PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS METALES

Según sea la dirección de la fuerza externa, la reacción o esfuerzo será en la misma línea de dirección pero de sentido contrario; además si la dirección es perpendicular a la sección transversal de la pieza tendremos un esfuerzo normal; si tiene la misma dirección que la sección transversal, será un esfuerzo tangencial.Según el efecto que se produce en las secciones transversales, tenemos los siguientes esfuerzos simples:

Esfuerzos normales:1. Tracción y compresión: ocurre cuando las fuerzas exteriores, de igual

magnitud, dirección y sentido contrario, tienden a estirar (tracción) o aplastar (compresión) el material según el eje en el que actúan.

2. Flexión: se produce cuando actúan pares de fuerzas perpendiculares al eje que tiende a producir el giro de las secciones transversales con respecto a las inmediatas contiguas.

A. Esfuerzos tangenciales :

1. Torsión: se origina por efecto de pares que actúan sobre los ejes de las secciones transversales, produciendo el giro de las mismas en sus planos.

2. Corte: ocurre cuando las fuerzas actúan normales al eje del cuerpo, desplazando entre sí las secciones inmediatas contiguas.

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Esfuerzo: es la resistencia interna que experimenta una pieza al encontrarse bajo la acción de una fuerza externa.

Fl ex ión

To r s ió n

Co r t eCompr es ió nTr acc ión

Esfuerzos simples

Tensión : Es la resistencia interna de una pieza a una carga o fuerza externa, referida a una sección unitaria.Esta reacción de la pieza puede originarse por efecto directo de la carga externa, o por efecto indirecto de la misma (cuando además de la carga intervienen otros factores como ser la luz entre apoyos, brazo de palanca, etc.).Las tensiones debido a la acción directa de la carga pueden ser normales (σ) o tangenciales (τ):

Tensión normal: Esfuerzo normal = σ = PN = [ kgf , kgf o Pa] Sección S cm2 mm2

Tensión tangencial= Esfuerzo tangencial= σ = PN = [ kgf , kgf o Pa] Sección S cm2 mm2

En cuanto a las tensiones indirectas, mencionaremos las siguientes:

Tensión de flexión: Mf aplicado o interno = σ = MF = [ kgf , kgf o Pa] Módulo resistente Wx cm2 mm2

Tensión de torsión: Mf aplicado o interno = τ = Mt = [ kgf , kgf o Pa] Módulo resistente Wp cm2 mm2

Las características que definen a un material se basan en las propiedades elásticas o de resistencia. Entre las tensiones de mayor importancia para todos los materiales en general, está como muy importante la tensión máxima, de rotura o resistencia, que es el valor que resulta de vincular a la carga o momento soportado por el material con su sección inicial transversal o módulo resistente.

DeformacionesComo resultado inmediato de la aplicación de una carga p generación de un esfuerzo en un material, surge una deformación que puede resultar elástica o plástica; será elástica cuando el cuerpo recupera sus dimensiones originales al cesar la carga que la provoca y plástica o permanente cuando ocurre lo contrario.La capacidad de un material de deformarse elásticamente se denomina elasticidad y la finalización del período elástico permite determinar la carga al límite elástico.Al igual que en el caso de los esfuerzos, no se miden por su magnitud nominal, sino que se establece un valor específico para cada tipo de material, independientemente de las dimensiones del mismo; a éste valor se lo denomina deformación (lineal o angular, según el caso) unitaria o específica.

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Constantes elásticas:

Por la acción de fuerzas exteriores, los cuerpos sufren deformaciones, que serán de mayor o menor grado según la magnitud de aquellas y la naturaleza de las mismas. En muchos casos, y siempre que el esfuerzo no exceda de un determinado límite, podemos decir que las deformaciones unitarias, lineales o angulares, que experimenta el material son proporcionales a las tensiones que soporta, o sea que, si éstas se duplican o triplican, las deformaciones aumentan en iguales proporciones.La linealidad entre tensiones y deformaciones, que en el caso de los metales es prácticamente coincidente con la elasticidad del material, queda expresada por la ecuación de una recta considerando como ordenadas a aquellas variables de ensayo, conocida como “ley de Hooke”, la que sólo se cumple, en la mayoría de los materiales, para bajos valores de cargas con excepción de los aceros y metales endurecidos que requieren importantes esfuerzos para alcanzar la muy pequeña deformación al límite elástico.La determinación del límite proporcional requiere el empleo de instrumentos de gran sensibilidad y exactitud, pudiendo demostrarse que los diagramas obtenidos en máquinas convencionales, aquel límite resulta mayor que el real del material.Las relaciones entre tensiones y deformaciones en el período proporcional del material, resultan coeficientes constantes que indicarán la resistencia que opone el metal a su deformación elástica. A estas relaciones se las denomina Módulo de Elasticidad: Longitudinal para esfuerzos normales de tracción, compresión y flexión; y Transversal para torsión.Tensión de trabajo o admisible

El empleo de los materiales en ingeniería exige que no se produzcan en ellos deformaciones plásticas o permanentes bajo la acción de las tensiones que le pueden ser aplicadas. Así no sólo deben trabajar lejos de las cargas de rotura sino

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Diagrama de tensión-deformación de un acero dulce en el que determinan las propiedades del material

inclusive bajo tensiones por debajo de las consideradas como proporcionales o elásticas, para evitar sobrepasar estos límites por la acción de sobrecargas imprevistas, efectos del tiempo, variación de temperatura, falta de uniformidad del material o inseguridad de las hipótesis empleadas para el cálculo. Cualquier proyecto, entonces, debe partir de una tensión de trabajo o admisible, que se fija según los casos, en función de la resistencia del material, de su límite proporcional y de un coeficiente llamado de seguridad.Bajo cargas estáticas, y para materiales frágiles tales como fundiciones, aceros de alta resistencia, hormigones, etc., la tensión admisible se toma sobre la base de su resistencia:

Para los materiales dúctiles y muy especialmente en los aceros dulces, teniendo en cuenta las deformaciones importantes que pueden experimentar, es más común calcular la tensión de trabajo en función del valor de la tensión al límite proporcional por tracción, adoptándose en estos casos, para el coeficiente de seguridad, valores distintos a los anteriores.

Materiales plásticos y frágiles

Según la naturaleza y magnitud de las deformaciones que experimentan los materiales bajo la acción de fuerzas exteriores, sin tener en cuenta el valor de la tensión que las produce, se dividen en dos grandes grupos: frágiles y dúctiles, maleables o tenaces.Hemos dicho que las deformaciones pueden ser elásticas o plásticas. Cuando el material se rompe en su periodo elástico o con muy poca deformación plástica, resulta frágil y su fractura se produce en forma brusca, tal como ocurre en la fundición, aceros resistentes, hormigones, etc.; en cambio, cuando presenta gran deformación plástica resulta dúctil, maleable o tenaz (aceros de bajo contenido de carbono, cobre electrolítico, etc).Llamamos dúctil cuando la deformación plástica se origina por esfuerzos de tracción (el material es alargado o estirado) y maleable cuando los esfuerzos son de compresión (aplastamiento), Util resulta recordar, en estos casos, que desde el punto de vista tecnológico la ductilidad es la propiedad de los materiales de permitir ser transformados en alambres o hilos (trefilado) y la maleabilidad, la de dejarse extender hasta adoptar formas de planchuelas o chapas (martillado y laminado).Si, en cambio, tenemos en cuenta el trabajo absorbido por el material en su proceso de deformación hasta la rotura, el mismo será tanto mayor cuanto mayor sea su resistencia y capacidad de deformación plástica, obteniéndose lo que se denomina tenacidad o propiedad de absorber energía, que impide en muchos casos la fractura de los elementos expuestos a cargas de choque o impacto.

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σadm

= Tensión al límite de proporcionalidad

Coeficiente de seguridad

σadm

= Resistencia

Coeficiente de seguridad(N)

Cuando la carga aplicada no excede del período elástico del material, la energía es devuelta por el mismo al cesar aquella; esta característica de comportarse como un resorte se denomina resiliencia, del inglés resilience, que significa rebote o elasticidad.Los materiales dúctiles resultan también maleables y tenaces, aunque no siempre el más dúctil o maleable es el más tenaz, tal como ocurre con el níquel, que es más tenaz que el hierro y el aluminio, pero menos dúctil y maleable que estos.La propiedad de resultar plástico o frágil no es una característica invariable de cada material, debido a que son varios los factores que inciden en estas propiedades mecánicas.Los efectos fragilizantes más comunes resultan las elevadas velocidades en la aplicación de las cargas, las bajas temperaturas, las concentraciones de tensiones producidas en las entallas (efecto de forma), etc.En caso de algunos metales, su constitución cristalográfica puede modificar su aptitud a ser o no deformado cuando se lo somete a un proceso de laminación o forja; así pueden resultar marcadamente plásticos en una determinada dirección y prácticamente frágiles en la transversal. Este hecho debe atribuirse a que en determinados metales el ordenamiento cristalográfico es tal que la masa policristalina mantiene el carácter anisótropo del monocristal.

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DIAGRAMA DE ESTADO HIERRO - CARBONO

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ACERO: es una aleación de hierro y carbono, en la cual según el porcentaje de carbono, obtendremos características mecánicas diferentes.

Diagrama de hierro carbono

Horno de fudición con capacidad de 2.300 kg para acero y hierro fundido.

El acero es una combinación del mineral hierro en el cual disolvemos a altas temperaturas una cantidad determinada de carbono, cuya concentración en peso puede variar desde 0% (hierro puro) hasta un valor de 6,67%, luego del cual el carbono permanece separado de la aleación hierro-carbono, al no poder esta absorber mayor cantidad.

Las variaciones de la presencia del carbono en la aleación pueden volcarse en un diagrama llamado diagrama hierro-carbono, en el cual en el eje horizontal podemos encontrar el porcentual en peso de carbono presente en la aleación y en el eje vertical observaremos las temperaturas a las cuales se pueden producir las denominadas fases de la aleación, que se caracterizan por tener una estructura cristalina (ordenamiento de su red atómica según un arreglo típico y que se obtiene únicamente en zonas de temperaturas definidas y con porcentajes de carbono dados).

El hierro es un metal que a temperatura ambiente tiene una estructura del tipo cúbica centrada. Posee en sus órbitas externas electrones libres para el intercambio químico por lo que podemos encontrarlo como bi o trivalente. Esa capacidad de intercambiar electrones hace que el mismo se pueda combinar con otras sustancias, en éste caso el hierro con el carbono, a los fines de obtener compuestos químicos de características perfectamente definidos. El más conocido es la ferrita; se trata de un compuesto estable a temperatura ambiente formado por hierro y carbono, éste último presente en un 0,008%. Se trata de un material poco

resistente (σET= 30 kg/mm2), blando (HB=90), pero muy dúctil y puede contener impurezas como el fósforo que, cuando alcanza valores relativamente elevados (0,02%) la torna quebradiza, perdiendo así su ductilidad, pero al mismo tiempo mejora su resistencia a agentes corrosivos.A medida que aumenta el porcentaje de carbono (>1%), comienza a aparecer en la estructura del acero un nuevo ordenamiento, que se conoce perlita o mezcla eutéctica, lo que significa que se constituye en proporciones definidas, en el que el carbono participa con un 0,86%.

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Cucharón de colada con capacidad de 6 Tn para vaciado de acero fundido, can sistema de válvula.

Cementita y perlita hipoeutectoides

De lo anterior deducimos que en la zona del diagrama hierro-carbono por debajo de 0,86% de C, encontraremos estructuras ferroperlíticas, predominando una u otra según el menor o mayor porcentaje del mismo.Si, por el contrario, el valor del carbono aumenta ( mayor de 0,86%) comienza a aparecer una estructura conocida como cementita o carburo de hierro, cuyo contenido de carbono es de 6,67%, resultando ser uno de los componentes más duros (HRC=86) y frágil. Luego un acero que se encuentre en esta zona (de 0,86 a 1,7%) tendrá granos separados por la cementita, de modo tal que la distribución complete el porcentaje de carbono que caracteriza al acero que forman.Todas las estructuras mencionadas se

presentan a la temperatura ambiente.Cabe aclarar que, para temperaturas inferiores a los 721ºC, la estructura de los aceros está constituida por ferrita (hierro con muy poco carbono) y cementita (composición química de hierro-carbono -Fe3C- 6,67%C) o sea que el tercer componente nombrado, la perlita, se forma por el hecho de que la cementita no se puede disolver en la ferrita, dispersándose en ésta en forma laminar.El diagrama hierro- carbono refleja las transformaciones que experimenta el acero debido a las variaciones de temperatura que experimenta, las cuales son características de acuerdo al porcentaje de carbono que contenga.

PUNTOS CRITICOS

La nomenclatura para distinguirlos en la bibliografía es la letra A, debido a que en francés la palabra que denotan a estos puntos es arrèt, que significa detención; esto debido a que en los mismos se produce verdaderamente un retardo en el tiempo de la temperatura, necesario para modificar la estructura del material. Si se trata de un retardo de

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Puntos críticos: se definen como las temperaturas en las que el acero sufre cambios estructurales.

Microestructura de la austenita

temperatura por enfriamiento la designación es con la letra Ar; si lo es por calentamiento será Ac.El gráfico de hierro-carbono se basa en el comportamiento de las diferentes combinaciones que una aleación de hierro y carbono como elementos componentes exclusivos, muestran a diferentes temperaturas.Partiremos analizando aleaciones pobres en carbono e iremos notando el cambio de su estructura a medida que variamos la temperatura, imaginando que ha llegado a un valor de temperatura i luego vamos enfriando,Como primer punto crítico anotaremos al valor de 770ºC, que en los puntos de baja concentración de carbono, de modo que se encuentre únicamente hierro (llamado hierro α libre o ferrita), el cual pierde sus propiedades magnéticas tornándose en hierro β.Estos aceros, de baja concentración de carbono, se denominan aceros hipoeutectoides. La franja que abarca estos aceros va desde 0% de C hasta 0,86% de C, sin incluir éste último valor. Si en lugar de producir un enfriamiento lento y progresivo, se aumenta su velocidad, se observa un mayor desplazamiento de los puntos Ar3 y Ar1, siendo más notable el primero a medida que aumente la velocidad, con lo que se aproxima a Ar1 hasta coincidir con él.Si a los aceros hipoeutectoides lo enfriamos al agua a una temperatura inferior a 25ºC, los puntos Ar1 y Ar3 coinciden. A esa temperatura los cristales de acero son relativamente duros y con la transformación de austenita en ferrita y perlita, se produce un aumento de volumen, por lo que los cristales se comprimen tendiendo a quebrarse, dando a la estructura una acritud u dureza tanto mayor cuanto más perlita contenga el acero.Esta estructura por enfriamiento brusco (transformación por debajo de los 200ºC) da origen a la martensita, y aparece en forma de agujas entrelazadas.

Si el enfriamiento es en aceite, la velocidad del mismo es menor, por lo que las transformaciones se verifican entre los 200 y 400ºC, generándose una estructura de menor resistencia al cambio de volumen si se compara con la anterior y se denomina troostita.Por último en las transformaciones entre los 400ºC y 600ºC, junto a la troostita aparece una nueva estructura: la sorbita.

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Estructura perlítica

La austenita, constituyente que se forma a altas temperaturas, se lo puede obtener a temperaturas ambientes siempre que el enfriamiento rápido suprima su transformación, lográndose generalmente en los aceros de alto porcentaje de níquel o manganeso.De todo lo anterior concluimos que el conocimiento del diagrama hierro-carbono permite generar criterios acertados para la selección de los aceros en aplicaciones concretas.El mismo es concebido, como dijimos al comienzo de éste párrafo, como un esquema del comportamiento que una aleación ideal de hierro carbono tiene bajo diferentes temperaturas. Lo de ideal se refiere a que nunca podremos encontrar únicamente ambos elementos; siempre aparecerán otros constituyentes, los que se denominan “impurezas” si se encuentran como parte del proceso de producción, o como elemento agregado intencionalmente, y que en realidad producen características específicas a los aceros, de acuerdo a la cantidad en que se presenten y a con qué elementos se combinan.En lo referente a las impurezas, es importante hacer notar que las más perjudiciales están representadas por el fósforo, el azufre y las oclusiones y

disoluciones gaseosas. El primero se caracteriza por formar soluciones sólidas de bajo porcentaje de hierro que al segregar, da lugar a una heterogeneidad en el material con la consiguiente disminución de su resistencia.El azufre con el hierro forma sulfuros, que presentan una temperatura de fusión de 900ºC (aproximadamente la misma que la temperatura de forja), en cuyo caso tienden a recubrir los contornos de los granos de aceros, provocando una descohesión o grietas internas de marcado perjuicio para la calidad del material.Las impurezas gaseosas originan las sopladuras (oclusión) de mayor importancia para los casos de piezas moldeadas (sin forja) al formar puntos de debilidad, pero es mucho mayor el inconveniente al estar disueltos con el metal en fusión, debido a que dicha solución ocurre a elevadas temperaturas y al verse forzado a formas las soluciones sólidas sobreviene, a la temperatura ambiente, la aparición de tensiones internas que pueden llegar a provocar deformaciones locales en la pieza.Los elementos de aleación, o sea, aquellos que, convenientemente dosificados, son agregados al acero, pueden ser considerados desde dos puntos de vista: En

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Mircoestructura del acero con distintos enfriamientos aumentado 400 veces. a) >Troostita + sorbita; b) Sorbita

proporciones reducidas(menores al 5%), con el objeto de facilitar la formación de estructuras convenientes durante las transformaciones térmicas, base para la mejora de ciertas propiedades mecánicas, y para comunicarle propiedades específicas a los mismos, como es el caso del cromo y del níquel, que son utilizados para disminuir los efectos de la corrosión y de la oxidación o variar su coeficiente de dilatación. Con estos propósitos es que se adicionan los mismos en porcentajes altos, algunos de los cuales pueden llegar hasta el 40%.Haremos a continuación una síntesis de qué efecto producen los elementos agregados intencionalmente en el acero:

ALUMINIO: produce desoxidación en los moldeos, impide el crecimiento del tamaño de grano, obteniéndose en consecuencia una acero de grano fino. Además facilita la difusión del nitrógeno en la nitruración y del carbono en la cementación, provocando un aumento de la dureza superficial. Disminuye la templabilidad del acero.

BORO: en pequeñas proporciones (0,002%) aumenta la templabilidad. CROMO: aumenta la resistencia y templabilidad. Así como la resistencia del

acero a la corrosión y a la oxidación. COBALTO: aumenta la dureza, siendo notablemente mejor ante los esfuerzos

tangenciales, en especial a altas temperaturas. MANGANESO: evita la segregación del azufre, con el que se forma los

sulfuros, los que facilitan la conformación de la estructura. Aunque aumenta la dureza del acero y la consiguiente resistencia al desgaste, en exceso y en los procesos de cementación, al provocar un aumento de la velocidad de absorción del carbono, su efecto es contraproducente porque disminuye la dureza superficial.

MOLIBDENO: aumenta la templabilidad, dureza, resistencia y resiliencia, disminuyendo los efectos del creep y la fragilidad del revenido.

NIQUEL: principalmente a bajas temperaturas, aumenta la tenacidad y resiliencia, lo que también hace con la resistencia a la corrosión a temperaturas elevadas.

NITROGENO: formando nitruros aumenta la dureza superficial. SILICIO: actuando como activo desoxidante, aumenta la resistencia a éste

efecto. Los aceros al silicio tienen preferencial empleo en núcleo para transformadores y rotores, por disminuir la histéresis.

TITANIO: es uno de los componentes del acero inoxidable; evita la formación de carburos precipitados, estabilizando al carbono.

TUNGSTENO: genera carburos muy resistentes al desgaste, aumentando por consiguiente la dureza del acero, lo que justifica su elección para la fabricación de herramientas.

VANADIO: afina el grano del acero, sobre todo el de bajo tenor de carbono, provocando así un aumento de su resistencia mecánica y ductilidad, mejorando su comportamiento a los efectos de fatiga.

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CLASIFICACION SAE DE ACEROS

Veamos cómo se lee dicho código:

Primera cifra:1 Aceros al carbono2 Aceros al níquel3 Aceros al cromo-níquel4 Aceros al molibdeno5 Aceros al cromo6 Aceros al cromo-vanadio7 Aceros al tungsteno9 Aceros al silicio-manganeso

Para aceros al manganeso la característica es: 13xx

Segunda cifra:Establece el contenido del elemento preponderante en la aleación, ya sea mostrando su porcentaje o por que en la normativa se define mediante esta cifra la familia de acero correspondiente a un elemento de aleación dado (ejemplo: los aceros al Cr-Ni, en los que la segunda cifra informa sobre el porcentaje de Ni).

Tercera y Cuarta cifras:En los aceros simples (con un solo elemento preponderante), las dos últimas cifras señalan el porcentaje de carbono que contiene la aleación, cuando el porcentaje no supera el 1%.Ejemplo: SAE 1040 indica que se trata de un acero al carbono(primera cifra: 1), sin ningún elemento de aleación (segunda cifra: 0), y con un contenido aproximado de 0,40% de carbono (tercera y cuarta cifras: 40). Esto no significa que no haya otros elementos en la aleación, sino que los mismo no alcanzan los valores mínimos respectivos para producir alteraciones características en el acero.Si existiera un quinto dígito en la designación del acero, los restantes dígitos se reacomodan para expresar lo siguiente: el primero, expresa el elemento de aleación preponderante; segundo y tercer dígitos expresan el porcentual del elemento preponderante; el cuarto y quinto indican el tenor de carbono que contiene el aceroEn la clasificación SAE se han determinado a los metales de mayor uso en automotores; es por ello que los aceros al carbono sólo tienen designación

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Debido a la gran cantidad de aceros que pueden obtenerse por los distintos porcentajes de carbono, y sus aleaciones con elementos como el cromo, níquel, vanadio, etc., es que la SAE (Society of Automotive Engineers) emplea un número compuesto por cuatro o cinco cifras, en el que cada dígito caracteriza un tipo determinado de acero.

convencional para aquellos que tienen hasta 1% y los cuaternarios (Cr-Ni, Cr-Mo, etc.) y complejos (Cr-Ni-Mo) no responden en su identificación a lo visto; todo esto queda volcado en la siguiente tabla:

Clasificación SAE

Al Carbono……………… Comunes o no aleados ……………. 10xxCorte rápido ………………………… 11xx

Manganeso ……………… 1,75% Mn …………………………… 13xx

Níquel …………………….. Ni 3,5% ……………………………… 23xxNi 5% ………………………………… 25xx

Cromo-Níquel ……………… Ni 1,25%; Cr 0,65% ó 0,80% ……… 31xxNi 3,5%; Cr 1,55% ………………….. 33xxResistente al calor y a la corrosión .. 33xx

Molibdeno ………………….. 0,25% Mo …………………………… 40xx

Cromo-Molibdeno ………Cr 0,5% y 0,95%; Mo 0,25% y 0;20% …. 41xx

Níquel –Molibdeno ……………Ni 1,55% y 1,8%; Mo 0,2% y 0,25%… 46xx Ni 3,5% ; Mo 0,25% …………………… 48xx

Níquel-Cromo-Molibdeno … Ni 1,8%; Cr 0,5% y 0,8%; Mo 0,25% ….. 43xx ……. Ni 0,55%; Cr 0,5%; Mo 0,2% ….. 86xx ……. Ni 0,55%; Cr 0,5%; Mo 0,25% ….. 87xx ……. Ni 3,25%; Cr 0,5%; Mo 0,12% ….. 93xx ……. Ni 0,45%; Cr 0,4%; Mo 0,12% ….. 94xx ……. Ni 0,55%; Cr 0,17%; Mo 0,2% ….. 97xx ……. Ni 1%; Cr 0,17%; Mo 0,25% ….. 98xx

Cromo ……. Bajo Cr: 0,27 y 0,65% Cr ….. 50xx ……. Bajo Cr: 0,8; 0,95 o 1,05% Cr ….. 51xx ……. Bajo Cr: 0,5 % Cr ….. 501xx ……. Mediano Cr: 1% Cr ….. 511xx ……. Alto Cr: 1,45% Cr ….. 521xx ….. 514xx Resistentes al calor y a la corrosión ….. 515xx

Cromo-Vanadio ……. Cr 0,95%; V 0,15% ….. 61xx Silicio-Manganeso …. Si 1,4 y 2%; Mn 0,65 y 0,85% ….92xx Resistentes a la corrosión ….. 60xxx Resistentes al calor ….. 70xxx

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..0x0Aceros fundido ….Al carbono con bajo % de aleación …00xx Alta Resistencia Mecánica ….. 01xx

DESCRIPCION Y UTILIZACION DE LOS ACEROS SAE

ACEROS AL CARBONODesignación

SAEPROPIEDADES Y APLICACIONES

ACEROS AL CARBONO100810101015

Aceros de bajo límite de rotura. EL tratamiento térmico por inmersión no aumenta su dureza o resistencia, ni permite un trabajo más fácil con él; pero el trefilado o laminado en frío aumenta su resistencia y dureza en un 20%. Si se lo calienta más allá de los 500ºC se pierde esta propiedad.Su estructura es del tipo ferrítica y no son buenos para el maquinado por lo que no se deben utilizar en tuercas, tornillos y en piezas que lleven alisado o pulido al torno. El estriado en frío, sin embargo, le mejora las propiedades de maquinado.

1020Aceros comunes de cementación. Utilizados en pasadores, árboles de levas, eslabones de dragas, horquillas de embragues, paletas de ventilador, tuberías soldadas y piezas forjadas en las que no se requiere una elevada resistencia.Puede soldarse a fuerte, a tope y estirado. No se recomienda para trabajos con acabados exigentes. No responde al tratamiento térmico, a menos que sea descarburizado o cianurizado previamente.

10221024

Variante del 1020 con mayor tenor de manganeso, de buena maquinabilidad y carburizables. Se aplican en llantas y cubos, espárragos, etc.

1025 De fácil maquinado en tornos, brocas y tarrajas, de utilizan en piezas forjadas que se maquinan sin previo normalizado o recocido. No es un acero cementable pero se puede aplicar cementado en caja, cuando se desea ganar dureza en el núcleo.

1030 Es un acero con mejores propiedades que los anteriores para ser tratado térmicamente, por lo cual se utiliza en piezas forjadas. Se obtiene un buen comportamiento sin recocido, con un simple normalizado. Sus aplicaciones van desde tubos sin costuras, pasando por chavetas, palancas hasta soporte de rieles, entre otras. Tiene buen comportamiento para el cementado en caja, donde se quiere dureza en el núcleo, o en grandes secciones.

1035 Aplicable en piezas forjadas de pequeñas y medianas proporciones, con propiedades físicas moderadas. Se utiliza en

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bulones o tornillos de menos de 10 mm de diámetro, por lo que no se templan, por el peligro de fracturas o grietas.

1036 Tiene más manganeso que el 1035, por lo que se aplica en piezas de mayor sección.

1040 Es un acero de tenor medio de carbono, utilizado en piezas forjadas pequeñas y medianas, ya que se puede templar a fondo. Aplicaciones: tuberías, cigüeñales,, bielas, árboles macizos y tubulares, bridas de elástico, palancas de freno, bulones, pernos, etc. El temple en agua de piezas de pequeño diámetro o secciones delgadas debe ser hecho con cuidado.

1045 De características similares al anterior, pero su aplicación se focaliza en piezas forjadas grandes como ser cigüeñales, coronas de arranque, árboles y ejes ranurados.

1050 Acero de similares características que los dos anteriores utilizado en secciones mayores aún que aquellas en las que se usa el SAE 1045.

1052 Con mayor contenido de manganeso, es un acero utilizado en piezas forjadas de grandes dimensiones.

1055 Utilizado en alambres trefilados duros, templado en aceite o no, y muy utilizado en resortes cilíndricos.

1060 Aplicado en segmentos elásticos, arandelas tipo “growe” y resortes templados. En éstos últimos se recomienda una dureza Rockwell de 45 o 50 (HB=430-490)

1066 Usado en resortes cilíndricos, templados en aceite o no, de mayor sección que el caso anterior.

1070 Aplicado en disco de embragues, laminado en frío o cepillado. También se aplica en cuchillas para segadoras, cosechadoras o discos de arados.

1080 Para piezas de agricultura: discos de arado, eslabones gemelos, discos de unión, muelles, materiales, palas, etc.

1085 Se utiliza en barras de cucharas excavadoras, pasadores, clavijas de seguridad, discos de embragues, hojas de elásticos, alambre “cuerda de piano", cuchillas.

1095 Se aplica en bolillas de acero, pasadores, chavetas longitudinales, barras de excavadoras, resortes y elásticos; en agricultura para discos de rastras, resortes de silletas, dientes de horquillas y de rastrilladoras.

1111 Denominado acero Bessemer, es el que se utiliza en general para la tornillería. Sus aplicaciones comprenden espárragos, tornillos, bulones, etc.. No se debe utilizar en órganos críticos. Se puede carburizar y cianurizar, pero cuando se requiere un tratamiento térmico el recomendado es el acero al crisol.

1112 Acero de menor contenido de azufre que el SAE 1111 y trabaja un poco mejor que aquel.

1113 Variante del SAE 1112, tiene un mayor tenor de azufre con la finalidad de facilitar el tratamiento térmico y el maquinado. No utilizar en órganos vitales.

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1115 Se lo conoce como acero para tornillería. No se lo puede maqu9inar tan fácilmente como el SAE 1112 o SAE 1113, pero tiene una mejor combinación de resistencia y tenacidad. Se lo aplica en piezas cementadas en caja y cuando se requiere operaciones de doblado, estirado, remachado o reformado.

1117 Para piezas cementadas, cuando se desea características de maquinabilidad. Este acero tiene una gran tenacidad si es templado bruscamente, en piezas de secciones pequeñas.

1132 Es un acero al manganeso especial para trabajar en máquinas automáticas, sin embargo puede ser substituido por el SAE 1035 o 1040 cuando se desea mayor maquinabilidad, endurecimiento más profundo y mejores propiedades físicas.

11371141

Aceros al manganeso ideales para trabajo en máquinas automáticas, los que pueden ser substituidos por los SAE 1045 y 1050, cuando se requieren mayor maquinabilidad, endurecimientos más profundos y mejores propiedades físicas.

1145 Variante del 1045, can mayor contenido de azufre y mejor maquinabilidad. Se aplica en adaptadores, juntas universales, horquillas, cigüeñales entre otros.

1320 Acero al manganeso aplicado en engranajes, árboles ranurados, etc. Se adapta particularmente para el temple directo al sacarlo de los hornos de cementación a gas.

1330 Acero al manganeso con características similares a otros aceros semilleros de igual contenido de carbono.

13351340

Aceros al manganeso templables en aceite, que pueden reemplazar en algunos casos a otros aceros semiduros de similar contenido de carbono. Deben templarse al agua con mucho cuidado.

ACEROS AL NIQUELDesignación

SAEPROPIEDADES Y APLICACIONES

2015 Acero al níquel aplicable como sustituto de aceros simples al carbono cementables. Se templa en aceite y puede reemplazar al acero al carbono en las piezas cementadas, si se teme distorsiones o no se desea el temple al agua.

2115 Es un acero de 1,5% de Ni, de menor costo que el SAE 2315. Se templa fácilmente en aceite, pero no tiene resistencia y tenacidad similares a los aceros con 3,5% de Ni.

2317 Es especial para la cementación. Con una simple inmersión después de la cementación, se logra mayor dureza y refinamiento del núcleo. Debe recordarse no obstante que los aceros con doble tratamiento térmico están sometidos a mayores distorsiones que los de temple simple. Tienen puntos críticos más bajos y al templarse en aceite después de cementado adquiere dureza a la lima. En caso de usarlo para engranajes de gran precisión, habrá de normalizarlo a una

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temperatura mayor que la de cementación, en 20ºC al menos.2320 Similar al SAE 2315. Tiene mayor concentración de carbono,

mayor dureza de núcleo y no debe utilizarse en secciones delgadas. Tiene mejor maquinabilidad que el SAE 2315.

2330 Para piezas agrícolas, de automóviles y de aviación que requieran dureza y tenacidad importantes. Aplicado en chavetas longitudinales, topes templados, tornillos espárragos, tuercas, palancas, etc.

2345 Tratable térmicamente, pero no se recomienda templarlo al agua. Usos típicos: árboles de hélices, árboles ranurados, ejes secundarios, entre otras. Recomendable para engranajes.

2350 Para engranajes que necesitan temple y piezas tratadas de gran sección.

25122515

Para piezas cementadas y de gran sección que tengan tratamiento térmico. No tienen la dureza externa de otros aceros, pero sí tenacidad de núcleo, la que se logra cuando el tenor de carbono es como máximo de 0,17%(SAE 2512).

ACEROS AL CROMO NIQUELDesignación

SAEPROPIEDADES Y APLICACIONES

31153120

Se aplican en piezas cementadas. La cementación debe ser precedida de una normalización a 20ºC arriba de la temperatura de cementación. Los encontramos en: coronas dentadas, piñones, árboles ranurados, ejes secundarios, engranaje de transmisión, pernos de pistones, etc.

31253130

Usados en piezas templadas en agua que requieren mayor resistencia y tenacidad que la lograda con los aceros al carbono. Se lo halla en: espárragos de block de cilindro, pernos de dirección, chavetas longitudinales, tuerca y tornillo de biela y piezas de estructura con buenas condiciones físicas.

31353140

Para grandes construcciones que requieran buenas condiciones físicas. Aplicaciones: cigüeñales, ejes, árboles ranurados, eslabones para cadenas de comandos, espárragos, tornillos, etc.

3141 Variante del SAE 3140, con más cromo y aplicado en piezas de gran sección en que se necesita mejores condiciones de temple.

31453150

Para engranajes templados en aceite y piezas estructurales pesadas. La dureza después del tratamiento es de 350 a 450 HB.

32153220

Aplicados en piezas cementadas que necesitan buenas características físicas, mejores que los SAE 3115 y 3120. El 3220 debe ser aplicado únicamente en piezas macizas. Estos aceros no son recomendables para el temple al agua. La cementación debe ir precedida de un normalizado a 20ºC que el cementado, seguido de una recocida para dotarlo de características de maquinabilidad.

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32303240

Usado en piezas con buenas propiedades físicas si la comparamos con el acero al carbono y sobre todo en secciones mayores a Ф40 mm. No recomendable para el temple al agua.

32453250

Con maquinabilidad, forjabilidad, templabilidad en aceite, con altas propiedades mecánicas. Se utiliza en: ejes, engranajes y piezas similares.

3310 Para piezas cementadas que reciben un núcleo de gran tenacidad y resistencia; se aplica en: palieres, eje de transmisión para transporte pesado.

3325 Acero templable al aceite, variante del SAE 3230.33353340

Aplicado en piezas que requieren buenas cualidades mecánicas y alta resistencia a cargas dinámicas.

3432 Para piezas bajo severas condiciones de servicio.3450 Reemplaza al SAE 3240 y 3340 para piezas labradas o forjadas

tratadas que requieran excepcionales condiciones físicas y capacidad para resistir severas cargas dinámicas.

ACEROS AL MOLIBDENO402340274032

Son aceros carburizables. La inmersión directa luego de carburizado desarrolla sus máximas propiedades físicas. El SAE 4023 se aplica en satélites diferenciales, ejes secundarios, árboles ranurados, etc. El SAE 4027 se utiliza en engranajes de automóviles y camiones livianos.

4037 Es un acero que se puede usar para engranajes cementables para camiones. También se aplica en algunos tipos de tornillos y espárragos.

4042 Acero al temple muy utilizado en brazos de dirección, espárragos, tornillos prensados en frío, etc.

4047 Es un acero utilizado como alterativa a los aceros SAE 3135, 4640, 2340. Empleado para tornillos, anillos de sincronización y varias aplicaciones que requieren operaciones de temple y revenido.

4067 Utilizado en ejes secundarios, resortes cilíndricos y muelles o en elásticos de menos de 6 mm de espesor.

4068 En muelles elásticos de más de 6 mm de espesor, balancines, etc.

4119 Acero al cromo-molibdeno cementable, usado en coronas dentadas y engranajes de transmisión. Las mejores propiedades se obtienen por inmersión después de la cementación.

4125 Acero cementable usado para engranajes pesados de camión y máquinas agrícolas.

4130 Aplicado en engranajes, pernos y horquillas de dirección, chapas y flejes de aviación. Se debe templar al agua con cuidado.

4137 Es una alternativa para otros aceros de aleación de 0,35 a 0,40 de carbono.

4140 Muy usado para palieres, ejes delanteros, árboles de hélices,

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árboles de transmisión y piezas forjadas para aviación.4145 Para piezas macizas.41504320

Aceros para engranajes, pernos de cadena y piezas similares de gran resistencia después de la cementación y tratamiento. Tienen gran dureza de núcleo y de superficie. Se emplea mucho en transmisiones de ómnibus y camiones, en engranajes y piñones de ejes traseros.

4340 Convenientes para engranajes templados al aceite, cuerpos de ejes, cigüeñales de motores diesel, árboles mayores de ø50 mm sometidos a trabajos pesados, cuando se requieren altas propiedades de resistencia y contra la fatiga.

4345 Utilizado en grandes engranajes y árboles, palieres, piezas macizas y piezas en que son esenciales altos límites de rotura y de resistencia a la fatiga. Recomendados para árboles mayores de Ø 50 mm.

46154620

Muy aplicados en engranajes cementados, árboles y piezas que requieren altos límites de rotura y de resistencia a la fatiga. Los de grano fino se recomiendan cuando se desea el mínimo de distorsión. El SAE 4620 debe ser utilizado para secciones pesadas.

4640 Vea el SAE 4615.48154820

Se aplica en lugar de aceros de 5% de níquel para engranajes y piezas cementadas. También usados en pernos de cadena, tornillos y espárragos de alta resistencia. Poseen excelente dureza de núcleo y superficial, así como una buena resistencia a la fatiga. El SAE 4820 se aplica en engranajes y secciones más grandes.

ACEROS AL CROMO5120 Es un acero al cromo de gran temple. Se endurece muy bien en

aceite. En propiedades físicas, es similar a los aceros SAE 2340 y 3140 para piezas forjadas y tratadas que requieren mayor resistencia que las que pueden obtenerse con aceros comunes al carbono; muy aplicado en engranajes y árboles endurecidos por cianurado directo. No es recomendable el temple al agua.

5150 Acero al cromo, templado en aceite, utilizado en engranajes, árboles, anillos de ejes y resortes. Tiene gran templabilidad.

5210 Acero de horno eléctrico, aplicado principalmente en cubeta bolilla o rodillos de cojinetes. El cromo y el alto porcentaje de carbono facilitan la penetración al efecto del tratamiento térmico y motivan gran dureza.

ACEROS AL CROMO-VANADIO61156120

Normalmente son aceros de granos finos, aplicado en piezas cementadas tales como árboles, palieres, y engranajes de transmisión.

61256130

Conveniente para piezas templadas en aceite o con agua. Los aceros de más de 0,30% de carbono no deben ser templados en agua.

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61356130

Aplicamos éste acero en espárragos, tornillos, ejes secundarios, bielas, árboles de hélices y otras. El SAE 6140 se aplica a veces en engranajes endurecidos por cianuro directo.

61456450

Aplicado en piezas labradas o forjadas sometidas a severas condiciones de uso, que requieren altas condiciones de resistencia a la fatiga.

6195 Usado principalmente en bolillas, rodillos y cubetas de cojinetes.ACEROS AL SILICIO MANGANESO

92559260

Aplicados principalmente en hojas de elásticos. Los aceros de mayor tenor de manganeso (0,90%)se recomiendan para hojas de más de 10 mm y los de menor tenor (0,70%) para hojas de menos de 10 mm.

ACEROS AL CROMO NIQUEL30615 De gran maquinabilidad y recomendados para máquinas

automáticas. Tiene poca aplicación en piezas forjadas.30705 Recomendado para el uso en construcciones soldadas que no

permiten tratamiento luego de la soldadura. También recomendado para el servicio a temperaturas mayores de 500ºC.

30805 Se aplica en piezas que requieren una resistencia inusitada a la corrosión por agua salada o agentes químicos.

3090530915

Llamamos comúnmente aceros inoxidables al Cr-Ni 18-8, y soporta temperaturas de trabajo hasta 600ºC; puede ser forjado, remachado, soldado y estirado en frío. No se puede templar y suele ser difícil de maquinar.

ACEROS INOXIDABLES AL CROMO51210 Aplicados en barras, flejes, piezas forjadas, tuberías,

remaches, etc., que requieren resistencias a la corrosión. Pueden ser martillados, forjados, prensados, soldados y maquinados a pequeñas velocidades. Es resistente a la oxidación hasta la temperatura de 650ºC.

51310 Aceros inoxidables que toman temple más duro que el 51210. Usados en forma de alambres templados, en barras y piezas forjadas; se aplican también en flejes.

51335 Se trata del tipo standard para cuchillería.. Debe forjarse entre 900 y 1100ºC. Se endurece al aire y debe recocerse después de forjado si es que se quiere maquinarlo. Aplicado en árboles, vainas y cojinetes sometidos a la corrosión. Se mancha con aceite vegetal y aire húmedo, agua, vapor y álcalis.No resiste a los ácidos clorhídricos. Sulfúricos o fluorhídricos.

51410 Variante del 51210 con mayor tenor de azufre y mejor maquinabilidad. Contiene circonio, selenio, molibdeno y cobre, aplicable para usos similares que el 515210, pero se maquina más fácilmente a velocidad y avances distintos a los del acero

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Temple

Corrientes inducidas de A.F.

Mercurio

GlobularRecocido

Austenización completa

Subcríticos

Austenización Incompleta

Contra acritud

Ablandamientos

Doble

Superficial A la llama

Normalizado Plomo-PatentigEnfriamiento

Agua

Sales fundidas –

Austempering - Martempering

Aceite

ordinario. Se pule fácilmente.51510 De usos similares a los del 51210, pero recocido. Es algo

superior al 51520 para resistir la corrosión. Puede ser forjado, pero no se maquina bien. Aplicado en objetos de adorno y superficies

51710 Aplicado únicamente con fines ornamentales. Resiste mejor a la corrosión que el 51510. No admite otro tratamiento térmico que el recocido.

Tratamientos térmicos

Los distintos tratamientos térmicos se pueden sintetizar de la siguiente manera:

RecocidoEn la fabricación de perfiles y piezas de máquinas, el acero sufre calentamientos cuyas temperaturas varían de acuerdo a la naturaleza del proceso, como ser: en la zona de los 900ºC (rojo muy claro) para la forja y de más de 1500ºC para el moldeo. El enfriamiento posterior, debido a que el objeto principal en todos los casos mencionados es la obtención de determinadas formas, es por lo general de un no muy riguroso control, dando por resultado un acero de estructura muy

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El calentamiento y enfriamiento a temperaturas y tiempos controlados, es el principio en el que se basan todos los procesos metalográficos que se conocen como tratamientos térmicos y que tienen por finalidad la regeneración o modificación de la estructura cristalina, el acrecentamiento o variación de alguna de las características físico-mecánicas en forma total o sólo superficial.

Horno tipo campana de 10 Tn de capacidad, donde se realizan los principales tratamientos térmicos: recocido, normalizado, revenido y alivianamiento de tensiones.

irregular (enfriamiento desparejo), endurecimientos superficiales incorrectos y hasta con tensiones térmicas.

El recocido viene a eliminar estas irregularidades; el mismo consiste en calentar el metal hasta la temperatura que podrán ser algo superiores o menores que las críticas (AC1 = A1 o AC3 0 A3 ) para luego enfriarlos lentamente en medios o condiciones concordantes con el tipo o calidad del acero.Si bien con el recocido podemos eliminar las tensiones internas y regenerar su estructura, deja al material sumamente blando y dúctil, lo que beneficiará a trabajos posteriores como los de deformación en frío, pero no a su empleo en esas condiciones. Es por ello que en la industria suelen realizarse distintas clases de recocido, como ser:

a) De regeneración o austenización completa:Es decir que mediante un calentamiento lento y uniforme, se lleva al acero hasta la zona de austenita, o sea, a una temperatura ligeramente mayor (20 a 40ºC) que la de su punto crítico superior (AC3 = A3) en la que permanecerá durante el tiempo suficiente para asegurar que la masa adopte la estructura austenítica, tiempo que, como se comprende, depende de la velocidad de calentamiento y del tamaño de la pieza.Debido a que el enfriamiento posterior es la parte fundamental del proceso, como es la mayoría de los tratamientos térmicos, es en él en donde se debe proceder con mayor rigurosidad y control. Así, para aceros hipoeutectoides y para obtener una estructura o grano fino, dicho enfriamiento debe realizarse, dentro de su normal lentitud, tanto más rápidamente cuanto menor es el tenor de carbono, para evitar el crecimiento de los cristales de ferrita, único componente cristalográfico de ese tipo de acero, debido a que la perlita presente es sólo mezcla eutéctica (ferrita y cementita) que no tiene proceso de crecimiento.Las fábricas de aceros son los mejores informantes sobre las temperaturas y tiempos de calentamientos y enfriamientos adecuados a cada tipo de acero, aunque para los al carbono hipoeutectoides, podemos aconsejar:

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Recocidos subcríticos

C%

Temp. de calent. (ºC)TIPO DE ENFRIAMIENTO

Min. Max.0,1-0,2 875 925 Al aire0,2-0,3 850 900 En horno, a puerta abierta0,3-0,4 845 875 En horno, a puerta abierta0,4-0,5 825 855 En horno, a puerta cerrada0,5-0,6 800 830 En horno, a puerta cerrada0,6-0,7 760 800 En horno, a puerta cerrada

Mayor de 0,7 750 En horno, a puerta cerrada

b) Recocido subcrítico

Es aplicable este recocido cuando se busca eliminar las tensiones internas e incrementar la ductilidad y consiste en calentar el acero a temperaturas próximas, pero menores, a la de su punto crítico inferior. Debido a que no se alcanza dicho punto, la velocidad de enfriamiento no reviste mayor importancia, realizándose por lo común al aire.

Siendo fácil su ejecución y de resultados similares como el anteriormente tratado, son de uso muy generalizado, pudiéndose distinguir tres formas distintas:1) DE ABLANDAMIENTO:

para dar al acero buenas condiciones de mecanización, sin llegar a valores de la dureza tan bajos como con el recocido a austenización completa.El calentamiento se lleva a temperaturas lo más

próximas a AC1, enfriándolos al aire.2) CONTRA ACRITUD: es decir, la dureza aumenta la ductilidad del acero,

aquellos que tienen bajo contenido de carbono (hasta 0,35%), cuando ha sido trabajado enfrío y con el objeto de facilitar procesos posteriores.Mediante un calentamiento entre 600ºC y 700ºC, los cristales de ferrita alargados como consecuencia del laminado, retoman una forma poliédrica con lo que recupera su ductilidad. Al igual que en los casos anteriores, se enfría al aire.

3) GLOBULAR: siempre aplicable a los aceros indicados y de bajas aleaciones, se lo emplea para disminuir su dureza, por lo que al calentarlos a temperaturas

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Recocido globular o de austenización incompleta

Doble recocido

cercanas a AC1 y a las que se debe mantener un mayor tiempo, se logra una estructura de configuración semejante a la globular.

c) Globular o de austenización incompleta:

Es aconsejado para los aceros de más de 0,5% de C y en especial los hipereutectoides, debido a que en ellos es donde se consigue con mayor facilidad la estructura que caracteriza a este recocido y que es la cementita globular, en una base de ferrita.Dicha constitución metalográfica, en un acero al carbono de 1%, tiene como principal característica una dureza

variable con el contenido de carbono, pero siempre menor que la de cualquier otra que puedan presentar dichos aceros.Calentando, en éste caso, a una temperatura intermedia entre los puntos críticos superior e inferior, se pueden operar de dos formas distintas: manteniendo constante la temperatura obtenida durante un cierto tiempo, o haciéndola oscilar con valores inferiores a AC1, enfriando finalmente en ambos casos en forma muy lenta. Con el método oscilante y en aplicación prolongada, se pueden conseguir resultados satisfactorios también en los aceros bajos.

d) Doble recocido

Por lo general consiste en la ejecución de un recocido a austenización completa seguido de otro subcrítico, sin haber dejado enfriar totalmente al metal. Su objeto es el de obtener valores de dureza muy bajos.

Normalizado El recocido deja al acero en condiciones aptas para tratamientos o mecanizados posteriores, pero no para su empleo en construcciones, dado que con él decrecen las

características mecánicas más importantes a tales fines.Luego, si por razones económicas o de interés prácticos no son necesarias las propiedades de los aceros de alto porcentaje.Luego, si por razones económicas o de interés práctico no son necesarias las propiedades de los aceros de alto porcentaje de carbono o aleados, se pueden

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Piezas fundidas en fase de enfriamiento durante un normalizado

Curva de normalizado

usar con mayor ventaja los hipoeutectoides, en lo que se mejora su comportamiento al trabajo al que van a ser sometidos, mediante el normalizado.

En principio, es un tratamiento térmico muy similar al recocido o austenización completa (fig.14-18), diferenciándose de él en que la velocidad de enfriamiento (siempre al aire quieto) resulta un poco mayor, al igual que la temperatura de calentamiento (50 a 70C sobre AC3).Debido al

enfriado más rápido, se consigue una estructura de grano fino, dando lugar a una configuración perlito-troostítica en menor cantidad de ferrita, lo que eleva su comportamiento mecánico.No es aconsejable para los aceros hipereutectoides y menos en los especiales, aunque se lo suele realizar como tratamiento previo al temple.

Temple

El temple es, tal vez, el tratamiento térmico de mayor importancia de los que se somete el acero, puesto que se le aplica preferentemente a los hipereutectoides y de aleación, lo que no significa excluir a los hipoeutectoides, pero al ser los primeros económicamente más caros y de características físico-mecánicas casi perfectamente delineadas y precisas, exigen del tratamiento un alto grado de exactitud, lo que justifica su importancia.Para la obtención de un temple correcto, en la mayoría de los aceros, salvo algunas excepciones, debe llevarse a la masa de los mismos a un estado total austenítico. Las condiciones en las que se realiza el calentamiento para conseguirlo, que se puede hacer extensible para el recocido a austenización completa y normalizado, deben ser tales de no provocar diferencias notorias entre las superficies y el centro de los perfiles o piezas tratadas.El motivo de esta consideración es que dichas diferencias de temperaturas, sobre todo en masas grandes, dan lugar a dilataciones desiguales, las que originan fisuras o grietas internas, que en muchos casos alcanzan valores elevados ocasionando fisuras o grietas internas, que suele atribuirse al mal enfriamiento. Por ello es que se acostumbra a controlarlo rigurosamente para producir una diferencia no mayor de 20ºC, entre puntos que disten a 25 mm o con una duración total del proceso, superior a media hora (en lo posible una hora) por cada 25 mm de diámetro.

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Esta duración depende en gran parte de la forma en que se presentan las superficies de las piezas, ya sean oxidadas, rugosas o pulidas, siendo más rápido el calentamiento en los primeros casos.Las temperaturas ideales de austenización para el temple son, por lo general, de 40 a 60ºC superiores a su punto crítico, es decir un valor intermedio entre lo normalizado y recocido. Esta zona se elige, como así también el tiempo de permanencia en ella, de acuerdo al volumen de las piezas, al tipo de acero y a su estado estructural, debido a que para conseguir una austenización regular y estable, principio elemental par un buen templado, es necesaria una difusión del carbono, cuyo porcentaje debe igualarse en toda la masa.Hay que tener presente, por otra parte, que dicha difusión puede ser entorpecida por la presencia de impurezas (azufre, fósforo, etc.)que, por segregación en algunos casos o por el rechazo del carbono en otros, la retardan. Una mayor temperatura facilitaría la austenización, pero provocaría un aumento en el tamaño de los cristales, particularidad que da por resultado un temple grosero y falto de calidad.

Elevadas temperaturas del proceso (cercanas a la de fusión), motivan lo que se conoce como acero quemado. En éstos, los cristales de austenita se ven rodeados por una fina capa de óxido, que origina descohesión, que impide además toda regeneración posterior del metal, quedando inutilizado. Su estructura es de grano muy grueso y brillante y es sumamente frágil.El tiempo de mantenimiento del material a la temperatura conveniente será de media hora por cada 25 mm de espesor cuando la velocidad de calentamiento fue de una hora para igual profundidad, o viceversa.

Teoría del temple

Calentado uniformemente el acero a la temperatura conveniente, se debe proceder luego a enfriarlo, siendo ésta operación la más delicada y a la vez la más compleja.Para interpretar mejor este proceso, haremos un estudio de las modificaciones estructurales para distintas velocidades de enfriamiento. Sabemos que si se

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Descomposición de la austenita en otros componentes siguiendo distintos caminos de enfriamiento

Estructura de tipo martensítica

realiza muy lentamente, comenzará a producirse la transformación de la austenita en sus constituyentes secundarios o derivados, a la temperatura de 721ºC (teórica, enfriamiento infinitamente lento), obteniéndose una dureza de acero muy baja.A medida que se va aumentando la velocidad de enfriamiento, los puntos A r irán descendiendo cada vez más, dando origen al mismo a cambios fundamentales de su estructura y típicos de cada enfriamiento, como la sorbita, troostita y martensita (fig. 14-20).

De todas estas estructuras, la que caracteriza al temple correcto es la martensítica, que para grandes velocidades de enfriamiento comienza a aparecer a temperaturas inferiores a los 350ºC, punto crítico que se conoce con la nomenclatura Ar

iii.La martensita, nombre dado en honor al investigador metalúrgico Martens, si bien presenta al microscopio la configuración de agujas entrelazadas, su estructura cristalina es tetragonal, que difiere de la cúbica en que una de sus dimensiones, bases o lados es un poco mayor. Esta es la diferencia del contenido de carbono del acero (3.05 Å para 1,3 % de C), puesto que va disminuyendo al decrecer aquél.

Esta estructura tetragonal, que se la conoce como martensita alfa, desaparece si se calienta el metal hasta una temperatura no mayor de 250C, retornando la forma cúbica centrada de constante α = 2,86 Å, que recibe el nombre de beta. En un examen metalográfico se las reconoce con facilidad debido a que la primera, al no tomar coloración, se hace muy poco evidente, en cambio la segunda se presenta oscura, remarcando así los detalles de sus agujas.Las características mecánicas más sobresalientes son: σET = 170 – 250 kgf/mm2, con δ% entre 2,5 al 0,5%, y su dureza que alcanza los valores de 68 HRC.Si el enfriamiento es algo más lento de aquel que podríamos llamar crítico de temple, o sea para el cual se produce la transformación total y directa de la austenita en martensita, se presenta un nuevo constituyente que es la troostita, de aspecto nodular (formando colonias o nódulos) que por lo común se la ve acompañando a la martensita en bases de austenita (fig. 14-21 x 450). Tiene una resistencia media entre 140 y 170 kgf/mm2 ,y una dureza de 42 a 51 HRC.La sorbita sobreviene con enfriamientos aún más lentos, estando comprendida su zona de transformación entre los 600 y 650ºC . Es de una dureza de 25 a 42 y su resistencia puede variar entre 85 y 140, con un alargamiento medio del 15%, caracterizando a los aceros de mayor resistencia a las cargas dinámicas de choque.

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Factores que modifican el temple

Diversas causas influyen en el logro de un buen temple, las que a grandes rasgos podemos enumerar: tipo de acero, estado de su estructura, conductibilidad térmica, tamaño de las piezas y el medio de enfriamiento.El tipo de acero(porcentaje de carbono o aleación) fija en principio la velocidad ideal de enfriamiento, que por lo general va descendiendo al aumentar su aleación, siendo muy marcada la influencia de los contenidos de manganeso y molibdeno.El estado de la estructura, que se sobreentiende debe ser a la temperatura de temple, es otro factor que incide sobre la velocidad crítica, debido a que cuanto mayor sea el tamaño de grano, al mismo tiempo que se retarda la transformación de la austenita, es menor aquella velocidad.De lo anterior se deduce la importancia que revisten estos factores en la obtención de la estructura martensítica o temple de acero, por lo que es más fácil imaginar que la conductibilidad térmica del mismo, así como el tamaño de las piezas tratadas, harán que a las distintas distancias en profundidad se produzcan enfriamientos a velocidades distintas de la crítica, lo que limitará la extensión y uniformidad del temple.

Templabilidad

Siendo la dureza el comportamiento mecánico que caracteriza al temple, su grandor superficial no es, sin embargo, el índice específico para clasificar a los aceros por su propiedad de adquirirlo, sino que, en metalurgia, se los diferencia por la mayor o menor facilidad con que permiten la penetración del tratamiento. A esta condición se la conoce como templabilidad y, volvemos a insistir, no se debe confundir con la dureza, sino que a su regularidad y normal distribución hacia el interior del cuerpo.Existen varios métodos para estudiar y valorizar la templabilidad del acero, como ser mediante la observación de las fracturas por impacto en barras templadas, en las que se pone en evidencia la profundidad del temple por ser ésta, la zona periférica de grano de fino que rodea a otra a otra central más gruesa, suficientemente notoria. Por la coloración diferente que adquieren ambas estructuras ante el ataque con ácidos o reactivos químicos (zona periférica, clara; núcleo, obscuro), y otros, ya de mayor precisión, como el del estudio de la variación de la dureza por medio de curvas obtenidas sobre series de probetas del o de los aceros tratados; el procedimiento metalográfico que determina las zonas con 50 ó 90% de martensita y el muy conocido, ensayo Joiminy.

Medios de enfriamiento para el templeLos medios refrigerantes típicos en el temple de los aceros son el agua y el aceite, utilizándose también con el mismo principio, aunque con distinto objeto, el plomo y algunas sales en estado de fusión.

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El estudio del proceso de enfriamiento nos conduce a distinguir tres etapas. Al introducir la pieza en el baño se produce la ebullición del mismo con un fuerte desprendimiento de vapor que rodeará toda la pieza, es decir, que la transmisión del calor se hará a través de la capa de vapor, lo que motiva un enfriamiento relativamente lento y que caracteriza a la primera capa.La segunda parte se hace presente desde el instante en que por la menor temperatura del metal, la formación de vapor es en forma de burbujas, permitiendo el acercamiento del líquido a la superficie de la pieza, con lo que se incrementa el efecto refrigerante. Por último, disminuye nuevamente dicha velocidad al desaparecer el estado de ebullición en el baño, tendiéndose a equilibrar las temperaturas en forma cada vez más lenta. Es necesario hacer notar que la duración de todo el proceso se encuentra en el orden de los segundos.A estos tres períodos también se los define como:

1) Período de pérdida de calor por conducción y radiación de la masa gaseosa, que depende de la conductibilidad térmica del vapor.

2) De enfriamiento por transporte de vapor, que variará según la viscosidad del baño y del estado de agitación que produzca.

3) De enfriamiento por conducción y convección en el líquido, siendo su conductividad térmica y la agitación factores preponderantes.

Por lo tanto, en cada medio refrigerante debemos tener en cuenta:

AGUA: por su bajo de ebullición los efectos de la primer etapa, disminuyendo con ello la velocidad del proceso.ACEITE: se deben emplear con emplear (destilación fraccionada del petróleo), en los que su viscosidad se encontrará entre 5 y 9 grados Engler a 20ºC y de 2 a 4 grados Engler a 50ºC.Su punto de volatilización debe ser elevado, lo mismo que los de inflamación (180 A 275ºC) y combustión (200 a 330ºC). El primero para evitar la pérdida de características fundamentales al aumentar su viscosidad, y los otros dos como prevención al incendio o combustión del baño.MERCURIO: es de empleo limitado por su elevado costo, aunque se justifica para el temple de piezas especiales que deben adquirir gran dureza.

El plomo y las sales fundidas como medio refrigerante dan origen al proceso de enfriamiento muy empleados y que se conocen como isotérmicos. En estos la temperatura del baño favorece la transformación estructural, que se realiza a temperatura constante, con lo que se beneficia su configuración y como consecuencia, la calidad del acero.Mencionaremos tres procedimientos de generalizada utilización:

PATENTING: se lo emplea como tratamiento previo o durante el trefilado de alambres de alta resistencia (cuerdas de piano), de un contenido de carbono entre 0,5 y 0,7% y manganeso de 0,9% a 1,2%.

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Estructura de bainita en un acero de bajo carbono, aumentado 1000 veces.

Estos aceros son de muy baja ductilidad, como consecuencia de que en su estructura metalográfica predomina la perlita laminar de gran resistencia a aquella deformación.El patenting consiste en calentar al alambre hasta la austenización completa, para luego enfriarlo en un baño de plomo fundido cuya temperatura variará, según los casos, entre 350 y 650C. Del estado de austenización desciende rápidamente hasta la temperatura del baño, la que debe ser controlada con sumo cuidado para asegurar la transformación total de la austenita en una sorbita de grano fino muy propicia al trefilado.Es decir que el patenting es un recocido a transformación isotérmica.

AUSTEMPERING: resultando aplicable con óptimos resultados en herramientas y piezas chicas de acero con 0,5% a 1,2% de carbono, no lo es, sin embargo, desde el punto de vista económico y de rapidez, en otros tipos de aceros y piezas

grandes. Con este tratamiento se busca evitar los inconvenientes de las fisuras y tensiones internas propias del temple al tomar la estructura martensítica.Así, al calentar el acero a la temperatura de austenización apropiada, se lo enfría luego en un medio refrigerante de sales fundidas y a una temperatura entre 250 y 550ºC, superior siempre a la correspondiente (Ms) de la transformación de la martensita.El enfriamiento a temperatura constante da lugar a la formación de una nueva estructura, la bainita, de aspecto acicular

(en forma de agujas pequeñas) que caracterizará a un acero de dureza superior a la que presentaría el mismo mediante el temple y revenido común, pero conservando y hasta aumentando su estricción (ensayo de tracción), tenacidad y resistencia al plegado.

MARTEMPERING: con éste tratamiento no se pretende variar la constitución martensítica típica del temple, pero sí eliminar las grietas y tensiones internas factibles en su transformación, lo que se ha conseguido al enfriar el metal austenizado en baños de sales fundidas entre los 200 y 300ºC, temperatura que se debe elegir levemente superior a Ms, para que la transformación posterior sea uniforme y en toda la masa simultáneamente.Se lo aplica a la fabricación de cojinetes a bolillas, engranajes, etc., porque disminuye el trabajo de rectificado final al producir muy pocas deformaciones en el material.

REVENIDO

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El revenido no es otra cosa que un recocido subcrítico, peor que se realiza como complemento del temple.El enfriamiento brusco al que hay que someter a un acero austenizado para obtener la configuración martensítica, deja al mismo con un estado de tensiones internas impropio para su empleo y, aunque adquiere valores de dureza y de resistencia elevados, disminuye notablemente su ductilidad y tenacidad.El mejoramiento de las propiedades mecánicas depende fundamentalmente de la temperatura alcanzada para el recocido y del tiempo o duración del tratamiento, lo que, para conseguir resultados satisfactorios, es conveniente guiarse por las especificaciones de los propios fabricantes del acero.Resulta interesante comentar el fenómeno, que en algunos tipos de aceros tiene lugar como consecuencia de este tratamiento. Nos referimos al de fragilidad de revenido, que consiste en una disminución de la tenacidad no concordante con la cronología del proceso, la que tiene lugar para calentamientos entre 250 y 400ºC y que se pone en evidencia en los ensayos de impacto. La presencia de elementos como el silicio en aleaciones de 0,5% al 2%, hacen que dicha fragilidad ocurra a temperaturas más elevadas.En los aceros al cromo-níquel, por ejemplo, acontece algo similar, pero cuando se los ha sometido a calentamientos entre 450 y 550ºC y durante un tiempo pronunciado. A esta variante se la conoce como fragilidad Krupp.Por lo tanto, debe evitarse en lo posible revenir aquellos aceros en la zona indicada o por lo menos reducir su permanencia en ella, tendiendo prácticamente a desaparecer con la aleación de molibdeno entre 0,15% al 0,5%.

TRATAMIENTOS CON VARIACIONES DE COMPOSICION

Los tratamientos térmicos con variaciones de composición han sido una solución para la fabricación de piezas de máquinas que, debiendo poseer la suficiente tenacidad por la índole de las tensiones (dinámicas) a que están sometidas, requieren una dureza y resistencia al desgaste elevadas no compatibles en principio.La primera condición (tenacidad) se cumple en los aceros de bajo contenido de carbono, mientras que grandes valores de dureza y de resistencia al desgaste se pueden conseguir en los de alto porcentaje de aquel o aleados.Esta coexistencia de dos tipos diferentes de aceros en la constitución de una sola pieza, es posible en los aceros bajos(0,08% a 0,25% de C) mediante tratamientos como:

Cementación – Consiste en aumentar superficialmente el contenido de carbono de esos metales, sometiéndolos a temperaturas medias de 900ºC en contacto directo con sustancias o mezclas carburantes.Con ese calentamiento, el hierro (γ) es ávido de carbono, el que se encontrará presente como carbono activo, de la descomposición de su monóxido que se desprende de la mezcla carburante, según:

2 C + O2 2 CO 2CO + calor CO2 + C

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y C + Fe CFe3 carburo (cementita) que, al fundirse en el metal, motiva lo que se conoce como cementación.La profundidad que puede alcanzarse con este tratamiento es muy variada, desde menos de 0,5 mm en piezas chicas, las que no es necesario rectificar, hasta más de 4 mm como ocurre en las planchas de blindaje.Debe restringirse lo que se entiende por capa cementada y capa dura; aquella es la comprendida en la zona en la que se ha producido un aumento de carbono, con respecto al acero original, mientras que la segunda es superficial y la que, con tratamientos térmicos adecuados, toma una dureza superior a los 60 HRc. Las sustancias carburantes pueden ser sólidas, gaseosas y sales de fusión. Entre las sólidas se encuentran la mezcla Caron (carbón vegetal 60%, carbonato de bario 40%), carbón vegetal, negro animal, cuero, etc. A las que se agregan ciertos porcentajes de coke, que actúa como agente transmisor del calor, carbonatos de sodio y de calcio como activadores, etc.Las gaseosas están nutridas por mezclas de por lo menos dos vapores o gases, uno de los cuales será el carburante, metano, propano, etc. Y el otro actúa como conductor o relleno que en proporciones adecuadas puede ser el óxido de carbono, vapor de agua, hidrógeno, etc.El calentamiento se lleva a cabo en hornos especiales, cuyas formas y métodos de operación depende del tipo de cementación y mezclas carburantes.

Carbonitruración – Aplicado con el mismo objeto que la cementación, se lo diferencia por la fijación o absorción simultánea de carbono y nitrógeno.Como el terminado de las superficies carburadas se realiza con un temple y revenido, se ve facilitado en estos casos por la presencia del nitrógeno, al disminuir la velocidad crítica de temple y la temperatura de transformación de la martensita, con lo que se logra una mejor estructura.Las mezclas carbonitrurizantes son por lo común gaseosas, en las que el amoníaco es el gas base que suministra el nitrógeno y el gas natural, de gasógeno, vapores de hidrocarburos, etc., el carbono.Las temperaturas apropiadas oscilan entre los 850ºC y la duración del proceso que se rige por la capa dura a obtener (0,1 a 0,6 mm), varía de media a cinco horas.

Sulfinización – Su principal característica es la de conferir a las superficies tratadas, inmejorables condiciones de resistencia al desgaste sin aumentar la dureza.El azufre es en este caso el elemento fijado y proviene de mezclas de sales, una de las cuales lo contiene (sulfito sódico al 12%).Como las capas sulfinizadas son de reducidos espesores (0,3 mm como máximo), el proceso en una determinada pieza guarda un cierto ordenamiento, comenzando con el maquinado de las superficies en forma de dejar un excedente de material de 0,02 mm para el rectificado posterior; someterlas a un calentamiento previo a introducirlas en el baño, con lo que se previene un enfriamiento en su entorno debiendo encontrarse a una temperatura de 556ºC.

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Las superficies del acero tienden a sulfinizarse rápidamente, por lo que a la hora aproximadamente de tratadas se saturan, lográndose sólo una penetración de 0,15mm; el máximo de 0,3 mm se alcanza en más de 3 horas.Por las características del sulfinizado se lo emplea en el tratamiento de las superficies de gorrones, cojinetes, etc.

Influencia del metal en el diseño de las piezas

Un efectivo significado de la reducción de peso en la construcción es usar materiales más fuertes. En contraste con el método de tensiones incrementadas, que reduce el factor de seguridad con el riesgo de debilitar la pieza, la confiabilidad no es disminuida (si el mismo valor para el factor de seguridad es preservado). Otra diferencia es que el método de mejora de la resistencia del material puede ser aplicado en todas las piezas si excepción mientras que el método de aumento de las tensiones es válido únicamente para las piezas que son calculables.

Trabajo en caliente bajo presión: el fortalecimiento de los metales a través del trabajo en caliente ocurre debido a la conversión de la estructura de la barra de metal en una compacta con los cristales orientados. A medida que el metal líquido se enfría, aparecen vacíos en los límites de los cristales en formación. Los vacíos son causados por la contracción del metal en la transferencia del estado líquido al sólido, por la evolución de burbujas de gas a medida que la solubilidad de los gases en el metal disminuye a medida que decrece la temperatura, etc.Mientras los cristales crecen, las impurezas, las que están inevitablemente presentes en el metal, son repelidas y acumuladas en los límites del grano, donde la cristalización es completa. Debido a esto en la estructura de la fundición, la insuficiente adhesión entre granos es inherente causando la disminución de la resistencia y tenacidad en los metales fundidos. En el curso de un trabajo en caliente (bajo presión) los vacíos rodeados de cristales son reducidos y soldados, mientras las intercapas de impurezas entre los cristales son aplastadas y, bajo el efecto de las altas temperaturas y presiones, pasan al metal.Para mejorar la resistencia del metal el proceso de recristalización es de gran valor. La recristalización tiene lugar durante el enfriamiento del metal dentro de un intervalo definido de temperatura (450-700ºC para aceros). Desde los fragmentos de cristales, los que son aplastados y deformados durante la reducción, son formados nuevos granos de tamaño fino y las impurezas en el crecimiento de los granos en la recristalización permanecen absorbidas. Por esta razón la estructura de metales forjados consiste típicamente de granos finos redondeados asociados de manera muy próxima entre sí, unos con otros, los que cuentan para el aumento de resistencia y tenacidad de los metales forjados.

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Los métodos principales que permiten a los materiales ser fortalecidos incluyen: trabajo en caliente, aleaciones, tratamientos térmico y termo-químico, trabajo en frío.

Los metales forjados, y especialmente los rolados, muestran propiedades mecánicas anisotrópicas e lo largo y al través del grano. La tenacidad es especialmente influenciada por la dirección de las fibras del metal (FIGURA 1).La dirección de las fibras del metal en las piezas forjadas y estampadas deberían coincidir con la configuración de la pieza y la dirección de las cargas actuantes. Los cigüeñales, forjados o estampados en varios pasos, con las fibras siguiendo la configuración de la forma (FIGURA 2 B), posee mucha más resistencia que los cigüeñales hechos de barras prismáticas, con fibras compartidas (FIGURA 2 A). El engranaje producido por rolado en caliente más estampado en frío tendrá una orientación de grano correcta respecto a las cargas actuantes en el diente del engranaje (FIGURA 2 D).Las aleaciones tienen varios objetivos: mejorar la resistencia a la corrosión y al calor; dar mejores propiedades de soldadura y características físicas especiales. El propósito principal del proceso de aleación es mejorar la resistencia con una mejora diferenciada en otras características particulares de resistencia, tenacidad, plasticidad, elasticidad y resistencia al desgaste. La adición de ciertos elementos puede mejorar la dureza de los aceros, además de mejorar las propiedades mecánicas en la totalidad de la sección transversal de una pieza a obtener.Las mejores de todas las características de resistencia las tienen los aceros al cromo-níquel, particularmente los aceros polialeados de cromo-níquel-tungsteno y cromo-níquel-vanadio. Para asegurar buenas propiedades mecánicas es necesario complementar la aleación don tratamientos térmicos.Las características comparativas de los aceros al carbono y aleados son dadas en la siguiente tabla.

Características promedio de resistencia de aceros al carbono y aleados(con óptimo tratamiento térmico)

Aceros

Resistencia a la tracción

σb

Kg/mm2

Límite de fluencia

σ02

Kg/mm2

Elongación específica

δ%

Límite de fatigaσ -f

Kg/mm2

Resistencia al impacto

Αk

Kgf . m/cm2

Bajo carbono

35-50 25 25 20 3-6

Medio carbono

60-80 40-50 12 25-30 4-8

Aleación de alta

resistencia100-180 100-150 6-8 60-100 6-10

El aumento de la resistencia por tratamiento térmico (endurecimiento con alto, medio y bajo tempering, endurecimiento isotérmico) causa la formación de estructuras sin balancear con láminas de cristales deformados fuertemente (sorbita, troostita, martensita, bainita).

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La composición de estas estructuras, el tamaño y la forma de los granos, así como las diferentes propiedades mecánicas son obtenidas por la regulación de las condiciones del tratamiento térmico. Para aceros de construcción la aplicación de tempering y normalizado (endurecimiento con alto tempering) asegura la combinación más favorable de resistencia, tenacidad y plasticidad.En los recientes años el proceso de endurecimiento por inducción se ha vuelto muy popular, el cual consiste en el calentamiento de la capa superficial de un componente con corrientes de alta frecuencia. Además de las ventajas puramente tecnológicas (economía, alta productividad) este tipo de tratamiento térmico tiene un efecto de fortalecimiento significativo resultante de tensiones de compresión residuales en la capa superficial endurecida.El tratamiento termo-químico consiste en la saturación de la capa superficial con carbono (carburizado) o nitrógeno(nitrurado, cianurado), con la formación en el último caso de nitruros de hierro y elementos aleantes. Estos tipos de tratamiento térmico están orientados a hacer a la superficie más dura y más resistente al desgaste. Al mismo tiempo incrementan la resistencia (particularmente bajo condiciones de cargas cíclicas), característica propia de la formación de un estado de tensión de compresión en la capa superficial.El trabajo en frío (perdigonado, rolado, acuñado, reducción en frío y labrado) promueve el desarrollo de tensiones compresivas en la capa superficial y acrecientan la resistencia a la fatiga.

Fundiciones de alta resistencia

Las fundiciones grises son uno de los materiales de construcción más usados. Barato, de buena fusionabilidad, con alta resistencia a cargas cíclicas – estas características aseguran una amplia aplicación de las fundiciones en la manufactura de componentes vaciados (fundiciones) de máquinas estacionarias y de transporte cuando las consideraciones de peso son de importancia secundaria.Las desventajas de las fundiciones grises son su baja resistencia, baja tenacidad y su fragilidad.La modificación es la primera medida en la mejora de la resistencia de las fundiciones de acero. Esto significa que agregando pequeñas cantidades de impurezas ( silicio-calcio, ferrosilicio, polvo de grafito) al hierro líquido antes del moldeo. Estas impurezas (aditivos) mejoran las propiedades de la fundición y promueven la homogeneización de la estructura en todas las secciones. Las modificaciones de grafitado detienen la formación de láminas de grafito de manera que las posteriores se presentan como nódulos previniendo el enfriado y dándole una estructura perlítlica, siendo esto más favorable a la resistencia del material. El hierro con aditivos tiene un nivel de resistencia entre el 30 al 50% mayor que las fundiciones grises.En el último tiempo los métodos que han sido desarrollados producen fundiciones de hierro de alta resistencia, por ejemplo, fundiciones aleadas (conteniendo magnesio, manganeso, cromo y otros elementos), tratamientos térmicos para dar una estructura con inclusiones globulares de grafito. El proceso es llamado esferoidización (aleantes: magnesio, cromo o aleantes de estos metales con cobre y níquel). Una composición química típica de una fundición aleada de alta

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resistencia es: 3.4-3.6% de carbono; 2-2.2% de silicio; 0.03-0.06% magnesio; 0.15-0.25% cromo; 1.15-1.3% manganeso; no más de 0.005% de azufre y 0.12% de fósforo. El tratamiento térmico incluye: normalización a 950ºC para 6-8 hs con el subsecuente enfriamiento a una tasa de 30-60ºC/min, luego un tempering por calentamiento a 700-720ºC por 8 hs con el subsecuente enfriamiento en el aire.Las fundiciones de alta resistencia tienen mejores propiedades mecánicas que las fundiciones grises de hierro (ver tabla siguiente), aproximándose, en este aspecto, a los aceros. Estas fundiciones de alta resistencia son utilizadas para manufacturar bastidores pesados con configuraciones complicadas. Pueden ser procesados por endurecimiento por inducción, perdigonado y nitrurado. Las fundiciones nitruradas de alta resistencia (con incrustaciones de aluminio) poseen una dureza de alrededor de 900 Hv.Actualmente piezas con cargas importantes son realizadas con fundiciones de alta resistencia, por ejemplo cigüeñales, que compiten exitosamente con los ejes forjados y moldeados de aceros al carbono y aleados y aún superan a éstos últimos en lo que a resistencia al desgaste respecta. Además, los costos de manufactura de los ejes de fundición son mucho menores que los de los ejes de acero forjado.La fusionabilidad (propiedad de fundirse) de las fundiciones de alta resistencia es menor que la de las fundiciones grises la contracción de las fundiciones grises es de 0.8-1.2% y la de las fundiciones de alta resistencia es de 1.3-1.8%). Sin embargo las fundiciones de alta resistencia funden mejor que los aceros moldeados. Se debe poner particular atención al desulfurizar las fundiciones de hierro, pues de otra manera los sulfitos de magnesio aparecerán en la fundición ( es otra manera de llamar a los conocidos puntos negros) los que causan ablandamientos locales de las fundiciones. Es notable que a la tenacidad cíclica las fundiciones de alta resistencia son muy inferiores a las fundiciones grises.Por tenacidad cíclica se entiende la propiedad de los metales de transformar parcialmente la energía de deformaciones elásticas en calor como resultado de pérdidas interinas debido a fricción. La más alta tenacidad cíclica la tiene los metales que amortiguan mejor las vibraciones cuando están sujetos a cargas cíclicas. Las fundiciones grises de hierro tienen alta tenacidad cíclica.El valor de la tenacidad cíclica está dado por el coeficiente de histéresis Ψ (cociente porcentual de la energía perdida ν por ciclo de deformación de la energía completa de deformación ω):

Ψ = ν . 100% ω

La FIGURA 3 da los valores de los coeficientes de histéresis para fundiciones de hierro y aceros como función de la amplitud ζ de las variaciones de tensiones por ciclo. Como se desprende del diagrama, la tenacidad cíclica de las fundiciones grises de hierro tiene un coeficiente 5-6 veces y 10-20 veces que la de los aceros aleados. Las fundiciones de alta resistencia se aproximan a los aceros en términos

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de tenacidad cíclica y las fundiciones con aleantes están a mitad de camino de las fundiciones grises y de alta resistencia.La tenacidad cíclica de los metales no ferrosos es extremadamente baja, a excepción de las aleaciones de magnesio que se aproximan a los aceros al carbono en su tenacidad cíclica.

Aceros de resistencia superior

El desarrollo de materiales super fuertes está basado en el concepto de dislocaciones (por ejemplo, distorsiones locales de las láminas de la red cristalina atómica), los que son considerados como el origen de la discrepancia entre los valores reales y los valores teóricos de la resistencia de los metales. Los valores inferidos teóricamente valen aproximadamente entre 0.1 a 0.15 del valor de E (módulo de Young). Todavía la resistencia real es diez, y en ocasiones cientos de veces menor que los valores teóricos. En otras palabras, en los metales modernos sólo una porción muy pequeña de la resistencia potencial es utilizada.Hasta hace muy poco una consideración de que el proceso de las deformaciones plásticas consiste en cortes simultáneos de planos de cristales, unos relativos a otros, era considerada. Sin embargo, como concepto es inconsistente debido a la magnitud de las fuerzas que son necesarias para sobrepasar la resistencia de las uniones atómicas en los planos de deslizamiento. Ahora se considera en general que los cortes ocurren no de una vez, sino en estados subsecuentes.En las áreas de dislocación, como un resultado de las distorsiones de las láminas de cristales, se forman varias mesetas de fácil deslizamiento, de manera que una fuerza de corte relativamente pequeña alcanzará para desplazar los planos cristalinos al área sobre una distancia interatómica.Dicho desplazamiento resultará en el correspondiente cambio de la meseta a lo largo o en dirección opuesta a la de la fuerza actuante. En la nueva localización de la meseta otro desplazamiento sobre una distancia interatómica ocurrirá, seguido de un nuevo cambio de la meseta.De esta forma la meseta se moverá en la dirección de la fuerza actuante, haciendo, de esta manera, que el plano completo de cristales cambien las distancias interatómicas. Si la fuerza continuase actuando, la acción mantendría su repetición varias veces de manera que un cambio general de los planos cristalinos se llevará a cabo.Obviamente, los sucesivos cortes, que requieren únicamente de una ruptura local de las uniones atómicas, estarán producidos por una fuerza que es varias veces menor que menor que la necesaria para el desplazamiento simultáneo de la totalidad de los planos cristalinos.Esta es la mecánica de los cambios descriptos que es el mayor responsable de la disminuida resistencia real de los metales cuando comparamos con los valores teóricos.Los desplazamientos de las mesetas que están disponibles para deslizar continuarán hasta que la dislocación haya emergido sobre la superficie de un bloque de cristal o encuentre algún obstáculo (por ejemplo, soluciones intersticiales foráneas, dislocaciones similares pero de signo opuesto, etc). Las dislocaciones de signos opuestos se cancelan unas con otras.

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Esto es, podemos concluir que aumentos heterogéneos, por ejemplo, aumentan la cantidad de mezcla y el número de distorsiones de láminas de cristales, así como que a medida que conmutan los cristales de los bloques, harán de los metales elementos más fuertes, lo que impedirá y bloqueará las dislocaciones.Las dislocaciones inevitablemente ocurren en enormes cantidades en todos los metales. Por ejemplo, la densidad promedio de su distribución en los aceros alcanza los 108 -1010 cm-2.Las dislocaciones aumentan debido a dos razones: capas de cristales intersticiales superfluas, llamadas extraplanos (dislocación lineal), desplazamiento espiralado de planos cristalinos relativo a otros(dislocaciones atornilladas), Una alternativa a las dislocaciones es un vacío, por ejemplo, que es la ausencia de átomos en los nodos de las láminas cristalinas, así como átomos extraños colocados en los intersticios. Las distorsiones locales en las láminas ocurrirán bajo la aplicación de cargas externas y también en las zonas donde las tensiones internas actúan.Las dislocaciones existentes pueden causar nuevas dislocaciones en las áreas adyacentes. Son fuentes de dislocaciones espontáneas: dos dislocaciones en líneas superpuestas formarán un generador continuo de dislocaciones.Hay dos métodos principales de aumentar las tensiones en los materiales:1. la eliminación o reducción del número de dislocaciones (producción de metales

con estructuras homogéneas y de cristales regulares).2. aumentando el número de heterogeneidades (Creación de obstáculos que

controlarán el desarrollo y la propagación de dislocaciones).

Las potencialidades del primer método son bastante limitadas, debido a las estructuras menos defectuosas pueden ser únicamente obtenidas con materiales extremadamente puros y en muy pequeños volúmenes, los que excluirían la admisión y el desarrollo de dislocaciones. Finos excedentes de cristales han sido preparados en laboratorio. Estas patillas de cristales (de varios mm de longitud y 0.05-2 чm de espesor) tiene una resistencia a la tracción de 1350 kgf/mm2. Esto es unas 100 veces más que la del hierro comercial convencional y 10 veces más que la de los aceros de alto grado de aleación. Junto a una alta resistencia a la tracción las patillas poseen buenas características elásticas. Esto es, la elongación elástica de las patillas alcanza el 5%, mientras que el mismo parámetro ofrecido por un hierro convencional no excede el 0.01%. La mejora en la resistencia y elasticidad de una lámina simple de cristales se obtiene asegurando al extremo la pureza de sus materiales y la regularidad de la estructura cristalina. El desarrollo de dislocaciones es prácticamente imposible, debido a que el diámetro de una laminilla es menor que la extensión promedio de una dislocación. Con el incremento del diámetro la resistencia de las láminas de cristales cae abruptamente (FIGURA 4) debido a las dislocaciones.Las laminillas se producen en los no metales también (óxido de aluminio Al2O3, grafito, dióxido de silicio SiO2; carburo de silicio sí); la resistencia de las láminas no metálicas es mayor que la de sus contratares metálicas. (FIGURA 5.La resistencia real de las láminas es de 50-60% de sus valores teóricos. Las dimensiones reducidas aparejan, sin embargo, sus aplicaciones técnicas.Tal vez, la única manera real de la aplicación de las láminas es su utilización en la manufactura de materiales compuestos, de láminas de cristales de compresión

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simple, ordenadas en patrón orientado definido dentro de una matriz metálica (ej.: aluminio) o plástica. Si la lámina tiene suficiente longitud como para asegurar una buena adherencia con la matriz ( a lo largo de las superficies laterales) su resistencia será entonces aplicada exitosamente. Es notable que la resistencia de los materiales compuestos, los que contienen 40-50% de láminas (en peso) alcanzan el 30% de las últimas resistencias. Esto es, una composición de láminas de cristal simple de zafiro tiene una resistencia de 500-600 kfg/mm2.Naturalmente, dichos materiales son muy caros (su costo está cercano al del platino); por esta razón, sus aplicaciones están limitadas a sólo construcciones especiales.El segundo método parece más promisorio, tendiendo a incrementar el grado y número de heterogeneidades. El primer paso es alear y tratar térmicamente, cuyo efecto resistente, en esencia, apunta a un aumento de la densidad de las dislocaciones.Los adelantos en el desarrollo de aceros de aleación rica están basados en el hecho de que en algunos aceros aleados multicompuestos (comprenden una porcentaje relativamente bajo de elementos aleantes) el proceso de enfriado, comenzando desde la temperatura de transformación austenítica dentro de un cierto rango de temperaturas (450-550ºC), no es acompañado por la descomposición de la austenita (se ha señalado como una descomposición que es inevitablemente seguida de la formación de mezclas de cementita-ferrita duras). Consecuentemente en este rango de temperaturas los aceros pueden conservarse plásticos por un período ilimitado de tiempo y estar listos para el forjado, estampado y rolado.De este modo comienza el método de combinación de procesos termomecánicos, en realidad, el proceso de tratamiento térmico y de deformación plástica.Los procesos termomecánicos de baja temperatura (LTTP; por sus siglas en inglés) es una deformación intensiva del acero dentro de un rango de temperaturas en el estado estable austenítico.El proceso (FIGURA 6 a): calentamos a 900-1000ºC; rápido enfriamiento a 450-550ºC ; deformación plástica múltiple a esta temperatura con un alto grado de deformación (90%); martempering (para producir una estructura completamente martensítica); y tempering final a 250-400ºC.El tratamiento termomecánico a baja temperatura puede ser aplicado a los aceros que tengan aproximadamente la siguiente composición química: 0.4-0.6% C- 1-1.5% Ni- 0.7-1.5% Mn-1-1.5% Si-1-3% Cr y 0.5-1.5% Mo. Estos aceros tienen un estado austenítico estable dentro del rango de temperaturas mencionado.El LTTP asegura un significativo aumento en la resistencia del material (resistencia a la tracción σb = 320-350 kgf/mm2, limite de elasticidad σ02 = 280-300 kgf/mm2 con una elongación de δ = 8-12 %). Esto es alrededor del doble del índice de resistencia de los mejores aceros modernos. De gran significación es el hecho de que el LTTP incrementa las tensiones de fatiga.Las mejoras de resistencia obtenidas mediante el LTTP son atribuidas, principalmente a la destrucción substancial de la estructura cristalina como resultado de deformaciones semiplásticas, las que son acompañadas por la pulverización de grupos de cristales (bloques) a un cuarto o un quinto de fracción de los grupos de cristales obtenibles por tratamiento térmico convencional.

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El defecto de los LTTP reside en que las piezas tratadas no pueden estar sujetas a altas temperaturas debido a que el acero perdería la dureza que ha adquirido anteriormente. En consecuencia, las piezas tratadas con LTTP no pueden ser soldadas.El proceso es aplicable para lotes rolados y piezas de forma simple. Componentes de formas intrincadas no darán buenos resultados cuando se someta a los LTTP, así como es imposible obtener deformaciones uniformes y homogéneas de los metales en la totalidad de los componentes.Otra desventaja es la necesidad de incrementar las fuerzas que son necesarias para deformar el material en el estado semiplástico. Para evitar esta desventaja se suele hacer uso de los procesos termomecánicos de alta temperatura (HTTP, por sus siglas en inglés), cuyo significado (FIGURA 6 b) es que el material es deformado en el rango de temperaturas entre los 800-900ºC, con el grado de deformación que alcanza el 20-30%. Luego de ello la pieza es sometida a martempering y un endurecido posterior. Ocasionalmente se utiliza tratamiento térmico para la bainita. (FIGURA 6 c).Los HTTP brindan un menor acrecentamiento de tensiones comparado con el método anteriormente descrito (LTTP): el nivel de tensiones es aumentado a 220-280 kgf/mm2, aún así es 1.5 a 2 veces el valor respecto al que se obtiene aplicando separadamente tratamiento térmico y presión. Más aún, las técnicas de HTTP mejoran la plasticidad y la tenacidad al impacto en paralelo con la reducción de la sensibilidad del acero a las concentraciones de tensiones.Los HTTP pueden ser aplicados, aunque con pobres resultados en lo que a resistencia se refiere, a los aceros de carbono medio convencionales. Esto es, las altas temperaturas de los procesos termomecánicos aumentan la resistencia última de los aceros de grado 45 a 180-200 kgf/mm2.Cuando son combinados, los tratamientos LTTP y HTTP, producirán un incremento de la temperatura del 15-20%.Aún otros métodos de endurecimiento de materiales se basan en curado de tensiones martensíticas (MSA, por las siglas en inglés). En éste caso (FIGURA 6 e) el acero es primero sujeto a un tratamiento térmico usual (endurecimiento más tempering a 250-400ºC) y luego de ello deformado en un estado frío, siendo el grado de deformación de 1-3%. Luego sigue el curado por 1-2 hs. a una temperatura en la cual excede aproximadamente unos 100ºC la temperatura de tempering. En el proceso de curado la resistencia a la tracción del acero sube a 200-250 kgf/mm2. Es significativo que la razón entre el límite elástico y la resistencia a la tracción última se vuelve aproximadamente

igual a 1. Propio de estos aceros tensionados, considerando su límite de elasticidad, el que es la característica principal de resistencia del material, están próximos a los aceros los que han sido fortalecidos por métodos más complicados (como los que se describen anteriormente).Las deformaciones pueden ser realizadas por cualquier método: reducción, extensión, torsión, estampado, rolado, etc. Los componentes de formas intrincadas son deformados aplicando cargas, que simulan las de trabajo. Por ello, los recipientes de almacenamiento son endurecidos aplicando alta presión interna con el subsecuente curado.

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σ02

σb

Un aumento del endurecimiento en el transcurso del curado de tensiones se obtiene teniendo en cuenta la actuación de dos factores que actúan simultáneamente: trabajo en frío (p.ej.: alta densidad de dislocaciones) más pulverizado de bloques martensíticos.Una alternativa a éste método es el endurecimiento bainítico seguido de un curado de tensiones (FIGURA 6 f). Se obtuvieron resultados satisfactorios mediante la combinación de curado de tensiones con LTTP (FIGURA 6 g) y HTTP (FIGURA 6 h, i).Ultimamente un proceso de endurecimiento se ha sugerido el cual está basado en el curado de aleaciones martensíticas libres de carbono. Este método puede ser aplicado a aleaciones de hierro-níquel-cobalto-molibdeno libres de carbono ( < 0.01% C) que contengan: 18-20% de níquel; 7-10% de cobalto y 3-5% de molibdeno con admisiones obligadas de titanio (0.3-1%) y aluminio (0.1-0.3%), las que, en realidad, son los elementos primarios del endurecimiento.Estos aleantes son tratados térmicamente por martempering el que, en contraste con el tempering convencional de los aceros aleados, no requiere altas tasas de enfriado y procedimientos como el que requiere el acero cuando es enfriado al aire libre desde 800-1000ºC (generalmente las aleaciones son endurecidas desde la temperatura de forjado). Este endurecimiento resultará en martensita suave (10-15 Rc) el cual hará que el material esté listo elásticamente para deformar en frío.El material es luego sujeto a curado, manteniéndolo a 400-500ºC por aproximadamente 3 hs. Luego del curado la resistencia última a la tracción se incrementa a 210-250 kgf/mm2 (con ); la dureza martensítica se

eleva a 50 Rc, manteniendo si alta plasticidad (δ = 10-12%) y tenacidad (αk = 8-12 kgf/mm2). El efecto de aumento de la resistencia es obtenido principalmente debido a la segregación de intermetálicos, como compuestos de níquel con titanio o aluminio, o compuestos de níquel con titanio, aluminio y molibdeno.Las aleaciones curadas martenisíticas tienen buenas características tecnológicas. El curado no deforma la pieza, por lo que el tratamiento puede ser utilizado en el estado final de la manufactura. Dichas aleaciones pueden ser trabajadas a través de deformaciones plásticas de cualquier clase (forjado, rolado). En un estado de dureza (antes del curado) estas aleaciones pueden ser trabajadas por presión ( estampado profundo, operaciones de conformado, etc.). Las aleaciones tienen cualidades de buen maquinado y satisfactoria soldabilidad luego del endurecimiento y del curado. El ablandamiento en la zona de soldadura (cuando se suelda en estado envejecido) es eliminado por un nuevo curado.La desventaja de las aleaciones curadas martensíticas es el aumento del contenido de los costosos níquel y molibdeno. Una amplia resistencia a la tracción y buena tenacidad pueden ser obtenidas por la introducción de 1.5-2 % de manganeso, no excediendo el contenido de níquel el 8-12%.Los científicos soviéticos han desarrollado un método el cual posibilita que aceros de bajo carbono sean fortalecidos por múltiples procesos termomecánicos (MTMP, por sus siglas en inglés). Es en la deformación de una muestra 5-6 veces, en la que cada estado de deformación corresponde a una longitud de meseta elástica en el diagrama de tensión-deformación (la deformación total alcanza el 6-8 %)

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σ02 ≅

1

σb

hasta que la meseta elástica desaparece completamente. Esto es seguido por un curado a 100-200C por 10-20 hs. El proceso permite que el límite elástico sea elevado a un 25-30% más (cercano a la resistencia última) y el límite de fatiga en un 30-50% más.Recientemente, conjuntamente con el proceso termomecánico, una resistencia adicional se obtuvo aplicando campos magnéticos los que en la resistencia producen el bien conocido fenómeno de magnetorestricción que cambia los tamaños de los cristales. Las tensiones causadas por la magnetorestricción se agregarán a las tensiones producidas durante los procesos termomecánicos previos, lo que fortalecerá el acero aún más (aproximadamente 10-15% cuando lo comparamos con la resistencia original). Esto es conocido como método del proceso termomecanomagnético (TMMP).Muestras de aceros súper resistentes han sido producidos bajo condiciones de laboratorio. Estas muestras tienen una resistencia última a la tracción de 400-500 kgf/mm2, por ejemplo, diez veces más que la de los aceros al carbono y tres a cuatro veces la de las aleaciones modernas de aceros.Con la apariencia de aceros de alta resistencia aparecen una serie de nuevos problemas de diseño debido a que las piezas hechas de materiales más fuertes son menos rígidos. Esto es debido a que el módulo de elasticidad de cada metal tiene un valor estable y sólo escasamente depende del tratamiento térmico y del contenido de aleantes (en cantidades normales). Debido a que las deformaciones son proporcionales a la relación entre las tensiones y los módulos de elasticidad, (lo cual es la razón de la aplicación de materiales de gran resistencia a la tracción) las deformaciones también aumentarán proporcionalmente y la rigidez caerá en forma inversa proporcional.Esto será cierto sólo si el largo de las piezas se asumen sin cambios ( es el caso de mayor aplicación). Las dimensiones lineales de una construcción son generalmente elegidas para adecuar la máquina a las condiciones de operación. Por ello, en los generadores de energía y convertidores estas dimensiones dependen de la capacidad de trabajo y de las especificaciones, por ejemplo, en los motores de combustión interna depende del tamaño del cilindro, el cual, en cambio depende de la presión de gas operante; en las máquinas herramientas, depende del tamaño de la pieza a maquinar; en estructuras metálicas, depende del largo y la altura de la construcción. En todos estos casos el uso de materiales de alta resistencia afectará a la sección transversal únicamente y no al largo de la pieza.Una serie de máquinas existe cuando las dimensiones lineales dependen únicamente de la resistencia de los materiales. Para dichas máquinas tenemos las unidades de transmisión referidas. En este ejemplo la aplicación de materiales aleados no sólo dará secciones transversales menores, sino también habrá una reducción proporcional de la longitud de las piezas separadas y de las dimensiones totales de las máquinas como un efecto global a obtener. En estos casos la introducción de materiales de alta resistencia no disminuye la rigidez de la construcción.Consideremos un caso en el que las dimensiones lineales de una pieza son inamovibles. Asumamos que son dos barras equisresistente (de resistencia igual) de la misma longitud- una de acero al carbono de grado 45, con una resistencia última a la tracción de 50 kgf/mm2, y la otra de una barra de acero de alta

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resistencia con una resistencia última a la tracción de 500 kgf/mm2. La rigidez de la última barra es obviamente 10 veces menor que la anterior.Evaluemos ahora los valores de deformación absolutos.Tomemos un ejemplo de una varilla de conexión, de largo 400 mm, de un motor de combustión interna. Si las tensiones de compresión desarrolladas en una varilla de acero convencional son de 20 kgf/mm2, las deformaciones elásticas serán:

Ahora las comparemos con la deformación por compresión en una varilla de conexión de acero de alta resistencia con un área de sección transversal proporcionalmente menor (para condiciones de igual resistencia), encontraremos que la deformación es mucho mayor.

En el caso de σ˝ no tiene sentido de lidiar con la reducción de rigidez debido a que con los valores dados de y de E la deformación depende sólo de la sección transversal y es bastante independiente de su forma. En flexión, el doblado longitudinal y torsional tienen una reducción de rigidez mayor, pero en el caso dado hay algunas conclusiones de lidiar con éste fenómeno.Asumamos dos barras de igual longitud y similares perfiles de sección transversal hechas de los mismos aceros como en el ejemplo anterior y sujetas a flexión o torsión. Luego para el caso anterior la rigidez de la barra hecha de acero de mayor resistencia será menor por 12/3=21.5 veces. Consideremos un ejemplo numérico. Asumamos un eje de 60 mm de diámetro y 400 mm de longitud, soportado en sus extremos y cargado en el centro con una fuerza P.La máxima deflexión del eje bajo la acción del momento flector (Mflex = P.L/4):

Ya que I = W . D, entonces: 2

Si las tensiones de deformación del acero de alta resistencia con su sección proporcionalmente menor tendrán un elevado valor:

Por esto, la aplicación de materiales de alta resistencia con un completo uso de sus reservas de resistencia y reducción de la sección transversal sin el

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λ = σ . L = 20 . 400 ≈ 0.4 mm E 21000

λ = 4 mm

f = Mflex L2 = σ . L 2 6 E D W E 6D

f = P L 3 = Mflex L2

48 E I 12 E I

f = 20 . 400 2 = 0.45 mm 21000 6.60

correspondiente decrecimiento en el largo puede llevar a una caída catastrófica en la rigidez.Generalmente la característica de rigidez es mejorada por el incremento de los tamaños diametrales de la pieza y haciendo simultáneamente sus paredes más finas. Sin embargo, en el caso abajo considerado, esto podría ser inútil: con el aumento de los momentos de inercia, los momentos resistentes de la pieza sin simultáneamente incrementados y esto es acompañado por una disminución de tensiones. Consecuentemente, éste método disminuye el nivel de tensiones lo que consiste la principal ventaja de los materiales de alta resistencia, especialmente, la posibilidad de aumentar las tensiones de diseño para obtener el correspondiente ahorro en peso. La ventaja es únicamente parcialmente realizada con una muy amplia reducción del espesor de pares (en ingeniería mecánica generalmente el espesor de pared es de 1-2 mm), por ejemplo, esto significa un cambio para los componentes de recubrimiento.Para algunos componentes de ingeniería (discos, contenedores, engranajes, barras de conexión, niveles, ejes, etc.) las formas de recubrimiento son practicables, aunque ello requiera cambios radicales en el diseño y la manufactura. Por ello, junto con el aumento de los momentos de inercia, es necesario aplicar otros métodos de deformaciones menores, como la clasificación de la longitud de las piezas, más cercano al arreglo de soportes, etc.En todos los casos el empleo de materiales de alta resistencia pone nuevos problemas ante los diseñadores y tecnólogos, cuya resolución requiere mucha creatividad e imaginación. Una característica positiva de las piezas realizadas con aceros de alta resistencia es su extraordinaria capacidad de soportar cargas de impacto siendo causa de grandes valores de deformaciones. La resistencia al impacto es aproximadamente proporcional al cociente σ02 , donde σ02 es el límite de elasticidad y E el módulo Ede módulo de Young. Podría considerarse el límite elástico como proporcional a la última resistencia, por lo que la resistencia de los aceros de alta resistencia será mayor que la de los aceros convencionales en una proporción de:

Donde σ y σb son respectivamente las resistencias últimas a la tracción de los aceros de alta resistencia y la de los aceros convencionales.Cuando σ ’b = 10, la resistencia de los aceros de alta resistencia a las cargas σb

de impacto será 100 veces más que la de los aceros convencionales.

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