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P á g i n a | 1Instituto tecnológico de TlalnepantlaGrupo 1m2, Segundo semestre, ingenieríamecánicaProfesor: ALONSO TENORIO CERÓNla clasificación yselección de acerospor su contenido decarbonola clasificación yselección de acerospor sus elementosaleantesINGENIERIA DE MATERIALESMETALICOSMontes Pachec...

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Instituto tecnológico de Tlalnepantla

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Grupo 1m2, Segundo semestre, ingeniería mecánica Profesor: ALONSO TENORIO CERÓN

la clasificación y selección de aceros por su contenido de carbono la clasificación y selección de aceros por sus elementos aleantes

INGENIERIA DE MATERIALES METALICOS Montes Pacheco Everardo Uriel

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Índice Portada …………………………………………………1 Índice ………………………………………………...…2 Introducción……………………………………………3 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN EL CONTENIDO DE CARBONO ACEROS BAJOS EN CARBONO………………………………………………3 ACEROS MEDIOS EN CARBONO………………………………4  ACEROS ALTOS EN CARBONO ………………………………..4 

LA CLASIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE ACEROS POR SUS ELEMENTOS ALEANTES…………………………...8  ACEROS ALEANTES……………………………………………….8  LOS ACEROS ALEADOS SE DIVIDEN EN DOS GRUPOS…. ….8  APLICACIONES COMUNES EN LA INGENIERÍA......................9  ACEROS ALEADOS DE CALIDAD……………………………….9  CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS DE ACUERDO CON SU CALIDAD………………………………………………..10

CONCLUSIONES ……………………………………14 BIBLIOGRAFÍA ……………………………………….15

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Introducción En la ingeniería mecánica es necesario tener noción de cómo se deben clasificar los metales y uno de estos es el acero existen una gran variedad en la forma de identificar y clasificar aceros, sin embargo, la mayoría de los aceros se rigen por una norma especificada que se representa en una designación normalizada expresada por medio de cifras aun así este tipo de designaciones constan en gran medida por medio de letras y signos actual mente existen dos tipos de designaciones para cada tipo de material una simbólica y otra numérica expresa una codificación alfanumérica que tiene un sentido de orden o de clasificación de elementos El sistema de designación simbólica consta de expresar normalmente las características físicas, químicas o tecnológicas del material y, en muchos casos, otras características suplementarias que permitan su identificación de una forma más precisa. Por otro lado, la designación numérica expresa una codificación alfanumérica que tiene un sentido de orden o de clasificación de elementos en grupos para facilitar su identificación. En este caso, la designación no tiene un sentido descriptivo de características del material. Una vez conocido el proceso es necesario conocer los tipos y que se evalúa al clasificar para de esta forma tener un mayor manejo de cómo se desempeña dicho acero, la clasificación de estos puede tener variantes tanto como la clasificación y selección de aceros por su contenido de carbono y la clasificación y selección de aceros por sus elementos aleantes dichas variantes tienen sus criterios de clasificación, así como su orden de clasificarlo, este se realiza para poder tener un control más específico y ordenado de los materiales buscando una mejor eficiencia la elegir los materiales que deseas emplear en un proyecto. una vez sentadas las bases de los temas que se verán a continuación se realizó una investigación recaudando información que ayudara a comprender la clasificación y cómo influyen las variantes en esta selección estos e realizo con fines de apolo académico al intentar entender mas el proceso de selección de materiales y aportar conocimiento teórico, así como de respaldo para futuros trabajos así mismo se presentara toda la información obtenida durante el proceso de investigación

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LA CLASIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE ACEROS POR SU CONTENIDO DE CARBONO Cuando un acero contiene 0.30 a 0.60% C el acero es clasificado en un acero al medio carbono. Los aceros que contienen arriba de 0.60% de carbono se clasifican en aceros de alto carbono y aquellos que contienen arriba de. 77% de carbono pueden ser llamados aceros de herramientas.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN CONTENIDO DE CARBONO ACEROS BAJOS CARBONO

EL EN

Este tipo de acero contiene menos del 0.25% de Carbono, no responde al tratamiento térmico para formar Martensita y es endurecido por acritud, la acritud una propiedad mecánica que adquieren los metales como consecuencia de la deformación en frío, también conocida como proceso de endurecimiento por acritud, que aumenta su dureza, fragilidad y resistencia, aunque los hace perder, al mismo tiempo, su ductilidad maleabilidad. De hecho, a los materiales con una elevada acritud también se les denomina agrios. Su microestructura consiste en ferrita y perlita. Por consiguiente, este tipo de aceros son relativamente blandos y poco resistentes, pero con extraordinaria ductilidad y tenacidad además de que son fáciles de mecanizar, soldar e inclusivo económicos. Se utilizan principalmente para la construcción. Tienen un límite elástico de 275 MPa, una resistencia la tracción entre 415 y 550 MPa y una ductilidad del 25%. Dentro de este tipo de Aceros tenemos los Aceros de Alta Resistencia y baja Aleación(HSLA), a estos aceros se los denomina aceros micro aleados, son aceros de bajo o medio contenido en carbono con pequeñas cantidades de elementos de aleación. Se caracterizan por poseer una elevada ductilidad, estructura de grano fino y bajo contenido en carbono, además de combinar unas excelentes propiedades mecánicas con una buena confortabilidad y soldabilidad. Los elementos que, en forma de micro aleación, se emplean más para la fabricación de estos aceros son Cr, Ni, Mo, V, Zr, Cu, Ti, Nb, N y P. La función principal de estos micro aleantes es contribuir al endurecimiento de la ferrita, por medio del fino de grano, endurecimiento por precipitación y endurecimiento por formación de solución sólida. [2]. Su límite elástico logra exceder los 480 MPa siendo dúctiles, hechura les y mecanizarles. Los aceros HSLA de mayor aplicación se pueden clasificar en tres

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grupos: * Grupo A, aceros normalizados de alto límite elástico: este grupo de aceros se caracteriza por poseer una buena soldabilidad y su elevado límite elástico se consigue por la adición de pequeñas cantidades de elementos de aleación como el Nb. * Grupo B, aceros normalizados resistentes a la corrosión atmosférica: los elementos que se añaden como micro aleantes a este grupo de aceros son Ni, Cr, Cu, Si y P. Son a ceros que poseen unas cuatro veces más resistencias a la corrosión y valores de resiliencia superiores a los de los aceros al carbono. Los aceros de este grupo más empleados son los ASTM242 y A588. * Grupo C, aceros templados y revenidos de muy altas características mecánicas: son aceros que, en función de la composición química, espesores y tratamiento térmico, pueden llegar a alcanzar límites elásticos de entre 35 y 205Kg/mm2. Estas elevadas propiedades mecánicas provienen de la estructura martensítica que se consigue después de un tratamiento térmico de temple y revenido. Para ello, las piezas de acero se calientan a una temperatura a la cual se consigue una estructura martensítica con los carburos de estos elementos en disolución. A continuación, la pieza se enfría y la estructura martensítica se transforma en una estructura mixta de martensita y bainita inferior.

ACEROS MEDIOS EN CARBONO Este tipo de acero contiene porcentajes de carbono entre 0.25 y 0.6 %. Este acero tiene la capacidad de ser tratados térmicamente mediante temple, autenticación y revenido como la finalidad de mejorar sus propiedades mecánicas. Estos aceros tratados térmicamente son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles y tenaces. Son utilizados para fabricar engranajes, cigüeñales y componentes estructurales que necesitan alta resistencia mecánica, resistencia l desgaste y tenacidad.

ACEROS ALTOS EN CARBONO Contienen normalmente entre 0.60 y 1.4 % de Carbono y son más duros, resistentes y aún menos dúctiles que los otros aceros al carbón. Se utilizan casi siempre en la condición templada y revenida en la cual son principalmente resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta de corte. Estos

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aceros se utilizan como herramientas de corte y matrices para hechura materiales.

ACERO EXTRASUAVE El porcentaje de carbono en este acero es de 0,15%, tiene una resistencia mecánica de 38-48 kg/mm2 y una dureza de 110-135 HB y prácticamente no adquiere temple. Es un acero fácilmente soldable y deformable. Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.

ACERO SUAVE El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una resistencia mecánica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Se puede soldar con una técnica adecuada. Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc. ACERO SEMISUAVE El porcentaje de carbono es de 0,35%. Tiene una resistencia mecánica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 80 kg/mm2 y una dureza de 215-245 HB. Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes. ACERO SEMIDURO El porcentaje de carbono es de 0,45%. Tiene una resistencia

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mecánica de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Se templa bien, alcanzando una resistencia de 90 kg/mm2, aunque hay que tener en cuenta las deformaciones. Aplicaciones: Ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc. ACERO DURO El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una resistencia mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB. Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados ACERO EXTRADURO Tienen un contenido en carbono mayor al 0,8%. Tiene una resistencia mecánica de 85/mm2. Su principal utilidad en la confección de herramientas, carriles pequeños, resorte de gran resistencia, cuchillos finos y sierras.

OTRAS APLICACIONES Con estos aceros se fabrican los puentes de ferrocarril, las grandes estructuras de las estaciones, las columnas metálicas de las líneas eléctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas, las carrocerías de los automóviles, los tubos de las bicicletas, los clavos, los alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos de las clases y muchos objetos más que utilizamos diariamente. En la mayoría de los casos se utiliza el acero tal como viene de las acerías, sin darle ningún tratamiento térmico especial.

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LA CLASIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE ACEROS POR SUS ELEMENTOS ALEANTES ACEROS ALEANTES Reciben este nombre los aceros que además de los cinco elementos básicos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otras sustancias conocidas como elementos aleantes, que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales. Los elementos que más frecuentemente suelen utilizarse para la fabricación de aceros aleados son:

LOS ACEROS ALEADOS SE DIVIDEN EN DOS GRUPOS Aceros de baja aleación: Smith and Hashemi sitúan la barrera entre los elementos presentes en el compuesto en el 4 % en peso de aleantes. Aceros de alta aleación: Degarmo define la barrera entre los elementos presentes en el compuesto en el 8%. La expresión acero aleado designa más comúnmente los de baja aleación.                

Cobre Titanio Circonio Plomo Selenio Aluminio Boro Niobio Níquel Manganeso Cromo Vanadio Wolframio Molibdeno Cobalto Silicio

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Las influencias directas de los diversos elementos en aleaciones provocan ciertas características en los aceros, que podrían señalarse en forma general como: 

   

La tendencia que tienen ciertos elementos a disolver ferrita o formar soluciones sólidas con el hierro alfa, y la tendencia que en cambio tiene otros a formar carburos. La influencia de los elementos de aleación en los diagramas de equilibrio de los aceros. La influencia de los elementos aleados sobre la templabilidad. La influencia que tienen en retardar el ablandamiento que se produce en el revenido. Mejoras en la resistencia a la corrosión, resistencia al calor, resistencia a la abrasión, etc.

APLICACIONES COMUNES EN LA INGENIERÍA Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos de máquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aún a altas temperaturas. Hay aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos decorativos, piezas de máquinas y herramientas, que resisten perfectamente a la acción de los agentes corrosivos. Es posible preparar troqueles de formas muy complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple, etc.

ACEROS ALEADOS DE CALIDAD Son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la formalidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su utilización Aceros aleados especiales: Son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas.

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CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ACUERDO CON SU CALIDAD

ALEADOS

DE

Utilizados por su templabilidad:    

Aceros Aceros Aceros Aceros

de gran resistencia. de cementación. de muelles. indeformables.

Utilizados en construcción:        

Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros

de gran resistencia. de cementación. para muelles. de nitruración. resistentes al desgaste. para imanes. para chapa magnética. inoxidables y resistentes al calor.

Utilizados para producir herramientas:      

Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros

rápidos. de corte no rápidos. indeformables. resistentes al desgaste. para trabajos de choque. inoxidables y resistentes al calor.

Aceros aleados especiales Son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas. Clasificación de los aceros aleados de acuerdo con su calidad Aceros aleados de calidad Son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la formalidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Cromo (Cr)

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Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados. Se emplea en cantidades diversas desde 0,3 a 30% de cromo según los casos, y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxibilidad, etc. Molibdeno (Mo) Este elemento mejora la resistencia a la tracción, la templabilidad, la resistencia al "creep" de los aceros. Añadiendo pequeñas cantidades a los aceros cromo-níquel, se disminuye o elimina la fragilidad Krupp que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de los 450°C a 550°C. Vanadio (V) Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte. Manganeso (Mg) Aparece prácticamente en todos los aceros, debido a que se añade como elemento de adición para neutralizar la influencia del azufre y el oxígeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado líquido en los hornos durante el proceso de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero se desprendan gases que den lugar a la formación de porosidades perjudiciales en el material. Silicio (Si) Este elemento aparece en todos los aceros, al igual que el manganeso, se añade intencionalmente durante el proceso de fabricación. Es un desoxidante más enérgico que el manganeso y se emplea como elemento desoxidante complementario de este elemento con objeto de evitar que aparezcan en el acero poros y defectos internos. Las adicione de silicio se hacen durante la fabricación, suelen ser relativamente pequeñas y variables ( 0,2- 0,35% de Si). Cobalto (Co)

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Se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad. Este elemento, al ser incorporado a los aceros, se combina con la ferrita, aumentando su dureza y resistencia. En los aceros de alto porcentaje de carbono reduce la templabilidad. En los aceros al wolframio endurece la ferrita con lo que facilita el mantenimiento de la dureza y de la aptitud de corte de las herramientas a elevada temperatura. El cobalto se suele emplear en los aceros rápidos al wolframio de máxima calidad en porcentaje variable de 3% a 10%. Cobre (Cu) Se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros de 0,15% a 0,30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas. Se suelen emplear contenidos de cobre variables de 0,4% a 0,5 %. Wolframio (W) Es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros para herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte, y aceros para trabajos en calientes. Sirve para aumentar la dureza a elevadas temperaturas y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500° ó 600°C. También se usa para la fabricación de aceros para imanes. Titanio (Ti) Se suelen añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el nitrógeno. En los aceros inoxidables cromo-níquel, actúa como estabilizador de los carburos y evita la corrosión ínter-cristalina.

Aluminio (Al) Se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suelen contener 1% aproximadamente de aluminio. También se usa en algunos aceros resistentes al calor.

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El aluminio es un elemento desoxidante muy enérgico y es frecuente añadir 300gr por tonelada de acero para desoxidarlo y afinar el grano. En general los aceros aleados de calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos de 0,001% a 0,008% de Al. Tungsteno (Tg) Este elemento incrementa el punto de fusión del acero, y de esta forma poder bajar los costos de producción. Niquel (Ni) Desde que se empezó a usar el níquel en los aceros, se vio que este elemento mejora las propiedades de los aceros. El empleo de aceros con níquel es sobre todo interesante para la construcción de piezas de máquinas y motores de alta calidad. Los aceros al níquel sometidos a temperaturas demasiado elevadas, quedan después del temple y revenido con muy buena tenacidad. El níquel, hace descender los puntos críticos y por ello los tratamientos térmicos pueden hacerse a temperaturas ligeramente mas bajas que las correspondientes a los aceros ordinarios. Este es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros inoxidables y resistentes a altas temperaturas. La aleación hierroníquel con menos de 0,10% de carbono y 36% de níquel tiene una dilatación muy baja, casi nula, entre 0°C y 100°C y recibe el nombre de "Invar". Boro (B) Es un elemento de aleación que a comenzado a ser empleado recientemente. Experimentalmente se ha visto que cantidades pequeñísimas de boro del orden 0,001 a 0,006%, mejoran notablemente la templabilidad, siendo en este aspecto el más efectivo de los elementos aleados y el de mayor poder templan te de todos. Su eficacia para mejorar la templabilidad es extraordinaria, y para 0,40% de carbono puede decirse que su efecto es, aproximadamente, unas 50 veces mayor que el del molibdeno, unas 75 veces mayor que el cromo, unas 150 vece...