TEMA 4. PROPIEDADES MECNICAS DEL ACERO.

TEMA 4. PROPIEDADES MECNICAS DEL ACERO.UNIVERSIDAD HARTMANNLIC. ARQUITECTURAMATERIA: ESTRUCTURASPROFESOR: CARLOS PICHARDO MARTNEZALUMNO: BALDO MILIN

QU ES EL ACERO?El trminoacerosirve comnmente para denominar, eningeniera metalrgica, a unamezcladehierrocon una cantidad decarbono variable entre el 0,03% y el 2,14% en masa de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una concentracin de carbono mayor al 2,14% se producenfundicionesque, en oposicin al acero, son mucho ms frgiles y no es posibleforjarlassino que deben sermoldeadas.No se debe confundir el acero con elhierro, que es unmetalduro y relativamente dctil, condimetro atmico(dA) de 2,48, con temperatura de fusinde 1535Cypunto de ebullicin2740C. Por su parte, el carbono es unno metalde dimetro menor (dA = 1,54), blando y frgil en la mayora de susformas alotrpicas(excepto en la forma dediamante).

QU ES EL ACERO?La diferencia principal entre el hierro y el acero 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.Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes segn su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; adems de la austenitaEl hierro puro esta presente en tres estadosalotrpicosa medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente:

Hasta los 911C (temperatura crtica AC3), el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cbico de cuerpo centrado y recibe la denominacin de hierro (alfa) oferrita. Es un material dctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y esferromagnticohasta los 770C (temperatura de Curiea la que pierde dicha cualidad; se suele llamar tambin AC2). La ferrita puede disolver pequeas cantidades de carbono.

Entre 911 y 1400C cristaliza en el sistema cbico de caras centradas y recibe la denominacin de hierro (gamma) oaustenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y esparamagntica.

Entre 1400 y 1538C cristaliza de nuevo en el sistema cbico de cuerpo centrado y recibe la denominacin de hierro (delta) que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parmetro de red mayor por efecto de la temperatura.A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado lquido.

Si se aade carbono al hierro aumenta su grado de macicez y sus tomos podran situarse simplemente en los instersticios de la red cristalina de ste ltimo; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto qumico definido y que recibe la denominacin decementitade modo que los aceros aleados al carbono estn constituidos realmente por ferrita y cementita.

QU ES EL ACERO?El trminoacerosirve comnmente para denominar, eningeniera metalrgica, a unamezcladehierrocon una cantidad decarbono variable entre el 0,03% y el 2,14% en masa de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una concentracin de carbono mayor al 2,14% se producenfundicionesque, en oposicin al acero, son mucho ms frgiles y no es posibleforjarlassino que deben sermoldeadas.No se debe confundir el acero con elhierro, que es unmetalduro y relativamente dctil, condimetro atmico(dA) de 2,48, con temperatura de fusinde 1535Cypunto de ebullicin2740C. Por su parte, el carbono es unno metalde dimetro menor (dA = 1,54), blando y frgil en la mayora de susformas alotrpicas(excepto en la forma dediamante).

DIAGRAMA DE HIERRO-CARBONO

DIFERENCIAS DEL ACEROLa diferencia principal entre el hierro y el acero 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.

Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes segn su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; adems de la austenita.El acero conserva las caractersticas metlicas del hierro en estado puro, pero la adicin de carbono y de otros elementos tanto metlicos como no metlicos mejora suspropiedades fsico-qumicas.

PROPIEDADES MCANICASAunque es difcil establecer las propiedades fsicas y mecnicas del acero debido a que estas varan con los ajustes en su composicin y los diversos tratamientos trmicos, qumicos o mecnicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de caractersticas adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genricas:Sudensidad media es de 7850kg/m.En funcin de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.Elpunto de fusin del acero depende del tipo de aleacin y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierroes de alrededor de 1.510C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusin de alrededor de 1.375C, y en general la temperatura necesaria para la fusin aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleacioneseutcticasque funden de golpe). Por otra parte el acero rpido funde a 1.650C.Su punto deebullicines de alrededor de 3.000C.Es un material muytenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.Relativamentedctil. Con l se obtienen hilos delgados llamadosalambres.

PROPIEDADES MECNICASEsmaleable. Se pueden obtener lminas delgadas llamadashojalata. La hojalata es una lmina de acero, de entre 0,5 y 0,12mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electroltica, porestao.Permite una buenamecanizacinenmquinas herramientasantes de recibir un tratamiento trmico.Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayormemoria, y se deforman al sobrepasar sulmite elstico.Ladurezade los aceros vara entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleacin u otros procedimientos trmicos o qumicos entre los cuales quiz el ms conocido sea eltemplado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un ncleo tenaz en la pieza que evite fracturas frgiles. Aceros tpicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominadosaceros rpidosque contienen cantidades significativas decromo,wolframio,molibdenoyvanadio. Los ensayos tecnolgicos para medir la dureza sonBrinell,VickersyRockwell, entre otros.Se puedesoldarcon facilidad.Lacorrosines la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro seoxidacon suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidacin hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediantetratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosin mejorada como losaceros de construccin aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

PROPIEDADES MECNICASPosee una altaconductividad elctrica. Aunque depende de su composicin es aproximadamente de3106S/m (Conductancia elctrica/metro). En laslneas areas de alta tensinse utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando ste ltimo la resistencia mecnica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalacin.Se utiliza para la fabricacin deimanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantacin si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetizacin artificial se hace por contacto, induccin o mediante procedimientos elctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, alacero inoxidable ferrticos se le pega el imn, pero alacero inoxidable austenticono se le pega el imn ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atrada por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmentenquelycromoen porcentajes del orden del 10% adems de algunos aleantes en menor proporcin.

PROPIEDADES MECNICASUn aumento de latemperaturaen un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresin: L = t L, siendo a elcoeficiente de dilatacin, que para el acero vale aproximadamente 1,2105(es decir = 0,000012). Si existe libertad de dilatacin no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatacin est impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae segn un coeficiente de dilatacin similar al coeficiente de dilatacin delhormign, por lo que resulta muy til su uso simultneo en la construccin, formando un material compuesto que se denominahormign armado.El acero da una falsa sensacin de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecnicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

DESGASTE DEL ACEROEs la degradacin fsica (prdida o ganancia de material, aparicin de grietas, deformacin plstica, cambios estructurales como transformacin de fase o recristalizacin, fenmenos de corrosin, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material slido y uno o varios elementos de contacto.

TRATAMIENTOS DEL ACERODebido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la atmsfera o con el agua, es necesario y conveniente proteger la superficie de los componentes de acero para protegerles de laoxidacinycorrosin. Muchos tratamientos superficiales estn muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos de los metales.SUPERFICIALES

Los tratamientos superficiales ms usados son los siguientes:Cincado: tratamiento superficial antioxidante por procesoelectrolticoomecnicoal que se somete a diferentes componentes metlicos.Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidacin y embellecer.Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero.Niquelado: bao denquelcon el que se protege un metal de la oxidacin.Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeas de acero, como la tornillera.Pintura: usado especialmente en estructuras, automviles, barcos, etc.

TRATAMIENTOS DEL ACEROTRMICOS

Un proceso detratamiento trmicoadecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecnicas dedureza,tenacidadyresistencia mecnicadel acero. Los tratamientos trmicos cambian lamicroestructuradel material, con lo que las propiedadesmacroscpicasdel acero tambin son alteradas.Los tratamientos trmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composicin qumica son:Templado: consistente en el rpido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al slo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la reaccin es a la vez favorable termodinmicamente y posible cinticamente. Por ejemplo, se puede reducir la cristalizacin y por lo tanto aumentar la tenacidad, tanto de aleaciones como de plsticos (producida a travs de polimerizacin).Normalizado: se emplea para dar alacerouna estructura y caractersticas tecnolgicas que se consideran el estado natural o final del material que fue sometido a trabajos de forja, laminacin o tratamientos defectuosos. Se hace como preparacin de la pieza para eltemple.

Revenido:Es un tratamiento complementario del temple, que regularmente sigue a ste. A la unin de los dos tratamientos tambin se le llama "bonificado". El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero seguido del normalizado o templado, a una temperatura menor al punto crtico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rpido cuando se deseen resultados elevados en tenacidad, o lento, para reducir al mximo las tensiones trmicas que puedan causar deformaciones.

Recocido: es el ablandamiento, la recuperacin de la estructura o la eliminacin de tensiones internas generalmente en metales.Cualquier metal que haya sido tratado tiene como resultado una alteracin de las propiedades fsicas del mismo. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para despus dejar que se enfre lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Mediante la combinacin de varios trabajos en fro y varios recocidos se pueden llegar a obtener grandes deformaciones en metales que, de otra forma, no podramos conseguir.

TRATAMIENTOS DEL ACERO

QU ES EL ACERO?

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