—  Tutorial nº 184  —

Efectos de los elementos de aleación en el acero

 

Publicado: 08.DIC.2024

 

El acero es una aleación de hierro (Fe) y carbono (C), donde el hierro es el elemento predominante y el contenido en carbono es, generalmente, inferior al 2%. Pero tan sólo con estos dos elementos, el acero no se convierte en el material duro y resistente que todos conocemos. Para eso, necesita de más elementos que se incorporen a la aleación final que constituye al acero.

Los elementos de aleación son aditivos que se introducen en el acero durante su proceso de fabricación para modificar y mejorar sus propiedades. Estos elementos interactúan con los átomos de hierro y carbono, alterando la estructura cristalina del acero y, por ende, sus características mecánicas, físicas y químicas.

La elección del elemento de aleación y su concentración depende de la aplicación específica del acero. Por ejemplo, para fabricar herramientas de corte se utilizan aceros con alto contenido de carbono y ciertos elementos de aleación que aumenten la dureza y la resistencia al desgaste del acero que resulte. En cambio, para fabricar tuberías se utilizan aceros con alto contenido de níquel para mejorar la resistencia a la corrosión de la tubería.

 

¿Cuáles son las propiedades mecánicas del acero que se modifican?

Como se ha indicado, dependiendo del uso que se dé al acero, conviene mejorar ciertas de sus propiedades mecánicas. A continuación, se especifican las propiedades mecánicas del acero que se modifican mediante la adición de ciertos elementos químicos o elementos de aleación:

•  Aumento de la resistencia: Muchos elementos de aleación incrementan la resistencia a la tracción, la dureza y el límite elástico del acero. Esto lo hace más resistente a deformaciones y fracturas.

•  Mejora de la tenacidad: Algunos elementos, como el níquel o el molibdeno, aumentan la tenacidad del acero, es decir, su capacidad para absorber energía antes de fracturarse. Esto es crucial en aplicaciones donde se requieren materiales resistentes a impactos.

•  Incremento de la dureza: La dureza es la resistencia de un material a ser rayado o penetrado. Elementos como el cromo y el molibdeno van a aumentar la dureza del acero.

•  Mayor resistencia a la corrosión: La corrosión es el proceso por el que un material se deteriora cuando se expone a una sustancia corrosiva. El cromo es un elemento clave en la formación de la capa pasivante que protege al acero de la corrosión. Los aceros inoxidables son un claro ejemplo de esto.

•  Mejoramiento de la resistencia al calor: Algunos elementos de aleación pueden aumentar la resistencia del acero a altas temperaturas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en hornos y turbinas.

•  Modificación de las propiedades magnéticas: Ciertos elementos pueden reducir o eliminar las propiedades magnéticas del acero.

•  Facilitación del tratamiento térmico: Algunos elementos de aleación permiten realizar tratamientos térmicos más eficientes, como el temple y el revenido, para obtener ciertas propiedades deseadas en el acero.

 

 

¿Qué efectos tienen los elementos de aleación en el acero?

A continuación, vamos a resumir los principales efectos que los elementos de aleación más usados originan en el acero:

•  Carbono (C): El carbono el principal elemento de aleación del acero y su porcentaje presente va a influir en gran medida en las características que resulte en el acero. Este elemento se utiliza para aumentar la dureza y la resistencia del acero, pero al mismo tiempo reduce su ductilidad y tenacidad.

•  Manganeso (Mn): Mejora la resistencia a la tracción y al desgaste, al incrementar la dureza del acero. El manganeso se utiliza para mejorar el mecanizado del acero al contrarrestar la fragilidad que origina el azufre presente en las aleaciones de acero. El manganeso puede también ayudar a reducir la velocidad de enfriamiento crítica durante el proceso de endurecimiento del acero.

•  Níquel (Ni): El níquel mejora la tenacidad del acero, especialmente a bajas temperaturas. Aumenta la resistencia a la corrosión del acero y el acabado superficial. También aumenta la ductilidad y templabilidad del acero.

•  Cromo (Cr): El cromo mejora significativamente la resistencia a la corrosión y a la oxidación del acero. Por ello, el cromo es un elemento de aleación esencial en los llamados aceros inoxidables. También el cromo sirve para aumentar la templabilidad y la resistencia al desgaste, mediante la mejora de la dureza del acero.

•  Molibdeno (Mo): El molibdeno refina el tamaño de grano de la estructura del acero, lo que se traduce en un aumento de la dureza y la resistencia del acero. Mejora la tenacidad y la resistencia a la fluencia a altas temperaturas. También mejora la resistencia a la corrosión, particularmente a las picaduras que se producen en ambientes con presencia de cloruros.

•  Vanadio (V): El vanadio forma carburos duros y resistentes al desgaste, lo que se traduce en un aumento de la dureza del acero. También aumenta la resistencia a altas temperaturas sin reducir significativamente la tenacidad del acero.

•  Silicio (Si): El silicio es un elemento de aleación del acero que sirve para aumentar la resistencia y la dureza, especialmente utilizado en aceros para muelles. También mejora la resistencia a la oxidación del acero. El silicio afecta a las propiedades eléctricas, por lo que se emplea en el acero para transformadores.

•  Tungsteno (W): El tungsteno incrementa notablemente la dureza del acero, lo que lo hace altamente resistente a la abrasión y al desgaste. Esta propiedad lo hace ideal para la fabricación de herramientas de corte, como brocas y fresas, que deben soportar grandes esfuerzos y mantener un filo afilado durante largos períodos. El tungsteno se utiliza principalmente en aceros de alta velocidad por su capacidad de retener la dureza del acero a altas temperaturas. Aumenta la dureza roja (dureza en caliente) del acero. El tungsteno es un elemento de aleación de gran valor para la industria metalúrgica, ya que permite obtener aceros con propiedades mecánicas excepcionales, como una alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas.

•  Titanio (Ti): El titanio estabiliza los carburos, evitando la sensibilización en los aceros inoxidables. Se utiliza también para refinar la estructura del grano, mejorando la resistencia del acero.

•  Aluminio (Al): El aluminio sirve para desoxidar el acero eliminando el contenido de oxígeno. También se puede utilizar para la nitruración con objeto de generar una capa de superficie dura en el acero.

•  Cobre (Cu): El cobre mejora la resistencia a la corrosión del acero, especialmente en condiciones atmosféricas. Puede ayudar también en el endurecimiento por precipitación del acero.

•  Boro (B): Cuando al boro se agrega en cantidades mínimas, aumenta significativamente la templabilidad del acero, sin afectar mucho al resto de propiedades.

En resumen, los elementos de aleación son herramientas fundamentales para ajustar las propiedades del acero y adaptarlo a una amplia gama de aplicaciones industriales, que hace del acero uno de los materiales más importante de nuestra sociedad.

 

 

 

 

 

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