UNIVERSIDAD TECNOLOGICA INDOAMERICATECNOLOGIA DE MATERIALES TEMA: PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO FACULTAD: INGENIERIA INDUSTRIAL DOCENTE: ING. JUAN CRUZ ALUMNO: BYRON PAREDES NIVEL: TERCERO SEMIPRESENCIAL FECHA: 03-02-2018 INDICE CAPITULO I: INTRODUCCIÓN. ............................................................................................ 1 CAPITULO II: OBJETIVOS ..................................................................................................... 2 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 2 OBETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................. 2 CAPITULO III: MARCO TEORICO ........................................................................................ 3 DEFINICION DEL ACERO SEGÚN LAS NORMAS UNE ................................................... 3 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO ......................................................................... 3 PLASTICIDAD...................................................................................................................... 3 FRAGILIDAD ....................................................................................................................... 4 TENACIDAD ........................................................................................................................ 5 DUCTILIDAD ....................................................................................................................... 5 MALEABLE .......................................................................................................................... 6 FACILMENTE SOLDABLE................................................................................................. 7 RESISTENCIA AL DESGASTE .......................................................................................... 7 MAQUINABILIDAD ............................................................................................................ 8 DUREZA................................................................................................................................ 8 PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO ............................................................................... 10 CUERPO .............................................................................................................................. 10 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA ..................................................................................... 10 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA ......................................................................................... 11 OXIDACIÓN ....................................................................................................................... 12 CORROSIÓN ....................................................................................................................... 12 DILATACIÓN ..................................................................................................................... 12 ELASTICIDAD ................................................................................................................... 13 ÓPTICAS ............................................................................................................................. 14 ALTA RESISTENCIA ......................................................................................................... 14 MAGNÉTICAS.................................................................................................................... 15 UNIFORMIDAD ................................................................................................................. 16 COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS ACEROS ...................................................... 16 TIPOS BÁSICOS DE DEFORMACIÓN DE LOS MATERIALES ....................................... 17 PROPIEDADES DE TENSION DE LOS ACEROS............................................................... 20 MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL ACERO ................................................................... 24 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL ACERO ............................................................. 24 CARACTERISTICAS GENERICAS DE LOS ACEROS. ..................................................... 25 PUNTO DE FUSIÓN:.......................................................................................................... 25 PUNTO DE EBULLICIÓN: ................................................................................................ 25 CLASIFICACION DE LOS ACEROS .................................................................................... 26 ACEROS DULCE:............................................................................................................... 26 ACEROS SEMIDULCE: ..................................................................................................... 26 ACEROS SEMIDURO: ....................................................................................................... 27 ACEROS DURO:................................................................................................................. 27 TIPOS DE ACERO .................................................................................................................. 29 Propiedades del acero al carbono ......................................................................................... 29 Propiedades del acero aleado ............................................................................................... 30 Propiedades del acero inoxidable ......................................................................................... 30 Acero austenítico:............................................................................................................. 30 Acero ferrítico: ................................................................................................................. 30 Acero martensítico ........................................................................................................... 31 Propiedades del acero de herramienta .................................................................................. 31 CAPITULO IV: CONCLUSIONES ........................................................................................ 32 CAPITULO V: REFERECIAS BIBLIOGRAFIA ................................................................... 34 1 CAPITULO I: INTRODUCCIÓN. Muchos materiales, cuando prestan servicio, están sometidos a fuerzas o cargas, ejemplos de ello son los revestimientos refractarios de los hornos, las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas de los aviones, el acero de los ejes de los automóviles o las vigas y pilares de los edificios. En tales situaciones es necesario conocer las características del material y diseñar la pieza de tal manera que cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la rotura. El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 1,075 % en peso de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0 % se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas, sino que deben ser moldeadas. No se debe confundir al acero con el hierro. La diferencia principal se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03 % y el 1,075 %, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro. En la actualidad los aceros inoxidables son muy usados actualmente en la industria, ya sea por su excelente resistencia a la corrosión o por su facilidad de ser conformados, por lo tanto, el aprovechamiento y mejora de las propiedades mecánicas de estos materiales amplían su uso comercial, estos aceros son aleaciones en base de hierro con un alto porcentaje en cromo. 2 CAPITULO II: OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Conocer más detenidamente todas las propiedades del acero y conocer los diferentes tipos de acero según las aleaciones que se conforman, su grado de deformación a altas temperaturas, s punto de tensión que determina la influencia de grado de deformación y temperatura del metal. OBETIVOS ESPECIFICOS Establecer la influencia del grado de deformación de las propiedades mecánicas (esfuerzo, afluencia, máximo y ductilidad) del acero. Determinar la influencia de la temperatura del metal al momento del conformado en las propiedades mecánicas del acero. Describir por medio de prácticas y ecuaciones, el endurecimiento por deformación según las condiciones de temperatura y grado de deformación. 3 CAPITULO III: MARCO TEORICO DEFINICION DEL ACERO SEGÚN LAS NORMAS UNE Según la norma UNE EN 10020:2001 define al acero como aquel material en el que el hierro es el elemento predominante, el contenido en carbono es, generalmente inferior al 2% y contiene además a otros elementos. El límite superior del 2% en el contenido de carbono (C) es el límite que separa al acero de la fundición. En general, un aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, pero como contrapartida incrementa su fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. (2) PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO La composición y propiedades del acero varían ampliamente. El acero en general tiene un contenido de carbón inferior a que se encuentra en el hierro, y un menor número de impurezas que las encontradas en otros metales. En general, las propiedades físicas como la densidad, conductividad eléctrica y térmica no varían mayormente de una aleación a otra. Sin embargo, las propiedades mecánicas como la resistencia, la ductilidad y la dureza dependen enormemente del tipo de aleación y composición del acero. Principales propiedades mecánicas del acero: PLASTICIDAD (Figura 1) Es la capacidad que tiene el acero de conservar su forma después de ser sometido a un esfuerzo. Los aceros que son aleados con pequeños porcentajes de carbón, son más plásticos. (1) 4 Figura 1: Plasticidad del acero FRAGILIDAD (Figura 2) La fragilidad es la facilidad con la que el acero puede ser roto al ser sometido a un esfuerzo. Cuando el acero es aleado, con un porcentaje alto de carbón, tiende a ser más frágil. (1) Figura 2: Cadena se rompió por la fragilidad del acero 5 TENACIDAD (Figura 3) Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto). El acero es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. (5) Depende del porcentaje de carbono. Cuanto más carbono tenga el acero menor será su tenacidad. (11) La tenacidad es el concepto que denota la capacidad que tiene el acero de resistir la aplicación de una fuerza externa sin romperse. En el caso del acero con una concentración mediana de carbón, la tenacidad tiende a ser más alta. (1) Figura 3: Cadena de acero DUCTILIDAD (Figura 4) Es relativamente dúctil. esta propiedad permite obtener alambres. Por ser duro y entendemos por dúctil que el material puede ser deformado en hilo. (10) Es la capacidad que tienen los materiales para sufrir deformaciones a tracción relativamente alta, hasta llegar al punto de fractura. Debido a esta propiedad, las estructuras se deforman 6 considerablemente antes de la falla; o lo que es lo mismo, se puede detectar inminencia la falta de una estructura cuando se observa una deformación excesiva. (3) Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado. (5) Figura 4: Esquema de la respuesta de una barra cilíndrica de metal a una fuerza de tracción de dirección opuesta a sus extremos. (a) Fractura frágil. (b) Fractura dúctil. (c) Fractura totalmente dúctil MALEABLE (Figura 5) Es posible deformarlo hasta obtener láminas, es fácil de mecanizar para un posterior tratamiento térmico. (8) Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por Estaño. (5) 7 Figura 5: Hojalata FACILMENTE SOLDABLE (Figura 6) Entendemos por soldabilidad que es cuando dos metales pueden ser unidos por el calor, el acero puede ser unido y formar diferente instrumento con él. (10) Figura 6: Soldadura de acero RESISTENCIA AL DESGASTE (Figura 7) Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material. (5) 8 Figura 7: Cuchillas de acero anti desgaste. MAQUINABILIDAD (Figura 8) Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado. Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. (5) Figura 8: Creando piezas de acero DUREZA (Figura 9) Dureza variable según el tipo de elementos de aleación Templable o endurecible por tratamientos térmicos. (8) 9 Depende del porcentaje de carbono, cuanto más carbono tenga mayor será su dureza mecánica. (11) La dureza es la resistencia que opone un metal ante agentes abrasivos. Mientras más carbón se adiciones a una aleación de acero, más duro será. (1) La densidad promedio del acero es 7850 kg/m3. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Los aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros. (5) Figura 9: Diferentes tipos de materiales de acero con dureza variable 10 PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO CUERPO (Figura 10) Incluyen las propiedades relacionadas con el peso del acero, su volumen, masa y densidad. (1) Figura 10: Acero se puede representar de diferentes formas CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA (Figura 11) Entendemos por conductividad eléctrica que es donde un material deja pasar electricidad por la común mente en el acero por ser un metal es porque tiene conductividad eléctrica. (11) Posee una alta conductividad eléctrica en las líneas aéreas de alta tensión, se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementarlos vanos entre la torre y optimizar el costo de la instalación. (5) 11 Figura 11: Los cables que se utilizan hoy en día, están hechos de aluminio con un centro de acero y han sido el estándar de la industria durante casi medio siglo. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (Figura 12) Se refiere a tres aspectos fundamentales del acero: su capacidad para conducir la temperatura (conducción), su potencial para transferir calor (convección), y su capacidad de emanar rayos infrarrojos en el medio (radiación). (1) Primero entendemos por conductividad térmica que es donde un material deja pasar el calor por él, comúnmente si lo deja pasar lo podemos ver cuando se aplica la soldadura, puede conducir el calor muy bien sobre él. (11) Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él una cantidad de calor. El coeficiente de conductividad térmica k nos da la cantidad de calor que pasaría a través de un determinado metal en función de su espesor y sección. (5) 12 Figura 12: conductividad térmica OXIDACIÓN La oxidación se produce cuando se combina el oxígeno del aire y el metal. La oxidación es superficial, produciéndose en la capa más externa del metal y protegiendo a las capas interiores de la llamada oxidación total. El óxido no es destructivo. (3) CORROSIÓN Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente, en la capa superficial y posteriormente en el resto. Cuando es producida por el oxígeno y usando como catalizador el agua, la corrosión es progresiva desde la capa superficial hasta el interior del metal lo que provoca su total destrucción. DILATACIÓN (Figura 13) Es el aumento de las dimensiones de un metal al incrementarse la temperatura. No es uniforme ni sigue leyes determinadas. (5) 13 Figura 13: Junta de dilatación de elastómero de acero ELASTICIDAD (Figura 14) Corresponde a la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza que lo ha deformado. Se apega más a la hipótesis de diseño elástico, porque sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos relativamente altos. (3) Es elástico hasta cierto punto, luego se hace plástico. (11) Figura 14: Barras de acero flexibles 14 ÓPTICAS (Figura 15) Estas propiedades en el caso del acero denotan su capacidad para reflejar la luz o emitir brillo. En la medida en la que el acero inoxidable es aleado con un mayor porcentaje de aluminio, mejores propiedades ópticas tendrán. (1) Figura 15: Acero refleja como un espejo ALTA RESISTENCIA (Figura 16) Es la oposición al cambio de forma y a las fuerzas externas que pueden presentarse como cargas son tracción, compresión, cizalle, flexión y torsión. La alta resistencia del acero estructural permite al diseñador proporcionar secciones esbeltas en comparación con otros materiales; por ejemplo, para un mismo edificio, las columnas de concreto de cualquier nivel , suelen ser mucho más robustas que si fueran de acero , reduciendo considerablemente las cargas muertas correspondiente al peso propio de la estructura . (3) 15 Figura 16: Estructura de acero MAGNÉTICAS (Figura 17) Se refiere a la capacidad que tiene el acero para ser inducido o para inducir a un campo electromagnético. Mientras más alto es el porcentaje de hierro en la aleación del acero, mayor será su capacidad de actuar como un imán. (1) Figura 18: Acero imantado 16 UNIFORMIDAD (Figura 18) El acero estructural, tiene la ventaja de que conserva sus propiedades a través del tiempo a temperaturas atmosférica. (3) Figura 18: Varios años y el acero conserva sus propiedades COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS ACEROS El comportamiento mecánico o las propiedades mecánicas de los aceros reflejan la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su deformación). (6) La respuesta de los aceros a las fuerzas aplicadas depende de: 1.- Tipo de enlace. 2.- Disposición estructural de los átomos o moléculas. 3.-Tipo y número de imperfecciones, que están siempre presentes en los sólidos, excepto en raras circunstancias. Así, fijada la solicitación exterior es evidente que la deformación que se origina y, en consecuencia, la tensión creada en el sólido elástico depende de las fuerzas de atracción molecular, 17 es decir, de la estructura cristalina del material. A pesar de la considerable complejidad de los materiales ingenieriles todos los materiales sometidos a cargas se pueden clasificar en tres grupos principales de acuerdo con el mecanismo que ocurre durante su deformación bajo las fuerzas aplicadas. (6) TIPOS BÁSICOS DE DEFORMACIÓN DE LOS MATERIALES Materiales Elásticos (Por ejemplo, los cristales iónicos y covalentes). Materiales Elastoplásticos (Por ejemplo, los metales estructurales). Materiales Viscoelásticos (Por ejemplo, los plásticos, los vidrios). A su vez los tipos básicos de deformación de los materiales como respuesta a las fuerzas aplicadas son tres: 1.- ELASTICO. 2.- PLASTICO. 3.- VISCOSO Los materiales refractarios en servicio están sujetos a fuertes tensiones mecánicas debidas, en la mayor parte de los casos, a las dilataciones de la mampostería refractaria (Fuerzas debidas a la expansión térmica), como es el caso de los refractarios en el horno de cemento. La mayor o menor capacidad de un material para absorber dichas tensiones, deformándose sin romperse, será una de las causas de buen comportamiento del material refractario en las instalaciones. Los elementos de un cuerpo tienden a dilatarse o contraerse cuando se calientan o se enfrían respectivamente, y las deformaciones que se presentan se denominan deformaciones unitarias térmicas. Si los elementos se pueden deformar libremente, las deformaciones unitarias térmicas no vienen acompañadas de 18 tensiones, pero si se restringe la deformación, como ocurre en el caso de la mampostería refractaria, aparecen tensiones térmicas. (6) Las deformaciones unitarias térmicas vienen dadas por: donde: α= Coeficiente de dilatación lineal del material. ∆T= Cambio de temperatura. L = Dimensión final. Lₒ = Dimensión inicial. Asumiendo que la mampostería refractaria está totalmente restringida, es decir los elementos no pueden variar sus dimensiones en la magnitud: su dimensión final será la misma que la inicial. La tensión térmica, ∆t, como se muestra en la figura 19, puede calcularse usando la curva tensión-deformación unitaria del material. Asumiendo un módulo de elasticidad igual a E e igual a la tangente a la curva en el punto M (Intersección de la curva con la recta vertical ɛ = ɛₒ ), la tensión térmica viene dada por: 19 Figura 19: Carga controlada por la deformación. Las propiedades mecánicas de los materiales son muy sensibles a las operaciones y proceso de fabricación. Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos, por otro lado, dirigen sus esfuerzos a producir y conformar materiales que puedan soportar las condiciones de servicio predichas por el análisis de tensiones. Esto necesariamente implica un conocimiento de la relación entre la microestructura (es decir, los detalles internos) de los materiales y sus propiedades mecánicas. (6) Las curvas tensión - deformación nos permiten determinar las principales características mecánicas de los materiales, Así, se pueden estimar una serie de importantes propiedades tales como: (6) ver figura 20. 1.- RESISTENCIA. 2.- RIGIDEZ 3.- DUCTILIDAD. 4.- RESILIENCIA. 5.- TENACIDAD. 20 Figura 20: Representación esquemática de los diagramas de tracción de materiales frágiles y dúctiles ensayados hasta la fractura. PROPIEDADES DE TENSION DE LOS ACEROS Las propiedades más importantes de la prueba de tensión son el esfuerzo de fluencia Fy, la resistencia a la tracción última Fu, las tensiones en la ruptura y la deformación unitaria y la deformación total, (εu y εst), la reducción del área, y la relación Fy/Fu. La reducción del área es una medida efectiva, tanto para la deformación total como para la ruptura, y se considera real, porque refleja la deformabilidad volumétrica. Todas estas propiedades se basan en la prueba común de tensión. Sin embargo, la reducción del área, no se puede determinar adecuadamente sin muestras con sección circular, y por lo tanto, no se informa en el Certificado de Resultado de Pruebas (CMTR). (12) El CMTR tampoco proporciona los datos de deformación unitaria, ya que generalmente no hay criterios aceptables para la prueba. La curva de esfuerzo-deformación para el acero difiere 21 significativamente entre aceros templados (carbono-manganeso) y los aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA). Las figuras 21 y 22 muestran ejemplos representativos de dichas curvas, y en la figura 23 se muestra las curvas esfuerzo deformación completas para una selección de aceros de calidad estructural producidos en EE UU y México. Las figuras 21 y 22 muestran el esfuerzo de tensión y el alargamiento en la ruptura, que son los parámetros clave para el acero estructural. (12) Específicamente, el límite superior de fluencia se contrasta con el nivel de fluencia para el acero dulce, en las figuras 21 y 22, indica la resistencia a la fluencia, definido por el 0.2 por ciento de deformación (deformación permanente) o el 0.5 por ciento de la deformación total. El límite de elasticidad (figura 22) se diferencia del nivel de esfuerzo de fluencia (figura 21), el efecto del 0.2 por ciento del valor de desplazamiento se utiliza para los aceros que no se definen claramente en la “meseta de fluencia”. (12) Figura 21: Porción Inicial de la curva esfuerzo – deformación para aceros de bajo contenido de carbono. 22 Figura 22: Porción Inicial de la curva esfuerzo – deformación para aceros de alto contenido de carbono. Figura 23: Curvas esfuerzo – deformación de algunas calidades de acero En esencia, los cambios de trabajo del acero enfriado tienen mayor resistencia y baja ductilidad en un solo material. Las deformaciones plásticas que ocurren, dejan al material sin memoria de lo que ha ocurrido (figura 24). Esto significa que un acero originado en el molino, por ejemplo (ABCDE en la figura 24), responderá de acuerdo a la línea D'DE inicialmente después de haber 23 sido cargado y sometido a una tensión equivalente al punto D de la curva de esfuerzo. La pendiente de la porción inicial de la curva de esfuerzo es el módulo de elasticidad E. La pendiente de la curva inmediatamente después de εst, es el módulo de esfuerzo por deformación εst, E es constante para todos los grados de acero estructural, equivalente a 29.000 ksi (2.039 x 106 kg/cm2). εst es más bajo y está bien definido, su valor es de alrededor de 600 a 800 ksi (42000 a 56000 kg/cm2). (12) La prueba de ε y εst se basan en vigas sujetas a flexión más que a valores de tensión, debido a lo sensible de la prueba de tensión y a las variaciones en la pendiente de la curva esfuerzo- deformación. El calor de la soldadura y el oxicorte provoca cambios locales en la estructura del acero, a menos que la entrada de calor y la velocidad de enfriamiento sean cuidadosamente controladas. Generalmente esto resulta en zonas muy localizadas del material en aceros de alta resistencia y baja ductilidad, como en los bordes de corte por flama (oxicorte) o el calor de la soldadura. Para todos los propósitos prácticos, estas zonas han aumentado los límites de fluencia en aproximadamente igual a la fuerza o la resistencia nominal del metal de la soldadura. (12) Figura 24: Curva esfuerzo – deformación de los efectos de perfiles laminados en caliente ya enfriados. 24 MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL ACERO El módulo de elasticidad del acero E, es constante para todos los grados de acero estructural, equivalente a 2.039 x 106 kg/cm2 (29,000 ksi) (200000 MPa). (12) CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL ACERO Características mecánicas del acero podría definirse, sobre el mecanismo que incluye el acero antes de ser tratado. Dureza Variable Según El Tipo De Elementos De Aleación: Depende del calor que se exponga al acero puede ser duro o no. Entendemos por dureza a la resistencia a la penetración. Templable O Endurecible Por Tratamientos Térmicos: Se sabe que el acero al ser tratado en fuego puede crearse algo blando pero al dejarlo al aire libre se endurece. A eso se refería con endurecible por tratamientos térmicos. (11) Carga Alargamiento Relación Límite unitaria de De rotura en fs/fy en Designación Clases de Elástico fy rotura, fs %, sobre base de ensayo no (1) acero (Mpa), no (Mpa), no 5-0, no menor menor que menor que menor que que (3) (2) AH 400 N D.N. 400 520 16 1,29 AH 400 F E.F. 400 440 12 1,1 AH 500 N D.N. 500 600 14 1,2 AH 500 F E.F. 500 550 10 1,1 25 AH 600 N D.N. 600 700 12 1,16 AH 600 F E.F. 600 660 8 1,1 (1). AH = Acero para Hormigón (DN = Dureza Natural; EF = Estirado en Frío) (2). Para el cálculo de valores unitario se utilizará la sección nominal. (3). Relación mínima admisible entre los valores de la carga unitaria de rotura y del límite elástico, obtenidos en cada ensayo CARACTERISTICAS GENERICAS DE LOS ACEROS. Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos o a los métodos de endurecimiento por acritud, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas características genéricas: Densidad Media: 7850 kg/m3 Comportamiento respecto a la Temperatura: se puede contraer, dilatar o fundir. PUNTO DE FUSIÓN: depende del tipo de aleación, pero al ser su componente principal el hierro éste anda alrededor de los 1510 °C. Sin embargo, los aceros aleados presentan frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1375 °C. PUNTO DE EBULLICIÓN: alrededor de los 3000 °C. Además de que es muy tenaz. (7) 26 CLASIFICACION DE LOS ACEROS Los aceros se pueden clasificar de la siguiente manera: ACEROS DULCE: (Figura 25) Estos aceros tienen una resistencia última de rotura en el rango de 48-55 kg/mm2 y una dureza Brinell en el entorno de 135-160 HB. Estos aceros son buenos en la soldabilidad empleando una técnica adecuada. Sus aplicaciones pueden ser piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado y herrajes. Figura 25: Cuchillas de Acero dulce ACEROS SEMIDULCE: (Figura 26) Tiene una resistencia última a la rotura de 55-62 kg/mm2 y una dureza Brinell de 150-170 HB. Sus aplicaciones son elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos y herrajes. Figura 26: Pieza de motor de acero semidulce 27 ACEROS SEMIDURO: (Figura 27) Tienen una resistencia a la rotura de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Aplicaciones ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión y transmisiones. Figura 27: Aceros semiduros: El carbono está presente entre 0.4 y 0.5 % ACEROS DURO: (Figura 28) Tienen una resistencia mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza Brinell de 200-220 HB. Aplicaciones ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados. (4) Figura 28: Aceros duros: la presencia de carbono varía entre 0.5 y 0.6 % 28 Tabla 1 Tabla de características mecánicas del acero Características mecánicas del acero Características mecánicas Características principal Es dúctil lo cual se refiere a que el acero tiene la capacidad de deformarse en hilos Es muy maleable ósea que se deforma en láminas el acero es muy fácil El acero es aquel material soldable se puede unir a otro metal por en el que el hierro es el medio del calor predominante con un 98% y Es un material con dureza o resistente a el carbono con el 2% la penetración es un material temple Tiene alta conductividad térmica como eléctrica lo cual se refiere a que el acero deja pasar fácilmente el calor y la electricidad Datos investigados (elaboración propia) 29 TIPOS DE ACERO Diferentes tipos de acero son producidos de acuerdo a su aplicación, por tanto, las propiedades mecánicas y físicas de estos tipos de acero deben ser diferentes. De acuerdo al Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI por sus siglas en inglés), el acero puede ser categorizado en cuatro grupos principales, de acuerdo a su composición química: (1) Acero al carbono Acero aleado Acero Inoxidable Acero de herramientas Propiedades del acero al carbono El acero al carbono se deriva de la aleación entre hierro y carbón. Al variar el porcentaje de carbón, es posible producir aceros con diferentes cualidades. En general, mientras más alto es el porcentaje de carbón, más tenaz y rígido será el acero. El acero con bajo porcentaje de carbón se conoce en el mercado como hierro forjado. Éste tipo de acero es fácil de manipular ya que es altamente plástico. Por esta razón, se usa ampliamente para producir rejas, aplicaciones decorativas o postes de lámparas. El acero con un contenido medio de carbón es altamente tenaz, motivo por el cual se usa para fabricar puentes o partes estructurales aptas para soportar enormes cargas. Por su parte, el acero con alto contenido de carbón se utiliza para fabricar cables. Cuando el porcentaje de carbón es mayor que el de hierro, se habla de hierro fundido, el cual se trabaja para la fabricación de jarrones y otro tipo de artículos. Aunque este último tipo de acero es bastante duro, también es altamente frágil. (1) 30 Propiedades del acero aleado El acero aleado es aquel que se fabrica con un pequeño porcentaje de uno o más metales a parte del hierro. Aquellos metales agregados a la aleación tienen la capacidad de cambiar las propiedades del acero. Por ejemplo, el acero fabricado con hierro, cromo y níquel, da como resultado acero inoxidable. Cuando a esta aleación se le agrega aluminio, el resultado es más maleable y uniforme en apariencia. Cuando a las aleaciones de acero se les agrega manganeso, pueden lograr fuerza y dureza excepcional. (1) Propiedades del acero inoxidable El acero inoxidable contiene entre 10 y 20% de cromo, factor que le permite ser altamente resistente a la corrosión y oxidación. Cuando el acero contiene 11% de cromo, es aproximadamente 200 veces más resistente a la corrosión que el acero que no contiene cromo. Existen tres grupos de acero inoxidable: Acero austenítico: es el que posee una concentración más amplia de cromo y un porcentaje pequeño de níquel y carbón. Se utiliza comúnmente para el procesamiento de alimentos y las tuberías. Es fácil de reconocer, pues no es magnético. Acero ferrítico: es el tipo de acero que contiene aproximadamente 15% de cromo, pero solo unos trazos de carbón y otros metales como molibdeno, aluminio o titanio. Este tipo de acero es magnético, altamente duro y resistente. Puede ser endurecido cuando se trabaja en frío. 31 Acero martensítico: es aquel que contiene cantidades moderadas de cromo, níquel y carbón. Es altamente magnético y tratable a altas temperaturas. El acero martensítico es comúnmente utilizado para fabricar herramientas de corte como cuchillos y equipo quirúrgico. (1) Propiedades del acero de herramienta El acero de herramienta es altamente duradero, resistente a la temperatura, y con una dureza bastante alta. Contiene tungsteno, molibdeno, cobalto y vanadio. Es el que se utiliza para fabricar las brocas de los taladros (1) 32 CAPITULO IV: CONCLUSIONES Podemos ver que el acero puede ser muy útil según las características que se van dando, y es muy útil a la vez por ser económico y ser un metal que realmente es duro y que no se deshace. Se puede tratar al acero según el calor y el frio que le demos. Si combinamos el acero con el fuego y con el frio se endurece. Pero si lo dejamos por mucho tiempo en el fuego nunca se haría duro o sí, pero tardaría menos en romperse. En cierta parte hay que tener cierto cuidado con estas características dadas, pues como podemos ver podría afectar demasiado al acero, se debe tener tal cantidad de calor y electricidad. Por lo tanto, un acero es más tenaz, porque tiene muchísimas propiedades mecánicas excelentes de ahí su uso en varios campos de la industria. El incremento de la temperatura del metal al momento del conformado, disminuye la resistencia tanto a fluencia como máxima, sin embargo, aumenta la ductilidad. El aumento del grado de deformación aplicado al laminado, aumenta las resistencias tanto de fluencia como máxima, mientras que disminuye la ductilidad. Las propiedades del acero que tienen buena ductilidad o maleabilidad tienen una conductividad térmica elevada y conductibilidad eléctrica elevada al igual que brillo metálico. Son resistentes a la corrosión, su resistencia depende de la Composición química. Es resistente a la fractura (tenacidad), sus imperfecciones son micro grietas. Sus inclusiones y dislocaciones dependen de la composición, el proceso de la laminación y el tratamiento térmico. 33 El acero también cuenta con elasticidad y su punto de fusión que depende del tipo de aleación y su componente principal es el hierro. 34 CAPITULO V: REFERECIAS BIBLIOGRAFIA Referencias Bibliográficas (5) Barojas, D. (23 de 03 de 2015). Propiedades Físicas, Mecánicas y Térmicas del Acero. Obtenido de https://es.scribd.com/presentation/259711139/Propiedades-Fisicas-Mecanicas-y- Termicas-Del-Acero (3) Beltrán, A., & López, A. (30 de 10 de 2014). Propiedades del Acero. (12) Cházaro, C., & Alvarez, O. (s.f.). Elección de Tipo de Aceros para Estructuras. Mexico: Gerdau Corsa. (10) Gutiérrez, S. (2004). Las Aleaciones Metálicas de Aceros. Curso de Tecnología, 99. (9) Herrera, R. (2006). Enseñansa de la Construcción de Acero. Chile: Ilafa. Obtenido de propiedades-del-acero-12282903 (2) Ingemecánica. (2017). Características Mecánicas del Acero. Ingemecánica. (1) Lifeder, C. 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