MICROESTRUCTURAS DE LOS ACEROS
Los constituyentes metlicos que pueden presentarse en los aceros
al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita,
martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como nico
constituyente. Tambin pueden estar presentes constituyentes no
metlicos como xidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.El anlisis de
las microestructuras de los aceros al carbono recocidos y
fundiciones blancas deben realizarse en base al diagrama
metaestable Hierro-carburo de hierro o Cementita.
Diagrama Fe-CLas microestructuras que presenta el diagrama de
equilibrio para los aceros al carbono son:FERRITA (Hierro a)Es una
solucin slida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la
temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se
considera como hierro puro, la mxima solubilidad de carbono en el
hierro alfa es de 0,02% a 723 C.
Microestructura del acero al carbono, cristales blancos de
ferrita
La ferrita es la fase ms blanda y dctil de los aceros,
cristaliza en la red cbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza
de 90 Brinell y una resistencia a la traccin de 28 kg/mm2, llegando
hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se obsera al microscopio
como granos poligonales claros.En los aceos, la ferrita puede
aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros
de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita
los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de
agujas o bandas circulares orientados en la direccin de los planos
cristalogrficos de la austenita como en los aceros en bruto de
colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de
estructura se denomina Widmanstatten.La ferrita tambin aparece como
elemento eutectoide de la perlita formando lminas paralelas
separadas por otras lminas de cementita, en la estructura globular
de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea
los glbulos de cementita, figura 9, en los aceros hipoeutectoides
templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el
temple no ha sido bien efectuado.Volver
CEMENTITAEs el carburo de hierro de frmula Fe3C, contiene 6.67
%C y 93.33 % de hierro, es el microconstituyente ms duro y frgil de
los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc)
y cristaliza en la red ortormbica.
Microestructura del acero 1%C, red blanca de dementitaEn las
probetas atacadas con cidos se observa de un blanco brillante y
aparece como cementita primaria o proeutctica en los aceros con ms
de 0.9%C formando una red que envuelve los granos de perlita,
formando parte de la perlita como lminas paralelas separadas por
otras lminas de ferrita, se presenta en forma de glbulos o granos
dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto
carbono se han sometido a un recocido de globulizacin, en los
aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados.Volver
PERLITAEs el microconstituyente eutectoide formado por capas
alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita
y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250
Brinell, resistencia a la traccin de 80 kg/mm2 y un alargamiento
del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que
adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece
en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la
transformacin isotrmica de la austenita en el rango de 650 a
723C.
Microestructura del acero al carbono, cristales oscuros de
perlitaSi el enfriamiento es rpido (100-200C/seg.), la estructura
es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se
somete a un recocido a temperatura prxima a 723C, la cementita
adopta la forma de glbulos incrustados en la masa de ferrita,
denominndose perlita globular.volver
AUSTENITAEs el constituyente ms denso de los aceros y est
formado por una solucin slida por insercin de carbono en hierro
gamma. La cantidad de carbono disuelto, vara de 0.8 al 2 % C que es
la mxima solubilidad a la temperatura de 1130 C. La austenita no es
estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al
cromo-nquel denominados austenticos cuya estructura es austenita a
temperatura ambiente.La austenita est formada por cristales cbicos
centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una
resistencia a la traccin de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %,
no es magntica.
Microestructura de la austenitaLa austenita no puede atarcarse
con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como
granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto
con la martensita en los aceros templados.volverMARTENSITAEs el
constituyente de los aceros templados, est conformado por una
solucin slida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en
ferrita y se obtiene por enfriamiento rpido de los aceros desde su
estado austentico a altas temperaturas.El contenido de carbono
suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus
propiedades fsicas varan con su contenido en carbono hasta un mximo
de 0.7 %C.
Microestructura de la martensita
La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la
traccin de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy
frgil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con
ngulos de 60 grados.Los aceros templados suelen quedar demasiado
duros y frgiles, inconveniente que se corrige por medio del
revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura
inferior a la crtica inferior (727C), dependiendo de la dureza que
se desee obtener, enfrindolo luego al aire o en cualquier
medio.volver
TROOSTITAEs un agregado muy fino de cementita y ferrita, se
produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de
enfriamiento ligeramente inferior a la crtica de temple o por
transformacin isotrmica de la austenita en el rango de temperatura
de 500 a 600C, o por revenido a 400C.Sus propiedades fsicas son
intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de
400 a 500 Brinell, una resistencia a la traccin de 140 a 175 kg/mm2
y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro
con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece
generalmente acompaando a la martensita y a la
austenita.volverSORBITAEs tambin un agregado fino de cementita y
ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una
velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crtica de temple o
por transformacin isotrmica de la austenita en la zona de 600 a
650C, o por revenido a la temperatura de 600C. Su dureza es de 250
a 400 Brinell, su resistencia a la traccin es de 88 a 140 kg/mm2
,con un alargamiento del 10 al 20%.Con pocos aumentos aparece en
forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de
ndulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, de hecho tanto la
troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano
muy fino.volver
BAINITAEs el constituyente que se obtiene en la transformacin
isotrmica de la austenita cuando la temperatura del bao de
enfriamiento es de 250 a 500C. Se diferencian dos tipos de
estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a
500-580C, compuesta por una matriz ferrtica conteniendo carburos.
Bainita inferior, formada a 250-400C tiene un aspecto acicular
similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de
ferrita que contienen delgadas placas de carburos.La bainita tiene
una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las
correspondientes a la perlita y a la martensita.Los constituyentes
que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos de los
aceros al carbono, aunque la austenita puede ser nico contituyente
y adems pueden aparecer otros carburos simples y dobles o
complejos.La determinacin del tamao de grano austentico o ferrtico,
puede hacerse por la norma ASTM o por comparacin de la
microfotografas de la probeta a 100X, con las retculas patrn
numeradas desde el 1 para el grano ms grueso hasta el 8 para el
grano ms fino.En el sistema ASTM el grosor del grano austenitico se
indica con un nmero convencional n, de acuerdo con la formula:
logG=(n-1)log2Donde G es el nmero de granos por pulgada cuadrada
sobre una imagen obtenida a 100 aumentos; este mtodo se aplica a
metales que han recristalizado completamente, n es el nmero de
tamao de grano de uno a ocho.
Forma, tamao y distribucin de los cristales o granos en la
microestructura del acero para comparacin a 100X
KARIME RUBIO A01151503 Caractersticas y propiedades del acero Su
densidad media es de 7.850kg/m-3.
En funcin de la temperatura el acero se puede encoger, estirar o
derretir.
El punto de fusin del acero depende del tipo de aleacin. El de
su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510C, sin
embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusin de
alrededor de los 1375 C (2500 F). Por otra parte el acero rpido
funde a 1650C
Su punto de ebullicin es de alrededor de 3000 C (5400F).
Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las
aleaciones usadas para fabricar herramientas.
Relativamente dctil. Con l se obtienen hilos delgados llamados
alambres. . Es maleable. Se pueden obtener lminas delgadas llamadas
hojalata. La hojalata es una lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12
mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electroltica, por
estao, zin.
Permite una buena mecanizacin en mquinas herramientas antes de
recibir un tratamiento trmico.
Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor
memoria, y se deforman al sobrepasar su lmite elstico.
La dureza de los aceros vara entre la del hierro y la que se
puede lograr mediante su aleacin u otros procedimientos trmicos o
qumicos entre los cuales quiz el ms conocido sea el temple,
aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite,
cuando es superficial, conservar un ncleo tenaz en la pieza que
evite fracturas frgiles. Aceros tpicos con un alto grado de dureza
superficial son los que se emplean en las herramientas de
mecanizado, denominados aceros rpidos que contienen cantidades
significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los
ensayos tecnolgicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y
Rockwell, entre otros, con escalas definidas.
Se puede soldar con facilidad.
La corrosin es la mayor desventaja de los aceros ya que el
hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y
provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la
oxidacin hasta que se consume la pieza por completo.
Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante
tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con
resistencia a la corrosin mejorada como los aceros de construccin
aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros
inoxidables.
Posee una alta conductividad elctrica. Aunque depende de su
composicin es aproximadamente de 3x106 S m-1. En las lneas areas de
alta tensin se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con
alma de acero proporcionando ste ltimo la resistencia mecnica
necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el
coste de la instalacin.
. Se utiliza para la fabricacin de imanes permanentes
artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su
imantacin si no se la calienta hasta cierta temperatura. La
magnetizacin artificial se hace por contacto, induccin o mediante
procedimientos elctricos. En lo que respecta al acero inoxidable,
al acero inoxidable ferrtico, s se le pegan los imanes, pero al
acero inoxidable austentico no se le pegan debido a que en su
composicin hay un alto porcentaje de cromo y nquel.
Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un
aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede
valorarse por la expresin: L = ( t)L, siendo a el coeficiente de
dilatacin, que para el acero es de aproximadamente 1,2x10-5 (es
decir = 0,000012). Si existe libertad de dilatacin no se plantean
grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatacin est impedida
en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la
estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en
cuenta. El acero se dilata y se contrae segn un coeficiente de
dilatacin similar al coeficiente de dilatacin del hormign, por lo
que resulta muy til su uso simultneo en la construccin, formando un
material compuesto que se denomina hormign armado.
El acero da una falsa sensacin de seguridad al ser
incombustible, pero sus propiedades mecnicas fundamentales se ven
gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar
los perfiles en el transcurso de un incendio.
En la figura se pueden ver varias zonas: Un comportamiento
elstico hasta un esfuerzo alto. Se aplican las relaciones lineales
entre el esfuerzo y la deformacin, definidas por la Teora de la
Elasticidad. Los parmetros bsicos son el Esfuerzo de Fluencia (fy)
y la deformacin unitaria de fluencia (Ey). Una zona de
comportamiento plstico, en la cual el esfuerzo permanece
prcticamente constante, pero aumenta continuamente la deformacin
unitaria. Un punto de falla o de ruptura. La deformacin unitaria en
la falla es de 0,20 (curva inferior de la figura) para el acero
estructural usado corrientemente en la construccin de estructuras.
Los aceros de "alta resistencia" como los usados para los cables de
preesforzado (fig.2.9 parte alta) y aceros especiales, no presentan
la fluencia definida que se muestra en la figura para los aceros
tipo A-36 (curva inferior de la figura), ni tienen el grado de
ductilidad del acero estructural. En ellos, el esfuerzo de fluencia
no se presenta tan claro como en los tipo A-36 y debe definirse. El
acero para preesforzado tiene la resistencia ms alta de las
mostradas: fpu = 240 ksi (240.000 psi = 17.500 kgf/cm2). Su
comportamiento puede compararse con el de los plsticos reforzados
con fibras (FRP) que se muestra en la figura 2.22 de este captulo.
La deformacin del acero a partir de la fluencia es denominada
ductilidad. Esta es una cualidad muy importante en el acero como
material estructural y es la base de los mtodos de diseo plstico.
Permite, que la estructura absorba grandes cantidades de energa por
deformacin, circunstancia muy importante en zonas ssmicas, en las
cuales es necesario que la estructura libere la energa introducida
en su base por los terremotos. El Mdulo de Elasticidad es
prcticamente independiente del tipo de acero est alrededor de
2000000 kgf/cm2.
Ventajas y Desventajas del Acero como Material de
Construccin:
Ventajas del acero como material estructural:
Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de
peso implica que ser poco el peso de las estructuras, esto es de
gran importancia en para el diseo de vigas de grandes claros.
Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian
apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de
concreto reforzado.
Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es
adecuado duraran indefinidamente.
Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material
de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos
de tensin. La naturaleza dctil de los aceros estructurales comunes
les permite fluir localmente, evitando as fallas prematuras.
Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir,
poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para
absorber energa en grandes cantidades se denomina tenacidad.
Desventajas del acero como material estructural:
Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son
susceptibles a la corrosin al estar expuestos al agua y al aire y,
por consiguiente, deben pintarse peridicamente.
Costo de la proteccin contra el fuego.- Aunque algunos miembros
estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen
considerablemente durante los incendios. Adems se ha comprobado que
por su gran capacidad de conducir calor ha provocado la propagacin
de incendios, elevando la temperatura de habitaciones donde no hay
flamas o chispas de ignicin mas por el alto calor conducido ha
logrado inflamar otros materiales usuales como madera, tela y
otros
Susceptibilidad al pandeo. Es decir entre ms esbeltos sean los
miembros a compresin, 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 econmico ya
que debe usarse bastante material, solo para hacer ms rgidas las
columnas contra el posible pandeo. Sin embargo cabe la posibilidad
de usar perfiles que tengan dentro sus propiedades grandes momentos
de inercia abundando a mitigar esta desventaja. Usos Las
aplicaciones comunes del acero estructural A36 es en la
construccin, y es moldeado en perfiles y lminas, usadas en
edificios e instalaciones industriales; cables para puentes
colgantes, atirantados y concreto reforzado; varillas y mallas
electro-soldada para el concreto reforzado; lminas plegadas usadas
para techos y pisos. Otro campo que hace gran uso de este material
es la industria de guerra, en la fabricacin de armamento,
trasportes y de blindajesPropiedades mecanicas:Resistencia: es la
oposicion al cambio de forma y a la fuerzas externas que pueden
presentarse como cargas son traccion,compresion, cizalle, flexion y
torsion.Elasticidad: corresponde a la capacidad de un cuerpo para
recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza quelo ha
deformadoPlasticidad: es la capacidad de deformacion de un metal
sin que llegue a romperse si la deformacion se produce por
alargamiento se llama ductilidad y por compresion
maleabilidad.Fragilidad: es la propiedad que expresa falta de
plasticidad y por lo tanto tenacidad los metales fragiles se rompen
en el limite elastico su rotura se produce cuando sobrepasa la
carga del limite elastico.Tenasidad:se define como la resistencia a
la rotura por esfuerzos que deforman el metal;por lo tanto un metal
es tenaz si posee cierta capacidad de dilatacion.Dureza: Es la
propiedad que expresa el grado de deformacion permanente que sufre
un metal bajo la accion directa de una fuerza determinada.existen
dos Dureza fisica y dureza tecnica.Ductilidad: es la capacidad que
tienen los materiales para sufrir deformaciones a traccion
relativamente alta, hasta llegar al punto de fractura.Resilencia:Es
la capacidad que presentan los materiales para absorber energia por
unidad de volumen en la zona elastica.
Propiedades FisicasPropiedades de los cuerpos: encontramos entre
otrasMateria,Cuerpo,Estado de
agregacion,Peso,Masa,Volumen,Densidad,peso
espesifico(m/v)Propiedades Termicas: estan referidas a los
mecanismos de calor existen tres mecanismos:Conduccion:se produce
cuando la fuente emisora esta en contacto directo con el que se
decea aumenta TConveccion: para que ocurra tranferencia de calor
por conveccion es necesario que exista un fluido quien sea el
encargado de transmitir el calor de la fuente emisora hacia el
cuerpo o ambienteRadiacion: Se produce porque la fuente de calor se
encuentra en contacto en forma directa con el ambiente.Esta fuente
emisora genera rayos infrarrojos que sirven de medio de
transferencia de calor.
Propiedades Electricas: Estan relacionadas con la capacidad de
conducir la corriente electrica.Propiedades Opticas: estan
referidos a la capacidad que poseen los materiales para reflejar o
absorver el calor de acuerdo a las siguientes caracteristicas:
Color-Brillo-Pulido.Propiedades Magneticas: Estan referidas a la
capacidad que poseen los materiales metalicos para inducir o ser
inducidos por un campo electromagnetico, es decir actuar como iman
o ser atraidos por un iman.
