El acero se ha convertido en una materia prima con miles de variaciones diferentes basadas en su uso previsto, así que vamos a explorar los diferentes tipos de acero más utilizados, sus propiedades distintivas, así como sus usos.
El hierro es el mineral más abundantemente disponible repartido por el núcleo y el manto de la tierra, aunque es extremadamente blando en su forma pura y necesita ser oxidado en óxido de hierro. La escasa resistencia y durabilidad de esta forma dificulta enormemente el uso del hierro. Para mejorar estas propiedades, se añade hasta un 2% de carbono al hierro puro, lo que produce una sustancia muy duradera y dura llamada acero.
Debido a su gran resistencia a la tracción y solidez, el acero se utiliza para fabricar todo tipo de productos, desde agujas de coser hasta petroleros, así como las herramientas necesarias para producirlos. Sin embargo, a menudo se añaden otros tipos de metales al acero para incorporar diferentes cualidades en función del uso previsto.
Estas adiciones metálicas han producido hasta ahora 3.500 variaciones diferentes de acero, cada una de ellas con características y propiedades estructurales, químicas y físicas distintas. Más sorprendente aún es el hecho de que más del 75% de estas variantes se introdujeron en las dos últimas décadas para satisfacer la rápida evolución de la demanda industrial.
Exploremos los tipos de acero más utilizados, sus propiedades distintivas y sus usos:
Acero al carbono
La mayor parte del acero de todo el mundo es alguna forma de acero al carbono. Está compuesto por hierro, carbono y cantidades específicas variables de otros elementos de aleación. Como principal elemento de aleación de los aceros al carbono, el carbono representa alrededor del 90% de toda la producción de acero.
Ayuda a crear un metal más fuerte y mucho más rígido. Esto se debe a que los átomos presentes en el carbono le permiten recorrer la red cristalina del hierro, distorsionando ligeramente la red y rellenando los huecos entre los átomos metálicos.
Dada esta característica, los productos de acero al carbono resultantes son extremadamente duros. Lo que determina esta resistencia es la cantidad de carbono presente, clasificándolo además en tres categorías:
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Acero de alto contenido en carbono
El acero de alto contenido en carbono suele tener entre un 0,61% y un 1,5%, lo que da lugar a un acero fuerte, frágil y duro. Para mejorar su resistencia al desgaste, se somete a un tratamiento térmico adecuado. Además de utilizarse para alambres y muelles de alta resistencia, es un material útil para producir maquinaria de absorción de impactos.
Acero de carbono medio
Esta variación incorpora un contenido de carbono del 0,31% al 0,6%, lo que da lugar a un acero ligeramente dúctil con más resistencia a la tracción que el acero de bajo carbono. Para endurecerlo, suele tratarse con temple, una forma de tratamiento térmico. Como es muy maleable y puede moldearse en diversas formas y tamaños, este tipo es el más utilizado de los tres. Desde rascacielos a vallas, pasando por puentes y casas, se utiliza en todas partes.
Acero de bajo carbono
El acero de bajo carbono contiene hasta un 0,3% de carbono. Aunque ofrece una gran maleabilidad y ductilidad, el acero bajo en carbono se caracteriza por una baja resistencia a la tracción, que sin duda puede mejorarse mediante el proceso de laminado en frío. Éste consiste en laminar el acero entre dos rodillos pulidos en condiciones de alta presión. Entre sus usos más comunes se encuentran la producción de chapas, cajas, tubos, cadenas, alambres, cajas, remaches, bastidores de vehículos, etc.
Fuente: Techpedia
Acero de aleación
El acero de aleación está compuesto por cantidades variables de diferentes metales además del hierro. Estas adiciones ayudan a manipular las propiedades del acero para servir a aplicaciones específicas. Metales como el aluminio, el níquel, el silicio, el cromo, el manganeso, el titanio y el cobre se utilizan en cierta medida. El uso de estos metales da lugar a características que no se encuentran en el acero al carbono. Los cambios deseados se producen en la fuerza, la conformación, la resistencia a la corrosión, la ductilidad y la templabilidad del acero.
Generalmente más sensible a diferentes tipos de tratamientos, el acero de aleación se utiliza en industrias más especializadas como los electrodomésticos, la construcción naval y la industria del automóvil. Puede presentarse en formas más fuertes o más táctiles, con una gran resistencia a la oxidación o más adecuadas para la soldadura.
El acero aleado se utiliza a menudo para fabricar tuberías, piezas de automóviles, generadores de energía, transformadores y motores eléctricos.
Dependiendo de la combinación de elementos de aleación, los aceros aleados abarcan numerosas variaciones diferentes. Hemos reunido los tipos más utilizados:
Acero al tungsteno
El tungsteno, también conocido como wolframio, es básicamente un metal plateado mate que cuenta con el punto de fusión más alto entre todos los tipos de metal en su forma más pura. Lo que lo diferencia de otros tipos de metal es su resistencia y su capacidad para soportar altas temperaturas. Debido a estas características, diferentes aleaciones de acero utilizan este metal para mejorar la resistencia a la corrosión y al desgaste.
Además, las toberas de los motores de cohetes utilizan el acero de tungsteno para lograr una alta resistencia al calor. Si se combina con cobalto, níquel y hierro, el acero al tungsteno puede utilizarse para producir palas de turbina para muchos tipos de aviones. Además, muchas otras máquinas y herramientas requieren una alta resistencia al calor, y por ello, hacen uso del acero al tungsteno.
Fuente: La balanza
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Acero al níquel
La aleación de acero al níquel es una de las más utilizadas en todo el mundo. Además de un alto contenido de níquel de alrededor del 3,5%, comprende aproximadamente un 0,35% de contenido de carbono. Su especialidad es que la adición de níquel refuerza el acero estructural sin una disminución proporcional de la ductilidad. Este aumento de la tenacidad ayuda a resistir las fracturas que pueden provocar los altos impactos, los golpes y las cargas.
Además, en el momento del enfriamiento, el níquel disminuye el valor de la distorsión del acero. El acero al níquel ofrece una increíble capacidad de respuesta al tratamiento térmico, ya que la adición de níquel reduce la temperatura del acero, haciéndolo ideal para el tratamiento térmico.
Fuente: Bright hub engineering
Acero al manganeso
El acero al manganeso es un acero de endurecimiento por trabajo que está compuesto por un contenido de manganeso del 11 al 14%. Debido a sus excelentes características de endurecimiento por trabajo y resistencia al desgaste, el acero al manganeso se utiliza en la fabricación de complejas vías férreas. Otras aplicaciones actuales son las cucharas de pala, las cabinas de granallado, los rascadores, las placas de seguridad antitaladro, etc.
Fuente: West Yorkshire Steel
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Acero al vanadio
El acero al vanadio es conocido por sus propiedades de resistencia a la corrosión, así como por su capacidad para absorber golpes. Además de utilizarse para tubos y conductos que transportan productos químicos, el acero al vanadio se utiliza en forma de una fina capa para unir el titanio al acero en aplicaciones aeroespaciales. Tan sólo un 1% de vanadio y cromo son suficientes para lograr la resistencia a los golpes y las vibraciones, lo que lo hace ideal para aplicaciones automovilísticas.
Fuente: mining.com
Acero al cromo
La adición de cromo disminuye el índice de enfriamiento crítico y aumenta la resistencia a las incrustaciones, al desgaste y a las altas temperaturas del acero. Se utiliza principalmente para aumentar la resistencia a la corrosión. El acero al cromo, que presenta una gran elasticidad y resistencia a la tracción, se utiliza a menudo en la fabricación de piezas de máquinas y automóviles, trituradoras de rocas y cajas fuertes.
Fuente: Borinox
Acero al cromo-vanadio
El acero al cromo-vanadio utiliza tanto el cromo como el vanadio, combinando las características de cada uno. Con una resistencia a la tracción extremadamente alta, el acero se puede cortar fácilmente pero no es frágil. Entre sus usos más comunes se encuentran los engranajes, los ejes, las bielas, los bastidores de vehículos, etc.
Acero al silicio
Cuando se trata de fuerza magnética, el acero al silicio es el material más importante que se utiliza en la actualidad. Mientras que pequeñas cantidades de acero al silicio se utilizan en transformadores de impulsos y pequeños relés, aplicaciones como grandes motores y generadores utilizan toneladas de acero al silicio. Entre sus propiedades, destacan la reducción de la saturación, la resistividad, la magnetostricción y la anisotropía magnetocristalina. Con una adición de silicio de entre el 1 y el 2%, este acero es el más utilizado para fabricar imanes permanentes.
Aprenda aquí todo sobre el acero al silicio.
Acero al molibdeno
Como valioso agente de aleación para los aceros, el molibdeno ayuda a mejorar la tenacidad y soldabilidad del acero, así como su resistencia a la corrosión. Esto hace que sea ideal para su uso en aceros estructurales y, por lo tanto, se utilizan ampliamente en aplicaciones del entorno marino. Los oleoductos y gasoductos y los rodamientos de bolas también hacen uso del acero al molibdeno.
Fuente: Metalpedia
Acero al cobalto
Las aleaciones de cobalto ofrecen una enorme resistencia a la corrosión, al desgaste, a las altas temperaturas y propiedades magnéticas. Algunas de las aplicaciones más duras del cobalto son las paletas y los cangilones de las turbinas de gas. Sin embargo, este tipo de acero se utiliza más habitualmente para fabricar herramientas de corte.
Fuente: Science direct
Acero al aluminio
La adición de aluminio ayuda a incorporar la capacidad de reflejar el calor. Con una densidad de alrededor de un tercio de la del acero, se utiliza en aplicaciones en las que el bajo peso y la alta resistencia son esenciales. Así, los aceros al aluminio se utilizan mucho para fabricar sistemas de escape de motos y coches. Además de la industria del automóvil, el acero al aluminio se utiliza de forma diversa en la generación de energía, la arquitectura, la preparación de alimentos, el embalaje, las aplicaciones de transmisión eléctrica, etc.
Fuente: Aalco
Acero para herramientas
Los aceros para herramientas son el tipo de aceros utilizados para la producción de diferentes tipos de herramientas utilizadas para una amplia gama de propósitos, incluyendo herramientas de impacto, herramientas de corte como las de cuchillería, y otras. Se componen de aleaciones de metales como el tungsteno, el cobalto, el molibdeno y el vanadio en cantidades variables. No sólo son duros y duraderos, sino también muy resistentes al calor.
Dependiendo del tipo de herramienta que se vaya a fabricar, la calidad del acero para herramientas difiere, lo que da lugar a numerosas variantes dentro de la categoría de los aceros para herramientas:
Acero para herramientas resistente a los golpes
Como su nombre indica, esta variante de acero para herramientas está diseñada para ofrecer una gran resistencia a los golpes a distintos niveles de temperatura. Con un bajo contenido en carbono, silicio y molibdeno, es abrasivo y moderadamente resistente. Este acero se utiliza sobre todo para fabricar herramientas como destornilladores, punzones, cinceles y herramientas utilizadas en el remachado.
Acero para herramientas de uso especial
Este acero para herramientas está diseñado específicamente para conseguir una dureza y maleabilidad moderadas, utilizando una clase de acero de baja aleación. Suelen utilizarse para fabricar llaves, pernos y machos de roscar.
Acero para herramientas de trabajo en caliente
El acero para herramientas de trabajo en caliente se utiliza para fabricar herramientas que requieren una gran resistencia al calor durante periodos de tiempo prolongados, como las utilizadas en forja, extrusión, punzonado, fundición y cuchillas de corte en caliente.
Acero para herramientas de endurecimiento al agua
Como tipo más barato, el acero para herramientas de endurecimiento al agua es el más utilizado en la producción de herramientas. Para incorporar dureza a los objetos o herramientas, este acero se templa con agua. Con una alta resistencia al desgaste superficial, este acero se utiliza a menudo para fabricar limas, cortadores, martillos, cuchillas y artículos similares.
Acero para herramientas de alta velocidad
El acero para herramientas de alta velocidad está compuesto por aleaciones de acero de tungsteno, molibdeno y vanadio. Estos componentes son duros y conservan su dureza cuando se exponen a altas temperaturas, lo que ayuda a producir un acero perfecto para la maquinaria de alta velocidad, como taladros, escariadores, sierras, punzones, machos de roscar, etc.
Acero para herramientas de trabajo en frío
Esta variante de acero para herramientas incorpora un alto contenido de cromo para conseguir una propiedad de baja distorsión durante el endurecimiento, que puede realizarse mediante aire o aceite. Esta característica hace que las herramientas producidas no se agrieten fácilmente. Al ser un acero muy resistente, el acero para herramientas en frío es ideal para fabricar cuchillas, matrices de estampación, herramientas de acuñación, etc.
Acero para moldes
El acero para moldes utiliza aceros al carbono para fabricar moldes de inyección y compresión para plásticos. Además, otra aplicación común es la fundición a presión de zinc.
Fuente: Science struck
Acero inoxidable
Aunque el acero inoxidable se compone de varias aleaciones metálicas, el cromo es el elemento principal, que constituye entre el 10 y el 20% de la composición total del acero. Anteriormente conocido como acero «Rustless», el acero inoxidable es muy popular debido a su aspecto y a su gran resistencia a la oxidación. Precisamente, es aproximadamente 200 veces más resistente a la oxidación que otros tipos de acero, especialmente cuando la cantidad de cromo es superior al 11%.
Debido a su capacidad de alta resistencia a la corrosión, el acero inoxidable es el tipo de acero más caro. Al ser un tipo muy duradero, los aceros inoxidables son capaces de soportar el desgaste que se produce como resultado del uso diario. Para mejorar aún más su resistencia a los arañazos y la corrosión, la capa invisible de cromo sirve para evitar la oxidación. Otros componentes metálicos que componen el acero inoxidable son el molibdeno y el níquel.
En función de la aplicación, los tamaños y grados del acero inoxidable pueden ser diferentes, y pueden presentarse en forma de láminas, barras, tubos, placas y alambres. En función de la estructura cristalina y las propiedades mecánicas del acero inoxidable, éste puede clasificarse en varios tipos:
Acero inoxidable ferrítico
El acero inoxidable ferrítico contiene aproximadamente entre un 12 y un 17% de cromo, hasta un 0,1% de carbono, trazas de níquel y otros metales de aleación en pequeñas cantidades, como aluminio, molibdeno y titanio. Los aceros ferríticos son resistentes, fuertes y magnéticos, y pueden reforzarse aún más mediante el trabajo en frío. Sin embargo, no responden al tratamiento térmico, lo que significa que no pueden endurecerse mediante esta técnica.
Acero inoxidable austenítico
El acero austenítico tiene un contenido de cromo mucho mayor que sus homólogos de acero inoxidable. El contenido de cromo en este tipo de acero puede llegar a ser del 18%, mientras que otros elementos incluyen el níquel, que constituye el 8%, y el carbono con el 0,8%. Aunque el acero austenítico no responde a los tratamientos térmicos, es popular por sus propiedades no magnéticas, lo que hace de este acero uno de los más utilizados en todo el mundo. Algunos usos comunes incluyen la fabricación de tuberías, equipos de procesamiento de alimentos y utensilios de cocina.
Acero inoxidable martensítico
Compuesto por entre un 11 y un 17% de cromo, el acero martensítico contiene aproximadamente un 1,2% de carbono y menos de un 0,4% de níquel. Los aceros martensíticos no sólo responden a los tratamientos térmicos, sino que también tienen propiedades magnéticas. Los instrumentos dentales y quirúrgicos, los cuchillos, las hojas y otras herramientas de corte utilizan el acero inoxidable martensítico.
Acero inoxidable dúplex
El acero dúplex es simplemente una combinación de aceros ferríticos y austeníticos, lo que da como resultado un acero mucho más fuerte que ambos por separado. No sólo es soldable, sino también resistente a la corrosión. Sin embargo, no es fuerte magnéticamente.
Acero inoxidable endurecido por precipitación
Este acero está compuesto por un 17% de cromo y un 4% de níquel, lo que da lugar a una variedad de acero endurecido. Además, se añaden otros metales en cantidades variables, como aluminio, cobre y niobio. Este tipo puede moldearse en diferentes formas, lo que lo hace ideal para su uso en componentes de motores y contenedores de residuos nucleares. También ofrece una moderada resistencia a la corrosión.