¿Qué es el acero?
¿Alguna vez realizó una excursión a una planta de fabricación de acero durante el año escolar? Si es así, es posible que te hayan emocionado y aterrorizado los enormes hornos y los lingotes calientes que brillan muy por debajo de las pasarelas altas encerradas en vidrio.
El acero es una aleación , que es una mezcla de metales o metal y otro elemento químico. El acero es una aleación fabricada con elementos de hierro y aleación a muy altas temperaturas, en su estado fundido.
El elemento más común agregado al acero es el carbono. Aunque se pueden agregar al hierro muchos elementos diferentes, como cromo y manganeso, para fabricar acero, el carbono es el más abundante y el menos costoso. Echemos un vistazo más de cerca al acero y veamos cómo el carbono está involucrado a nivel molecular, así como las propiedades del acero una vez que se agrega carbono.
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Hierro alotrópico
El hierro que se utiliza para fabricar acero generalmente proviene del mineral de hierro o del acero reciclado. El hierro es el componente del acero que lo hace tan versátil y útil en términos de sus muchas propiedades de ingeniería porque es un elemento alotrópico . Esto simplemente significa que puede existir en más de una forma cristalina.
A temperaturas más bajas (723 grados C y menos), el cristal de hierro tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC). En esta estructura, las partículas de cristal se encuentran en las esquinas y en el centro de la celda unitaria.
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A temperaturas más altas (910 grados C y más), la estructura del cristal de hierro cambia a cúbica centrada en la cara (FCC). En este tipo de celda, las partículas de cristal se encuentran en cada esquina de la celda, así como en el centro de cada cara del cubo. Esto deja abierto el centro de la celda.
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Esta estructura de FCC más abierta puede acomodar una mayor cantidad de átomos de carbono que se infiltran en los espacios entre los átomos de hierro en el cristal, por lo que hay un mayor porcentaje de carbono en la solución. Este mayor porcentaje de carbono aumenta la dureza del acero.
Tipos y propiedades de los aceros al carbono
El acero tiene muchas propiedades que son importantes para una variedad de usos y aplicaciones. El porcentaje de carbono juega un papel importante en la determinación de estas propiedades. Los aceros que son predominantemente aleados con carbono constituyen el 90% de todo el acero. Las propiedades incluyen:
- Resistencia a la tracción: la cantidad de carga que un material puede soportar antes de romperse.
- Ductilidad : la capacidad de un material sólido de deformarse bajo tensión. Esta propiedad se caracteriza por la capacidad del material para estirarse en un alambre.
- Conductividad térmica: la capacidad de un material para conducir calor.
- Resistencia a la corrosión: la capacidad de un material para resistir reacciones con elementos cáusticos que pueden corroerlo o degradarlo.
Las propiedades finales del producto de acero terminado dependen de la composición química del material en el horno, el diseño del procesamiento y el tratamiento térmico.
Sistemas de clasificación de acero
Los aceros al carbono se clasifican como aceros de bajo contenido de carbono (suaves), aceros de medio carbono y aceros de alto contenido de carbono.
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El Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) y la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) tienen sistemas que se utilizan para clasificar los grados de acero. Los sistemas, aunque similares entre sí, pueden volverse complejos y se basan en una designación de cuatro dígitos para cada grado de acero.
Los últimos dos o tres números de la clasificación dan el rango permisible de carbono en el acero, en centésimas de porcentaje. Por ejemplo, si el número AISI-SAE es 1010, el rango permisible de carbono en el acero es de 0.08 a 0.13 por ciento.
Aceros bajos en carbono
Los aceros bajos en carbono o ‘suaves’ contienen de 0,10% a 0,30% de carbono. Debido a la menor cantidad de carbono, este tipo de acero es más dúctil y maleable porque hay menos átomos de carbono incrustados en la estructura cristalina de hierro / carbono.
Se puede enrollar en láminas delgadas y se puede soldar fácilmente. Esto le da una amplia gama de aplicaciones, desde paneles de carrocería hasta electrodomésticos. Son los que se fabrican con más frecuencia de todos los tipos de acero.
Aceros al carbono medio
Los aceros de medio carbono tienen un contenido de carbono que oscila entre el 0,30% y el 0,60%. A medida que se agregan mayores porcentajes de carbono, hay más átomos de carbono en la estructura cristalina, por lo que se vuelve más frágil y menos dúctil.
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La mayor resistencia del acero al carbono medio lo hace útil en aplicaciones como engranajes, ejes, rieles, ruedas y otra maquinaria pesada.
Aceros con alto contenido de carbono
Los aceros con alto contenido de carbono tienen un contenido de carbono que oscila entre el 0,60% y el 1,4%. Estos se encuentran entre los aceros más duros del mercado, pero la dureza adicional se produce a costa de la pérdida de ductilidad. Al igual que con los aceros de bajo y medio carbono, las propiedades se pueden cambiar algo con la adición de otros elementos de aleación o con varios tipos de tratamiento térmico.
En general, los aceros con alto contenido de carbono se utilizan para la fabricación de herramientas de corte, cojinetes y en otras aplicaciones donde se requiere una mayor dureza.
Resumen de la lección
El acero es una aleación o una mezcla de metales o un metal y otro elemento químico. El acero es una aleación fabricada con elementos de hierro y aleación a muy altas temperaturas.
Su versatilidad proviene en gran parte de la estructura cristalina del hierro, que es alotrópico , lo que significa que puede existir en más de una forma cristalina. Esta característica permite la adición de átomos de carbono a la estructura a diferentes temperaturas.
El Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) y la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) tienen sistemas que se utilizan para clasificar los grados de acero.
- Acero con poco carbono (acero dulce): 0,10% a 0,30% de carbono. Altamente dúctil (maleable), se puede enrollar en láminas delgadas y soldar fácilmente. Se utiliza en paneles de carrocería y electrodomésticos. Fabricado con mayor frecuencia.
- Aceros de medio carbono: 0,30% a 0,60% de carbono. Más frágil y menos dúctil. Se utiliza en engranajes, ejes, rieles, ruedas y otra maquinaria pesada.
- Aceros con alto contenido de carbono: 0,60% a 1,4% de carbono. Muy duro. Utilizado en herramientas de corte, rodamientos, etc.
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