Acero aleado

El acero aleado es un acero que se alea con una variedad de elementos en cantidades comprendidas entre el 1,0 % y el 50 % en peso, generalmente para mejorar sus propiedades mecánicas .

Los aceros aleados se dividen en dos grupos: de baja y alta aleación. El límite entre ambos es objeto de debate. William Smith y Javad Hashemi definen la diferencia en un 4,0%, ^{[ 1 ] : 393} mientras que Paul Degarmo, et al. , la definen en un 8,0%. ^{[ 2 ] : 112} La mayoría de los aceros aleados son de baja aleación.

Los aceros más simples son hierro (Fe) aleado con (0,1% a 1%) carbono (C) y nada más (excepto pequeñas impurezas); estos se denominan aceros al carbono . Sin embargo, el acero aleado comprende aceros con elementos de aleación (metálicos) adicionales. Los elementos de aleación comunes incluyen manganeso (Mn) (el más común), níquel (Ni), cromo (Cr), molibdeno (Mo), vanadio (V), silicio (Si) y boro (B). Los elementos de aleación menos comunes incluyen aluminio (Al), cobalto (Co), cobre (Cu), cerio (Ce), niobio (Nb), titanio (Ti), tungsteno (W), estaño (Sn), zinc (Zn), plomo (Pb) y circonio (Zr).

Los aceros aleados mejoran de diversas maneras la resistencia , la dureza , la tenacidad , la resistencia al desgaste , la resistencia a la corrosión , la templabilidad y la dureza en caliente . Para lograr estas propiedades mejoradas, el metal puede requerir un tratamiento térmico específico , combinado con estrictos protocolos de enfriamiento.

Aunque los aceros aleados se fabrican desde hace siglos, su metalurgia no se comprendió bien hasta que los avances de la química en el siglo XIX revelaron su composición. Los aceros aleados de épocas anteriores eran artículos de lujo costosos, elaborados según "recetas secretas" y forjados para fabricar herramientas como cuchillos y espadas. Los aceros aleados de la era de la máquina eran aceros para herramientas y aceros inoxidables .

Debido a las propiedades ferromagnéticas del hierro , algunas aleaciones encuentran aplicaciones importantes donde se valoran sus respuestas al magnetismo, como en los motores eléctricos y en los transformadores.

Los elementos de aleación permiten obtener propiedades específicas. ^{[ 3 ]} Como norma general, los elementos de aleación se añaden en porcentajes bajos (menos del 5 %) para aumentar la resistencia o la templabilidad, o en porcentajes mayores (más del 5 %) para mejorar la resistencia a la corrosión o la estabilidad térmica. ^{[ 2 ] : 112}

Los elementos de aleación tienden a formar soluciones sólidas, compuestos o carburos.

• El níquel es soluble en ferrita; por lo tanto, generalmente forma Ni ₃ Al.
• El aluminio se disuelve en la ferrita y forma Al₂O₃ y _AlN . _El silicio también es soluble y generalmente forma _SiO₂ • _{MₓOᵧ .}
• El manganeso se disuelve principalmente en ferrita formando MnS, MnO•SiO ₂ , pero también carburos: (Fe,Mn) ₃ C.
• El cromo forma capas intermedias entre las fases de ferrita y carburo en el acero, dando lugar a (Fe,Cr ₃ )C, Cr ₇ C ₃ y Cr ₂₃ C ₆ . El tipo de carburo que forma el cromo depende de la cantidad de carbono y otros elementos de aleación presentes.
• El tungsteno y el molibdeno forman carburos si disponen de suficiente carbono y en ausencia de elementos formadores de carburos más fuertes (es decir, titanio y niobio ); en estos casos, forman los carburos W₂C _y Mo₂C _, respectivamente.
• El vanadio, el titanio y el niobio son elementos que forman carburos con gran fuerza, dando lugar al carburo de vanadio , al carburo de titanio y al carburo de niobio , respectivamente. ^{[ 1 ] : 394–395}

Las propiedades del acero dependen de su microestructura: la disposición de las diferentes fases , algunas más duras, otras con mayor ductilidad . A nivel atómico, las cuatro fases del acero para automóviles incluyen la martensita (la más dura pero también la más frágil), la bainita (menos dura), la ferrita (más dúctil) y la austenita (la más dúctil). Los fabricantes de acero disponen las fases manipulando los intervalos (a veces de tan solo segundos) y las temperaturas del proceso de calentamiento y enfriamiento. ^{[ 4 ]}

Los aceros TRIP se transforman de relativamente dúctiles a relativamente duros bajo deformación, como en un choque automovilístico. La deformación transforma la microestructura austenítica en una microestructura martensítica. Los aceros TRIP utilizan un contenido de carbono relativamente alto para crear la microestructura austenítica. El contenido relativamente alto de silicio/aluminio suprime la precipitación de carburos en la región de bainita y ayuda a acelerar la formación de ferrita/bainita. Esto ayuda a retener el carbono para soportar la austenita a temperatura ambiente. Un proceso de enfriamiento específico reduce la transformación austenita/martensita durante el conformado. Los aceros TRIP generalmente requieren un mantenimiento isotérmico a una temperatura intermedia durante el enfriamiento, lo que produce algo de bainita. El silicio/carbono adicional requiere la modificación del ciclo de soldadura, como el uso de soldadura pulsante o soldadura por dilución. ^{[ 5 ]}

En un método, el acero se calienta a alta temperatura, se enfría parcialmente, se mantiene estable durante un tiempo y luego se templa. Esto produce islas de austenita rodeadas por una matriz de ferrita más blanda, con regiones de bainita y martensita más duras. El producto resultante puede absorber energía sin fracturarse, lo que lo hace útil para piezas de automóviles como parachoques y pilares.

Existen tres generaciones de aceros avanzados de alta resistencia. La primera se creó en la década de 1990, aumentando la resistencia y la ductilidad. Una segunda generación empleó nuevas aleaciones para incrementar aún más la ductilidad, pero resultaron costosas y difíciles de fabricar. La tercera generación está emergiendo. Los patrones refinados de calentamiento y enfriamiento aumentan la resistencia a costa de una menor ductilidad (en comparación con la segunda generación). Se afirma que estos aceros alcanzan casi diez veces la resistencia de los aceros anteriores y son mucho más económicos de fabricar. ^{[ 5 ]}

Los investigadores crearon una aleación con la resistencia del acero y la ligereza de la aleación de titanio. Esta aleación combinaba hierro, aluminio, carbono, manganeso y níquel. El otro componente eran partículas intermetálicas B2 (dos metales con igual número de átomos) de tamaño nanométrico distribuidas uniformemente. El uso de níquel evitó los problemas de intentos anteriores con B2, a la vez que aumentó la ductilidad. ^{[ 6 ]}

• Acero de doble fase
• acero HSLA
• Acero microaleado
• Grados de acero SAE
• Reynolds 531

• Groover, Mikell P. (26 de febrero de 2009). FUNDAMENTOS DE LA FABRICACIÓN MODERNA: Materiales, procesos y sistemas . John Wiley & Sons, Inc.