Acero al descubierto: 9 propiedades clave, definiciones y características

En este artículo aprenderás qué es el acero. Su definición, características y propiedades se explican con imágenes.

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¿Qué es el acero?

A diferencia de otras formas de hierro, el acero está hecho de hierro mezclado con carbono para mejorar su resistencia y tenacidad a la fractura. Además, pueden estar presentes o añadirse muchos otros elementos. Como metal base del acero, el hierro juega un papel muy importante.

La resistencia y bajo coste del acero lo hacen excelente para construcción, infraestructura, herramientas, barcos, trenes, coches, máquinas, electrodomésticos, armas y cohetes. La producción de acero comenzó en hornos de bloomery hace miles de años, pero su uso industrial empezó con la introducción del alto horno en el siglo XVII, que produjo acero de crisol.

Las propiedades mecánicas del acero determinan si dura mucho y funciona eficientemente en aplicaciones abrasivas y de desgaste intenso, o falla frecuente o catastróficamente. Hay muchos tipos de acero, cada uno con propiedades únicas que afectan su rendimiento.

Al seleccionar el grado correcto de acero resistente a la abrasión, entender estas propiedades es crucial. Empecemos.

Características importantes del acero

1. Maquinabilidad
2. Soldabilidad
3. Templeabilidad (Hardenability)
4. Trabajabilidad (conformado o doblado)
5. Resistencia al desgaste
6. Resistencia a la corrosión

#1 Maquinabilidad

Al cortar o remover material para diseños únicos, la maquinabilidad del acero debe influir en la selección del material. Depende de muchos factores: cuando el material se endurece, reduce la vida de la herramienta y aumenta el coste de la pieza.

Generalmente, el contenido de carbono afecta significativamente la maquinabilidad. Los aceros de alto carbono son más difíciles de mecanizar por ser más fuertes y poder contener carburos que corroen la herramienta.

Alternativamente, los aceros de bajo carbono son problemáticos por su blandura. Tienden a pegarse a la herramienta, creando un filo acumulado que acorta su vida. Por tanto, el acero con contenido moderado de carbono, alrededor del 0,20 %, tiene la mejor maquinabilidad.

#2 Soldabilidad

La soldabilidad describe qué tan fácilmente puede usarse en fabricación y manufactura. Como sugiere el nombre, se refiere a la capacidad de soldar. Materiales con baja soldabilidad son propensos a agrietarse por tensiones locales y calentamiento en la junta de soldadura.

La soldabilidad es inversamente proporcional a la dureza del material. Así, si un material es endurecible, tenderá a endurecerse durante la soldadura, resultando en fragilidad y agrietamiento.

Varios modos de fallo pueden medirse para la soldabilidad del acero, incluyendo agrietamiento en frío inducido por hidrógeno, deslaminación laminar y pelado de soldadura por puntos. El más destacado es el agrietamiento en frío inducido por hidrógeno.

#3 Templeabilidad (Hardenability)

En términos de templeabilidad del acero, es una medida de cuánto se endurecerá el material en presencia de calor tras ser tratado con él. No debe confundirse con dureza, que considera la resistencia de una muestra a la indentación y rayado.

Es propiedad esencial para soldadura, ya que es inversamente proporcional a la soldabilidad: a mayor templeabilidad, menor soldabilidad, y viceversa. Los aceros de alta dureza pueden tener niveles de dureza especificados en fase de diseño.

Es el estándar para herramientas y aplicaciones que exigen durabilidad superficial. Es posible personalizar propiedades ajustando la dureza, ya que dureza y ductilidad son inversamente relacionadas.

#4 Trabajabilidad (Doblado o conformado)

La trabajabilidad es la capacidad de un material para deformarse en un proceso específico de metalurgia. Afecta a qué tan fácilmente puede doblarse o conformarse. Comúnmente usada para formar chapa o planchas de acero en diversas formas, desde paneles de carrocería hasta grandes tubos de acero laminado.

La dureza y ductilidad del metal pueden afectar mucho la trabajabilidad. El acero de alto carbono tiene baja ductilidad, siendo menos trabajable que el de bajo carbono, que tiene alta ductilidad. La trabajabilidad también aumenta calentando el metal, llamado trabajo en caliente.

Al calentar el metal, su ductilidad aumenta y el límite elástico disminuye, aumentando la trabajabilidad. Puede usarse para calentar metales de alta resistencia que normalmente se agrietan en conformado en frío.

#5 Resistencia al desgaste

Al fabricar un filo de corte o matriz de estampado, la resistencia al desgaste del acero determinará cuánto tiempo puede usarse la herramienta antes de fallar. Se refiere a la capacidad de un material para resistir la pérdida de material por acción mecánica como abrasión, erosión, adhesión, fatiga o cavitación.

Diamante y zafiro tienen resistencia al desgaste excepcionalmente alta, ideales para gemas o herramientas de corte exigentes. La resistencia al desgaste se ve muy afectada por la dureza superficial. La alta dureza superficial de una lima le permite desgastar otros metales de menor dureza sin experimentar desgaste significativo.

#6 Resistencia a la corrosión

Describe qué tan bien un material resiste daños por oxidación u otras reacciones químicas. Distintos metales tienen distintos niveles de resistencia a la corrosión. Metales expuestos a lluvia, agua, humedad o agentes que oxidan la superficie son vulnerables a daños por corrosión.

La corrosión puede controlarse fácilmente usando acero inoxidable o galvanizado, titanio, aluminio y acero de intemperie, y manteniendo una capa sellante como pintura. Estos metales son altamente resistentes a la corrosión pero no inmunes.

Si el metal se expone al vacío, la oxidación ocurrirá tras tiempo suficiente. Por eso, el mantenimiento y monitoreo de prevención de corrosión son necesarios para cualquier componente crítico. Debes calcular la tasa de corrosión para determinar recomendaciones de mantenimiento.

Propiedades del acero

Algunas de las principales propiedades del acero son:

1. Dureza
2. Tenacidad (Toughness)
3. Límite elástico (Yield strength)
4. Resistencia a la tracción (Tensile strength)
5. Ductilidad
6. Durabilidad
7. Maleabilidad
8. Magnético
9. Conductividad térmica

#1 Dureza

Definida como la capacidad de resistir fricción y abrasión del material, y medida de su durabilidad. Es la propiedad de material peor definida porque puede indicar resistencia al rayado, abrasión, indentación o deformación plástica localizada.

#2 Tenacidad

Propiedad del acero definida como su capacidad para absorber energía sin fracturarse ni romperse. En términos simples, es la resistencia de un material a la fractura bajo tensión. Depende en gran medida de la resistencia y la flexibilidad.

La tenacidad se mide usualmente en ft-lb/pulg² o julios/cm². El acero puede tener tenacidad satisfactoria bajo carga estática pero fallar bajo carga dinámica o impacto. Se indica por la dureza: un material que se deforma severamente sin romperse puede considerarse extremadamente tenaz pero no duro.

#3 Límite elástico (Yield Strength)

Se refiere a la medida de la fuerza requerida para iniciar la deformación (doblado o deformación) de un material. En palabras simples, es la fuerza máxima aplicada a un objeto antes de que cambie su forma y estructura. El límite elástico es importante para elegir el material adecuado para construcción según requerimientos.

#4 Resistencia a la tracción (Tensile Strength)

Definida como la medida de la fuerza requerida para romper un material. La resistencia a la tracción del acero es casi tan alta, lo que lo hace relativamente impermeable a grietas o roturas, importante para su uso en construcción de estructuras. Una resistencia a la tracción típica para acero estructural es 400 MPa, mientras que para acero al carbono es 841 MPa.

#5 Ductilidad

Una de las valiosas propiedades mecánicas del acero es su ductilidad, su capacidad para cambiar forma bajo influencia de fuerza aplicada sin agrietarse. Es una de las propiedades mecánicas más importantes.

La propiedad que permite moldearlo en diversas formas y estructuras se conoce como ductilidad. Esto permite su uso como alambres finos o grandes paneles y piezas automotrices, según forma y estructura.

#6 Durabilidad

La durabilidad de un metal se refiere a su capacidad para resistir abrasión, presión y daño durante largo período. El acero es también un metal altamente duradero. Al ser fuerte y dúctil, es altamente resistente a daños accidentales.

Al ser un metal compuesto, hecho de hierro y carbono en combinación particular, es notablemente impermeable a la mayoría de elementos, perfecto para zonas costeras y ciudades con vientos fuertes, tormentas frecuentes y condiciones desafiantes.

#7 Maleabilidad

Cuando los metales son maleables, pueden ser golpeados, comprimidos o doblados en láminas finas o gruesas sin romperse, indicando la propiedad física de maleabilidad. En términos simples, es la propiedad de un metal para deformarse bajo presión y tomar otra forma.

#8 Magnético

El acero es también un material magnético, aunque depende del tipo de acero. En frascos de acero, los componentes son ferromagnéticos como el hierro, bien atraídos por imanes. El acero inoxidable austenítico no actúa magnéticamente por su alta concentración de cromo y níquel.

#9 Conductividad térmica

Es la tasa a la que la energía térmica se transporta a través de un material. Se mide usualmente en vatios por metro por grado Kelvin (W/(m·K)). Un material de alta conductividad térmica transporta calor rápido y eficientemente.

El acero al carbono tiene conductividad muy baja comparado con aluminio: unos 45 W/(m·K). Conductividad eléctrica a temperatura ambiente: unos 6 millones de siemens por metro. Es la primera propiedad física que determina la conductividad del acero.

Conclusión

Eso es todo. Gracias por leer. Espero haber cubierto todo sobre las "Propiedades del acero". Si faltó algo o tienes dudas, házmelo saber en comentarios. Si te gustó, compártelo.

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