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5.Diagrama Hierro – Carbono.Posted on 18 mayo, 2011 by estudiantesmetalografia
DIAGRAMA HIERRO-CARBONO
Introducción
Los aceros son aleaciones hierro-carbono y constituyen la familia
industrialmente más importante de todas las aleaciones metálicas
debido a su versatilidad y propiedades mecánicas únicas. La mayoría de
las aleaciones de hierro derivan del diagrama Fe-C que puede ser
modificado por distintos elementos de aleación.
Formas alotrópicas del hierro
Hierro alfa (α): Cristaliza a 768 ºC. Su estructura cristalina es BCC
con una distancia interatómica de 2.86 Å. Prácticamente no disuelve en
carbono.
Hierro gamma (γ): Se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la
estructura cristalina FCC con mayor volumen que la estructura
cristalina de hierro alfa. Disuelve fácilmente en carbono y es una
variedad de Fe amagnético.
Hierro delta (δ): Se inicia a los 1400ºC y presenta una reducción en la
distancia interatómica que la hace retornar a una estructura cristalina
BCC. Su máxima solubilidad de carbono es 0.007% a 1487ºC. No posee
una importancia industrial relevante. A partir de 1537ºC se inicia la
fusión del Fe puro.
Según el porcentaje de carbono las aleaciones Hierro-Carbono puede
clasificarse en:
Fundiciones %C≥1.76%
Aceros %C ≤1.76%.
El carbono puede presentarse en tres formas distintas en las aleaciones
Fe-C:
En solución intersticial.
Como carburo de hierro.
Como carbono libre o grafito.
Figura 1.
Diagrama Hierro-Carbono.
Fases presentes:
α: (Ferrita): Es una solución sólida de carbono con una solubilidad
a temperatura ambiente muy pequeña. Es la fase más blanda y
dúctil de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una
dureza de 95 Vickers y una resistencia a la rotura de 28 Kg. /mm2,
llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Presenta propiedades
magnéticas. En los aceros aleados, suele contener Ni, Mn, Cu, Si,
Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como
granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la
austenita.
γ: (Austenita). Es la fase más densa de los aceros. Está formado
por la solución sólida por inserción de carbono. La proporción de
carbono disuelto varía desde el 0% al 1.76%, correspondiendo
este último al porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura
de 1130 ºC. La austenita comienza a formarse a la temperatura de
723ºC. Posee una estructura cristalina FCC, una dureza de 305
Vickers, una resistencia de 100 Kg. /mm2 y un alargamiento de un
30 %. No presenta propiedades magnéticas.
δ: Hierro delta
Cem: (Cementita- Carburo de Hierro) Es carburo de hierro y por
tanto su composición es de 6.67% de C. Es la fase más dura y
frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers.
Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran
tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la
cual pierde sus propiedades magnéticas.
Grafito
Perlita Es la fase formada por el enfriamiento lento de la
austenita. Tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con
una resistencia a la rotura de 80 Kg. /mm2 y un alargamiento del
15%. Cada grano de perlita está formado por láminas de
cementita y ferrita.
Led: (Ledeburita)
Aceros eutectoides
Presentan una fase austenítica sólida a un composición de 0.89% C con
granos orientados al azar. Al enfriar se desarrollan las fases ferrita y
cementita en láminas, formando una microestructura única llamada
Perlita, la cual, en relación con las propiedades mecánicas posee
características intermedias de las fases que la componen, entre blanda
y dúctil y dura y quebradiza.
Figura 2. Representación gráfica de las microestructuras del acero
eutectoide.
Aceros Hipoeutectoides
Presentan una fase austenítica sólida a una composición inferior a
0.89% C con granos orientados al azar. Al enfriar comienza a
desarrollarse la ferrita y se entra en la región bifásica α + γ donde la
ferrita sufre una segregación formándose en los límites de grano de la
fase γ. Al sobrepasar en enfriamiento a la línea A1 la austenita se
transforma en perlita y se forma el acero.
Figura 3. Representación esquemática de las microestructuras del
acero hipoeutectoide.
Características:
Al carbono y también aleados.
Son plásticos y poseen buena resistencia mecánica.
Bajo carbono hasta 0.2 % C, medio carbono 0.2%-0.5% C y alto
carbono 0.5 %C>.
Usos: Elementos de máquinas (Elementos de sujeción y
transmisión de potencia).
Figura 4.Acero hipoeutectoide 1045 SAE 100x.
Aceros estructurales
Es fundamentalmente una aleación de hierro (mínimo 98 %), con
contenidos de carbono menores del 1 % y otras pequeñas cantidades de
minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fósforo,
azufre, sílice y vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la
intemperie. Es un material usado para la construcción de estructuras,
de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes
en la naturaleza. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y
compresión y el costo razonable.
A pesar de la susceptibilidad al fuego y a la intemperie es el material
estructural más usado, por su abundancia, facilidad de ensamblaje y
costo razonable.
Propiedades:
La alta resistencia del acero por unidad de peso, permite estructuras
relativamente livianas, lo cual es de gran importancia en la
construcción de puentes, edificios altos y estructuras cimentadas en
suelos blandos. Sus propiedades no se alteran con el tiempo, ni varían
con la localización en los elementos estructurales.
Es el material que más se acerca a un comportamiento linealmente
elástico, hasta alcanzar esfuerzos considerables. Permite soportar
grandes deformaciones sin falla, alcanzando altos esfuerzos en tensión,
ayudando a que las fallas sean evidentes. Tiene la capacidad de
absorber grandes cantidades de energía en deformación (elástica e
inelástica) y de unirse fácilmente con otros miembros (en perfiles se
puede conectar fácilmente a través de remaches, tornillos o soldadura).
La velocidad de construcción en acero es muy superior al resto de los
materiales, se encuentra disponible en perfiles para optimizar su uso en
gran cantidad de tamaños y formas, puede ser recuperado como
chatarra siendo un material 100% reciclable. Permite modificaciones
y/o ampliaciones en proyectos de manera relativamente sencilla.
Expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse
siempre con esmaltes alquidálicos (primarios anticorrosivos)
exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable. En caso de
temperaturas excesivas el calor se propaga rápidamente por las
estructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar
temperaturas donde el acero se comporta plásticamente, debiendo
protegerse con recubrimientos aislantes del calor y del fuego
(retardantes) como mortero, concreto, asbesto, etc.
La resistencia del acero puede disminuir cuando se somete a un gran
número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de magnitud de
esfuerzos a tensión (cargas pulsantes y alternativas).
Aceros para herramientas
En este grupo se incluyen todos los aceros que normalmente se
emplean para la fabricación de útiles o herramientas destinados a
modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por
cortadura, por presión o por arranque de viruta.
Los aceros de herramientas tienen generalmente un contenido en
carbono superior a 0.30%, aunque a veces también se usan para la
fabricación de ciertas herramientas, aceros de bajo contenido en
carbono (0.1 a 0.30%).
Propiedades:
Los aceros de temple superficial, entre los que se encuentran los aceros
de herramientas al carbono, los aceros al tungsteno, se templan por lo
general en agua. La templabilidad de los aceros aumenta con el
contenido en elementos de aleación, excepto en el caso del cobalto, el
cual es único elemento que la hace disminuir. Para que en una sección
grande la tenacidad tenga en toda ella un valor elevado, conviene elegir
un acero de alta aleación. En el caso de los aceros de herramientas, el
término tenacidad se refiere más a la capacidad de sufrir golpes sin
rotura que a la facultad de absorber energía durante la deformación. La
mayor parte de las herramientas tienen que ser piezas rígidas, y por lo
general cualquier deformación que presenten, por pequeña que sea, las
hace inservibles. Los aceros de herramientas con contenidos en
carbono medios y bajos, son los que presentan mejor tenacidad y
constituyen el material utilizado en la fabricación de herramientas
resistentes al choque.
La resistencia que presenta el acero al ablandamiento a temperaturas
elevadas, viene reflejada, en cierto modo, por la resistencia que ofrece
el material al revenido, la cual constituye un factor importante a
considerar en la elección de los aceros de herramientas que trabajen a
más de 500ºC es fundamental que posean aleación, formadores de
carburos duros y estables, mejora generalmente la resistencia la
ablandamiento a temperaturas elevadas, destacando en este sentido los
aceros que contienen grandes cantidades de tungsteno, cromo y
molibdeno.
Estos aceros presentan facilidad para su mecanización y a la obtención
de un acabado perfecto. Los factores que influyen en la maquinabilidad
de los aceros de herramientas son la dureza en estado de recocido, la
microestructura del acero y la cantidad de carburos presentes.
En comparación con los aceros aleados normales, los aceros de
herramientas son mucho más difíciles de mecanizar. El acero de
herramienta que presenta mejor maquinabilidad tiene un índice
aproximadamente igual al 30%, por lo tanto como referencia para
comparar la maquinabilidad de los distintos aceros de herramientas. La
maquinabilidad y facilidad de trabajo de los aceros de herramientas
disminuye al aumentar el contenido de carbono y elementos de aleados.
Conforme aumenta el contenido en carbono y elementos de aleación en
los aceros, carbono en combinación con elementos que tienen gran
tendencia a formar carburos, como el vanadio, el tungsteno, el cromo y
el molibdeno, reduce la maquinabilidad al formarse gran número de
partículas duras de carburo, que no se disuelven en el recocido.
Resistencia a la descarburación
Ya que ésta determina la instalación a utilizar en el tratamiento
térmico, y la cantidad de material que es necesario quitar de la
superficie después del temple. La descarburación tiene lugar
normalmente cuando los aceros se calientan a temperaturas superiores
a 704ºC t salvo que el material se proteja en el calentamiento por algún
procedimiento, como, por ejemplo, mediante la utilización de una
atmósfera protectora, es probable que la superficie del acero pierda
algo de carbono. Esta descarburación es la causa de que en el temple la
superficie no se endurezca, sino que quede blanda.
Los aceros de herramientas al carbono son los que menos se
descarburan. Los aceros para la fabricación de herramientas para
trabajos de choque presentan una resistencia a la descarburación baja;
los utilizados en las herramientas para trabajos en caliente se
consideran que tienen una resistencia mediana, y la mayoría de los
restantes aceros de herramientas ofrecen una resistencia a la
descarburación buena.
Clasificación:
Aceros al carbono: para la fabricación de herramientas para los usos
más diversos, se emplean aceros sin elementos de aleación con
porcentajes de carbono variables de 0.50 a 1.40%. Para herramientas
que deban tener gran tenacidad como martillos y picas; se emplean
medios contenidos en carbono 0.50 a 0.70%. Para herramientas de
corte como brocas, cuchillas, y limas; calidades intermedias de 0.70 a
1%. Para conseguir en cada caso la máxima dureza, deben ser
templados en agua.
Aceros rápidos: la característica fundamental de estos aceros es
conservar su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas
casi a l rojo (600º) sin disminuir su rendimiento. Algunas composiciones
típicas de los aceros rápidos son: C = 0.75%, W = 18%, Cr = 4% y V =
1% ; otra C = 0.75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1.25%.
Aceros indeformables: reciben este nombre los aceros que en el
temple no sufren casi deformaciones y con frecuencia después del
temple y revenido quedan con dimensiones prácticamente idénticas a
las que tenían antes del tratamiento. Esto se consigue empleando
principalmente el cromo y el manganeso como elementos de aleación.
Estos aceros templan con un simple enfriamiento al aire o en aceite.
Composiciones típicas: C = 2% y Cr = 12%; C = 1% y Cr = 5% y otra C
= 1% y Mn = 1%.
Aceros al corte no rápidos: se agrupan varios aceros aleados,
principalmente con cromo y wolframio, muy empleados para la
fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en
condiciones muy forzadas. Pueden considerarse como unas calidades
intermedias entre los aceros rápidos y los aceros al carbono, y la
mayoría de herramientas fabricadas con ellos suelen quedar con
durezas comprendidas entre 60 y 66 Rockwell-C.
Aceros Hipereutectoides
Presentan una fase austenítica a una composición superior a 0.89% C
pero inferior a 1.76 %C con granos orientados al azar. Al enfriar
comienza a formarse la cementita y se entra en la región bifásica
γ+cem donde la cementita comienza a formarse en los límites de grano
de la austenita. Al sobrepasar en enfriamiento a la línea A1 la austenita
remanente se transforma en perlita y se forma el acero.
Figura 5. Representación esquemática de las microestructuras del
acero hipereutectoide.
Características:
Generalmente aleados.
Muy alta resistencia mecánica.
Mayor modulo de Young, muy elásticos.
Alta resistencia mecánica y muy alta dureza.
Difíciles de deformar plásticamente.
Menor resiliencia.
Figura 6. Acero Hipereutectoide 1095 SAE
FUNDICIONES
Al igual que los aceros, las fundiciones son básicamente aleaciones
hierro- carbono, con una alto porcentaje de carbono mayor que los
aceros. Su concentración esta entre 1.76% y 6.67% de carbono.
La mayoría de las fundiciones que se manufacturan comercialmente
están entre 2,5% y 4% de carbono. El máximo porcentaje de carbono
que es posible obtener en las aleaciones ferrosas es 6.67%.
Tipos de Fundiciones:
El mejor método para clasificar las fundiciones es de acuerdo con su
estructura metalográfica.
Las variables para definir los tipos de fundiciones son:
El porcentaje de carbono.
El contenido de aleación y de impurezas.
La velocidad de enfriamiento.
El tratamiento térmico después de la fusión en donde es posible
observar grandes diferencias en la microestructura la cual define
su forma física.
El carbono puede estar libre, es decir en forma de grafito o puede estar
combinado en forma de carburo de hierro en la cementita. La
distribución del carbono sin combinar influirá en gran medida en las
propiedades físicas de las fundiciones.
Clasificación las Fundiciones
Fundición blanca.
Fundición gris.
Fundición nodular.
Fundición aleada.
Fundición blanca
Es una aleación hierro-carbono hipoeutéctica que se obtienen mediante
tratamiento térmico y en condiciones de rápida velocidad de
enfriamiento durante la solidificación llevado a cabo generalmente por
aire y la cual produce una capa superficial de hierro fundido blanco
combinado con un interior de hierro gris. La mayoría del carbono
permanece sin combinar en forma de partículas redondas irregulares
(carbón revenido).
Las fundiciones blancas tienen una cantidad de cementita
relativamente grande en forma de una red ínter dendrítica continua lo
que hace a la fundición dura y resistente al desgaste, pero
extremadamente frágil y difícil de mecanizar.
Las fundiciones blancas tienen pocas aplicaciones en ingeniería debido
a su fragilidad y falta de maquinabilidad. Es usada en casos en que la
resistencia al desgaste es lo más importante y la aplicación a la cual
está destinada no requiere buena ductilidad ni maleabilidad como es el
caso de las camisas para mezcladoras de cemento, bolas de trituración
para acería, camisas interiores de las hormigoneras, molinos de bolas,
algunos tipos de estampas de estirar y boquillas de extrusión.
También se utiliza en grandes cantidades como material de partida
para la fabricación de fundición maleable.
Intervalo de propiedades mecánicas para las fundiciones blancas:
Dureza: 375 a 600 Brinell
Resistencia a tracción: 20.000 a 70.000 psi.
Resistencia a compresión: 200.000 a 250.000 psi.
Módulo de Young: 24 a 28.000.000 psi.
Clasificación de las fundiciones blancas:
Fundición blanca perlítica: Tiene una resistencia a la tracción de
21kg/mm2, una tenacidad de 1,27-1,87 kgf y una dureza: 500-600
Brinell.
Fundición blanca martensítica: Tiene una resistencia a la tracción
de 35-42 kg/mm2, tenacidad: 1,60-1,72 kgf y una dureza: 600 Brinell
Figura 7. Microestructura Fundición blanca (Regiones claras son
cementita rodeadas de perlita).
Fundición de hierro Maleable
Se obtiene a partir de la fundición blanca por calentamiento prolongado
en atmósfera inerte (para prevenir la oxidación) a temperaturas entre
800 y 900 °C. Bajo estas condiciones la cementita se descompone para
dar grafito en forma de racimos o rosetas dentro de la matriz ferrítica o
perlítica de modo similar a la de la fundición esferoidal. Se suele
emplear en tubos de dirección y engranajes de transmisión, muelles
tubulares y partes de válvulas.
Figura 8. Microestructura fundición maleable (Grafito oscuro en forma
de rosetas sobre una matriz de ferrita).
Fundición Nodular
Se obtiene al añadir pequeñas cantidades de magnesio y cerio a la
fundición gris en estado líquido dentro del cucharón antes del vaciado
permitiendo que el grafito se segregue en forma de pequeñas bolas
esferoides, las cuales interrumpen la continuidad de la matriz lo que
confiere a la fundición mayor resistencia y tenacidad. No es frágil y
tiene propiedades mecánicas similares a las de los aceros. Presenta una
mayor resistencia a la tracción que la fundición gris y se suele utilizar
para la fabricación de válvulas y engranajes de alta resistencia, cuerpos
de bomba, cigüeñales y pistones. Se diferencia de la maleable porque
generalmente se obtiene como resultado de la solidificación y no
requiere tratamiento térmico.
Propiedades:
La fundición nodular presenta en ciertos casos propiedades
comparables con las de los aceros, el modulo de elasticidad, que puede
alcanzar valores de hasta 17500 Kg/mm2 cuando se encuentra en
estado recocido; presentan, además, valores de resiliencia y porcentaje
de elongación muy por encima de las fundiciones pero por debajo de los
aceros. Los valores de límite de elasticidad varían entre un 65 y un 85%
de la última carga de acuerdo al tratamiento que se le realice a la
fundición después de la inoculación. Cuando la fundición es empleada
en estado bruto de colada presenta una resistencia a la tracción de
aproximadamente unos 70 Kg/mm2 y un 3% de alargamiento. Cuando
se desea una buena dureza y una aceptable ductilidad se recomienda
utilizar fundiciones esferoidales que hayan sido sometidas a
tratamientos térmicos de normalizado y revenido o bien a temple y
revenido ya que se pueden obtener por medio de estos tratamientos
resistencias a la tracción que varían entre 80 y 90 Kg/mm2 y
porcentajes de alargamiento entre 1.5 y 2.0%. La presencia de grafito
contribuye al mejoramiento de la maquinabilidad que es similar a la de
las fundiciones grises y superior a la de los aceros que presentan
durezas similares. La fundición nodular tiene el punto de fusión más
bajo que cualquier otra aleación hierro-carbono, debido esto a que su
composición está muy cerca del punto eutéctico, por lo que presenta
mejor capacidad de colado y mayor fluidez que otras aleaciones hierro-
carbono, Es usada con gran regularidad para fabricar piezas fundidas
de formas complicadas.
Figura 9.
Microestructura Fundición Nodular (Esferoides de grafito sobre una
matriz de ferrita).
Fundición gris
Es una aleación hierro-carbono hipoeutéctica con un porcentaje entre
2.5 y 4.0 % y de silicio entre 1 y 3 %. El grafito suele aparecer como
hilos dentro de una matriz de ferrita o perlita. Desde un punto de vista
mecánico las fundiciones grises son frágiles y poco resistentes a la
tracción, su resistencia y ductilidad a los esfuerzos de compresión son
mayores. Estas fundiciones amortiguan de forma óptima las vibraciones
y en un mayor grado que los aceros, por lo que en sistemas de
transmisión de potencia y mecanismos son muy utilizadas. A la
temperatura de colada tienen mucha fluidez por lo que permite moldear
piezas de formas complejas. Es además, uno de los materiales metálicos
más baratos. Se utiliza en bloque de motores, tambores de freno,
cilindros y pistones de motores.
Propiedades:
La fundición gris tiene una carga de rotura a la tracción pequeña,
entorno a los 15 kg/mm² y llega a los 30 , 40 y 45 kg/ mm² según sea su
composición.
Su resistencia a la compresión es mayor, y para las fundiciones grises
normales resulta cerca de tres veces la de la tracción, por eso, sus
aplicaciones principales se da en piezas sometidas a esfuerzos de
compresión, más bien que a los de tracción.
Puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la
parte convexa, y comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión
varia según la orientación de la sección.
Es poco resiliente debido a que no es susceptible a sufrir deformaciones
plásticas.
Su dureza relativamente elevada, esta varía entre 130 a 300 Brinell
según sea su composición. A pesar de su elevada dureza se puede
mecanizar fácilmente, porque la viruta se desprende mejor y por la
presencia de grafito liberado, que lubrica el paso de la viruta sobre el
corte de la herramienta. No es dúctil ni maleable; se puede soldar al
latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco. La
fundición puede recibir baños galvánicos, ser niquelada, ser
galvanizada en caliente, estañada y esmaltada al fuego (piezas de uso
doméstico y para la industria química).
La fundición tiene poca resistencia química, y se deteriora con los
ácidos, los elementos alcalinos y las oxidaciones.
Figura 10. Microestructura fundición gris (Hilos de grafito sobre una
matriz de ferrita).
Cla
se
Resistencia
a la tracción-psiDureza brinell Estructura
20 24000 130-180 F,P
30 34000 170-210 F,P,G
40 44000 210-260 P,G
50 54000 240-280 P,G
60 64000 260-300 B,G
Tabla. Clasificación de las fundiciones grises según la norma ASTM
A48-41.
Figura 11. Microestructuras en el diagrama hierro carbono.
Diferencias entre los aceros y las fundiciones
Las fundiciones de hierro son más resistentes a la corrosión y a los
cambios súbitos de temperatura que los aceros.
Las fundiciones presentan mayor porcentaje de carbono y por
tanto son más duras y frágiles que los aceros.
Los aceros son usados generalmente para la fabricación de piezas
mecánicas, elementos de transmisión de potencia y herramientas
de trabajo.
Las fundiciones son usadas generalmente para la fabricación de
piezas de gran tamaño como carcasas y bancadas.
Las fundiciones poseen una maleabilidad y ductilidad casi nula
comparada con los aceros que pueden ser sometidos a procesos
de forjado y laminado.
Diferencias entre las fundiciones blancas y las fundiciones grises
Las fundiciones blancas son muy duras y frágiles, carecen de
ductilidad y maleabilidad.
Las fundiciones grises presentan hilos de grafito sobre una matriz
clara de ferrita.
Las fundiciones blancas presentan una serie de mapas de
cementita sobre una matriz oscura de perlita.
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN LA NORMA AISI/SAE
La norma AISI/SAE (también conocida por SAE-AISI) es una
clasificación de aceros y aleaciones de materiales no ferrosos. Es la más
común en los países de Latinoamérica entre los que se encuentra
Colombia. La norma surge por la necesidad de manejar una sola
nomenclatura unificada debido a que se manejaba en todos los países
nomenclaturas distintas para diferentes aceros. Lo que conllevaba a la
confusión e inclusive a la utilización de los aceros en maquinas,
vehículos o en otro tipo de estructuras con diferentes características ya
que no era el necesario para el dispositivo.
De igual manera, cada nomenclatura tiene sus iniciales, la AISI es
designado en ingles como American Iron and Steel Institute (Instituto
americano del hierro y el acero), mientras que SAE es designado en
ingles como Society of Automotive Engineers (Sociedad
Norteamericana de Ingenieros Automotores).
Entre otras designaciones se encuentran:
ASME (American Society of Mechanical Engineers),
ANSI (American National Standards Institute),
ACI (Alloy Casting Institute) ,
AWS (American Welding Society)
Igualmente, en este sistema los aceros se clasifican con cuatro dígitos.
El primero especifica la aleación principal, el segundo indica el
porcentaje aproximado del elemento principal y con los dos últimos
dígitos se conoce la cantidad de carbono presente en la aleación.
Ejemplo: 1045 AISI SAE tiene 0,45 porcentaje de Carbono.
La aleación principal que indica el primer dígito es la siguiente:
1. Carbono es un elemento principal su ubicación en la tabla
periódica es de grupo A
2. Níquel
3. Níquel-Cromo, principal aleante el cromo
4. Molibdeno
5. Cromo
6. Cromo-Vanadio, principal aleante el cromo
7. Esta numeración indica que son aceros resistentes al calor, pero
estos no se fabrican habitualmente.
8. Níquel-Cromo-Molibdeno, principal aleante el molibdeno
9. Silicio
Por otra parte, en las normas ASTM, para referirse a los distintos
aceros, se puede hablar de “Grado”, “Clase” o “Tipo”. Por ejemplo A106
Grado A, A48 Clase 20A, A276 Tipo 304.
Por otra parte, los códigos numéricos o alfanuméricos usados para
referirse a un acero, a veces tienen algo de significado. En los grados
designados por letras del alfabeto A, B, C,.. el contenido de carbono y
su resistencia mecánica aumentan en el mismo orden. En las clases, del
código numérico indica su tensión de ruptura en PSI. La designación de
un mismo acero también cambia según se trate de un producto
laminado, forjado (se usa nomenclatura AISI, Ejemplo TP304 para tubos
y cañerías, F304 para piezas forjadas, WP304 y CR304 para fittings) o
un producto fundido (se usa nomenclatura ACl, Por Ejemplo CF8 para
el cuerpo fundido de una válvula, no se dice “304 fundido”).
De igual manera, esta gran diversidad y falla de sistematización se trata
de resolver, mediante un sistema de numeración unificado UNS
(Unifred Numbering System) acordado entre ASTM y SAE, que poco a
poco se ha ido divulgando. Actualmente se considera acero a una
aleación cuyo contenido porcentual de hierro, en peso, es superior al de
cualquier otro componente de la aleación y con un contenido de
carbono que no supere el 1,76%, sin embargo, si se supera esta
cantidad de carbono entraríamos en la zona de las fundiciones.
Cabe mencionar, que en el diagrama de hierro carbono si hablamos de
un material que tenga un porcentaje de carbono menor al 1,76%
estaremos hablando de la zona de los aceros, si se supera dicho valor
hablaremos de la zona de las fundiciones.
En los aceros aleados los dos primeros dígitos indican los principales
elementos de aleación y sus rangos. A veces se intercalan letras
después de los dos primeros dígitos para indicar otra característica (B
indica Boro, L indica Plomo). También pueden usarse prefijos( M indica
calidad corriente, E indica horno eléctrico, H indica endurecible). En la
siguiente tabla se muestra muchos de los ejemplos de la nomenclatura
del acero.
Aceros al Carbono Descripción
1OXX no-resulfurado, 1.00 Mn máx
IlXX resulfurado
12XX resulfurado y refosforizado
15XX no-resulfurado, sobre 1.00 Mn máx
Aceros aleados
13XX 1.75 Mn
40XX 0.20 o 0.25 Mo, o 0.25 Mo + 0.042 S
41XX 0.50, 0.80 o 0.95 Cr + 0.12, 0.20 o 0.30 Mo
43XX 1.83 Ni, 0.50-0.80 Cr, 0.25 Mo
46XX 0.85 o 1.83 Ni + 0.20 o 0.25 Mo
47XX 1.05 Ni, 0.45 Cr, 0.20 o 0.35 Mo
48XX 3.50 Ni + 0.25 Mo
51XX 0.80, 0.88, 0.93, 0.95 o 1.00 Cr
51XXX 1.03 Cr
52XXX 1.45 Cr
61XX 0.60 o 0.95 Cr + 0.13 o 0.15 V min
86XX 0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.20 Mo
87XX 0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.25 Mo
88XX 0.55 Ni, 0.50 Cr, 0.35 Mo
92XX 2.00 Si o 1.40 Si + 0.70 Cr
50BXX 0.28 o 0.50 Cr, 0.0005 – 0.003 B
51BXX 0.80 Cr, 0.0005-0.003 B
81BXX 0.30 Ni, 0.45 Cr, 0.12 Mo, 0.0005 – 0.003 B
94BXX 0.45 Ni, 0.40 Cr, 0.12 Mo, 0.0005 – 0.003 B
Tabla 1. Ejemplos de Nomenclatura con aceros aleados y no aleados.La
siguiente información esta dada en la siguiente pagina web
Existen dos formas de identificar los aceros: la primera es a través de
su composición química, por ejemplo utilizando la norma AISI:
Nº
AISI:
Descripción Ejemplo
10XX Son aceros sin aleación con 0,XX %
de C
(1010; 1020; 1045)
41XX Son aceros aleados con Mn, Si, Mo
y Cr
(4140)
51XX Son aceros aleados con Mn, Si y C (5160)
La Tabla 2 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores de
resistencia, ductilidad y dureza, conceptos que se explicarán más
adelante. Sirve para relacionar la composición química y las
propiedades mecánicas de los aceros. En las Tablas 3 y 4 se entrega
información detallada de la composición química de diversas aleaciones
listadas en base su número AISI-SAE.
Nº
S
A
E
o
AI
SI
Resistencia
a la tracción
Rm
Límite de
fluencia
Re
Alargam
iento
en 50
mm
Dur
eza
Brin
ell
K
gf
/
m
m2
M
pa
Kgf/
mm2
M
pa%
10 40 39 30,2 29 39 109
10 ,0 2,3 2,2
10
15
42
,9
42
0,7 32,0
31
3,8 39 126
10
20
45
,8
44
9,1 33,8
33
1,5 36 143
10
25
50
,1
49
1,3 34,5
33
8,3 34 161
10
30
56
,3
55
2,1 35,2
34
5,2 32 179
10
35
59
,8
58
6,4 38,7
37
7,5 29 190
10
40
63
,4
62
1,7 42,2
41
3,8 25 201
10
45
68
,7
67
3,7 42,2
41
3,8 23 215
10
50
73
,9
72
4,7 42,2
41
3,8 20 229
10
55
78
,5
76
9,8 45,8
44
9,1 19 235
10
60
83
,1
81
4,9 49,3
48
3,5 17 241
10
65
87
,0
85
3,2
51,9 50 16 254
9,0
10
70
90
,9
89
1,4 54,6
53
5,4 15 267
10
75
94
,7
92
8,7 57,3
56
0,9 13 280
10
80
98
,6
96
6,9 59,8
58
6,4 12 293
Tabla 2. Propiedades Mecánicas. Barras de acero en caliente.
Design
ación
AISI
C Mn
P
(m
ax)
S
(m
ax)
NO RESULFURIZADOS
MÁXIMO DE MANGANESO: 1,00 %
1005
0,
0
6
m
ax
0,
3
5
m
ax
0,0
40
0,0
50
1006
0,
0
8
m
ax
0,
2
5
0,
4
0
0,0
40
0,0
50
1008
0,
1
0
m
ax
0,
3
0
0,
5
0
0,0
40
0,0
50
1010
0,
0
8
0,
1
3
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1012
0,
1
0
0,
1
5
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1015
0,
1
3
0,
1
8
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1016
0,
1
3
0,
1
8
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1017
0,
1
5
0,
2
0
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1018
0,
1
5
0,
2
0
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1019
0,
1
5
0,
2
0
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
50
1020
0,
1
8
0,
2
3
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1021
0,
1
8
0,
2
3
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1022 0, 0, 0, 1, 0,0 0,0
1
8
2
3
7
0
0
0 40 50
1023
0,
2
0
0,
2
5
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1025
0,
2
2
0,
2
8
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1026
0,
2
2
0,
2
8
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1029
0,
2
5
0,
3
1
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1030
0,
2
8
0,
3
4
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1035
0,
3
2
0,
3
8
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1037
0,
3
2
0,
3
8
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
50
1038
0,
3
5
0,
4
2
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1039 0,
3
0,
4
0,
7
1,
0
0,0 0,0
7 4 0 0 40 50
1040
0,
3
7
0,
4
4
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1042
0,
4
0
0,
4
7
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1043
0,
4
0
0,
4
7
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
50
1044
0,
4
3
0,
5
0
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1045
0,
4
3
0,
5
0
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1046
0,
4
3
0,
5
0
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
50
1049
0,
4
6
0,
5
3
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1050
0,
4
8
0,
5
5
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1053
0,
4
8
0,
5
5
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
50
1055
0,
5
0
0,
6
0
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1059
0,
5
5
0,
6
5
0,
5
0
0,
8
0
0,0
40
0,0
50
1060
0,
5
5
0,
6
5
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1064
0,
6
0
0,
7
0
0,
5
0
0,
8
0
0,0
40
0,0
50
1065
0,
6
0
0,
7
0
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1069
0,
6
5
0,
7
5
0,
4
0
0,
7
0
0,0
40
0,0
50
1070
0,
6
5
0,
7
5
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1078
0,
7
2
0,
8
5
0,
3
0
0,
6
0
0,0
40
0,0
50
1080 0, 0, 0, 0, 0,0 0,0
7
5
8
8
6
0
9
0 40 50
1084
0,
8
0
0,
9
3
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1086
0,
8
0
0,
9
3
0,
3
0
0,
5
0
0,0
40
0,0
50
1090
0,
8
5
0,
9
8
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
50
1095
0,
9
0
1,
0
3
0,
3
0
0,
5
0
0,0
40
0,0
50
ACEROS AL CARBONO CON ALTO
CONTENIDO DE MANGANESO
1013
0,
1
0
0,
1
6
1,
1
0
1,
4
0
0,0
40
0,0
50
1022
0,
1
8
0,
2
4
1,
1
0
1,
4
0
0,0
40
0,0
50
1024
0,
1
9
0,
2
5
1,
3
5
1,
6
5
0,0
40
0,0
50
1026
0,
2
2
0,
2
9
1,
1
0
1,
4
0
0,0
40
0,0
50
1027
0,
2
2
0,
2
9
1,
2
0
1,
5
0
0,0
40
0,0
50
1041
0,
3
6
0,
4
4
1,
3
5
1,
6
5
0,0
40
0,0
50
1048
0,
4
4
0,
5
2
1,
1
0
1,
5
2
0,0
40
0,0
50
1051
0,
4
5
0,
5
6
0,
8
5
1,
5
6
0,0
40
0,0
50
1052
0,
4
7
0,
5
5
1,
2
0
1,
5
5
0,0
40
0,0
50
1061
0,
5
5
0,
6
5
0,
7
5
1,
6
5
0,0
40
0,0
50
1066
0,
6
0
0,
7
1
0,
8
5
1,
7
1
0,0
40
0,0
50
ACEROS RESULFURIZADOS (de fácil labrado)
1108 0,
0
8
0,
1
3
0,
5
0
0,
8
0
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1109
0,
0
8
0,
1
3
0,
6
0
0,
9
0
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1117
0,
1
4
0,
2
0
1,
0
0
1,
3
0
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1118
0,
1
4
0,
2
0
1,
3
0
1,
6
0
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1119
0,
1
4
0,
2
0
1,
0
0
1,
3
0
0,0
40
0,2
4-
0,3
3
1132
0,
2
7
0,
1
4
1,
3
5
1,
6
5
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1137
0,
3
2
0,
3
9
1,
3
5
1,
6
5
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1139
0,
3
5
0,
4
3
1,
3
5
1,
6
5
0,0
40
0,1
3-
0,2
0
1140 0,
3
0,
4
0,
7
1,
0
0,0
40
0,0
8-
7 4 0 0
0,1
3
1141
0,
3
7
0,
4
5
1,
3
5
1,
6
5
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1144
0,
4
0
0,
4
8
1,
3
5
1,
6
5
0,0
40
0,2
4-
0,3
3
1145
0,
4
2
0,
4
9
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
4-
0,0
7
1146
0,
4
2
0,
4
9
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
1151
0,
8
0
0,
5
5
0,
7
0
1,
0
0
0,0
40
0,0
8-
0,1
3
ACEROS REFOSFORADOS Y RESULFURIZADOS
1110
0,
0
8
0,
1
3
0,
3
0
0,
6
0
0,0
4
má
x
0,0
8-
0,1
3
1211
0,
1
3
m
áx
0,
6
0
0,
9
0
0,0
7-
0,0
12
0,1
0-
0,1
5
1212
0,
1
3
m
áx 0,
0
7
1,
0
0
0,0
7-
0,0
12
0,1
6-
0,2
3
1213
0,
1
3
m
áx 0,
7
0
1,
0
0
0,0
7-
0,0
12
0,2
4-
0,3
3
1216
0,
1
4
0,
2
0
1,
1
0
1,
4
0
0,0
4
má
x
0,1
6-
0,2
3
1215
0,
0
9
m
áx 0,
7
5
1,
0
5
0,0
4-
0,0
9
0,2
6-
0,3
5
12L14
0,
1
5
m
áx 0,
8
5
1,
1
5
0,0
4-
0,0
9
0,2
6-
0,3
5
Tabla 3 Composición química de los principales aceros al carbono.
D C Mn P S Si
e
s
i
g
n
a
c
i
ó
n
A
I
S
I
(
m
a
x
)
(
m
a
x
)
1
3
3
0
0
,
2
8 -
0
,
3
3
1
,
6
0 -
1
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
1
3
3
5
0
,
3
3 -
0
,
3
8
1
,
6
0 -
1
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
1
3
4
0
0
,
3
8 -
0
,
4
3
1
,
6
0 -
1
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
1
3
4
5
0
,
4
3 -
0
,
4
8
1
,
6
0 -
1
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
4
0
2
3
0
,
2
0 -
0
,
2
5
0
,
7
0 -
0
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
4
0
2
4
0
,
2
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E
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5
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,
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5
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,
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5
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,
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0
,
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,
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,
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5 -
5
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,
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,
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4
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1
5 -
5
1
5
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,
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,
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5 -
5
1
5
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1
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,
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- 0
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1
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,
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,
1
5 -
E
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1
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0
0
,
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1
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0
,
2
5 -
0
,
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,
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5
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,
0
2
5
0
,
1
5 -
E
5
2
1
0
0
0
,
9
8 -
1
,
1
0
0
,
2
5 -
0
,
4
5
0
,
0
2
5
0
,
0
2
5
0
,
1
5 -
6
1
1
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,
1
6 -
0
,
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1
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5
0 -
0
,
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0
,
0
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5
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,
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0
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,
1
5 -
6
1
5
0
0
,
4
8 -
0
,
5
3
0
,
7
0 -
0
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
8
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1
5
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,
1
3 -
0
,
1
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,
7
0 -
0
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
8
6
1
7
0
,
1
5 -
0
,
2
0
0
,
7
0 -
0
,
9
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
8
6
2
0
0
,
1
8 -
0
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2
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7
0 -
0
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9
0
0
,
0
3
5
0
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0
4
0
0
,
1
5 -
8
6
2
2
0
,
2
0 -
0
,
2
5
0
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7
0 -
0
,
9
0
0
,
0
3
5
0
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0
4
0
0
,
1
5 -
8
6
2
5
0
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2
3 -
0
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2
8
0
,
7
0 -
0
,
9
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0
,
0
3
5
0
,
0
4
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0
,
1
5 -
8
6
2
7
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,
2
5 -
0
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3
0
0
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7
0 -
0
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9
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0
,
0
3
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0
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0
4
0
0
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1
5 -
8
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3
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0
,
2
8 -
0
,
3
3
0
,
7
0 -
0
,
9
0
0
,
0
3
5
0
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0
4
0
0
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1
5 -
8
6
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7
0
,
3
5
- 0
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4
0
0
,
7
5
- 1
,
0
0
0
,
0
3
0
,
0
4
0
,
1
5
-
5 0
8
6
4
0
0
,
3
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0
,
4
3
0
,
7
5 -
1
,
0
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
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1
5 -
8
6
4
2
0
,
4
0 -
0
,
4
5
0
,
7
5 -
1
,
0
0
0
,
0
3
5
0
,
0
4
0
0
,
1
5 -
Tabla 4: Designación AISI con ocho componentes.
Grados
del
Acero
Resistencia
a la tracción
Rm
Límite de
fluencia
Re
Alargamien
to
en 50 mm
Kgf/
mm2
Mp
a
Kgf/
mm2
Mp
a%
A37-24ES 37 363 24 235 22
A42-27ES 42 412 27 265 20
A52-34ES 52 510 34 324 18
A44-28H 44,9 440 28,6 280 16
A63-42H 64,2 630 42,8 420 (*)
Tabla 5: Valores de resistencia y ductilidad de los aceros para uso
estructural y de barras para hormigón armado.
DIAGRAMA ESTABLE HIERRO CARBONO-DIFERENCIAS CON EL
DIAGRAMA METAESTABLE
La posibilidad de que el carbono esté libre o combinado permite la
existencia de dos diagramas distintos:
Diagrama estable (Fe-grafito)
Diagrama meta-estable (Fe-carburo de hierro).
Hasta alrededor del 2% de carbono las aleaciones siguen el diagrama
meta-estable y se utiliza industrialmente para la producción de aceros.
Por encima del 2% de carbono, las aleaciones pueden seguir el
diagrama estable o meta-estable y se utilizan industrialmente para la
producción de fundiciones.
Figura Diagrama Meta-estable Fe-C-Diagrama Estable Fe-C
Diferencias entre el Diagrama Estable y el Diagrama Meta-
estable
Cambio de cementita a grafito.
Leve desplazamiento de A1 del diagrama estable con respecto al
meta-estable con un consecuente aumento de la temperatura
necesaria para la transición de fase desde Perlita a Austenita a
través del eutectoide debido a la concentración de grafito.
Desplazamiento de los puntos críticos eutéctico y eutectoide.
Figura 11. Bloque motor de auto- Fundición gris.
