Acero Aleado Explicado: Tipos, Composición, Propiedades y Aplicaciones Clave

En este artículo veremos el Acero Aleado, muy usado en industria y vida diaria. Empezando por la definición, veremos composición, tipos, usos y propiedades.

¿Qué es el Acero Aleado?

El acero aleado puede definirse como aceros a los que se añaden elementos distintos al carbono en cantidades suficientes para producir mejoras en propiedades.

Los elementos de aleación más comunes son: cromo, níquel, manganeso, silicio, vanadio, molibdeno, tungsteno, fósforo, cobre, titanio, circonio, cobalto, columbio y aluminio. Cada uno confiere ciertas cualidades. Pueden usarse solos o combinados para características deseadas.

Propiedades del acero aleado: Como el carbono, varios elementos de aleación son solubles para producir aleaciones con mejor resistencia, ductilidad y tenacidad. El carbono, además de formar compuesto intermetálico con hierro, se combina con muchos elementos de aleación formando carburos de aleación. Estos carburos de aleación y carburos hierro-aleación suelen ser duros y carecen de tenacidad.

Algunos elementos evitan o restringen el crecimiento de grano. El aluminio es el más efectivo. Otros: circonio, vanadio, cromo, titanio. Estructuralmente, la adición casi siempre afecta el mecanismo de transformación austenita-ferrita cambiando la temperatura de transformación de gamma a alfa hierro. Algunos bajan y otros suben la temperatura crítica.

Los cambios composicionales y estructurales por elementos de aleación cambian y mejoran propiedades físicas, mecánicas y de procesamiento del hierro y acero. En general, los aceros aleados dan mejor resistencia, ductilidad y tenacidad que no se logran en acero al carbono. Por tanto, el ingeniero de diseño y producción debe considerar aceros aleados en diseños sujetos a altas tensiones y/o carga de impacto.

Casi todos los aceros aleados se producen con estructuras de grano fino. Los aceros de grano fino tienen menos tendencia a agrietarse en tratamiento térmico pero mejor tenacidad y resistencia al choque. Aceros de grano grueso exhiben mejores propiedades de mecanizado y pueden endurecerse más profundamente que los de grano fino.

¿Qué Acero Aleado se Usa para Imán Permanente?

1. Acero al silicio
2. Acero al vanadio
3. Acero al manganeso
4. Acero al cobalto

Respuesta correcta: 4. Acero al cobalto

Aleación Alnico, aleación de hierro con aluminio, níquel y cobalto. El acero aleado Alnico se usa para imanes permanentes fuertes. Ampliamente usado en electrónica industrial y de consumo.

¿Qué Acero Aleado se Usa para Instrumentos de Precisión?

1. Acero al silicio
2. Acero al manganeso
3. Vanadio
4. Acero Invar

Respuesta correcta: 4. Acero Invar

Composición del Acero Aleado

Efectos de los Elementos de Aleación

Para seleccionar el acero aleado más adecuado, hay que considerar los efectos de los principales elementos de aleación:

• Níquel: tenacidad, resistencia a corrosión, endurecimiento profundo
• Cromo: mejora resistencia a corrosión, tenacidad y endurecibilidad
• Manganeso: desoxida, aporta resistencia y dureza, disminuye velocidad crítica de enfriamiento
• Silicio: desoxida, promueve resistencia a oxidación a alta temperatura, sube temperatura crítica para tratamiento térmico, aumenta susceptibilidad a descarburación y grafitización
• Molibdeno: promueve endurecibilidad, aumenta resistencia a tracción y fluencia a alta temperatura
• Vanadio: desoxida, promueve estructura de grano fino
• Cobre: aumenta resistencia a corrosión y actúa como agente de refuerzo
• Aluminio: desoxida, promueve grano fino, ayuda a nitruración
• Boro: aumenta endurecibilidad

Resumen de efectos en Tabla 4.6.

Acero de Baja Aleación

Un acero de baja aleación es una aleación de acero y metales adicionales con cualidades deseables. Contiene 1-5 % de elementos de aleación. Por tanto, tiene composiciones químicas precisas que dan propiedades mecánicas mejoradas para resistir corrosión.

Durante la fabricación, suelen tratarse térmicamente, normalizarse y templarse. También pueden soldarse. El tratamiento térmico de soldadura es necesario para evitar grietas.

Ventajas sobre acero dulce:

• Resistencia a cedencia excepcional
• Soportan temperaturas extremas
• Buena resistencia a fluencia
• Resistencia a oxidación
• Resistencia a hidrógeno
• Ductilidad a bajas temperaturas

Tipos o Clasificación del Acero Aleado

Los aceros aleados pueden clasificarse según composición química, clase estructural y finalidad.

Clasificación según Composición Química

En este aspecto se dividen en: Aceros de tres componentes, con un elemento de aleación además de hierro y carbono; Aceros de cuatro componentes, con dos elementos de aleación, etc.

Clasificación según Clase Estructural

Según la estructura al enfriar al aire probetas de pequeña sección: 1. Perlíticos 2. Martensíticos 3. Austeníticos 4. Ferríticos 5. Carbúricos.

Clasificación según Finalidad

Según usos para los que sus propiedades los adaptan:

1. Aceros estructurales 2. Aceros para herramientas 3. Aceros con propiedades físicas especiales.

1. Acero Estructural Aleado

Divididos en tres grupos: baja aleación (hasta 5 % elementos), media aleación (más de 5 %) y alta aleación (más de 10 %). IS: 7598-1974.

Ampliamente empleados en ingeniería para piezas sujetas a cargas estáticas y dinámicas. Tienen propiedades mecánicas más favorables que aceros al carbono, especialmente para artículos de gran sección. Los elementos de aleación fortalecen la ferrita (constituyente principal), aumentan endurecibilidad, refinan grano y aumentan resistencia al ablandamiento al calentar a temperaturas moderadas.

Elementos principales: cromo, níquel, manganeso. Tungsteno, molibdeno, vanadio, titanio no suelen usarse como adiciones independientes; se añaden junto con cromo, níquel, manganeso.

2. Acero para Herramientas Aleado

Empleados en fabricación de herramientas cuando la vida de herramienta de acero al carbono es insuficiente.

La industria de herramientas se suministra con:

1. Aceros de baja aleación que retienen alta dureza hasta 250 °C
2. Aceros de media y alta aleación, ej. aceros de alta velocidad que retienen alta dureza hasta 620 °C. Adquieren altas propiedades de corte solo tras tratamiento térmico adecuado

Los aceros para herramientas aleados se funden en hornos de hogar abierto y eléctricos y pertenecen a clases de alta calidad.

3. Aceros Aleados con Propiedades Físicas Especiales

Pueden dividirse en grupos: (1) Aceros inoxidables (2) Aceros resistentes a escoria y calor (3) Aceros resistentes al desgaste (4) Aceros magnéticos (5) Aceros con propiedades térmicas especiales como aceros resistentes a fluencia, etc.

Acero Aleado Especial

En situaciones donde los aceros deben resistir altas temperaturas, corrosión, choque, etc., los aceros aleados especiales son invaluables. Los grupos más importantes:

Aceros Magnéticos

Aceros de alto cobalto, bien tratados térmicamente, se usan para imanes permanentes en magnetos, altavoces y otras máquinas e instrumentos eléctricos. Aceros con 15-40 % cobalto y 0,4-10 % tungsteno tienen propiedades magnéticas mejoradas.

Aceros Resistentes al Calor

Los aceros resistentes al calor son adecuados para trabajo a altas temperaturas. Deben resistir influencias que causan fallo en aceros ordinarios a alta temperatura. Un acero controlado (desarrollado para serie inoxidable) da combinación útil de propiedades anti-escama y retención de resistencia con resistencia a corrosión ácida comparable a inoxidables.

Aceros aleados con 23-30 % cromo y carbono <0,35 % se usan para servicio entre 815 °C y 1150 °C. Piezas de horno, cajas de recocido y equipos que requieren resistencia a alta temperatura a menudo se hacen de estos aceros.

Acero Resistente al Choque

Los aceros resistentes al choque resisten choque y tensiones de fatiga severas. Un grado: 0,50 % C, 2,25 % W, 1,50 % Cr, 0,25 % V. Otro grado, aceros al silicio-manganeso: 0,55 % C, 2,00 % Si, 0,80 % Mn, 0,30 % Mo. Usados principalmente para muelles de ballesta y helicoidales.

Acero Inoxidable

Los aceros inoxidables son esencialmente los que contienen cromo, junto con otros elementos como níquel, agrupados así:

Austenítico: El más importante: 15-20 % Cr, 7-10 % Ni. Acero con 18 % Cr y 8 % Ni muy usado, llamado 18/8 inoxidable.

Martensítico: Tipos cromo plano, 10-14 % Cr, sin otro elemento mayor. Todos endurecibles por tratamiento térmico.

Ferrítico: 14-18 o 23-30 % Cr, sin otro elemento mayor. No endurecibles por tratamiento térmico.

Acero Maraging

Aleaciones base hierro con 18 Ni, 8 Co, 5 Mo, pequeñas cantidades Al, Ti y <0,03 % C. Resistencia mantenida con aumento de espesor y hasta 350 °C. Usados en componentes de fuselaje y motor, moldes de inyección y matrices.

Al enfriar de condición austenítica, la aleación se transforma a martensita tipo lámina fina, y el endurecimiento por precipitación se induce por maraging a 480 °C.

Alta tenacidad a fractura por combinación de grano fino de martensita y alta densidad de dislocaciones, dando precipitación fina.

Acero de Alta Velocidad (HSS)

Los aceros de alta velocidad (HSS) deben su nombre a que operan como herramientas de corte a velocidades mucho mayores que aceros al carbono. Operan a 2-3 veces la velocidad de corte de aceros al carbono.

Al mecanizar material duro a alta velocidad con cortes pesados, se desarrolla calor suficiente para llevar el filo a calor rojo. Esto ablandaría acero al carbono incluso con 1,5 % C, destruyendo capacidad de corte. Ciertos aceros altamente aleados, designados HSS, se desarrollaron para retener propiedades de corte a 600-620 °C.

Hemos cubierto en detalle el Acero Aleado: Definición, Composición, Propiedades, Usos. ¡Si te gustó, compártelo y déjanos feedback!