Qué es el acero aleado: Orígenes, propiedades y aplicaciones

Este artículo responde a preguntas como qué es el acero de aleación y explora su composición, propiedades y aplicaciones comunes. El acero de aleación se utiliza hoy en día de muchas maneras. Aprenda sobre este metal fascinante. Descubra su versatilidad.

¿Qué Es el Acero de Aleación?

Figura 1 - Imagen del Acero de Aleación

Figura 1 – Imagen del Acero de Aleación

Las aleaciones pueden estar compuestas de cromo, níquel y niveles de carbono medio a bajo.

La composición del acero de aleación varía desde un mínimo del 1%, con la proporción ideal dependiendo del tipo o propósito del acero de aleación particular.

Generalmente, esta mezcla crea un material resistente y flexible que soporta la vibración y conserva su forma en temperaturas severas, haciéndolo adecuado para componentes como las aspas de las turbinas o elementos aeroespaciales.

La flexibilidad es esencial en estos casos y, como su nombre lo indica, el acero de aleación es un metal versátil popular para muchas aplicaciones debido a su resistencia y flexibilidad.

Ejemplos incluyen componentes automotrices o implantes médicos corporales. Además, esta familia de metales tiene propiedades anticorrosión y alta tolerancia al calor, combinando otros elementos para formar grados específicos.

¡Tipos de Acero de Aleación!

Figura 2 - Selección de Acero de Aleación

Figura 2 – Selección de Acero de Aleación

A continuación, cubriremos los dos tipos más comunes.

Acero de baja aleación

El acero de baja aleación se define como una cantidad mínima de elementos fundidos, con su contenido de carbono que varía entre 0,05 y 0,25 por ciento en peso.

Por otro lado, tiene una amplia gama de usos, como construcción, marina y necesidades de fabricación industrial.

Los avances recientes en la composición lo han convertido en más fácil de soldar. No se necesita precalentamiento y son sensores magnéticos.

Acero de alta aleación

También conocido como acero para herramientas o acero de alta velocidad, tienen pequeñas cantidades de al menos 12 elementos aleantes. El cromo es el principal elemento.

Dado que estos materiales típicamente pueden resistir un rango más amplio de temperaturas y productos químicos agresivos que otros materiales metálicos, son ideales para aplicaciones desafiantes que involucran temperaturas extremas o productos químicos corrosivos.

El acero de baja aleación no puede manejar estas condiciones. El acero de alta aleación suele ser más caro que el de baja aleación. Su producción requiere más elementos raros, lo que aumenta significativamente su costo.

Clasificación basada en elementos aleantes

Finalmente, los aceros de aleación pueden clasificarse por los materiales en su composición. Es decir, el número de ciertos componentes determinará el tipo de aleación.

La aleación de níquel tiene elementos como níquel y molibdeno. Al seleccionar los aceros de aleación adecuados, puede asegurar que su material cumpla con todos los requisitos.

Dependiendo de su uso previsto, algunas herramientas requieren una dureza extrema cuando se usan a temperaturas extremas, como partes o herramientas automotrices.

Propiedad Acero de Baja Aleación Acero de Alta Aleación Ejemplos de Elementos Aleantes
Contenido de Carbono 0.05 – 0.25% en peso Varía dependiendo de la aleación específica Carbono, Hierro
Elementos Aleantes Comunes Manganeso, Cobre, Fósforo, Azufre, Cromo, Níquel Cromo, al menos 12 otros elementos Cromo, Níquel, Molibdeno
Usos Típicos Construcción, Marina, Fabricación Industrial Acero para herramientas, Aceros de alta velocidad, Motores de avión, Herramientas de corte
Ventajas Clave Amplia gama de usos, puede ser soldado sin precalentamiento, sensible a los imanes Dureza, resistencia al desgaste y a la corrosión, rendimiento en condiciones extremas
Costo Menos costoso Más caro debido a la inclusión de elementos raros

Comparación de Acero de Baja y Alta Aleación

 

Propiedades del Acero de Aleación!

Figura 3 - El Acero de Aleación está hecho de Diferentes Componentes

Figura 3 – Composición del Acero de Aleación

El acero de aleación tiene una mejor maquinabilidad y ductilidad, con sus propiedades mecánicas y químicas que dependen de los elementos que contienen en un rango del 0 al 30%.

1. Propiedades Mecánicas

La resistencia a la tracción es un factor importante que determina cuán bien puede resistir diferentes fuerzas.

Con su capacidad para resistir una intensa presión, se utilizan en la perforación de pozos de petróleo y otras aplicaciones exigentes.

El tratamiento térmico produce un amplio rango de dureza entre Rockwell C48 y 79.

2. Propiedades Químicas

El acero de aleación tiene varios elementos, incluyendo hierro como su material base y componentes adicionales de cobre, níquel y molibdeno.

Tener al menos 10% de cromo y hasta un 30%, mejora la resistencia a la corrosión, templabilidad y elasticidad resistente; a veces contiene níquel o molibdeno.

Propiedad Acero (Aleación) Acero (Carbono) Acero para Herramientas Ejemplo de Acero de Aleación
Relación Resistencia-Peso Más alta Más baja Más baja Acero Inoxidable
Maquinabilidad Generalmente mejor que en aceros de carbono/de calidad para herramientas Moderada Moderada N/A
Ductilidad Mejor que en aceros de carbono/de calidad para herramientas Moderada a pobre Pobre N/A
Resistencia a la Tracción Más alta Más baja N/A N/A
Rango de Dureza (Rockwell C) C48 – C79 (con tratamiento térmico) N/A N/A N/A
Composición Química Hierro, 0-30% otros elementos (p. ej., cobre, níquel, molibdeno, cromo) Principalmente carbono e hierro Hierro, carbono y otros elementos aleantes 30% otros elementos y 10% cromo

Propiedades del Acero de Aleación

 

¿Proceso de Fabricación del Acero de Aleación?

Figura 4 - Proceso de Fabricación del Acero de Aleación

Figura 4 – Proceso de Fabricación

Es necesario aprender sobre las aleaciones y los procesos utilizados en su fabricación.

La aleación implica la combinación de diferentes elementos, por ejemplo, carbono y otros elementos no metálicos como aluminio o cromo.

Sin embargo, crean aleaciones fuertes y duraderas para su uso en diversas aplicaciones. A continuación se enumeran procesos comunes:

Laminado en caliente

Uno de los métodos comunes para procesar acero de aleación es el laminado en caliente, que implica calentarlo a altas temperaturas para reducir su espesor, aumentar la resistencia o eliminar defectos dentro de un componente metálico.

El laminado en caliente funciona bien con formas complejas y puede ser efectivo para producir secciones delgadas, sin embargo, no es adecuado para componentes de acero de aleación intrincados.

Estirado en frío

El estirado en frío o extrusión, una técnica efectiva para dar forma a componentes de pared delgada, implica empujar el metal a través de matrices.

El material de acero de aleación fluye y eventualmente crea un componente preciso. Poco o ningún lijado es necesario antes del postprocesamiento, como el mecanizado.

Forja

La forja es un método utilizado para crear formas fuertes y dúctiles mediante la presión, el martilleo o la aplicación de otras fuerzas compresivas que se refieren al proceso de convertir metal sólido en componentes discretos.

Fundición

Las técnicas de soldadura y fundición son esenciales para fabricar aleaciones. Al mismo tiempo, ofrecen una admirable resistencia a las piezas con formas o estructuras complejas que no se pueden crear mediante otros métodos de fabricación, especialmente para piezas más grandes.

Para el acero de aleación, la fundición requiere moldes que utilizan fundición con molde permanente o con arena para crear formas deseadas. El metal líquido se vierte en contenedores de patrón calentados.

Extrusión

La extrusión es otro método para dar forma al acero de aleación con piezas complicadas, que es un proceso continuo en el que el metal fundido se dibuja en una abertura bajo presión.

Similar al estirado en frío sin el uso de matrices, este método de creación de productos como barras y varillas es menos intrincado que otros métodos al trabajar con aleaciones.

Metalurgia de Polvos

La metalurgia de polvos implica comprimir partículas diminutas de polvo de metal juntas a temperaturas elevadas.

La creación de formas complejas con geometrías interactivas a un costo menor se hace posible al producir componentes de aleación a partir de polvo, lo que permite diseños intrincados que no son factibles a través de métodos convencionales.

Fabricación Aditiva:

La impresión 3D también es conocida como fabricación aditiva. Además, este método deposita capas una sobre otra, logrando la forma deseada del componente de metal con precisión y repetibilidad.

Siendo la opción perfecta para formar prácticamente cualquier geometría, es ideal para varios componentes de aleación con múltiples elementos intrincados.

Remoldeo por Electrosoldadura

El remoldeo por electrosoldadura utiliza un arco para fundir eficientemente la aleación en grandes cantidades, mejorando la resistencia a la corrosión.

Trabajar con mayores cantidades es más rentable que los métodos alternativos como la remelting por láser.

Remoldeo por Arco al Vacío

Remoldeo por arco al vacío es un proceso rentable y esencial en la fabricación de componentes de acero de aleación que crea aleaciones homogéneas con propiedades superiores.

Dicho proceso, ideal para las industrias aeroespacial y automotriz, funciona al fundir la aleación en un entorno altamente controlado.

Permitiendo una contaminación mínima y niveles mejorados de pureza, es ideal para la fabricación de materiales resistentes como el acero inoxidable.

Proceso Descripción Formas y Tamaños Aplicables Ventajas
Laminado en Caliente Una técnica frecuentemente utilizada que implica someter el acero de aleación al calor con propósitos como aumentar la durabilidad, eliminar defectos o reducir el ancho. Formas complejas y secciones delgadas Efectivo para una amplia gama de aplicaciones
Estirado en Frío Empujar el acero de aleación a través de matrices para darle forma; adecuado para componentes de pared delgada. Componentes de pared delgada Componentes precisos, menos postprocesamiento
Forja Convertir metal sólido en componentes discretos mediante la presión, el martilleo o la aplicación de fuerzas compresivas. Varios componentes de acero de aleación Gran resistencia y propiedades dúctiles
Fundición Crear formas complejas utilizando fundición con molde permanente o con arena mediante el vertido de metal líquido en moldes calentados. Tamaños más grandes y formas complejas Adaptable a formas y estructuras complejas
Extrusión Dibujar metal fundido en una abertura bajo presión sin utilizar matrices. Barras, varillas y partes menos intrincadas Adecuado para producción continua
Metalurgia de Polvos Comprimir partículas de

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Aplicaciones del acero aleado!

Figura 5 - Aplicación de acero aleado en la industria automotriz

Figura 5 – Aplicación del acero aleado en la industria automotriz

El acero aleado tiene muchos usos en los sectores automotriz, de la construcción y de la producción de energía debido a su mayor resistencia a la tracción y a su límite elástico.

Es necesario analizar diferentes usos de los aceros aleados que complementen sus diversas propiedades, como una mejor resistencia a la corrosión que el acero regular.

· Automoción y transporte

Los vehículos más ligeros utilizan menos combustible, lo que reduce el consumo de energía y las emisiones. Para vehículos de alto rendimiento, los aceros aleados resisten el desgaste.

Además, resisten el desgaste por fricción o piezas de alta presión, así como algunos tipos de corrosión, lo que los hace adecuados para componentes como bloques de motor, bulones de pistón, turbocompresores y cigüeñales.

· Construcción e infraestructura

Los aceros aleados se utilizan en proyectos de construcción como tuberías y puentes, ya que pueden soportar condiciones extremas como alta presión.

El acero de bajo contenido de aleación de alta resistencia (HSLA) es extremadamente resistente a la tensión y excelente para componentes críticos de seguridad, gracias a su maleabilidad que le permite ser moldeado en la forma deseada.

· Producción de energía

Las estructuras grandes sujetas a altas temperaturas y presiones, como la producción de energía a partir de agua hervida o calderas de gas, requieren el uso de acero aleado debido a sus características únicas.

Al ser resistente al calor y a la corrosión, se utiliza ampliamente en elementos calefactores y calderas, incluidas plantas de energía nuclear, válvulas, bridas y turbinas.

· Aeroespacial y defensa

El acero aleado se utiliza en productos aeroespaciales, como satélites, misiles y componentes de aeronaves. Las aleaciones resistentes al calor son perfectas para condiciones de alta temperatura.

Prevenir daños estructurales debido a entornos extremos es importante en la industria aeroespacial, especialmente en lo que respecta a sus capacidades.

· Productos de consumo

Las joyas de acero inoxidable son resistentes a la corrosión y tienen un excelente acabado. Los recipientes de alimentos, utensilios de cocina, cuchillos y tijeras se benefician del acero aleado.

Si bien el grado utilizado es importante, el proceso de producción también crea subproductos útiles como la escoria que se puede reutilizar más adelante.

Importancia de normas y certificaciones en la industria del acero aleado!

Las normas y certificaciones son cruciales para los clientes que evalúan la calidad del acero aleado, garantizando un compromiso por parte de los fabricantes.

Además, aseguran que los productos satisfagan ciertos requisitos, incluyendo criterios de especificación estandarizados internacionales o industriales. Se consideran criterios como grado, composición química y limitaciones de propiedades mecánicas.

1. Descripción general de las normas internacionales comunes

ASTM A1018/A1018M

Para una amplia gama de opciones de productos de acero, esta norma cubre productos en bobinas laminadas en caliente de gran espesor con características de conformado en frío. También se especifican requisitos de densidad para el acero de bajo contenido de aleación de alta resistencia.

AISI 4140

El AISI 4140, ampliamente utilizado por la industria aeroespacial para aplicaciones como portaherramientas y herramientas de máquinas, implica cromo, molibdeno y manganeso de baja aleación.

Debido a su resistencia superior a altas temperaturas, es popular en las industrias del petróleo y gas, automotriz y de la construcción.

BS EN 10083-3

BS EN 10083-3 cubre productos de acero aleado templado y revenido que se utilizan para forjas como barras de acero y forjas en varias formas.

Los componentes que requieren una resistencia superior al desgaste, resistencia o ductilidad a altas temperaturas utilizan esta norma.

SAE 4130

El acero aleado ampliamente utilizado SAE 4130 ofrece alta resistencia a altas temperaturas con una composición de níquel-cromo. Las aplicaciones incluyen engranajes, ejes y otros componentes de transmisión que requieren resistencia superior.

AISI 316

El acero inoxidable AISI 316 es excelente para resistencia a la corrosión o propiedades resistentes al agua dulce y crea un producto dúctil bajo ciertas condiciones.

2. Medidas de control de calidad y métodos de prueba para el acero aleado

Prueba de espectrómetro

La prueba de espectrómetro determina el grado y el contenido de elementos de aleación en productos de acero mediante el análisis de materiales como placas o lingotes que se utilizan antes de producir un producto férrico para la venta.

Prueba de partículas magnéticas

Partículas magnéticas se aplican a esta prueba que inspecciona las piezas en busca de defectos superficiales y puede detectar anomalías como grietas u otras imperfecciones con una alta tasa de detección de precisión.

Prueba de radiografía

La prueba de radiografía inspecciona las soldaduras en busca de integridad estructural y es más precisa que otras inspecciones, permitiendo ver defectos profundos que son invisibles en la inspección visual.

Prueba de dureza

Una escala Brinell o Rockwell mide la dureza de la aleación. Se crean indentaciones para medir la profundidad y el área de superficie que ayuda a determinar las especificaciones de resistencia para componentes. Componentes como engranajes o ejes requieren superficies duras pero dúctiles.

Prueba de impacto

La prueba de impacto mide la respuesta del material a una fuerza externa y se utiliza para pruebas de soldadura, piezas de ingeniería o materiales de placas para ayudar a determinar la tenacidad del producto, generalmente probado a diferentes temperaturas.

Prueba de microestructura

La prueba de microestructura es cada vez más popular y se utiliza en el análisis de metales o aleaciones para identificar la composición, los límites de grano y las características de la superficie.

Prueba metalográfica

Una muestra se monta en un baño de ataque para esta prueba para observar su estructura y examinar la superficie de metal o aleación, lo que permite la evaluación de parámetros de rendimiento.

Pruebas de rendimiento

Se utilizan pruebas como la prueba de resistencia a la corrosión y la prueba de ruptura por esfuerzo. Se analizan partes específicas en condiciones simuladas.

 

Conclusión

El acero aleado es un componente crucial en la sociedad actual con usos que van desde implantes biomédicos hasta la industria aeroespacial.

Los aceros aleados varían en su composición, lo que permite una amplia gama de propiedades como resistencia al desgaste y al calor que dependen de la aplicación deseada.

El rápido avance tecnológico exige productos mejores y más sostenibles, que seguirán siendo esenciales en el futuro.

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