Piezas de acero al carbono
El acero al carbono es un acero con un contenido de carbono que oscila entre aproximadamente el 0,05 y el 3,8 por ciento en peso.La definición de acero al carbono del Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) establece:
1. no se especifica ni exige ningún contenido mínimo de cromo, cobalto, molibdeno, níquel, niobio, titanio, tungsteno, vanadio, circonio o cualquier otro elemento que se agregue para obtener el efecto de aleación deseado;
2. el mínimo especificado para el cobre no excede del 0,40 por ciento;
3. o el contenido máximo especificado para cualquiera de los siguientes elementos no supera los porcentajes señalados: manganeso 1,65 por ciento;silicio 0,60 por ciento;cobre 0,60 por ciento.
El término acero al carbono también puede usarse en referencia a acero que no es acero inoxidable;en este uso, el acero al carbono puede incluir aceros aleados.El acero con alto contenido de carbono tiene muchos usos diferentes, como fresadoras, herramientas de corte (como cinceles) y alambres de alta resistencia.Estas aplicaciones requieren una microestructura mucho más fina, lo que mejora la tenacidad.
A medida que aumenta el contenido porcentual de carbono, el acero tiene la capacidad de volverse más duro y resistente mediante tratamiento térmico;sin embargo, se vuelve menos dúctil.Independientemente del tratamiento térmico, un mayor contenido de carbono reduce la soldabilidad.En los aceros al carbono, el mayor contenido de carbono reduce el punto de fusión.
El propósito del tratamiento térmico del acero al carbono es cambiar las propiedades mecánicas del acero, generalmente ductilidad, dureza, límite elástico o resistencia al impacto.Tenga en cuenta que la conductividad eléctrica y térmica sólo se modifica ligeramente.Como ocurre con la mayoría de las técnicas de fortalecimiento del acero, el módulo de Young (elasticidad) no se ve afectado.Todos los tratamientos del acero comercializan ductilidad para aumentar la resistencia y viceversa.El hierro tiene una mayor solubilidad del carbono en la fase austenita;por lo tanto, todos los tratamientos térmicos, excepto la esferoidización y el recocido de proceso, comienzan calentando el acero a una temperatura a la que pueda existir la fase austenítica.Luego, el acero se enfría (se extrae calor) a una velocidad de moderada a baja, lo que permite que el carbono se difunda fuera de la austenita formando carburo de hierro (cementita) y dejando ferrita, o a una velocidad alta, atrapando el carbono dentro del hierro, formando así martensita. .La velocidad a la que el acero se enfría a través de la temperatura eutectoide (aproximadamente 727 °C) afecta la velocidad a la que el carbono se difunde fuera de la austenita y forma cementita.En términos generales, un enfriamiento rápido dejará el carburo de hierro finamente disperso y producirá una perlita de grano fino y un enfriamiento lento dará una perlita más gruesa.El enfriamiento de un acero hipoeutectoide (menos de 0,77% en peso de C) da como resultado una estructura laminar-perlítica de capas de carburo de hierro con α-ferrita (hierro casi puro) entre ellas.Si se trata de acero hipereutectoide (más de 0,77% en peso de C), entonces la estructura es perlita completa con pequeños granos (más grandes que la laminilla de perlita) de cementita formados en los límites de los granos.Un acero eutectoide (0,77% de carbono) tendrá una estructura de perlita en todos los granos sin cementita en los límites.Las cantidades relativas de constituyentes se encuentran utilizando la regla de la palanca.La siguiente es una lista de los tipos de tratamientos térmicos posibles.
El acero aleado es acero aleado con una variedad de elementos en cantidades totales entre 1,0% y 50% en peso para mejorar sus propiedades mecánicas.Los aceros aleados se dividen en dos grupos: aceros de baja aleación y aceros de alta aleación.La diferencia entre los dos está en disputa.Smith y Hashemi definen la diferencia en 4,0%, mientras que Degarmo y otros la definen en 8,0%.Más comúnmente, la frase "acero aleado" se refiere a aceros de baja aleación.
Estrictamente hablando, todo acero es una aleación, pero no todos los aceros se denominan "aceros aleados".Los aceros más simples son el hierro (Fe) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1% al 1%, según el tipo).Sin embargo, el término "acero aleado" es el término estándar que se refiere a aceros con otros elementos de aleación añadidos deliberadamente además del carbono.Los aleantes comunes incluyen manganeso (el más común), níquel, cromo, molibdeno, vanadio, silicio y boro.Los aleantes menos comunes incluyen aluminio, cobalto, cobre, cerio, niobio, titanio, tungsteno, estaño, zinc, plomo y circonio.
La siguiente es una gama de propiedades mejoradas en los aceros aleados (en comparación con los aceros al carbono): resistencia, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, templabilidad y dureza en caliente.Para lograr algunas de estas propiedades mejoradas, el metal puede requerir un tratamiento térmico.
Algunos de ellos encuentran usos en aplicaciones exóticas y muy exigentes, como en las palas de turbinas de motores a reacción y en reactores nucleares.Debido a las propiedades ferromagnéticas del hierro, algunas aleaciones de acero encuentran aplicaciones importantes donde sus respuestas al magnetismo son muy importantes, incluso en motores eléctricos y transformadores.
Esferoidización
La esferoidita se forma cuando el acero al carbono se calienta a aproximadamente 700 °C durante más de 30 horas.La esferoidita se puede formar a temperaturas más bajas, pero el tiempo necesario aumenta drásticamente, ya que se trata de un proceso controlado por difusión.El resultado es una estructura de varillas o esferas de cementita dentro de la estructura primaria (ferrita o perlita, dependiendo de en qué lado del eutectoide se encuentre).El propósito es ablandar los aceros con alto contenido de carbono y permitir una mayor conformabilidad.Esta es la forma de acero más blanda y dúctil.
recocido completo
El acero al carbono se calienta a aproximadamente 40 °C por encima de Ac3 o Acm durante 1 hora;esto asegura que toda la ferrita se transforme en austenita (aunque aún podría existir cementita si el contenido de carbono es mayor que el eutectoide).Luego, el acero debe enfriarse lentamente, alrededor de 20 °C (36 °F) por hora.Por lo general, simplemente se enfría en un horno, donde el horno se apaga con el acero todavía dentro.Esto da como resultado una estructura perlítica gruesa, lo que significa que las "bandas" de perlita son gruesas.El acero totalmente recocido es blando y dúctil, sin tensiones internas, lo que suele ser necesario para un conformado rentable.Sólo el acero esferoidizado es más blando y dúctil.
recocido de proceso
Un proceso utilizado para aliviar la tensión en un acero al carbono trabajado en frío con menos de 0,3% C. El acero generalmente se calienta a 550-650 °C durante 1 hora, pero a veces a temperaturas de hasta 700 °C.La imagen de la derecha [se necesita aclaración] muestra el área donde ocurre el proceso de recocido.
recocido isotérmico
Es un proceso en el que el acero hipoeutectoide se calienta por encima de la temperatura crítica superior.Esta temperatura se mantiene durante un tiempo y luego se reduce por debajo de la temperatura crítica más baja y se mantiene nuevamente.Luego se enfría a temperatura ambiente.Este método elimina cualquier gradiente de temperatura.
Normalizando
El acero al carbono se calienta a aproximadamente 55 °C por encima de Ac3 o Acm durante 1 hora;esto asegura que el acero se transforme completamente en austenita.Luego, el acero se enfría con aire, lo que supone una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 38 °C (100 °F) por minuto.Esto da como resultado una estructura perlítica fina y una estructura más uniforme.El acero normalizado tiene una mayor resistencia que el acero recocido;tiene una resistencia y dureza relativamente altas.
Temple
El acero al carbono con al menos 0,4% en peso de C se calienta hasta temperaturas de normalización y luego se enfría (apaga) rápidamente en agua, salmuera o aceite hasta la temperatura crítica.La temperatura crítica depende del contenido de carbono, pero como regla general es menor a medida que aumenta el contenido de carbono.Esto da como resultado una estructura martensítica;una forma de acero que posee un contenido de carbono sobresaturado en una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) deformada, propiamente denominada tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), con mucha tensión interna.Por tanto, el acero templado es extremadamente duro pero frágil, normalmente demasiado frágil para fines prácticos.Estas tensiones internas pueden provocar grietas por tensión en la superficie.El acero templado es aproximadamente tres veces más duro (cuatro con más carbono) que el acero normalizado.
Martempering (marquenching)
El martempering no es en realidad un procedimiento de templado, de ahí el término marquenching.Es una forma de tratamiento térmico isotérmico que se aplica después de un enfriamiento inicial, generalmente en un baño de sales fundidas, a una temperatura justo por encima de la "temperatura inicial de martensita".A esta temperatura, se alivian las tensiones residuales dentro del material y se puede formar algo de bainita a partir de la austenita retenida que no tuvo tiempo de transformarse en otra cosa.En la industria, este es un proceso utilizado para controlar la ductilidad y dureza de un material.Con un endurecimiento más prolongado, la ductilidad aumenta con una pérdida mínima de resistencia;el acero se mantiene en esta solución hasta que las temperaturas interior y exterior de la pieza se igualan.Luego, el acero se enfría a una velocidad moderada para mantener el gradiente de temperatura al mínimo.Este proceso no sólo reduce las tensiones internas y las grietas por tensión, sino que también aumenta la resistencia al impacto.
Templado
Este es el tratamiento térmico más común que se encuentra, porque las propiedades finales pueden determinarse con precisión mediante la temperatura y el tiempo del templado.El templado implica recalentar el acero templado a una temperatura inferior a la temperatura eutectoide y luego enfriarlo.La temperatura elevada permite que se formen cantidades muy pequeñas de esferoidita, lo que restaura la ductilidad, pero reduce la dureza.Las temperaturas y tiempos reales se eligen cuidadosamente para cada composición.
austemperamento
El proceso de austemperado es el mismo que el martempering, excepto que el enfriamiento se interrumpe y el acero se mantiene en el baño de sal fundida a temperaturas entre 205 °C y 540 °C, y luego se enfría a un ritmo moderado.El acero resultante, llamado bainita, produce una microestructura acicular en el acero que tiene gran resistencia (pero menos que la martensita), mayor ductilidad, mayor resistencia al impacto y menos distorsión que el acero de martensita.La desventaja del austempering es que sólo se puede utilizar en unos pocos aceros y requiere un baño de sal especial.
CNC de acero al carbono
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