Aceros especiales 2022-2023 PDF

7. ACEROS ESPECIALES. TEMA 7. ACEROS ESPECIALES 7.1. Aceros especiales de fácil mecanización. 7.2. Aceros para muelles. 7.3. Acero Corten. 7.4. Invar. 7-1  7.1. ACEROS DE FÁCIL MECANIZACIÓN 7.1. Aceros especiales de fácil mecaniz...

7. ACEROS ESPECIALES. TEMA 7. ACEROS ESPECIALES 7.1. Aceros especiales de fácil mecanización. 7.2. Aceros para muelles. 7.3. Acero Corten. 7.4. Invar. 7-1  7.1. ACEROS DE FÁCIL MECANIZACIÓN 7.1. Aceros especiales de fácil mecanización. 7-2  7.1. ACEROS DE FÁCIL MECANIZACIÓN  Clase de aceros que destacan por la facilidad de realizar con ellos operaciones de mecanizado (torneado, taladrado, fresado, etc.).  La maquinabilidad (aptitud para el mecanizado) es muy importante cuando se quiere fabricar grandes series de piezas mediante conformado por arranque de viruta se precisarán operaciones de mecanizado automáticas con altas velocidades de corte.  La maquinabilidad de un acero es una propiedad compleja, resultado de una serie conjunta de características:  vida de la herramienta de corte;  velocidad de producción;  consumo energético;  acabado superficial. 7-3  7.1. ACEROS DE FÁCIL MECANIZACIÓN  Experimentalmente, los mejores resultados en el mecanizado se obtienen cuando:  La dureza del acero está entre 140 y 200 HB.  El cociente entre Rp0,2 y Rm está entre 0,85 y 0,95.  La microestructura es ferrito-perlítica con 0,2-0,3% de carbono (los aceros con menos carbono son demasiado blandos y se pegan a la herramienta).  Para contenidos en carbono mayores a 0,30%, cuando la cementita se dispone en forma globular en lugar de laminar.  En la matriz del acero hay partículas dispersas que creen discontinuidades en la microestructura del material.  Para mejorar la maquinabilidad de los aceros es habitual añadir aleantes. 7-4  7.1. ACEROS DE FÁCIL MECANIZACIÓN En la norma UNE, el grupo de aceros de fácil mecanización es el F-210, concretamente el grupo: F-211, Acero de fácil mecanización. a. Aceros al azufre.  Es el método más económico.  Para mejorar su maquinabilidad, se exigen en ocasiones contenidos de S hasta 0,35% debe subir el contenido de manganeso (hasta 1,5%) para que el azufre forme MnS.  El contenido de S no debe ser superior a esos valores, porque se segrega y reduce apreciablemente la ductilidad y la tenacidad de los aceros.  Las inclusiones de MnS, homogéneamente distribuidas en la microestructura del acero, lubrican la zona de corte y favorecen la fractura de la viruta en pequeños fragmentos disminuyen las fuerzas de corte y la temperatura en el contacto disminuye la velocidad de desgaste de la herramienta.  Se usan en tornillería, bulones, casquillos… (procesos automatizados para la fabricación de grandes series). 7-5  7.1. ACEROS DE FÁCIL MECANIZACIÓN b. Aceros al plomo.  Incorporan plomo (0,15-0,35 %Pb), que es insoluble en el hierro precipita como plomo libre en forma de pequeñas partículas durante la solidificación.  Las partículas de plomo presentes en la intercara herramienta-viruta funden a consecuencia del calor generado en el corte reducen la fricción y rompen la viruta (suelen llevar también S, para tener un efecto aditivo) se consiguen mayores velocidades de corte.  Estos niveles de plomo no afectan a las propiedades mecánicas del acero. c. Aceros al teluro.  Su adición es muy beneficiosa para la maquinabilidad, pero su precio es muy elevado. Puede combinarse con la adición de Pb.  La cantidad óptima es del orden 0,04-0,06 %Te.  Las inclusiones de teluro adoptan forma redondeada favorece la templabilidad.  Son los más mecanizables del mercado. 7-6 7.2. ACEROS PARA MUELLES 7.2. Aceros para muelles. 7-7  7.2. ACEROS PARA MUELLES  Muelles: mecanismos destinados a experimentar deformaciones cuando sobre ellos actúan fuerzas, recuperando su forma inicial al cesar las mismas.  Deberán poseer elevado límite elástico.  Cuando las cargas aplicadas sean variables, deberán ser aptos para fatiga deben tener muy buen estado superficial (sin descarburaciones ni grietas).  Se incluyen en este grupo muelles helicoidales, barras de torsión, flejes, ballestas… empleadas en el sector automovilístico y ferroviario.  También se usan para la fabricación de chasis de vehículos o de otros elementos automovilísticos donde se requiera gran capacidad de absorción de energía cinética.  Los aceros para muelles tendrán valores de límite elástico entre 900 MPa y 1800 MPa, con resistencias entre 1000-2300 MPa (típicamente, la resistencia media de aceros para muelles es de 1500 MPa).  El contenido medio en carbono está entre 0,4-0,95 %C.  Se les dan tratamientos de temple (calentando a 800-900 ºC, para mantener un grano fino, y en atmósfera carburante para evitar descarburaciones), y revenido a 200-500 ºC con enfriamiento en aire. 7-8  7.2. ACEROS PARA MUELLES a. Aceros al carbono.  Se usan para muelles de poca responsabilidad (varillas o alambres de poco espesor, por baja templabilidad). Contenidos en carbono entre 0,5-1,2 %C.  Los de menor %C requieren temple en agua. Los de mayor %C, en aceite. b. Aceros aleados. Para muelles o ballestas con espesor mayores de 10 mm.  Aceros al Mn-Si.  Llevan 0,6-0,9 %Mn y 1,5-2,0 %Si. El primero sube la templabilidad y el segundo el límite elástico (llegan a 1400 MPa).  Se prefiere el temple en aceite para minimizar deformaciones y grietas.  Aceros al Cr-Si, Cr-V y Cr-Mo-V.  Tienen mayor templabilidad (siempre en aceite).  El límite elástico es del orden de los aceros al Mn-Si.  Tienen baja tendencia a la descarburación se usan para muelles de gran responsabilidad. 7-9  7.2. ACEROS PARA MUELLES Norma UNE: Grupo F-140 Aceros de gran elasticidad F-141 Acero al C de temple en aceite para Cuerdas piano, flejes, navajas, cuchillos muelles F-142 Acero al C de temple en agua para Muelles y ballestas, alicates, tenazas, muelles martillos Muelles alta calidad para válvulas F-143 Acero al Cr-V para muelles motores F-144 Acero manganosilicioso para muelles Ballestas y muelles grandes 7-10 7.3. ACERO CORTEN 7.3. Acero Corten. 7-11  7.3. ACERO CORTEN  El acero Corten es un acero común al que no le perjudica la corrosión. Patentado por la United States Steel Corporation en 1933.  Es un acero de baja aleación, inicialmente con: %C < 0,25%, 0,2-0,5% Cu, 0,5-1,5% Cr, y 0,1-0,2% P.  La composición ha sido objeto de cambios, como añadir 0,4 % de níquel, la reducción del fósforo a 0,04 %, y la adición de pequeñas cantidades de otros elementos, capaces de mejorar su resistencia mecánica.  Se puede obtener aceros Corten con un límite elástico de hasta 580 MPa. Características  Es un acero con Ni, Cr, Cu y P que, tras un proceso de humectación y secado alternativos, se oxida superficialmente y forma una delgadísima cinta de óxido de aspecto rojizo-anaranjado, densa, adherida y estable.  Esa cinta de óxido es impermeable al agua y al vapor de agua e impide que la oxidación del acero prosiga hacia el interior de la pieza ese óxido superficial protege al resto de la pieza de acero ante la corrosión atmosférica acción autoprotectora no se necesita utilizar ningún otro método de protección del acero, como el galvanizado o la aplicación de pinturas. 7-12  7.3. ACERO CORTEN  El acero Corten posee un color rojizo anaranjado característico.  Desde un punto de vista artístico, su color característico y sus cualidades químicas son muy valoradas por los escultores y arquitectos.  Por sus tonalidades y la poca necesidad de mantenimiento, su uso se ha extendido en las fachadas de los edificios, en elementos de paisajismo y en el mobiliario urbano gran versatilidad en arquitectura.  El color varía de tonalidad con el nivel de oxidación del producto, según sea fuerte o débil, oscureciéndose hacia un marrón oscuro en el caso de que la pieza se encuentre en ambiente agresivo, (por ejemplo a la intemperie)  El uso de acero Corten a la intemperie tiene un inconveniente: se desprenden con el agua de lluvia partículas del óxido superficial, quedando en suspensión y siendo arrastradas producen manchas de óxido de color rojizo muy difíciles de eliminar en el material que se encuentre anexo o debajo del acero Corten (sobre todo en materiales porosos, especialmente en hormigón).  La solución para evitarlo es la oxidación controlada con productos profesionales para el acero Corten, que consiguen un acabado oxidado envejecido y homogéneo sin afectar a la integridad estructural del metal. 7-13  7.3. ACERO CORTEN  Otro problema del acero Corten en la construcción está en asegurar que los puntos de soldadura se corroan al mismo ritmo que el resto del material.  Puede requerir técnicas de soldadura o materiales especiales.  El acero Corten admite la soldadura con las técnicas propias de los aceros de baja aleación. Para que el cordón de soldadura sea además resistente a la corrosión tendrá que utilizarse un material de aporte con un contenido de Ni de parecido estructura a la del metal base.  Aplicaciones.  Industria cementera, silos, tolvas, cribadoras, chimeneas, tuberías, lavaderos de carbón, depósitos de agua, petróleo, fuel-oil, etcétera  Estructuras metálicas: puentes, construcciones, fachadas de inmuebles, puertas metálicas, grúas, palas excavadoras.  Vagones tren, chasis de camiones, basculantes, cisternas, semirremolques. 7-14 7.3. ACERO CORTEN 7-15 7.4. INVAR 7.4. Invar. 7-16 7.4. INVAR  Es una solución sólida Fe-Ni, concretamente la aleación FeNi36 (Invar36).  Su nombre viene de invariable. Le valió a su descubridor el Nobel en 1920.  Tiene un coeficiente de expansión térmica (CTE) muy bajo: 1,2x10−6 K−1.  Variación del coeficiente de expansión térmica (CTE) con el contenido en níquel: 7-17  7.4. INVAR PROPERTIES UNITS Mayor que el titanio, pero menor que los aceros de Density 8.1 g / cm³ alta resistencia. Melting point 1427 °C Similar al níquel o al cobalto. Linear Coefficient of 1,7 – 2,0 K Thermal ꞏ10 Expansion Young’s Mayor que el titanio, pero menor que los aceros de 140 - 150 GPa alta resistencia. Modulus Dúctil, fácilmente soldable. Maquinabilidad similar a Elongation