Llave inglesa de acero de baja aleación. © Granta Design

Acero de baja aleación

Descripción

Figura

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Leyenda

Llave inglesa de acero de baja aleación. © Granta Design

Material

El hierro puro es un material blando. Si se le añade carbono y se trata bien térmicamente, se puede obtener un material que casi tan duro y quebradizo como el cristal, o dúctil y resistente como la chapa para calderas. Tratar térmicamente significa calentar el acero a unos 800°C para disolver el carbono y, a continuación, enfriarlo rápidamente (templarlo) pudiendo posteriormente aliviar tensiones con un calentamiento menor (revenido). El temple del acero lo convierte en duro, quebradizo debido a la martensita. Templando poco a poco el metal se restablece la resistencia y baja la dureza. El control del tiempo y temperatura de revenido permite controlar las propiedades finales. Es maravilloso lo que el 1% de carbono puede hacer. Pero (el inevitable "pero") la velocidad de enfriamiento inicial tiene que ser rápida (mayor de 200 °C/segundo para los aceros al carbono). No hay ninguna dificultad en la transformación de la superficie de una pieza a martensita, pero el interior se enfría más lentamente ya que el calor ha de atravesar el material. Si la pieza sólo tiene unos pocos milímetros de espesor, hay algún problema, el interior no se enfría lo suficientemente rápido. El problema se supera mediante la aleación. Al añadir un poco de manganeso (Mn), níquel (Ni), molibdeno (Mo), o cromo (Cr), la velocidad de enfriamiento crítica se viene abajo, permitiendo que las secciones de espesor sean endurecidas y templadas. Agregando algo de vanadio (V) se consigue una fina dispersión de los carburos que dan dureza, manteniendo la resistencia y ductilidad. Los aceros al cromo-molibdeno como el AISI 4140 se utilizan para tubos de aeronaves y otras piezas de alta resistencia. Los aceros al cromo-vanadio se utilizan para cigüeñales, ejes de hélices y herramientas de alta calidad. Los aceros aleados para este propósito se llaman aceros de baja aleación, y la propiedad fundamental que tienen es la "templabilidad".

Composición (resumen)

Fe/<1.0 C/<2.5 Cr/<2.5 Ni/<2.5 Mo/<2.5 V

Propiedades generales

Densidad                7.8e3        -        7.9e3        kg/m^3

Precio        *        11.5        -        12.1        MXN/kg

Fecha de primer uso ("-" significa AC)                1930        

Propiedades mecánicas

Modulo de Young                205        -        217        GPa

Modulo a cortante                77        -        85        GPa

Módulo en volumen                160        -        176        GPa

Coeficiente de Poisson                0.285        -        0.295        

Límite elástico                400        -        1.5e3        MPa

Resistencia a tracción                550        -        1.76e3        MPa

Resistencia a compresión                400        -        1.5e3        MPa

Elongación                3        -        38        % strain

Dureza-Vickers                140        -        693        HV

Resistencia a fatiga para 10 ^ 7 ciclos        *        248        -        700        MPa

Tenacidad a fractura                14        -        200        MPa.m^0.5

Coeficiente de pérdida mecánica (tan delta)        *        1.8e-4        -        0.00116        

Propiedades térmicas

Punto de fusión                1.38e3        -        1.53e3        °C

Máxima temperatura en servicio        *        500        -        550        °C

Mínima temperatura en servicio        *        -73.2        -        -43.2        °C

¿Conductor térmico o aislante?        Buen conductor

Conductividad térmica                34        -        55        W/m.°C

Calor específico                410        -        530        J/kg.°C

Coeficiente de expansión térmica                10.5        -        13.5        µstrain/°C

Propiedades eléctricas

¿Conductor eléctrico o aislante?        Buen conductor

Resistividad eléctrica        *        15        -        35        µohm.cm

Propiedades ópticas

Transparencia        Opaco

Procesabilidad

Colabilidad                1        -        2        

Conformabilidad                3        -        4        

Mecanizabilidad                3        -        4        

Soldabilidad                5                        

Aptitud a soldeo o brazing                5                        

Ecopropiedades

Contenido en energía, producción primaria        *        28.7        -        31.7        MJ/kg

Huella de CO2, producción primaria        *        1.93        -        2.13        kg/kg

Reciclaje        False

Información de apoyo

Líneas de diseño

Los aceros de baja aleación son tratables térmicamente (la mayoría de los aceros al carbono no lo son), utilizándose en aplicaciones donde la dureza, o la resistencia, es una característica importante, sobre todo en secciones gruesas. Tienen una mayor resistencia a la abrasión, una mayor dureza y tenacidad, así como una mejor resistencia a altas temperaturas que los aceros al carbono. El acero aleado con un contenido de carbono de 0,30 a 0,37% se utiliza para una resistencia moderada y gran tenacidad; del 0,40 al 0,42% para una mayor dureza y buena resistencia; del 0,45 al 0,50% para alta dureza y resistencia con tenacidad moderada; entre el 0.50-0.62% con dureza para muelles y herramientas; el 1% para alta dureza y resistencia a la abrasión (rodamientos a bolas o rodillos).

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