Blog sobre Propiedades, Usos y Tratamiento Térmico del Acero al Carbono Explicados

Desde los esqueletos de los rascacielos hasta los motores de los automóviles y las cuchillas afiladas de nuestras cocinas, muchos artículos esenciales en nuestra vida diaria comparten un origen común: el acero al carbono.Este metal aparentemente ordinario tiene un profundo impacto en la sociedad moderna a través de sus diversas propiedades y aplicaciones de amplio alcancePero, ¿cuánto entendemos realmente sobre el acero al carbono, sus variedades, características, usos y cómo seleccionar el tipo adecuado para necesidades específicas?Este artículo profundiza en el fascinante mundo del acero al carbono.

Comprender el acero al carbono

El acero al carbono, también conocido como acero no aleado, se refiere al acero que contiene entre 0,05% y 2,1% de carbono en peso.y de ingenieríaA diferencia de los aceros aleados, el acero al carbono consiste principalmente en hierro y carbono, con cantidades estrictamente limitadas de otros elementos.El Instituto Americano del Hierro y del Acero (AISI) define el acero al carbono con requisitos de composición específicos:

• Sin adición intencional de cromo, cobalto, molibdeno, níquel, niobio, titanio, tungsteno, vanadio o circonio para fines de aleación
• Con un contenido de cobre no superior al 0,40%
• Contenido de manganeso, silicio y cobre limitado a 1,65%, 0,60% y 0,60% respectivamente

La paradoja del contenido de carbono: equilibrar dureza, resistencia y soldabilidad

El contenido de carbono sirve como el principal determinante de las propiedades mecánicas del acero al carbono.También lo es la dureza y la resistencia del material, que pueden mejorarse aún más mediante tratamiento térmico.Sin embargo, esta ganancia se produce a costa de una reducción de la ductilidad y la soldabilidad.

El contenido de carbono también influye en el punto de fusión del acero. En general, las concentraciones más altas de carbono dan como resultado temperaturas de fusión más bajas, un factor crucial en los procesos de soldadura y tratamiento térmico.

Clasificación de los aceros de carbono

Los aceros de carbono se clasifican típicamente en función de su contenido de carbono para adaptarse a varias aplicaciones:

Acero bajo en carbono (acero suave)

Con un contenido de carbono del 0,05% al 0,30%, el acero de bajo carbono representa el tipo de acero más utilizado debido a su asequibilidad y excelente formabilidad.su resistencia sigue siendo relativamente bajaLas aplicaciones comunes incluyen componentes de automóviles, tuberías, estructuras de edificios y contenedores de alimentos.

Acero de baja aleación de alta resistencia (HSLA):Esta variante incorpora pequeñas cantidades de elementos de aleación (cromo, molibdeno, silicio, manganeso, níquel o vanadio) en el acero con bajo contenido de carbono para mejorar la resistencia, la resistencia al desgaste,y resistencia a la tracción manteniendo un estricto control sobre impurezas como el fósforo y el azufreLos ejemplos notables incluyen las series 41xx (4140, 4145 acero), 4340 acero, 300M acero, EN25 y EN26 aceros.

Acero de carbono medio

Con un contenido de carbono que oscila entre el 0,3% y el 0,6%, el acero de carbono medio logra un equilibrio entre la ductilidad y la resistencia al tiempo que ofrece una buena resistencia al desgaste.las forjadas, y componentes de automóviles.

Acero de alto contenido de carbono

Con un contenido de carbono del 0,6% al 1,0%, el acero de alto carbono proporciona una resistencia excepcional, pero una ductilidad y soldadura limitadas.

Acero con un alto contenido de carbono

Con un contenido de carbono del 1,25% al 2,0%, el acero de carbono ultra alto puede alcanzar una dureza extrema a través del calentamiento.No obstante, los aceros que excedan los 2El 0,5% de carbono suele requerir técnicas de fabricación de metalurgia en polvo.

Norma EN 10020: Clasificación del acero sin aleación

La norma europea EN 10020 divide los aceros no aleados en dos categorías:

Aceros de calidad sin aleación

Estos aceros estructurales comunes cuentan con propiedades garantizadas con rangos de tolerancia relativamente amplios.

Aceros especiales sin aleación

Caracterizados por una mayor pureza y un control preciso de la composición química, estos aceros están diseñados para aplicaciones que requieren unapropiedades específicas, a menudo obtenidas mediante tratamientos térmicos como el calentamiento y el templadoLos ejemplos incluyen aceros para componentes de máquinas o engranajes.

Ventajas y limitaciones del acero al carbono

La selección informada del material requiere una comprensión exhaustiva de las características del acero al carbono:

Ventajas

• Alta resistencia y dureza:El tratamiento térmico puede mejorar significativamente estas propiedades, haciendo que el acero al carbono sea adecuado para aplicaciones de alta carga y alto desgaste
• Excelente maquinabilidad y soldabilidad:Estas características hacen que el acero al carbono sea ideal para diversos procesos de fabricación
• Eficacia en relación con los costes:En comparación con metales como el aluminio y el cobre, el acero al carbono ofrece costos de producción económicos
• Reciclabilidad:Como material respetuoso con el medio ambiente, el acero al carbono puede reciclarse y reutilizarse fácilmente

Las limitaciones

• Respuesta a la corrosión:El acero al carbono se oxida fácilmente en ambientes húmedos o salinos, lo que requiere medidas de protección como pintura, recubrimiento o aleación inoxidable
• Dúctilidad limitada:En comparación con otros metales, el acero al carbono presenta una menor ductilidad, lo que puede limitar ciertas aplicaciones
• Resistencia a la dureza:El acero al carbono no puede endurecerse uniformemente en todas las secciones gruesas, lo que limita su uso en aplicaciones que requieren tanto una alta dureza superficial como una resistencia

Aplicaciones del acero al carbono

La versatilidad y las ventajas económicas del acero al carbono aseguran un uso generalizado en todas las industrias:

• Construcción:Puentes, edificios e infraestructuras
• Fabricación:Automotrices, aeroespaciales, máquinas y herramientas
• Sector energético:Pipelines, tanques de almacenamiento y equipos de centrales eléctricas
• El transporte:Componentes para ferrocarriles, barcos y camiones
• Productos de consumo:Refrigeradores, lavadoras y hornos

Tratamiento térmico: mejora de las propiedades del acero al carbono

El tratamiento térmico sirve como un poderoso método para modificar las propiedades mecánicas del acero al carbono, mejorando dramáticamente la resistencia, dureza, ductilidad y resistencia al impacto.el tratamiento térmico afecta mínimamente a la conductividad eléctrica y térmicaAl igual que la mayoría de las técnicas de refuerzo de acero, el tratamiento térmico generalmente intercambia la ductilidad por la resistencia, y viceversa, mientras que deja el módulo de Young (elasticidad) sin cambios.

Los procesos de tratamiento térmico estándar incluyen:

1. Calentamiento:Elevar el acero a la fase de austenita para disolver el carbono en hierro
2. En remojo:Mantenimiento de la temperatura para la homogeneización de las microestructuras
3. Refrigerador:Aplicación de tasas de enfriamiento controladas para lograr las propiedades deseadas

Métodos comunes de tratamiento térmico del acero al carbono:

Esferoidización

Calentamiento a aproximadamente 700 °C durante más de 30 horas para producir carburos esféricos, mejorando la plasticidad y la dureza, especialmente beneficioso para aceros de alto contenido de carbono que necesitan una mayor formabilidad.

Anulación completa

Calentamiento del acero hipoeutectoide a 30-50 °C por encima de la temperatura crítica superior o del acero hipereutectoide por encima de la temperatura de transformación.seguido de un enfriamiento lento para producir perlita gruesa, eliminando las tensiones internas al tiempo que mejora la plasticidad y la dureza.

Proceso de recocido

Calentar el acero al carbono trabajado en frío a 550-650 °C (1000-1200 °F) para aliviar las tensiones internas, adecuado para aceros con menos del 0,3% de carbono.

Anulación isotérmica

Calentamiento del acero hipoeutectoide por encima de la temperatura crítica superior, enfriamiento rápido por debajo de la temperatura crítica inferior, y luego retención antes del enfriamiento final.

La normalización

Calentamiento hasta la fase de austenita seguida de enfriamiento por aire para refinar la estructura del grano y mejorar la resistencia y la uniformidad.

Apagado

En el caso de los materiales de acero, el proceso de refrigeración debe realizarse mediante un proceso de refrigeración rápida (con agua, salmuera u aceite) de acero que contenga al menos 0.4% de carbono desde la temperatura de normalización hasta debajo de la temperatura crítica, produciendo martensita para una dureza extrema a costa de la dureza.

El martillado y la extinción

Apagado a una temperatura de inicio justo por encima de la martensita, mantenido hasta que la temperatura se iguale, luego enfriado controlado, reduciendo el estrés y el riesgo de grietas al tiempo que mejora la resistencia al impacto.

Temperado

Recalentamiento del acero templado por debajo de la temperatura de transformación para reducir la dureza al tiempo que aumenta la ductilidad y la dureza, lo que permite un control preciso de las propiedades a través de la variación de temperatura y tiempo.

Aumento de la temperatura

El acondicionamiento de la acerola se realiza mediante un proceso de refrigeración controlada para obtener acero baínito de alta resistencia y de alta ductilidad con una excelente resistencia a los impactos.aunque aplicable a grados de acero limitados que requieren baños especiales de sal.

El endurecimiento del caso

El endurecimiento solo superficial para crear conchas resistentes al desgaste, manteniendo la dureza del núcleo, especialmente adecuado para la durabilidad limitada del acero al carbono.Los aceros de aleación permiten el endurecimiento a través debido a la dureza superior.

Forjar pautas de temperatura

La temperatura de forja tiene un impacto significativo en la calidad y las propiedades del acero al carbono.

Orientaciones futuras: Innovación y sostenibilidad

Los avances tecnológicos continúan ampliando las aplicaciones del acero al carbono.reducir el consumo de combustible y las emisionesAl mismo tiempo, las iniciativas de reciclado mejoran el perfil de sostenibilidad del acero al carbono.

A través de una comprensión integral de las variedades, propiedades, aplicaciones y técnicas de procesamiento del acero al carbono, las industrias pueden optimizar la selección de materiales para satisfacer las demandas tecnológicas en evolución.