistentes
I.6.6. Clasificación de los aceros por su producción
I.6.6.1. EfervescentesI.6.6.2. Calmados
I.6.6.3. Semicalmados
I.6.7. Clasificación de los aceros por su uso
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I.7. Características generales de los aceros
I.7.1. Densidad
I.7.2. Dureza
I.7.3. Conductividad eléctrica
I.7.4. CorrosiónI.7.5. Dilatación
I.7.6. Propiedades mecánicas
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http://enciclopedia.us.es/index.php/Densidadhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Durezahttp://enciclopedia.us.es/index.php/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://enciclopedia.us.es/index.php?title=Corrosi%C3%B3n&action=edithttp://enciclopedia.us.es/index.php?title=Dilataci%C3%B3n&action=edithttp://enciclopedia.us.es/index.php?title=Dilataci%C3%B3n&action=edithttp://enciclopedia.us.es/index.php?title=Corrosi%C3%B3n&action=edithttp://enciclopedia.us.es/index.php/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://enciclopedia.us.es/index.php/Durezahttp://enciclopedia.us.es/index.php/Densidad
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II. Fundiciones
II.1. Fundición gris
II.2. Fundición dúctil o esferoidal
II.3. La fundición blanca
II.4. Fundición maleable
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Bibliografía 84
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Prefacio
Como profesor universitario es un verdadero placer plasmar en este libro las
experiencias docentes y profesionales sobre una temática tan importante como esla de los aceros, para contribuir de una forma estratégica en la vinculación del
desarrollo tecnológico de la industria, la academia y la formación profesional de
nuestros egresados.
Cabe destacar que este libro tiene un doble objetivo, formar parte de la
enseñanza universitaria o tecnológica en el área de materiales, y propiciar la
construcción de aprendizajes significativos que todo ingeniero requiere en función
de la necesidad de resolver problemas.
La importancia que tienen los aceros desde el punto de vista industrial, por ser el
producto derivado de uno de los sectores fundamentales del desarrollo económico
(la industria siderúrgica), su disponibilidad, bajo costo, notables propiedades que
ningún otro metal y aleación posee, que lo hacen insustituible para muchas
aplicaciones y por constituir el mayor tonelaje de metal utilizado por el hombre en
el siglo XX; hace que sea ineludible el contar con los datos técnicoscorrespondientes a sus propiedades, características, tipos y sobre todo
aplicaciones, con el fin de que la versatilidad de estos materiales pueda
aprovecharse óptimamente.
En el caso de los aceros de fabricación nacional existe una gran carencia de estos
datos, lo cual ocasiona que nos se les pueda conferir las características deseadas
y, por lo tanto, no se obtenga el comportamiento esperado.
Por ello, el material de este libro se presenta en dos temáticas que incluyen a los
aceros y fundiciones, con base en el estudio del diagrama de equilibrio de fases
Fe - Fe3C, que es muy valioso, no sólo porque permite explicar las propiedades de
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los aceros, sino porque es el mejor medio para comprender las reacciones en
estado sólido.
Como se podrá observar a través de esta descripción, mediante ajustes en la
composición y diversos tratamientos térmicos, químicos y mecánicos pueden
conseguirse aceros con combinaciones y características diversas para una
infinidad de aplicaciones.
Es importante mencionar que este libro puede ser consultado por alumnos
universitarios, técnicos, empresarios, fabricantes de maquinaria y proveedores de
aceros, que requieran del control de calidad de los tipos de aceros que manejan.
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I. Aceros
Los aceros son aleaciones de hierro con carbono y, con base en la influencia de
los elementos aleantes, se denominan aceros al carbono, cuando es mínima suproporción y aceros aleados, si su presencia modifica las propiedades y sus
características.
Los aceros al carbono están comprendidos en el extremo rico en hierro como se
muestra en el diagrama de equilibrio de fases Fe - Fe3C, figura 1, hasta el 2% de
carbono. Por encima de 2% y hasta 6.67% de carbono están incluidos los hierros
fundidos o fundiciones de hierro.
El estudio del diagrama Fe - Fe3C, es muy valioso, no sólo porque permite
explicar las propiedades de los aceros, sino que es un medio para comprender las
reacciones en estado sólido.
Cabe destacar que no es un diagrama completo puesto que solamente está
trazado para concentraciones (porcentaje en peso de carbono) menores de 6.67%
de carbono, el compuesto intermetálico Fe3C, cementita. La parte del diagramacon contenidos mayores al 6.67% tiene poca importancia tecnológica y se ignora.
Figura 1. Diagrama de equilibrio de fases Fe- Fe3C.
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I.1. Reacciones Isotérmicas
El diagrama hierro-carbono, aun cuando teóricamente representa condiciones
metaestables, se puede considerar que en situaciones de calentamiento y
enfriamiento relativamente lentas representa cambios de equilibrio.
Como se puede observar en el diagrama Fe - Fe3C, aparecen tres líneas
horizontales, que son las reacciones isotérmicas, las cuales indican las
transformaciones de fase del hierro como elemento alotrópico.
La parte del diagrama situada en el ángulo superior izquierdo de la figura 1, se
denomina región delta. En ella se reconocerá la horizontal correspondiente a la
temperatura de 1495°C como la típica línea de una reacción peritéctica. Laecuación de esta reacción puede escribirse en la siguiente forma, tabla 1.
Tabla 1. Reacción peritéctica.
La máxima solubilidad del carbono en el hierro delta (de red cúbica centrada en el
cuerpo) es de 0,10 % de C. En cuanto al valor industrial de esta región es muy
pequeño, ya que no se efectúa ningún tratamiento térmico en este intervalo de
temperaturas.
Tal reacción da origen a la fase γ, que es una solución sólida, cúbica de caras
centradas, de carbono en hierro, con una solubilidad máxima de 2.11% a 1148°C.
Esta temperatura coincide con una reacción eutéctica, tabla 2, para una
composición de 4.3% de carbono, que nos indica el punto instantáneo de la
solidificación.
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Tabla 2. Reacción Eutéctica.
Es decir, por encima de 1148°C y entre 2 y 6.67% de carbono se tendrá una
mezcla de fases sólida y líquida. Mientras que para concentraciones de carbono
por debajo del 2% de carbono, la temperatura a la cual comienzan a fundir las
aleaciones se va incrementando.
A la temperatura de 727°C hay una reacción eutectoide con una concentración de
0.77% de carbono. Esta reacción es la descomposición de una fase sólida en dosfases sólidas nuevas: ferrita (α) y cementita o carburo de hierro (Fe3C), tabla 3.
Tabla 3. Reacción Eutectoide.
A su vez, la región de los aceros se subdivide en otras dos: una formada por los
aceros cuyo contenido en carbono es inferior al correspondiente a la composición
eutectoide (0,77 %C) los cuales se designan como aceros hipoeutectoides, y la
otra compuesta por los aceros cuyo contenido se encuentra comprendido entre
0,77 y 2 %, y que se denominan como aceros hipereutectoides.
Asimismo en la figura 1, se muestran las distintas zonas en que se divide eldiagrama de equilibrio Fe - Fe3C.
a) La fase δ, de alta temperatura que tiene muy poca importancia industrial.
b) La zona de solución sólida γ, denominada austenita, que es la fase más
dúcti del diagrama Fe-Fe3C, su estructura es cúbica centrada en las caras.
http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-19.htmlhttp://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-20.htmlhttp://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-20.htmlhttp://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/x-19.html
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Esta fase permite un proceso de difusión con el carbono mucho más rápido,
tiene una solubilidad máxima de carbono del 2.11 % a 1148°C. Desaparece
por debajo de 727°C en los aceros al carbono pero que puede ser retenida
hasta la temperatura ambiente por el agregado de aleantes.
Su aspecto metalográfico se muestra en la figura 2.
Figura 2. Fotomicrografía de un acero inoxidable
austenítico SAE 316L.
Su solubilidad es aproximadamente 100 veces superior a la de la ferrita.
Las transformaciones de fase de la austenita son muy importantes en los
tratamientos térmicos de los aceros.
Sin embargo, si se enfría lentamente una aleación desde la región
austenítica, esta austenita se descompone en cristales primarios y
eutectoide, según su composición química.
c) El eutectoide llamado perlita, es una mezcla de cristales de solución sólida
α, con una concentración máxima de carbono en solución de 0.025%,
llamada ferrita y de cristales de intermetálico con 6.67% de carbono,
llamado cementita o carburo de hierro (Fe3C).
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d) La ferrita es relativamente blanda y dúctil. Su estructura cristalina es cúbica
centrada en el cuerpo, ferromagnética por debajo de 768ºC, cuya densidad
es de 7.87 g/cm3.
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I.2. Microestructuras en aleaciones Fe- Fe3C
La microestructura que se desarrolla en las aleaciones Fe - Fe3C depende tanto
del hierro como del contenido de carbono, así como del tratamiento térmico. Si el
enfriamiento es muy lento se dan condiciones de equilibrio, pero si los
enfriamientos son muy rápidos se generan procesos que modifican la
microestructura y por tanto las propiedades mecánicas.
El hierro es el constituyente fundamental de la aleación. Como ya se indicó, el
hierro es un elemento alotrópico, por lo que puede existir en más de una
estructura reticular dependiendo fundamentalmente de la temperatura.
Es uno de los metales más útiles debido a su gran abundancia en la corteza
terrestre (constituyendo más del 5% de ésta, aunque rara vez se encuentra en
estado puro, lo más normal es hallarlo combinado con otros elementos en forma
de óxidos, carbonatos o sulfuros), ya que se obtiene con gran facilidad y con una
gran pureza comercial. Posee propiedades físicas y mecánicas muy apreciadas y
de la más amplia variedad.
El hierro técnicamente puro, es decir, con menos de 0.008% de carbono, es un
metal blanco azulado, dúctil y maleable. Funde de 1536.5°C a 1539°C
reblandeciéndose antes de llegar a esta temperatura, lo que permite forjarlo y
moldearlo con facilidad. El hierro es un buen conductor de la electricidad y se
imanta fácilmente.
A continuación se describirán los aspectos metalográficos y los cambios de la
microestructura que se presentan en el diagrama Fe - Fe3C.
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I.2.1. Acero hipoeutectoide
La figura 3 muestra el aspecto metalográfico de un acero de composición
hipoeutectoide (SAE 1038), en la fotografía se reconoce la ferrita como la fase
clara y la perlita (ferrita + cementita) como la zona obscura.
Figura 3. Acero hipoeutectoide recocido (SAE 1038).
Los aceros hipoeutectoides son aquellos en los que la fase austenítica sólida tiene
un contenido en carbono inferior a la del eutectoide 0.77 %.
Los cambios en la microestructura de un acero de esta composición se pueden
observar en el diagrama Fe – Fe3C, figura 4.
Figura 4. Representación esquemática de las microestructuras
de un acero hipoeutectoide.
http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_hipoeutectoidehttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_hipoeutectoidehttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_hipoeutectoidehttp://es.wikipedia.org/wiki/Acero_hipoeutectoide
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Para una temperatura aproximada de 875°C, la microestructura de la fase γ es
homogénea con granos orientados al azar (punto 1 de la línea AB).
Al enfriar se desarrolla la fase α y nos encontramos en una región bifásica α + γ
(punto 2 de la línea AB). En este punto se ha segregado un poco de fase α, al
bajar en temperatura (punto 3 de la línea AB) aumenta el contenido en fase α
(aunque la proporción depende de la composición inicial del acero hipoeutectoide).
La mayor cantidad de fase α se forma en los límites de grano de la fase inicial γ. A l
enfriar pasamos a través de la temperatura del eutectoide al punto 4 de la línea
AB. En esta transformación de fases, la ferrita no cambia prácticamente y la
austenita que queda se transforma en perlita dando la microestructuracaracterística de los aceros hipoeutectoides. La ferrita de la perlita se denomina
ferrita eutectoide.
I.2.2. Acero eutectoide
En la figura 5 se puede observar la composición eutectoide de un acero (SAE
1080), en donde la matriz esta formada por ferrita y la fase dispersa es cementita.
Figura 5. Acero eutectoide recocido (SAE 1080).
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Esta microestructura de ferrita y cementita se conoce como perlita, su nombre
deriva de la apariencia de madreperla bajo el microscopio. Es el
microconstituyente eutectoide que se forma a los 727°C a partir de austenita con
0.77 % de carbono. Es una mezcla bifásica de ferrita y cementita de morfología
laminar. Mecánicamente, las perlitas tienen propiedades intermedias entre la
blanda y dúctil ferrita y la dura y quebradiza cementita.
Si un acero con microestructura perlítica se calienta a una temperatura inferior a la
del eutectoide durante un largo tiempo, por ejemplo, a una temperatura de 700°C;
y tiempos de 16 a 24 h, se forma una nueva microestructura denominada
esferoidita, que es cementita globular o esferoidal.
Las partículas de Fe3C aparecen como pequeñas esferas incrustadas dentro de la
matriz ferrítica-α. Esta transformación tiene lugar mediante la difusión del carbono
pero sin cambiar las proporciones relativas de la fase ferrita y cementita.
Los cambios en la microestructura de un acero eutectoide se pueden observar en
el diagrama Fe - Fe3C, figura 6.
Figura 6. Representación esquemática de las microestructuras
de un acero eutectoide (0.77%).
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I.2.3. Acero hipereutectoide
En la figura 7 se muestra un acero de composición hipereutectoide, en donde los
primitivos límites de grano están demarcados por una red de cementita; el resto de
la estructura es perlita.
Figura 7. Representación esquemática de las microestructuras
de un acero hipereutectoide recocido (1.4 %C).
Es importante destacar que en los casos descritos, las fases y microestructuras
presentes, solo se producen en condiciones de equilibrio, esto es, enfriamientos y
calentamiento extremadamente lentos.
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I.3. Líneas de temperaturas críticas
A nivel tecnológico las líneas de temperaturas críticas de transformación se
conocen como A3, Acm y A1.
A3 es la línea que marca el comienzo de la descomposición austenítica en los
aceros hipoeutectoides, mientras que la línea Acm es el comienzo de la
descomposición austenítica en los aceros hipereutectoides, y esta denominación
proviene de la separación de la cementita. La línea que marca el final de la
descomposición austenítica se llama A1.
Cabe destacar que en todas las transformaciones que suceden en las aleaciones
cuando están solidificadas hay una diferencia en las líneas A3, Acm y A1, ya seaque estas se determinen por calentamiento o por enfriamiento.
La figura 8 muestra cómo pueden variar estas líneas, según las condiciones en
que se determinan.
Figura 8. Líneas de temperaturas críticas del diagrama Fe - Fe3C.
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Las líneas obtenidas por calentamiento agregan en su denominación una c (de
chauffage, en francés, calentamiento), y las determinadas por enfriamiento
agregan una r (de refroidissement, en francés, enfriamiento).
Como se observa en el gráfico hay tres líneas por cada una de las líneas del
diagrama. Las curvas de calentamiento están siempre por encima de las curvas de
equilibrio, mientras que las de enfriamiento están siempre por debajo de las de
equilibrio.
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I.4. Condiciones de no equilibrio de la austenita
Como se ha descrito la austenita se descompone por debajo de la temperatura
crítica y se transforma en el eutectoide perlita cuando se ha alcanzado cierto
grado de subenfriamiento, es decir, cuando el acero alcanza una temperatura
inferior a 727°C.
Sin embargo en muchos casos estas transformaciones son tan lentas como
impracticables e innecesarias. En estos casos se prefieren las condiciones de no
equilibrio, modificando los medios de enfriamiento (base de los tratamientos
térmicos) para obtener otro tipo de estructuras cristalinas y, por tanto, cualidades
del acero, distintas.
Para poder representar gráficamente este proceso, se construye un diagrama para
cada acero. Esto se realiza enfriando rápidamente muestras de acero en un baño
de tratamiento térmico a la temperatura de transformación, las que posteriormente
son retiradas en tiempos crecientes, para ser templadas en agua y detener con
ello la reacción.
Una vez de haber realizado este proceso utilizando diferentes temperaturas, se
elabora una gráfica en la cual el eje vertical representa las temperaturas (T1, T2,
T3,..etc.), y el eje horizontal el logaritmo de los tiempos.
La gráfica resultante se denomina abreviadamente TTT (Tiempo, Temperatura,
Transformación) o curva de la S. En dicha grafica se puede observar claramente el
comienzo, desarrollo y las transformaciones de fase finales, figura 9.
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Figura 9. Diagrama TTT (Temperatura-Tiempo-Transformación)
representativo de un acero al carbono, (curva en S).
Es importante destacar que dichos diagramas son la base fundamental para
planear los tratamientos térmicos, existiendo un diagrama TTT para cada acero y
fundición.
Como se observa en la figura 9, en la zona superior se forman las estructuras
perlíticas ya comentadas con anterioridad. Antiguamente se identificaron también
la sorbita y la troostita que han resultado ser en realidad perlitas de muy pequeña
distancia interlaminar, por lo que dichas denominaciones han caído en desuso.
En la zona inferior se forma martensita. La martensita es el constituyente típico de
los aceros templados y se obtiene de forma casi instantánea al enfriar
rápidamente la austenita. Es una solución sobresaturada de carbono en hierro
alfa, siendo una fase metaestable, ya que al calentarla, se transforma en ferrita y
cementita que son las fases estables de baja temperatura, figura 10.
En comparación con la cementita (y los carburos de otros metales de aleación) es
el constituyente más duro de los aceros.
http://enciclopedia.us.es/index.php?title=Martensita&action=edithttp://enciclopedia.us.es/index.php/Templehttp://enciclopedia.us.es/index.php/Templehttp://enciclopedia.us.es/index.php?title=Martensita&action=edit
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Figura 10. Fotomicrografía de un acero con
microestrutura martensítica.
Los granos en forma de aguja son la martensita y las regiones blancas es
austenita retenida.
Como ya se indicó la martensita es una estructura de no equilibrio de la
transformación de la austenita pero sin difusión de carbono, y se produce al
enfriarse rápidamente.
Así, los átomos de carbono permanecen como soluto intersticial dentro de la
estructura tetragonal sin que se segregue el carbono en forma de cementita.
Este sólido sobresaturado se transforma rápidamente a otras estructuras más
estables si se calienta, pero a temperatura ambiente es estable casi
indefinidamente.
Asimismo si un acero eutectoide se enfría rápidamente desde la temperatura
austenítica hasta una temperatura intermedia que puede estar entre 250 y 550°C yse deja transformar isotérmicamente, la microestructura obtenida se denomina
bainita, figura 11.
http://es.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n_Intersticialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n_Intersticialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n_Intersticialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Soluto
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Figura 11. Fotomicrografía de un acero con microestrutura bainítica.
La bainita puede definirse según su microestructura como el producto de unareacción eutectoide no laminar, en oposición con la perlita la cual es producto de
una reacción eutectoide laminar, lo que indica que es una perlita modificada.
Debido a que la transformación se realiza a menor temperatura que la perlítica, la
bainita pierde la característica laminar de ésta y tiende a formar agujas, (en una
vista plana), en las cuales se entremezclan las fases: α + Fe3C, figura 12.
Figura 12. Fotomicrografía de un acero bainítico
en forma de agujas.
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La bainita tiene una aspecto plumoso eutectoide o en forma de agujas
dependiendo del rango de transformación elegido cuando se efectúan los
tratamientos isotérmicos.
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I.5. Elementos de aleación
Además de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros
elementos químicos, algunos perjudiciales, provenientes de la chatarra, el mineral
o el combustible empleado en el proceso de fabricación, como el azufre y el
fósforo, mientras que otros se añaden intencionalmente para mejorar algunas de
las características del acero, bien para incrementar la resistencia, ductilidad,
dureza, etc. o para facilitar algún proceso de fabricación como puede ser el
mecanizado; tal es el caso de los elementos de aleación como el níquel, cromo y
molibdeno.
A continuación se describe la influencia que ejercen en las características ypropiedades de los aceros los elementos de aleación.
I.5.1. Azufre (S)
En los aceros comerciales, el azufre se mantiene generalmente por debajo del
0.05%. Este metaloide se combina con el hierro para formar sulfuro de hierro
(FeS), una aleación eutéctica de bajo punto de fusión, con hierro que tiende a
concentrarse en las fronteras de grano.
Cuando el acero se forja o lamina a altas temperaturas, se hace frágil debido a la
fusión del eutéctico sulfuro de hierro, que impide la cohesión de los granos
permitiendo que se desarrollen grietas. En presencia de manganeso, el azufre
tiende a formar sulfuro de manganeso (MnS), en vez de sulfuro de hierro. El MnS
suele permanecer como inclusiones bien distribuidas por toda la estructrura. Así la
presencia del Mn es un inhibidor del efecto que produce el S.
http://enciclopedia.us.es/index.php/Elemento_qu%C3%ADmicohttp://enciclopedia.us.es/index.php?title=Chatarra&action=edithttp://enciclopedia.us.es/index.php/Mineralhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Combustiblehttp://enciclopedia.us.es/index.php/Azufrehttp://enciclopedia.us.es/index.php/F%C3%B3sforohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Ductilidadhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Durezahttp://enciclopedia.us.es/index.php/Mecanizadohttp://enciclopedia.us.es/index.php/N%C3%ADquelhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Cromohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Molibdenohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Molibdenohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Cromohttp://enciclopedia.us.es/index.php/N%C3%ADquelhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Mecanizadohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Durezahttp://enciclopedia.us.es/index.php/Ductilidadhttp://enciclopedia.us.es/index.php/F%C3%B3sforohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Azufrehttp://enciclopedia.us.es/index.php/Combustiblehttp://enciclopedia.us.es/index.php/Mineralhttp://enciclopedia.us.es/index.php?title=Chatarra&action=edithttp://enciclopedia.us.es/index.php/Elemento_qu%C3%ADmico
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Con la presencia del azufre se mejora la maquinabilidad, esto se debe a la
presencia de inclusiones sulfurosas más numerosas, que hacen pedazos las
rebabas, reduciendo de esta manera el desgaste de la herramienta.
I.5.2. Manganeso (Mn)
Este metal está presente en todos los aceros comerciales al carbono en el
intervalo de 0.03 a 1.00%. Cuando existe una cantidad de Mn mayor que la
requerida para formar MnS, el exceso se combina con carbono para formar el
compuesto (Mn3C) que se asocia con el carburo de hierro (Fe3C).
El manganeso también promueve la solidez de las piezas fundidas al acero a
través de su acción de desoxidación en acero líquido.
I.5.3. Fósforo (P)
El contenido de fósforo se mantiene por debajo del 0.04%, cantidad que tiende a
disolverse en ferrita, incrementando ligeramente la resistencia y la dureza. En
algunos aceros, una cantidad de fósforo entre el 0.07 y el 0.12%, parece mejorar
las propiedades del corte. En mayores proporciones, el fósforo reduce la
ductilidad, aumentando con ello la tendencia del acero a agrietarse cuando se
trabaja en frío.
I.5.4. Silicio (Si)
La mayoría de los aceros comerciales tienen entre el 0.05 y el 0.3% de Si. Este
metaloide tiende a disolverse en ferrita aumentando la resistencia del acero, sin
disminuir mucho la ductilidad. Promueve la desoxidación del acero líquido a través
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de la formación de dióxido de silicio, SiO2, dando mayor solidez en la pieza
fundida, es por ello que el Si resulta fundamental en los aceros fundidos.
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 del manganeso con objeto de evitar que aparezcan en el acero
poros y defectos internos.
Las adiciones de silicio que se realizan durante la fabricación, suelen ser
relativamente pequeñas y variables de 0,2 hasta 0,35%.
En los aceros, el silicio permite incrementar ligeramente la templabilidad y elevar
sensiblemente el límite elástico y la resistencia a la fatiga, sin reducir su tenacidad.
Se emplean aceros con contenidos de silicio de 1 a 4,5% para la fabricación de
chapa magnética y de 1,5 a 2,25% en la fabricación de muelles.
I.5.5. Cobalto (Co)
El cobalto se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más elevada
calidad. Este elemento, al ser incorporado a los aceros, se combina con la ferrita,
incrementando su dureza y resistencia. En los aceros con alto porcentaje de
carbono reduce la templabilidad. En los aceros al tungsteno endurece la ferrita,
con lo que facilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud de corte de las
herramientas a elevada temperatura.
El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al tungsteno de máxima calidad
en porcentaje variable de 3 a 10%.
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Los aceros para imanes con cobalto, contienen además cromo y tungsteno.
I.5.6. Cromo (Cr)
Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros
aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de
herramientas, en los inoxidables y en los de resistencia en caliente.
Se emplea en cantidades diversas desde 0,3 hasta 30% de Cr según los casos, y
sirve para incrementar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora
la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, mejora la resistencia aldesgaste y la inoxibilidad.
I.5.7. Manganeso (Mn)
Se utiliza fundamentalmente como desoxidante y desulfurante de los aceros.
El manganeso aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente,
a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia
del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se
encuentran en fase líquida en los hornos durante el proceso de fabricación.
El manganeso actúa 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.
Aunque también se puede utilizar como elemento de aleación. Ya que al
incrementar el porcentaje de manganeso de 0,6 a 1,6%, se incrementa
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ligeramente su resistencia y se mejora su templabilidad, siendo un elemento de
aleación relativamente barato.
I.5.8. Molibdeno (Mo)
El molibdeno mejora la resistencia a la tracción, templabilidad y la resistencia a la
fluencia 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 a 550°C.
Asimismo incrementa la resistencia de los aceros en caliente y reemplaza altungsteno en la fabricación de aceros rápidos, pudiendo emplear para las mismas
aplicaciones aproximadamente una parte de molibdeno por cada dos de
tungsteno.
I.5.9. Níquel (Ni)
El níquel mejora considerablemente las propiedades de los aceros. Su empleo
permite la construcción de piezas de máquinas y motores que requieren una
elevada calidad.
Una de las ventajas más importantes que reporta el empleo del níquel, es evitar el
crecimiento del grano en tratamientos térmicos, lo que sirve para conseguir
siempre con ellos gran tenacidad.
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
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a temperaturas ligeramente mas bajas que las correspondientes a los aceros
ordinarios.
Experimentalmente se observa que con los aceros aleados con níquel se obtiene
para una misma dureza, un límite de elasticidad ligeramente más elevado y
mayores alargamientos y resistencias que con aceros al carbono.
También es muy interesante señalar que para la misma dureza su resistencia a la
fatiga es un 30% superior a la de los aceros de baja aleación.
Entre todos los elementos aleados, el níquel, que cristaliza como la austenita en
cúbica de caras centradas, es el único que forma con el hierro una serie continuade soluciones sólidas.
Así, el níquel hace descender la temperatura de transformación gamma-alfa y, por
lo tanto, tiende a estabilizar a bajas temperaturas la fase austenítica cúbica de
caras centradas.
Las aleaciones con un porcentaje mayor al 30% de níquel son austeníticas a la
temperatura ambiente, y poseen ciertas propiedades magnéticas.
El níquel 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 y 100°C y recibe el nombre de invar.
Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes:
Aceros al níquel: 2,3% - 5% de Ni, 0,1-0,25% de C (para carburización) y
con 0,25-0,4% de C (para piezas de gran resistencia).
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Aceros cromo-níquel y aceros cromo níquel molibdeno: con porcentajes
variables (0,1-0,22 % de C) se emplean para carburización y con 0,25-0,4%
de C se emplean para piezas de gran resistencia. En estos aceros los
porcentajes de cromo-níquel suelen tener una relación aproximada de 1%
Cr y 3% Ni.
Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel manganeso: 0,25-
0,4% de C para piezas de gran resistencia y con 0,1-0,25% para piezas
cementadas, Ni de 1-2%, Mn 1-1,5%, Molibdeno 0,15-0,4%.
Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-níquel: con 8-25% de Ni.
I.5.10. Plomo (Pb)
El plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de
pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil
mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.), ya que
el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0.15 y 0.30 %
debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0.5 % debido a
que dificulta el templado y disminuye la tenacidad en caliente.
I.5.11. Tungsteno (W)
El tungsteno forma con el hierro carburos muy complejos, estables y durísimos, lo
que le permite soportar en trabajo elevadas temperaturas. En porcentajes del 14 al
18 %, proporciona aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de
corte de los aceros al carbono para herramientas.
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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.
Debido a que permite incrementar la dureza a elevadas temperaturas, evita que se
desafilen o ablanden las herramientas, aunque éstas lleguen a calentarse a 500 ó
600°C.
I.5.12. Vanadio (V)
El vanadio posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejoscon el hierro, proporcionando al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y
poder cortante en los aceros para herramientas. Se emplea principalmente para
la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y disminuir la
templabilidad.
I.5.13. Aluminio (Al)
El aluminio se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración,
que suelen contener aproximadamente 1% de aluminio.
Es un elemento desoxidante muy enérgico y es frecuente añadir 300gr por
tonelada de acero para desoxidarlo y afinar el grano.
I.5.14. 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
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a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa
como estabilizador de los carburos y evita la corrosión ínter cristalina.
I.5.15. Cobre (Cu)
El cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de aceros de
0,15 a 0,30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas.
I.5.16. Boro (B)
El boro es un elemento de aleación cuyo empleo es muy reciente.
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
mas efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templante de todos.
Sin embargo su incorporación al baño metálico es difícil, ya que por ser un
desoxidante enérgico es un elemento que se oxida fácilmente.
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I.6. Clasificación de los Aceros.
De todas las normas para clasificar aceros, tal vez la que más se emplea y sobre
todo la más clara, es la norma SAE “Society of Automotive Engineers”.
La designación SAE consta de cuatro dígitos. Los dos primeros indican el tipo de
acero y los dos últimos expresan el contenido de carbono del acero, multiplicado
por 100.
En la tabla 4 se resume dicha nomenclatura.
Tipo SAE Nombre Aleantes10xx Aceros al Carbono11xx Aceros al Carbono Altos en azufre y bajos en fósforo13XX Aceros al Carbono Altos en azufre y altos en fósforo23xx Aceros al Mn 1.6 a 1.9% Mn25xx Aceros al Ni 3,5 % Ni31xx Aceros al Ni-Cr 1,25 % Ni; 0,65 % Cr33xx Aceros al Ni-Cr 3,5 % Ni; 1,55 % Cr40xx Aceros al Mo 0.25% Mo41xx Aceros al Cr-Mo 1.00% Cr y 0.20% Mo43xx Aceros al Ni-Cr-Mo 0,55 % Ni; 0,5 % Cr; 0,2 %Mo46xx Aceros al Ni-Mo 1,8% Ni; 0,25 % Mo48xx Aceros al Ni-Mo 3,5 % Ni; 0,25 % Mo51xx Aceros al Cr 0,8 Cr61xx Aceros al Cr-V 0,95 % Cr; 0,15 % mín V86xx Aceros al Ni-Cr-Mo 0,55 % Ni; 0,50 % Cr; 0,20 %Mo87xx Aceros al Ni-Cr-Mo 0,55 % Ni; 0,50% Cr; 0,25 %Mo94xx Aceros al Ni-Cr-Mo 0,45 % Ni; 0,4 % Cr; 0,12 %Mo98xx Aceros al Ni-Cr-Mo 1 % Ni; 0,8 % Cr; 0,25 %Mo
Tabla 4. Nomenclatura SAE para aceros aleados.
Los diferentes tipos de acero se pueden clasificar con base en los distintos
elementos de aleación que modifican su comportamiento, lo que a continuación se
describe.
http://www.infoacero.cl/acero/efectos.htmhttp://www.infoacero.cl/acero/efectos.htm
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I.6.1. Aceros al carbono
Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen
diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de
silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono
figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de
construcción de acero, cascos de buques y horquillas.
Asimismo los aceros al carbono se pueden clasificar en aceros de bajo, medio y
altos en carbono.
I.6.1.1. Aceros bajos en carbono
Los aceros bajos en carbono constituyen la mayor parte de todo el acero
fabricado. Contienen menos del 0.25 % en peso de C, no responde al tratamiento
térmico para obtener martensita, ni se pueden endurecer por acritud. La
microestructura consiste en ferrita y perlita. Por lo tanto, son relativamente blandos
y poco resistentes pero con extraordinaria ductilidad y tenacidad.
Son de fácil mecanizado, soldables y baratos. Se utilizan para fabricar vigas,
carrocerías de automóviles, y láminas para tuberías edificios y puentes. Otro grupo
de aceros de bajo contenido en carbono son los de alta resistencia y baja
aleación. Contienen concentraciones variables de Cu, V, Ni y Mo totalizando ≈ 10
% en peso. Poseen mucha más resistencia mecánica, que puede aumentar por
tratamiento térmico y mantienen las propiedades de fácil mecanizado. Se emplean
en componentes donde la resistencia mecánica es crítica: puentes, torres,
columnas de soportes de edificios altos, bastidores de camiones y vagones de
tren.
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I.6.1.2. Aceros medios en carbono
Estos aceros contienen entre el 0.25 y 0.60 % en peso de C. Pueden ser tratados
térmicamente mediante austenización, temple y revenido para mejorar las
propiedades mecánicas. Su microestructura generalmente es martensita revenida.
Las adiciones de Cr , Ni y Mo facilitan su tratamiento térmico que en su ausencia
es difícil y útil solo para secciones de pieza relativamente delgadas. Son más
resistentes que los aceros bajos en carbono pero menos dúctiles y maleables. Se
suelen utilizar para fabricar cinceles, martillos, cigüeñales, pernos, etc.
I.6.1.3. Aceros altos en carbono
Los aceros altos en carbono contienen entre el 0.60 y 1.4 % en peso de C. Son
más duros y resistentes (y menos dúctiles) que los otros aceros al carbono. Casi
siempre se utilizan con tratamientos de templado y revenido, lo que provoca que
sean muy resistentes al desgaste, pero con la factibilidad de que pueden ser
conformados en herramientas de corte.
Generalmente la adición de Cr , V, W y Mo, les proporciona la formación de
carburos muy duros como Cr23C6, V4C3 y WC. Por ello, se emplean en la
fabricación de herramientas de corte, matrices para herrería y carpintería,
cuchillos, navajas, hojas de sierra, brocas para cemento, corta tubos, troqueles,
herramientas de torno, muelles e hilos de elevada resistencia.
I.6.2. Aceros aleados
Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros
elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los
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aceros al carbono normales. A continuación se describirán cada uno de ellos, con
base en su clasificación respectiva.
I.6.2.1. Estructurales
Los aceros estructurales son los aceros que se emplean para las estructuras de
edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y diversas partes
de máquinas, tales como sistemas de engranes, motores, ejes y palancas.
Considerando la siguiente descripción.
1. Los aceros al carbono se usan en bruto de laminación para construcciones
metálicas y para piezas de maquinaria en general.
2. Los aceros de baja aleación y alto límite elástico para grandes
construcciones metálicas, puentes, torres etc.
3. Aceros de fácil mecanización para trabajarlos en tornos automáticos.
I.6.2.2. Aceros ordinarios al carbono
Los aceros ordinarios al carbono se utilizan en bruto de forja o laminación, cuyas
propiedades dependen principalmente del porcentaje de carbono que contienen.
Se emplean en grandes cantidades para la construcción de estructuras metálicas
de edificios, para elementos y piezas de maquinaria, motores, ferrocarriles, etc., y
su contenido de carbono suele variar desde 0.03 a 0.70%.
Además siempre contienen pequeñas cantidades de manganeso y silicio que se
emplean como elementos auxiliares en los procesos de fabricación, fósforo y
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azufre que son impurezas perjudiciales que provienen de las materias primas
(lingotes, chatarra, combustibles y minerales).
En general los aceros ordinarios contienen: Mn < 0.90%, Si < 0.50%, P < 0.10% y
S < 0.10%.
Con base en las propiedades mecánicas, se establecen una serie de grupos de
aceros ordenados por su resistencia a la tracción.
a. 38 a 55 Kg/mm2 (aceros en bruto de forja o laminación).
b. 55 a 80 Kg/mm2 (aceros al carbono en bruto de forja y laminación, y aceros
al carbono tratados (templados y revenidos)).c. Resistencias superiores a 80 Kg/mm 2 (aceros tratados).
I.6.2.3. Aceros de bajo contenido de carbono
Estos aceros contienen menos del 0.25% de carbono, no adquieren dureza
sensible con un temple.
Su resistencia media en estado normalizado varia de 35 a 53 Kg/mm2 con
alargamientos de 33 a 23%. Teniendo en cuenta sus características, se suelen
agrupar en tres clases: semidulces, dulces y extradulces.
Con aceros de 0.06 a 0.25% de carbono, se fabrican los puentes de ferrocarril, las
grandes estructuras de las estaciones, las columnas metálicas de las líneas
eléctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas, las carrocerías
de los automóviles, los tubos de las bicicletas, los clavos, los alfileres, las
cerraduras de las puertas y muchos objetos más que utilizamos diariamente.
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En la mayoría de los casos se utiliza el acero tal como viene de las acerías, sin
darle ningún tratamiento térmico especial.
Los aceros ordinarios de contenido en carbono comprendido entre 0.25 y 0.70%
de C que se emplean en estado bruto de forja o laminación se suelen emplear
para piezas de maquinaria en general.
Aceros de 0.30% de C, se utilizan para ejes, vagones, ruedas, piezas de
maquinaria, etc. (R=57 Kg/mm2, A = 23%).
Aceros de 0.40% de C se utilizan en elementos de maquinas y motores, alambres
para cables, ejes para locomotoras, etc. (R = 65 Kg/mm2, A = 19%).
Aceros de 0.50% de C. Bandejas, alambres, flejes, herramientas agrícolas
forjadas etc. (R = 74 Kg/mm2, A=17%).
Aceros de 0.60% de C. Para fleje duro, alambre, herramientas para agricultura,
etc. (R = 82 Kg/mm2, A = 15%).
I.6.2.4. Tratamientos térmicos de los aceros
estructurales
a) Recocido; el objeto de este tratamiento es ablandar el acero, homogenizar su
estructura y composición química e incrementar su ductilidad. Se presentan
cuatro formas:
a.1) Recocido de regeneración: Cuando después de la forja o laminación
se desea mecanizar en las mejores condiciones posibles los aceros
con porcentajes de carbono variables de 0.35 a 0.60%.
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a.2) Recocido de ablandamiento: En algunos casos en que interesa
disminuir la dureza de los aceros al carbono.
a.3) Recocidos contra acritud: Se emplea para aceros de bajo contenido
en carbono (inferior a 0.30%) que han sufrido un fuerte trabajo en frío
por laminado o estirado y en los que la dureza ha aumentado por
deformación de los cristales, habiéndose disminuido al mismo tiempo
la ductilidad y el alargamiento hasta limites tan bajos que no se
puede seguir el proceso mecánico de transformación en frío porque
se rompe el acero.
a.4) Recocido globular: En algunos casos excepcionales en que seinteresa que los aceros queden con estructuras globulares debe
calentarse durante largo tiempo el acero a temperaturas entre 700º a
740ºC y luego enfriar lentamente. De esta forma el material tiene una
extraordinaria ductilidad.
b) Normalizado: Este tratamiento consiste en calentar el acero a unos 50ºC
por encima de la temperatura crítica Ac y enfriarlo luego al aire. Su empleo
es importante cuando la estructura cristalina del acero es gruesa por haber
sufrido calentamientos a temperaturas muy elevadas, o porque el trabajo de
forja ha sido insuficiente para destruir la estructura en bruto de colada o la
estructura cristalina no es la correcta.
c) Temple y revenido: Al dar a los aceros al carbono un temple y revenido se
consiguen muy buenas características cuando el perfil es delgado. En un
acero al carbono bien templado o revenido, el valor del límite elástico suele
llegar a ser un 75% de la carga de ruptura.
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Como se indicó anteriormente, para la fabricación de piezas con aceros de bajo
carbono, que requieren una resistencia específica de 38 a 55 Kg/mm2, no se les
puede aplicar un tratamiento térmico de temple y revenido, lo que conviene es
utilizar aceros en bruto de forja, laminados o normalizados.
Sin embargo en casos excepcionales cuando se desea conseguir la mejor
combinación de características (resistencia, alargamiento y elevado limite elástico)
se pueden templar y revenir los aceros de 0.15 a 0.30% de C obteniéndose,
resistencias variables de 38 a 55 Kg/mm2, alargamientos y limites de elasticidad
ligeramente superiores a los que corresponden al estado normalizado.
Cuando se trata de piezas de gran espesor, el tratamiento térmico esprácticamente inútil porque no se puede lograr la templabilidad adecuada.
Los aceros al carbono templados y revenidos con porcentajes de carbono
variables de 0.25 a 0.55%, se utilizan con resistencias comprendidas entre 55 y 90
Kg/mm2 y, en ocasiones como en la fabricación de muelles, se pueden manejar
resistencias de 150 a 200 Kg/mm2.
El empleo de los aceros al carbono templados y revenidos para la fabricación de
piezas con dichas resistencias tiene varias ventajas. Una muy importante es que el
límite de elasticidad es más elevado que en los aceros normalizados o recocidos,
y otra que la combinación de características (resistencia y alargamiento) también
se mejora.
En cambio si esa resistencia se consigue templando y reviniendo la pieza después
de mecanizada, el trabajo de torno o fresadora se podrá efectuar sin dificultad
cuando el material esta recocido.
Por lo tanto, es más factible mecanizar en estado de recocido y luego templar y
revenir, dejando generalmente un exceso de medidas en el material, que
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posteriormente tendrá que ser eliminado por las deformaciones que se producen
en el temple y revenido.
Cuando la cantidad de material a eliminar por mecanizado es pequeña, puede ser
conveniente templar y revenir el material y luego mecanizar las piezas, ya que al
final del proceso se tendrán las tolerancias definidas.
I.6.2.5. Aplicaciones de los distintos tipos de aceros
al carbono
A continuación se describen las aplicaciones de los distintos tipos de aceros alcarbono, para tener una idea clara de cómo se pueden utilizar.
I.6.2.5.1. Acero 1010
El acero 1010 se emplea para piezas pequeñas cuyo tamaño y forma son muy
sencillas, por ejemplo, en bujes y pasadores, en las cuales no se requieren
elevados valores de resistencia mecánica.
Se puede utilizar en estado normalizado o laminado para fabricar piezas
embutidas o estampadas en frío.
I.6.2.5.2. Acero 1015
Este acero también se utiliza para construcciones mecánicas de baja resistencia.
Y se emplea preferentemente cuando se requiere un corazón más duro y tenaz.
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I.6.2.5.3. Acero 1018
Entre los aceros de bajo carbono, el 1018 es el más versátil por sus
características; análisis controlado, mejores propiedades mecánicas que otros
aceros del mismo tipo por su alto contenido de manganeso, buena soldabilidad y
maquinabilidad.
Cuando se requiera una superficie muy dura pero un centro tenaz, este acero
carburizado cumple perfectamente. Estirado en frío mejora sus valores de
resistencia mecánica y su maquinabilidad, haciéndose muy popular para un sin
número de aplicaciones.
Se utiliza en la fabricación de partes para maquinaria; automotriz, línea blanca y
equipo de proceso, que no estén sujetas a grandes esfuerzos. Por su ductilidad es
ideal para procesos de transformación en frío como doblar, estampar, recalcar.
Se emplea en flechas, tornillos, pernos, sujetadores, y ya carburizados en
engranes y piñones.
I.6.2.5.4. Acero 1020
Esta clase de acero puede ser empleado en piezas que no estén sometidas a
elevados esfuerzos mecánicos. Considerando la escasa penetración de temple
que tiene, generalmente se usa en estado normalizado.
Puede emplearse en estado templado y revenido para piezas de pequeño
espesor. Pudiendo ser carburizado cuando se requieren en el núcleo propiedades
mecánicas más elevadas en comparación con el acero 1015.
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I.6.2.5.5. Acero 1022
El acero 1022 se utiliza para partes de vehículos y maquinaria que no sean
sometidas a grandes esfuerzos mecánicos. Posee mejor resistencia en el núcleo
que el acero 1015.
I.6.2.5.6. Acero 1030
Acero para temple y revenido para los más amplios usos, tales como: ejes, árboles
y todas aquellas piezas que no estén sometidas a grandes esfuerzos mecánicos.
Como no tiene gran penetración de temple, este tipo de acero es aconsejable
solamente para piezas templadas y revenidas de tamaño pequeño.
I.6.2.5.7. Acero 1040
La templabilidad de este acero es mejor que la de los dos anteriores; se usa para
piezas de maquinas de pequeño y mediano espesor y sirve para piezas que deban
ser templadas a inducción, o con soplete.
I.6.2.5.8. Acero 1045
Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse
a inducción, obteniéndose una dureza superficial de 54 a 56 Rc.
Por sus características de temple, se tiene una amplia gama de aplicaciones
automotrices y de maquinaria en general, en la elaboración de piezas como ejes y
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semiejes, cigüeñales, herramientas forjadas de todo tipo, como: hachas,
azadones, rastrillos, picas y martillos de varios usos.
I.6.2.5.9. Acero 1050
Gracias a la buena penetración de temple que tiene este acero, es apto para
piezas de máquinas que deban soportar elevados esfuerzos, longitudinales y
transversales, pero sin impactos continuos.
Para piezas de pequeño espesor es preferible el temple en aceite para evitar
distorsiones.
I.6.2.5.10. Acero 1055
Con el acero 1055 se fabrican pasadores que deban soportar esfuerzos muy
elevados. En este caso se pueden templar las piezas por inducción.
Se utiliza para herramientas agrícolas.
I.6.2.5.11. Acero 1060
Como acero estructural tiene las mismas aplicaciones que el acero 1055. Como
acero de corte sirve para herramientas de trabajos plásticos, madera y materiales
no ferrosos como el latón y bronce.
Este acero tiene una buena penetración de temple, aun en piezas de tamaño
medio y con temple en aceite. Con temple de inducción y con temple al soplete se
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pueden obtener buenos resultados en piezas de no muy alta resistencia mecánica
que sean sometidos a desgaste.
Este acero se puede emplear para la fabricación de resortes.
I.6.2.5.12. Acero 1070
El acero 1070 se emplea en piezas que requieren una elevada resistencia y que
están sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos, por ejemplo: partes móviles de
molinos, trituradoras y cuchillas que permiten moler materiales blandos.
Al igual que el 1060, éste acero es útil para piezas que requieren de una gran
dureza, como algunas herramientas de mano, implementos agrícolas, flejes y
resortes.
Como acero para herramientas se utiliza en piezas que requieren dureza,
tenacidad y resistencia al desgaste.
Es importante mencionar que las temperaturas de revenido para este acero
dependiendo de la aplicación son:
Acero estructural 560 a 640°C
Acero de resortes 420 a 480°C
Acero de herramientas 200 a 350°C
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I.6.2.5.13. Acero 1095
Este es el acero al carbono de mayor resistencia, usado para la fabricación de
resortes de todos los tipos y para todos los usos. Puede ser trefilado a través de
tratamientos térmicos adecuados, o emplearse en frío para la construcción de
resortes especiales.
La tabla 5 relaciona la nomenclatura SAE con los valores de resistencia, ductilidad
y dureza, para relacionar la composición química y las propiedades mecánicas de
la mayoría de los aceros descritos.
Tabla 5. Propiedades Mecánicas de barras de acero en caliente.
SAE Resistencia a
la Tracción
Kg/mm2
Límite
de
Fluencia
Kg/mm2
Alargamiento
en 40mm
%
Dureza
Brinell
1010 41 31 40 110
1015 42 32 40 127
1020 46 33 36 143
1030 57 35 32 1781040 64 42 25 200
1050 74 42 20 230
1060 84 49 17 241
1070 91 54 15 267
1080 99 60 12 293
1095 104 65 10 297
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I.6.2.5.14. Aceros resulfurados
Esta clase de aceros se utiliza en casos donde la maquinabilidad es el factor más
relevante en el proceso de fabricación.
Debido a que su empleo permite disminuir los costos de producción, ya que con
mayores velocidades de maquinado y mejor vida de la herramienta, se eliminan
operaciones secundarias.
Por otro lado la adición de azufre ocasiona algún sacrificio en las propiedades de
soldabilidad, forja y conformado en frío. Algunos ejemplos de estos aceros son:
a. SAE 1110 - 1111 - 1112 – 1113
Tienen excelentes características de maquinabilidad y buena resistencia
estirados en frío. Estos aceros se pueden carburizar o cianurizar.
La maquinabilidad se incrementa en este grupo al añadirse mayor cantidad
de azufre, el cual se combina principalmente con el manganeso del acero y
precipita como inclusiones de sulfuros, las cuales favorecen la
maquinabilidad al proporcionar la formación de virutas pequeñas, y al
suministrar un lubricante propio evita que las virutas se adhieran a la
herramienta y emboten el filo.
Cabe mencionar que al disminuir esta adherencia, se necesita menor
potencia, se mejora la superficie y la velocidad de maquinado se puede
duplicar en comparación de un acero no resulfurado.
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b. SAE 1108 - 1109 - 1116 - 1117 - 1118 - y 1119
Los aceros de este grupo se utilizan cuando se requiere una adecuada
combinación de maquinabilidad y respuesta a tratamiento térmico. En
variedades de bajo carbono se usan para partes pequeñas que deben
cianurarse o carbonitrurarse.
c. SAE 1117 - 1118 y 1119
Estos aceros contienen más cantidad de manganeso lo que permite mejorar
la templabilidad, logrando con ello que se pueda templar en aceite despuésde la carburización.
d. SAE 1132 - 1137 - 1140 - 1141 - 1144 - 1145 - 1146 y 1151
Cada tipo de estos aceros tienen características comparables a los aceros
al carbono. Se emplean para piezas donde es necesario una gran cantidad
de maquinado, o donde la presencia de roscas, estrías, u otra operación
ofrece problemas especiales de herramental.
e. SAE 1132 -1137 - 1141 – 1144
Los aceros 1132 -1137 - 1141 – 1144 se consideran de alto manganeso, lo
que mejora considerablemente su respuesta a la templabilidad, pudiéndose
templar en aceite, inducción o temple con llama.
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I.6.2.5.15. Acero 1213
Es un acero con elevados contenidos de azufre y fósforo que confieren
características de maquinabilidad importantes.
Forma parte del grupo de aceros llamados de libre maquinado. La maquinabilidad
la adquiere por un rompimiento fácil de la rebaba, manteniendo fría la herramienta.
Normalmente se utiliza estirado en frío.
Se emplea en trabajos donde la maquinabilidad es el factor primordial, por ejemplo
en tornos automáticos para la elaboración de piezas para bujías, armas de fuego,
cerrajería, y tornillería.
I.6.2.5.16. Acero 1541
El acero 1541 (0.36 - 0.44% de C), se emplea en componentes que requieren un
límite de fluencia elevado y gran resistencia al desgaste. Es particularmente apto
para forjar herramientas agrícolas y de mano.
Se utiliza para fabricar tornillería de alta resistencia y es uno de los aceros más
apropiados para la fabricación de grapas en automotores.
I.6.2.5.17. Acero 4130
Por tener un contenido de 0.30% de carbono, éste acero alcanza una magnífica
penetración al temple. Puede soldarse mediante cualquiera de los procesos
comunes de soldadura.
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Se emplea normalmente tratado; principalmente en la industria automotriz, para
discos de turbinas a vapor, cigüeñales, rotores, ejes, árboles y tornillos de
resistencia. También se utiliza para juntas de herramientas, abrazaderas y
fabricación de herramientas manuales.
I.6.2.5.18. Acero 4340
Se caracteriza por su alta templabilidad y resistencia a la fatiga. Es capaz de
ofrecer buenas propiedades en piezas de grandes secciones. No presenta
fragilidad de revenido. No se aconseja soldarlo; únicamente con soldadura
especial.
Se utiliza en la fabricación de tornillería de alta resistencia, levas de mando, discos
para frenos y ejes para camiones.
I.6.2.5.19. Acero 5160
Este acero se caracteriza por su elevada templabilidad, resistencia a la fatiga y
fractura, en razón de su contenido de carbón, manganeso y cromo. Se trata de un
grado difícil de maquinar.
Se recomienda para piezas que requieran de una elevada dureza y tenacidad al
mismo tiempo, especialmente para la industria automotriz. Se emplea en barras de
torsión, resortes, muelles. Se le conoce popularmente como "acero para muelle".
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I.6.2.5.20. Acero 8620
Acero típico para carburización y para templar superficialmente manteniendo una
gran tenacidad en el núcleo. Se puede soldar por métodos comunes.
Se utiliza en la fabricación de engranes, piñones, árboles de levas, moldes para la
industria del plástico, mordazas, coronas y satélites.
I.6.2.5.21. Acero 9840
Por tener un nivel de aleación más bajo que el 4340, tiene mayor tenacidadaunque alcanza al templarse durezas elevadas con una alta penetración, así como
una magnífica resistencia a la fatiga.
Ampliamente utilizado en la industria automotriz, en piezas sujetas a grandes
esfuerzos, como flechas de transmisión y engranes, así como en pernos de alta
resistencia y dispositivos de perforación. En la industria petrolera, es tratado con
una resistencia de 105 kg /mm², para piezas que deban soportar fatiga.
I.6.3. Aceros para herramientas
Estos son aceros de alta calidad que se emplean para construir herramentales,
tales como taladros, escariadores, fresas, cuchillas, punzones, machos de roscar,
entre otros.
En este grupo se incluyen todos los aceros que normalmente se emplean para la
fabricación de útiles o herramientas destinados a modificar la forma, tamaño y
dimensiones de los materiales por cortadura, presión o por arranque de viruta.
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Los aceros de herramientas tienen generalmente un contenido en carbono
superior a 0.30%, aunque a veces también se usan para la fabricación de ciertas
herramientas, aceros de bajo contenido en carbono (0.1 a 0.30%).
Hay diversos procedimientos que pueden servir para agrupar los aceros para
herramientas.
Uno de ellos los clasifica en función del medio de temple utilizado: así se tiene
aceros de temple en agua, aceros de temple en aceite y aceros de temple al aire.
El contenido en elementos de aleación también puede servir para agrupar los
aceros, y en función de él se dividen en aceros de herramientas al carbono,aceros de baja aleación y aceros de aleación media.
Finalmente, en función de la aplicación que van a tener, se clasifican en aceros
rápidos y aceros para trabajos en frío.
A continuación se indican los principales tipos de aceros para herramientas.
I.6.3.1. Aceros al carbono
Para la fabricación de herramientas en los usos más diversos, se emplean aceros
sin elementos de aleación con porcentajes de carbono variables de 0.50 a 1.40%.
Para herramientas que deban tener gran tenacidad como martillos y picas; se
emplean medios contenidos en carbono de 0.50 a 0.70%; para herramientas de
corte como brocas, cuchillas, y limas; calidades intermedias de 0.70 a 1%. Para
conseguir en cada caso la máxima dureza, deben ser templados en agua.
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I.6.3.2. Aceros rápidos
La característica fundamental de estos aceros es conservar su filo en caliente,
pudiéndose trabajar con las herramientas casi al rojo (600°C), sin disminuir su
rendimiento. Algunas composiciones típicas de los aceros rápidos son: C = 0.75%,
W = 18%, Cr = 4% y V = 1%.
I.6.3.3. Aceros indeformables
Reciben este nombre los aceros que en el temple no sufren casi deformaciones y
con frecuencia después del temple y revenido quedan con dimensionesprácticamente idénticas a las que tenían antes del tratamiento.
Esto se consigue empleando principalmente el cromo y el manganeso como
elementos de aleación. Estos aceros se templan con un simple enfriamiento al aire
o en aceite. Composiciones típicas: C = 2% y Cr = 12%; C = 1% y Cr = 5%; y C =
1% y Mn = 1%.
I.6.3.4. Aceros al corte no rápidos
En los aceros al corte no rápidos, se agrupan varios aceros aleados,
principalmente aquellos que contienen cromo y tungsteno, Se emplean en la
fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones muy
forzadas.
Presentan calidades intermedias entre los aceros rápidos y los aceros al carbono,
y la mayoría de herramientas fabricadas con ellos suelen quedar con durezas
comprendidas entre 60 y 66 Rockwell-C.
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I.6.3.5. Grupos y subgrupos principales
Los aceros para herramientas han sido clasificados en seis grupos principales, los
cuales se identifican por una letra, como se puede observar en la tabla 6.
Aceros para Herramientas. Grupo
I. Aceros de temple al agua. W
II. Aceros para trabajos de choque. S
III. Aceros para trabajos en frío. Aceros de temple en aceite. O
IV. Aceros de media aleación temple aire. A
V. Aceros altos en cromo y en carbono. D VI. Aceros para trabajos en caliente. Aceros del tipo H. H
VII. Aceros rápidos al tungsteno. T
VIII. Aceros rápidos al molibdeno. M
IX. Aceros para usos especiales. Aceros de baja aleación. L
X. Aceros para moldes. P
Tabla 6. Clasificación AISI de aceros para herramientas.
Para su comprensión y reconocimiento de sus aplicaciones se describirán cada
uno de ellos.
I.6.3.5.1. Aceros grupo W
Este grupo está formado fundamentalmente por aceros ordinarios al carbono,
aunque algunos de los aceros de mayor contenido llevan pequeñas cantidades de
cromo y vanadio con el fin de incrementar la templabilidad y mejorar la resistencia
al desgaste.
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El contenido en carbono de este tipo de aceros varía de 0,6 a 1,4%, pudiendo
subdividirse de una manera general en función del porcentaje de carbono, en los
subgrupos siguientes.
0,6 a 0,75% de carbono; estos aceros se utilizan en los casos en que
principalmente interesa la tenacidad, como en los martillos, martillos
neumáticos, y troqueles de carrera corta.
0,75 a 0,95% de carbono; estos aceros se utilizan cuando se requiere no
sólo tenacidad sino también dureza, como en el caso de los punzones,
cinceles, matrices y cuchillas de cizalla.
0,95 a 1,4% de carbono; estos aceros se emplean en los casos en que se
exige a las herramientas gran resistencia al desgaste y conservación de las
condiciones de corte. Se utilizan en la fabricación de herramientas para
madera, brocas, escariadores, terrajas y herramientas de torno.
Cabe destacar que sometiéndoles al tratamiento térmico adecuado, se logra
obtener una estructura martensítica dura en la superficie conservando un núcleo
tenaz.
Para que alcancen las cifras de dureza que se les exigen, tienen que templarse en
agua, son los que mejor maquinabilidad y resistencia a la descarburación tienen,
aunque su resistencia en caliente es pequeña.
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Aplicaciones
AISI/NOM, W1
Se emplea en matrices de corte y modelo, herramientas de roscar, estampar y
desbastar, cuchillas de cizallas, punzones y herramientas destinadas a trabajar
madera, entre otros.
I.6.3.5.2. Aceros grupo S
Estos aceros son generalmente bajos en carbono, con porcentajes comprendidosentre 0,45 y 0,65%, siendo sus principales elementos de aleación el silicio, cromo,
tungsteno y algunas veces el molibdeno o el níquel.
El silicio y el níquel incrementan la resistencia de la ferrita, mientras que el cromo
y el tungsteno, contribuyen para elevar la templabilidad y la dureza en caliente,
respectivamente. Los contenidos elevados de silicio tienden a acelerar la
descarburación.
A la mayor parte de los aceros para choque se les templa en aceite, aunque en
algunas ocasiones tienen que ser templados en agua para lograr un temple total.
Aplicaciones
AISI/NOM, S1
Los aceros pertenecientes a este grupo se emplean en la fabricación de matrices
remachadoras de estampar y acuñar, punzones, cinceles, herramientas
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neumáticas y cuchillas de cizallas, herramientas de corte para rebanado en
caliente, frío y extrusión.
I.6.3.5.3. Aceros grupo O
Los aceros de baja aleación de temple en aceite (grupo O) contienen manganeso
y cantidades menores de cromo y tungsteno.
Estos aceros destacan por su gran indeformabilidad y porque en el tratamiento
térmico es menos probable que se doblen, retuerzan, deformen o agrieten, como
los aceros que son templados en agua.
Entre sus características principales podemos señalar su buena resistencia al
desgaste, maquinabilidad y resistencia a la descarburación; la tenacidad es solo
regular y su dureza en caliente tan baja como la de los aceros de herramientas al
carbono.
Aplicaciones
AISI/NOM, O1
Se emplea en matrices para estampar, cortar y punzonar; así como en
herramientas de corte y forma a baja temperatura. También se utiliza en
herramientas para filetear, instrumentos de precisión, calibres y matrices para
plástico, escariadores expansivos y rodillos de laminar roscas, entre otros.
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I.6.3.5.4. Aceros grupo A
Los aceros de aleación media (grupo A) contienen un 1% de carbono, 3% como
máximo de manganeso, 5% como máximo de cromo y un 1% de molibdeno.
El aumento del contenido en elementos aleados, particularmente de manganeso y
molibdeno, confiere a estos aceros unas propiedades características del temple al
aire muy acusadas, y aumentan la templabilidad.
Los aceros de este grupo se destacan por su excelente indeformabilidad,
presentando una adecuada resistencia al desgaste y una maquinabilidad que va
de regular a mala.
Aplicaciones
AISI/NOM, A1
Se emplean para matrices de corte, estampado y rebarbado, como cuchillas y
herramientas de prensa que requieran de buena resistencia al desgaste, así como
para rodillos de laminar roscas.
I.6.3.5.5. Aceros grupo D
Los aceros altos en carbono y en cromo (grupo D) contienen hasta un 2,35% de
carbono y un 12% de cromo, pudiendo también contener molibdeno, tungsteno,
vanadio y cobalto.
La combinación del carbono y cromo en cantidades elevadas proporciona una
excelente resistencia al desgaste e indeformabilidad.
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Se caracterizan también por su buena resistencia a la abrasión y mínima variación
de dimensiones en el temple.
Aplicaciones.
AISI/NOM, D2
Se emplea para fabricar matrices cortantes, punzones, cuchillas, matrices para
estampado y acuñado; rodillos laminadores y roscadores, así como para patrones
de medida.
I.6.3.5.6. Aceros grupo H
Los aceros para trabajos en caliente pueden subdividirse en los tres grupos
siguientes.
1) Aceros al cromo (H11 a H16).
2) Aceros al tungsteno (H20 a H26).
3) Aceros al molibdeno (H41 a H43).
Estos aceros se caracterizan por su buena tenacidad debida a su bajo contenido
en carbono, por su dureza en caliente que va de buena en unos a excelente en
otros, y por una resistencia y maquinabilidad regulares. Su resistencia a la
descarburación es solamente entre regular y mala, se templan al aire.
Por ser autotemplables, estos aceros eliminan en gran parte el que las matrices y
dados se pandeen o deformen durante el tratamiento térmico.
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Aplicaciones
AISI/NOM, H12 (cromo - molibdeno con tungsteno)
Se emplea para fabricar dados de extrusión, dados de forja, portamatrices,punzones y cuchillas para corte en caliente y dados para recalcar, troqueles y
cabecear, partes móviles de los moldes utilizados en la metalurgia de polvos,
moldes para materiales plásticos.
AISI/NOM, H13 (cromo – molibdeno con vanadio)
Se emplea para fabricar matrices para forjado, extrusión y fundición a presión,
sobre todo en aluminio; punzones y cuchillas de cizallado en caliente y
herramientas para estampar pernos y rótulas.
AISI/NOM, H19 (cromo – tungsteno con cobalto)
Se emplea para fabricar dados de extrusión de tubos de latón, dados para prensar
en caliente, insertos para dados de forja, dados para trabajar acero y latón en
caliente, punzones y mandriles.AISI/NOM, H21 (cromo – tungsteno – cobalto)
Se emplea en dados para extrusión, insertos para dados de forja, punzones,
matrices para prensa, cuchillas para cortar en caliente, suajes, dados para
formado, dados para extrusión, válvulas y moldes permanentes.
I.6.3.5.7. Aceros grupo T
Entre los aceros de herramientas, este tipo es el que más elementos de aleación
contiene, y los aceros que lo forman normalmente presentan grandes cantidades
de tungsteno o molibdeno junto con cromo, vanadio y a veces cobalto.
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El contenido de carbono varía entre 0,7 y 1%, aunque en algunos casos ha
llegado a tener hasta un 1,5%.
Presentan una dureza en caliente excelente y una resistencia al choque bastante
buena. Entre sus cualidades tenemos buena indeformabilidad, buena resistencia
al desgaste, maquinabilidad regular, y una resistencia a la descarburación entre
regular y baja, pudiendo templarse en aceite, al aire o en sales fundidas.
Los aceros rápidos se pueden clasificar en dos grupos:
1) aceros con tungsteno (grupo T).
2) aceros con molibdeno (grupo M).
Aplicaciones
AISI/NOM, T1
La principal aplicación de estos aceros es la fabricación de herramientas de corte,
brocas, rimas, machuelos y seguetas, aunque también se utilizan en la
construcción de matrices de extrusión y estampado., herramientas para bruñir,
punzones y cuchillas de corte.
I.6.3.5.8. Aceros grupo M
Es el más común de los aceros rápidos. Tienen elevada resistencia al desgaste,
dureza en caliente y al revenido, con buena tenacidad a la temperatura, pudiendo
obtener en ellos la dureza requerida.
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Aplicaciones
AISI/NOM, M1
Se emplea para fabricar mechas, brocas, fresas de todo tipo, hojas de sierra y
machos. Se recomienda para herramental de trabajo en frío.
I.6.3.5.9. Aceros grupo L
Los aceros de baja aleación (grupo L) especialmente los que contienen níquel,
destacan por su tenacidad, presentan facilidad al temple profundo, excelentedureza, resistencia al choque y al desgaste, y gran elasticidad. Puede enfriarse al
agua durante el trabajo a fin de utilizarse para producciones reducidas.
Aplicaciones
AISI/NOM, L6
Se emplea en sierras de disco, cinceles, matrices, moldes para plástico, dados
para fundir a presión, moldes de baquelita, cuchillas y matrices para forjar, rodillos
de laminar roscas, algunas piezas de los embragues y trinquetas y uñas de los
divisores.
I.6.3.5.10. Aceros grupo P
Los aceros para moldes (grupo P) se utilizan para la fabricación de troqueles para
la industria de plásticos, los cuales se conforman por punzonado o por un proceso
mixto de punzonado y mecanizado.
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Es un acero de dureza media, de elevada tenacidad y con gran resistencia a la
descarburización.
Aplicaciones
AISI/NOM, P20
Su principal aplicación reside en la fabricación de moldes para procesos de
inyección plástica. Cabe mencionar que los moldes pueden ser carburizados o
nitrurados para lograr las características requeridas.
I.6.3.6. Selección de los aceros para herramientas
En la mayoría de los casos, se ha determinado que son varios los tipos e incluso
las familias de aceros que nos resolverían satisfactoriamente un determinado
problema de herramientas, lo que hace que la selección se base en otros factores,
tales como productividad prevista, facilidad de fabricación y costo.
Cabe destacar que en última instancia es el costo de las herramientas por unidad
de producto fabricado el que determina la selección de un determinado acero.
Los aceros de herramientas, además de utilizarse para la fabricación de
elementos de máquinas, se emplean para la fabricación de útiles destinados a
modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por arranque de viruta,
cortadura, conformado, embutición, extrusión, laminación y choque.
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De todo lo dicho se deduce que, en la mayoría de los casos, la dureza, tenacidad,
resistencia al desgaste y dureza en caliente constituyen los factores más
importantes a considerar en la elección de los aceros de herramientas.
No obstante, en cada caso en particular hay que considerar también otros muchos
factores, tales como la deformación máxima que puede admitirse en la
herramienta; la descarburización superficial tolerable; la templabilidad o
penetración de la dureza que se puede obtener; las condiciones en que tiene que
efectuarse el tratamiento térmico, así como las temperaturas, atmósferas e
instalaciones que requiere dicho tratamiento; y, finalmente, la maquinabilidad.
I.6.3.7. Penetración del temple
La mayor o menor penetración del temple depende exclusivamente de la
templabilidad de cada clase de acero en particular. Y ésta se incrementa al
agregarse mayor cantidad de elementos aleantes, excepto en el caso del cobalto,
único elemento que la hace disminuir.
Cabe destacar que la clasificación en la tabla 6, se estableció en función de la
templabilidad en el supuesto de que se utilicen los medios de temple
recomendados.
Los aceros de temple superficial, entre los que se encuentran los aceros de
herramientas al carbono (grupo W), los aceros al tungsteno (grupo T) y varios de
los aceros de carburización del grupo P, se templan por lo general en agua.
Para tener la seguridad de que en una sección grande la tenacidad se mantenga
constante en toda el área, es necesario utilizar aceros aleados.
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Es importante mencionar que en el caso de los aceros para herramientas, el
término tenacidad se refiere más a la capacidad de sufrir golpes sin fractura, que a
la facultad de absorber energía durante la deformación.
La mayor part