Aceiro

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Este é un dos 1000 artigos que toda Wikipedia debería ter.
Ponte fabricada en aceiro.

O aceiro é unha aliaxe de ferro cun contido en carbono entre o 0,2 e o 1,8%. O aceiro é o material mais importante da nosa civilización e del están feitas a maior parte das ferramentas e máquinas.

Historia[editar | editar a fonte]

Ao contrario do ferro, que desde as orixes da humanidade se ten atopado en pequenas cantidades na natureza procedente de meteoritos, o aceiro é un produto tecnolóxico humano de invención relativamente recente. En estado puro, o ferro é un material brando e de reducida utilidade, só ao alialo con carbono en porcentaxe superior ao 0,2% se converte nun metal duro e tenaz, apto para infinidade de usos. As primeiras pezas de aceiro obtíñanse collendo un cacho de ferro candente e golpeándoo contra cinzas que se ían incorporando ao metal até acadar o grao de dureza desexado ou manténdoo durante tempo mergullado en carbón. Hoxe o aceiro obtense de dúas materias primas: a gusa producida a partir de mineral nun alto forno ou ferro vello transformado nunha aciaría eléctrica.

Composición[editar | editar a fonte]

Alén do ferro e o carbono, compoñentes principais, os aceiros incorporan outros elementos químicos, algúns prexudiciais, provintes do ferro vello, do mineral ou do combustíbel empregado no proceso de fabricación, como o xofre e o fósforo. Outros son adicionados intencionalmente para mellorar algunhas características do aceiro para aumentar a súa resistencia, ductibilidade, dureza ou outras, ou para facilitar algún proceso de fabricación, como usinabilidade, é o caso de elementos de liga como o níquel, o cromo, o molibdeno e outros.

No aceiro común o teor de impurezas (elementos alén do Ferro e do Carbono) estará sempre debaixo do 2%. Por enriba dos 2 ata 5% de outros elementos podese considerar aceiro de baixa-liga, por riba do 5% é considerado de alta-liga. O Xofre e o Fósforo son elementos prexudiciais ao aceiro pois acaba por intervir nas súas propiedades físicas deixando o aceiro quebradizo. Dependendo das esixencias cobradas, o control sobre as impurezas pode ser menos rigoroso ou entón poden pedir o uso de un antisulfurante como o magnesio e outros elementos de liga benéficos.

Diagrama ferro-carbono (Fe-C)[editar | editar a fonte]

Zona dos aceiros (ata 2% de carbono) do diagrama de equilibrio metaestábel ferro-carbono. Dado que nos aceiros o carbono atópase formando carburo de ferro incluíronse en abscisas as escalas das porcentaxes en peso de carbono e de carburo de ferro (en azul).

No diagrama de equilibro, ou de fases, Fe-C represéntanse as transformacións que sofren os aceiros ao carbono coa temperatura, admitindo que o arrequecemento (ou arrefriado) da mestura realízase moi lentamente de modo que os procesos de difusión (homoxeneización) teñen tempo para completárense. Devandito diagrama obtense experimentalmente identificando os puntos críticos (temperaturas ás que se producen as sucesivas transformacións) por métodos diversos.

Microconstituíntes[editar | editar a fonte]

O ferro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa a temperatura desde a ambiente:

  • Ata os 911 °C, o ferro ordinario, cristaliza no sistema cúbico de corpo centrado e recibe a denominación de ferro α ou ferrita. É un material dúctil e maleábel e dá boa forxabilidade a aliaxes con baixo contido en carbono e é ferromagnético até os 770 °C (temperatura de Curie á que perde dita calidade). A ferrita pode disolver moi pequenas cantidades de carbono.
  • Entre 911 e 1400 °C cristaliza no sistema cúbico de caras centradas e recibe a denominación de ferro γ ou austenita. Dada a súa maior compactidade a austenita se deforma con maior facilidade e é paramagnética.
  • Entre 1400 e 1538 °C cristaliza de novo no sistema cúbico de corpo centrado e recibe a denominación de ferro δ que é en esencia o mesmo ferro alfa pero con parámetro de rede maior por efecto da temperatura.

A maior temperatura o ferro atópase en estado líquido.

Se se engade carbono ao ferro, os seus átomos poderían situarse simplemente nos intersticios da rede cristalina deste último; porén nos aceiros aparece combinado formando carburo de ferro (Fe3C) (a ferrita admite un máximo de carbono na súa rede cristalina), é dicir, un composto químico definido e que recibe a denominación de cementita de modo que os aceiros ao carbono están constituídos realmente por ferrita e cementita.

Transformación da austenita[editar | editar a fonte]

Aliaxes de ferro

Austenita (ferro-γ ríxido)
Bainita
Martensita
Cementita (carburo de ferro; Fe3C)
Ledeburita (austenita + cementita; 4,3% C)
Ferrita (Ferro-α, Ferro-δ; brando e maleábel)
Perlita (88% ferrita, 12% cementita)
Esferoidita

Tipos de aceiro

Ferro-carbono (menos de 2,1% de carbono)
Aceiro inoxidábel (aliaxe con cromo)
Aceiro ARBL (Alta Resistencia e Baixa Liga)
Aceiro rápido (moi ríxido; tratado no calor)

Outros materiais a base de ferro

Ferro fundido (>2,1% de carbono)
Ferro forxado (case sen presenza de carbono)
Ferro dúctil


O diagrama de fases Fe-C mostra dúas composicións singulares:

  • Un eutéctico (composición para a cal o punto de fusión é mínimo) que se denomina ledeburita e contén un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). A ledeburita aparece entre os constituíntes da aliaxe cando o contido en carbono supera o 2% (rexión do diagrama non mostrada) e é a responsábel da mala forxabilidade da aliaxe marcando a fronteira entre os aceiros con menos do 2% de C (forxábeis) e o ferro fundido con porcentaxes de carbono superiores (non forxábeis e fabricadas por moldado). Deste xeito obsérvase que por riba da temperatura crítica A3 (Convencionalmente ao subíndice do punto crítico acompaña unha letra que indica se a temperatura determinouse durante o arrefriado (r, do francés refroidissement) ou o arrequecemento (c, do francés chauffage) xa que por fenómenos de histérese os valores numéricos difiren.) os aceiros están constituídos só por austenita, unha solución sólida de carbono en ferro γ e a súa microestrutura en condicións de arrefriado lento dependerá xa que logo das transformacións que sufra esta.
  • Un eutectoide na zona dos aceiros, equivalente ao eutéctico pero en estado sólido, onde a temperatura de transformación da austenita é mínima. O eutectoide contén un 0,77 %C (13,5% de cementita) e denomínase perlita. Está constituído por capas alternas de ferrita e cementita, sendo as súas propiedades mecánicas intermedias entre as da ferrita e a cementita.

A existencia do eutectoide permite distinguir dous tipos de aliaxes de aceiro:

  • Aceiros hipoeutectoides (< 0,77% C). Ao arrefriarse por baixo da temperatura crítica A3 comeza a precipitar a ferrita entre os grans (cristais) de austenita e ao alcanzar a temperatura crítica A1 a austenita restante transfórmase en perlita. Obtense xentón a temperatura ambiente unha estrutura de cristais de perlita embebidos nunha matriz de ferrita.
  • Aceiros hipereutectoides (>0,77% C). Ao arrefriarse por baixo da temperatura crítica precipítase o carburo de ferro resultando a temperatura ambiente cristais de perlita embebidos nunha matriz de cementita.

Outros microconstituíntes[editar | editar a fonte]

As texturas básicas descritas (perlíticas) son as obtidas arrefriando lentamente aceiros ao carbono, con todo modificando as condicións de arrefriado (base dos tratamentos térmicos) é posíbel obter estruturas cristalinas diferentes:

  • A martensita é o constituínte típico dos aceiros temperados e obtense de forma case instantánea ao arrefriar rapidamente a austenita. É unha solución sobresaturada de carbono en ferro alfa con tendencia, canto maior é o carbono, á substitución da estrutura cúbica centrada no corpo por tetragonal centrada no corpo. Tras a cementita (e os carburos doutros metais) é o constituínte máis duro dos aceiros.
  • Velocidades intermedias de arrefriado dan lugar á bainita, estrutura similar á perlita formada por agullas de ferrita e cementita pero de maior ductilidade e resistencia que aquela.
  • Tamén se pode obter austenita por arrefriado rápido de aliaxes con elementos gammágenos (que favorecen a estabilidade do ferro γ) como o níquel e o manganeso, tal é o caso por exemplo dos aceiros inoxidábeis austeníticos.

Outrora identificáronse tamén a sorbita e a troostita que resultaron ser en realidade perlitas de moi pequena distancia interlaminar polo que devanditas denominacións caeron en desuso.

Propiedades[editar | editar a fonte]

A propiedades medias dun aceiro con 0,2% de carbono en peso están en torno de:

  • Densidade media do aceiro': 7860 kg/m³ (ou 7,86 g/cm³)
  • Coeficiente de Expansión Térmica: 11,7 10-6 (C°)-1
  • Condutividade Térmica:52,9 W/m-K
  • Calor Específico: 486 J/kg-K
  • Resistividade Eléctrica: 1,6 10-7Ω
  • Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Lonxitudinal: 210GPa
  • Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Transversal:80 GPa
  • Coeficiente de Poisson: 0,3
  • Límite de escoamento: 210 MPa
  • Limite de Resistencia a Tracción: 380 MPa
  • Alongamento: 25%

[1]

Norma UNE-36010[editar | editar a fonte]

Artigo principal: UNE-36010.

A norma española UNE-36010 é unha normalización ou clasificación dos aceiros para que sexa posíbel coñecer as propiedades dos mesmos. Esta Norma indica a cantidade mínima ou máxima de cada compoñente e as propiedades mecánicas que ten o aceiro resultante.

En España, o Instituto do Ferro e do Aceiro (IHA) creou esta norma que clasifica aos aceiros en cinco series diferentes ás que identifica por un número. Cada serie de aceiros divídese á súa vez en grupos, que especifica as características técnicas de cada aceiro, matizando as súas aplicacións específicas. O grupo dun aceiro desígnase cun número que acompaña á serie á que pertence. A clasificación de grupos por serie, as súas propiedades e as súas aplicacións recóllense na Táboa seguinte.

Clasificación dos Aceiros segundo a Norma UNE-36010
Serie Grupo Denominación Descripción
Serie 1 Grupo 1 Aceiro ao carbono. Son aceiros ao carbono e polo tanto non aliados. Canto mais carbono teñen son máis duros e menos soldábeis, pero tamén son máis resistentes aos choques. Son aceiros aptos para tratamentos térmicos que aumentan a súa resistencia, tenacidade e dureza. Son os aceiros que cobren as necesidades xerais da Enxeñaría de construción tanto industrial como civil e comunicacións.
Grupos 2 y 3 Aceiro aliado de gran resistencia.
Grupo 4 Aceiro aliado de gran elasticidade.
Grupo 5 y 6 Aceiros para cementación.
Grupo 7 Aceiros para nitruración.
Serie 2 Grupo 1 Aceiros de fácil mecanización. Son aceiros aos que se incorporan elementos aliantes que melloran as propiedades necesarias para o seu uso.
Grupo 2 Aceiros para soldadura.
Grupo 3 Aceiros magnéticos.
Grupo 4 Aceiros de dilatación térmica.
Grupo 5 Aceiros resistentes á fluencia.
Serie 3 Grupo 1 Aceiros inoxidábeis. Estes aceiros están baseados na adición de cantidades considerábeis de cromo e níquel xunto con outros elementos para outras propiedades máis específicas. Son resistentes a ambientes húmidos, a axentes químicos e a altas temperaturas. As súas aplicacións máis importantes son para a fabricación de depósitos de auga, cámaras frigoríficas industriais, material clínico e instrumentos cirúrxicos, pequenos electrodomésticos, material doméstico como coitelaría, etc..
Grupos 2 y 3 Aceiros resistentes á calor.
Serie 5 Grupo 1 Aceiro ao carbono para ferramentas. Son aceiros aliados con tratamentos térmicos que lles dan características moi particulares de dureza, tenacidade e resistencia ao atrito ye á deformación por calor. Os aceiros do grupo 1 de esta serie utilízanse para construír maquinaria de traballos lixeiros en xeral. Os grupos 2,3 e 4 utilízanse para construír máquinas e ferramentas máis pesadas. O grupo 5 é para construír ferramentas de corte.
Grupos 2, 3 y 4 Aceiro aliado para ferramentas .
Grupo 5 Aceiros rápidos.
Serie 8 Grupo 1 Aceiros para moldeo. Son aceiros adecuados para moldear pezas por verquido en moldes de area, polo que requiren certo teor mínimo de carbono que lles de estabilidade. Para moldeo de pezas xeométricas complicadas, con características moi variadas, que posteriormente son acabadas en procesos de mecanizado.
Grupo 3 Aceiros de baixa radiación.
Grupo 4 Aceiros para moldeo inoxidábeis.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. WILLIAM D. CALLISTER, JR., Ciência e Engenharia de Materiais, Uma Introdução, Quinta Edição 2002, Editora LTC