Aceros de baja aleacion ultra resistentes

¿Qué es el Acero?

Los metales y las aleaciones empleados en la industria y en la construcción pueden dividirse en dos grupos principales: Materiales FERROSOS y NO FERROSOS.

FERROSOS:

Aquellos que contienen hierro como su ingrediente principal; es decir, las numerosas calidades del hierro y el acero.

NO FERROSOS:

No contienen hierro. Estos incluyen el aluminio, magnesio, zinc, cobre, plomo y otros elementos metálicos. Las aleaciones el latón y el bronce, son una combinación de algunos de estos metales No Ferrosos y se les denomina Aleaciones No Ferrosas

Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos efectos en el acero:

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Aluminio

: Empleado en pequeñas cantidades, actúa como un desoxidante para el acero fundido y produce un Acero de Grano Fino.

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Boro:

Aumenta la templabilidad (la profundidad a la cual un acero puede ser endurecido).

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Cromo

: Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistencia al desgaste y corrosión.

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Cobre

: Mejora significativamente la resistencia a la corrosión atmosférica.

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Manganeso

: Elemento básico en todos los aceros comerciales. Actúa como un desoxidante y también neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminación, moldeo y otras operaciones de trabajo en caliente. Aumenta también la penetración de temple y contribuye a su resistencia y dureza.

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Molibdeno

: Mediante el aumento de la penetración de temple, mejora las propiedades del tratamiento térmico. Aumenta también la dureza y resistencia a altas temperaturas.

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Niquel:

Mejora las propiedades del tratamiento térmico reduciendo la temperatura de endurecimiento y distorsión al ser templado. Al emplearse conjuntamente con el Cromo, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste.

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Silicio:

Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación.

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Azufre:

Normalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin embargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandes cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad (habilidad para ser trabajado mediantecortes) de los aceros de aleación y al carbono.

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Titanio:

Se emplea como un desoxidante y para inhibir el crecimiento granular. Aumenta también la resistencia a altas temperaturas.

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Tungsteno

: Se emplea en muchos aceros de aleación para herramientas, impartiéndoles una gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.

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Vanadio:

Imparte dureza y ayuda en la formación de granos de tamaño fino. Aumenta la resistencia a los impactos (resistencia a las fracturas por impacto) y también la resistencia a la fatiga

En resumen los efectos de aleación son:

1. Mayor resistencia y dureza
2. Mayor resistencia a los impactos
3. Aumento de la resistencia al desgaste
4. Aumento de la resistencia a la corrosión
5. Mejoramiento de maquinabilidad
6. Dureza al rojo (altas temperaturas)
7. Aumento de la profundidad a la cual el acero puede ser endurecido (penetración de temple).

Ventajas y desventajas del acero: como material de construcción:

Ventajas del acero como material estructural:

1.

Alta resistencia

: La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes luces.

2.Uniformidad:Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado

3.Durabilidad: Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente

4

Ductilidad:

La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

5

Tenacidad

: Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

6

Resistencia a la fatiga

: Esta propiedad le permite soportar muchos ciclos de carga y descarga, o bien, de tensión o compresión.

7

Soldabilidad

: Esta propiedad le permite ser unido a otro elemento de su misma especie lo cual representa una gran ventaja como material de construcción.

Otras ventajas importantes del acero estructural son:

A) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.

B) Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura

C) Rapidez de montaje

D) Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas

E) Resistencia a la fatiga

F) Posible reutilización después de desmontar una estructura

Desventajas del acero como material estructural:

1

Costo de mantenimiento

:  La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.

2

Costo de la protección contra el fuego

: Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

3

Susceptibilidad al pandeo:

Entre más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo.

Clasificacion del acero:

Aceros al carbono

:Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, etc.

Aceros aleados

: Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en :

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Estructurales

: Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

*Para  Herramientas

: Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, etc.

*Especiales

: Los Aceros de Aleación especiales son los Aceros Inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes:

Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros inoxidables:

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, etc. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales.

Las principales ventajas del acero inoxidable son:

1. Alta resistencia a la corrosión.
2. Alta resistencia mecánica.
3. Apariencia y propiedades higiénicas.
4. Resistencia a altas y bajas temperaturas.
5. Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado, corte, doblado y plegado.
6. Bajo costo de mantenimiento.
7. Reciclable.

Propiedades mecánicas del acero:

La descripción más completa de las propiedades mecánicas de los aceros (propiedades utilizadas para el diseño estructural) se realiza mediante sus curvas esfuerzo – deformación bajo cargas de tracción, las mismas que varian dependiendo de la composición química del material y sus procesos de fabricación.

Otras propiedades del acero:

1

Densidad:

La densidad del acero sólido es de 7850 Kg/m3. Los cables de acero utilizados en hormigón preesforzado tienen una densidad menor, por la presencia de espacios vacíos; dicha variación de densidad depende del diámetro exterior de los cables, del número de hilos que forman parte del cable y del proceso de fabricación

2

Esistencia a la corrosión

: Muchos aceros utilizados en estructuras requieren de una resistencia especifica a la corrosión, cuando van a estar expuestos a ambientes agresivos, para lo que es necesario que en el proceso de fundición se incluyan componentes adicionales, especialmente Niquel, con una proporción entre un 2 y 4% de la aleación. Este tipo de acero no se consigue en barras. Existen aceros resistentes al desgaste, que suelen utilizarse en estructuras con elementos móviles como puentes grúas metálicos, que utilizan manganeso entre un 10% y un 18% de la aleación. La presencia de Niquel y Cromo en la aleación permite la obtención de aceros con propiedades combinadas como inoxidables y resistencia a ataques químicos, o de gran resistencia, dureza y elásticidad.

Barras de hormigón:

En Chile se fabrican de acuerdo a la norma chilena NcH 204 Of. 78, el grado normal A44-28H y el grado de alta resistencia A63-42H. El cumplimiento de las propiedades mecánicas del producto se aseguran a través de los ensayos que establece la norma y cuyas especificaciones se muestran a continuación.

Perfiles utilizados en la construcción:

El acero estructural puede laminarse de manera económica en una gran variedad de formas y tamaños sin cambios apreciables en sus propiedades físicas.Los perfiles se denominan en forma abreviada para su uso en planos,  especificaciones y diseños.