nocion E INTRODUCCION EN Aceros

Alguna vez creí respecto del acero, que éste es por definición inoxidable y por ende toda cosa que parezca de acero y a su vez se oxida, es "hierro" o peor aún "fierro".

Esta creencia me valió incluso después de recibirme de técnico Químico, por tanto debí haber vuelto a la secundaria a estudiar...pero gracias a Dios ningún profesor se enteró.

Lo cierto es que el "hierro" existe como compuesto químico pero en general no se comercializa ya que prácticamente no tiene aplicación en la vida diaria, el "fierro" no existe.

El hierro solo tiene aplicación en la industria como materia prima para por ejemplo, la conformación de aceros entre otras cosas.

Quiero aclarar que obviamente nos estamos refiriendo a las aleaciones ferrosas.

¿Qué son las aleaciones?

Son un compuesto homogéneo conformado por un "metal" con otro "metal" o un "metal" con un "no metal" o varios de ellos, previamente fundidos.

Ejemplo de aleación no ferrosa

Bronce: Cobre y estaño

Ejemplo de aleación ferrosa

Acero: Hierro y Carbono

¿Que es un compuesto Homogéneo?

Es toda solución en donde no se puede distinguir más de una capa. Por ejemplo el agua con azúcar disuelta son dos compuestos pero se observa una sola capa (si alguien mira un vaso de agua, no podrá ver el azúcar disuelta, solo podrá ver el agua) es por tanto un sistema homogéneo. El aceite con el agua forman un compuesto HETEROGÉNEO ya que no son miscibles y por ende no se mezclan. Se pueden distinguir claramente dos capas bien diferenciadas una de otra. En el acero no es posible distinguir el carbono por un lado y el hierro por el otro, se ve un producto de una sola capa, el sistema es HOMOGÉNEO.

Solo agregar que los sistemas homogéneos y heterogéneos pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos, por ello el ejemplo del agua con azúcar y el agua con aceite. El aire por caso, es un sistema homogéneo mezcla de varios gases a saber: Oxígeno, nitrógeno y algunos gases nobles.

El hierro y el carbono se pueden alear de una innumerable cantidad distinta en proporciones y cada producto terminado de los formados posee distintas características de acuerdo a la cantidad de hierro y carbono que posee la aleación, también el agregando de otros metales (o no metales) a la aleación genera nuevas características, el producto resulta más duro, menos duro, más elástico, menos elástico, más inoxidable, menos inoxidable, etc.

Luego, realizando diversos procesos térmicos al producto terminado, se logran todavía nuevas características, que resultan ser muy distintas a las del producto original.

Entonces, el acero como producto terminado, posee diversas características dependiendo de:

• Las proporciones de los elementos aleados.
• Los diversos elementos que conforman la aleación.
• Los procesos térmicos llevados a cabo con el producto terminado.

Debido a que las variables son numerosas, es necesario estandarizar, entonces se debió normalizar.

Las normas

Las normativas ordenan las cosas, las clasifican, Si yo fuera Henry Ford pretendería que el chasis de mi "Ford T" se construyera de igual modo en la fábrica de Boston que en la de Mississippi (no se si habría fábricas allí...pero supongamos) para que en ambos casos se utilice el mismo tipo de acero. Entonces si lo tengo normalizado solo bastará que especifique en un manual el código de acero a utilizar y con esto me aseguro que todos construirán una determinada parte del auto, con un determinado tipo de acero. Es decir, lo construirán de igual forma indistintamente de donde se encuentren.

Por lo mismo, cuando en el plano de un avión se indica "SAE 4130" todo el mundo sabrá qué poner en ese avión. Sea que viva en Groenlandia o en Argentina. Ese avión en particular llevará el mismo tipo de acero, en la misma parte, sea quien sea el que lo haya construido.

Hay diversas normas y cada diseñador se adecua a la que más lo representa, así por ejemplo la norma SAE que es la más mencionada por los constructores aeronáuticos, es sigla de "Society of Automotive Engineers".

Como se ve, esta norma nace por demanda de la industria automotor. Probablemente nosotros debiéramos más bien referenciar a la norma AISI (American Iron and Steel Institute), aunque para los fines, es lo mismo.

Entonces: SAE o AISI son normas y la mayor diferencia entre ellas es que una es inglesa y la otra estadounidense.

IRAM son nuestras normas, las argentinas: "Instituto argentino de normalización y certificación" que en general toma su contenido de las SAE o AISI.

Las normas me dicen qué tipo de aleación es el acero del que estoy hablando y los números a continuación son la clave del tipo de aleación de la que estoy hablando.

En lo que al constructor aeronáutico respecta, hay algunas pocas referencias en cuanto a normas, que se repiten en todos los planos, mencionando a las normas SAE o AISI. Veamos la más común:

SAE

Significado de los valores numéricos

10XX Representan aceros al carbono, donde los principales elementos aleados son el hierro (Fe) y el carbono (C)

Los últimos dos dígitos definen la cantidad de carbono que posee la composición en centésimas, así por ejemplo:

SAE 1020 Es un acero al carbono con un 0,2 % de carbono

SAE 1030 Es un acero al carbono con un 0,3 % de carbono

SAE 41XX Representan aceros donde los principales elementos aleados son el cromo (Cr) y el molibdeno (Mo), por supuesto que también poseerá hierro como elemento mayoritario y carbono (sin él, el acero no es acero)

SAE 4130 Es un acero con cromo y molibdeno, con un 0,3% de carbono

SAE 4140 Es un acero con cromo y molibdeno, con un 0,4% de carbono

61XX Representan aceros donde los principales elementos aleados son el cromo (Cr) y el Vanadio (V) siendo los últimos dos dígitos para la misma clave antes mencionada.

La elección que he hecho de estos tres tipos de aleaciones diferentes para describirlas no es caprichosa, el acero SAE 10XX y SAE 41XX son las primordiales utilizadas en estructuras aeronáuticas, las SAE 61XX se las utiliza para fabricar resortes y láminas elásticas para amortiguación (amortiguación del tren de aterrizaje).

Es importante aclarar que ninguno de los aceros mencionados son inoxidables alguno de ellos podría tener mayor o menor afinidad a corroerse, pero de hecho todos ellos se oxidarán con el tiempo.

Los aceros inoxidables, que son tratados con mayor detalle en otra entrada, se los referencia generalmente en las normas AISI.

Solo por citar un ejemplo, el acero AISI 316L es un acero de los muchachos del "instituto norte americano de aceros y hierros" y la clave numérica o código me indica que éste es un acero inoxidable a cualquier agente oxidante ya que posee agregado de molibdeno (indicado por medio de la "L" final). Mientras que además posee como todo acero inoxidable, cromo y níquel.

Sabiendo entonces un poco más del tema podemos aseverar que si tengo una barra de acero "1070", se que ésta posee un 0,7 % de carbono y un 99,30% de hierro, sin mucho más que decir sobre él.

Pero estos son sólo números que de por sí no me dicen demasiado. De hecho no sabría si el contar con un 0,7% de Carbono es mucho o poco, ni puedo saber qué significa a los fines prácticos.

Entonces vamos a definir unos "Tips":

• Cuanto más contenido en carbono tiene la aleación, es más dura.
• Cuanto más contenido en carbono tiene la aleación, es más resistente.
• Cuanto más contenido en carbono tiene la aleación, es más frágil.
• Cuanto más contenido en carbono tiene la aleación, es menos soldable (o más difícil de soldar).

¿Simple no?

El problema es "cuanto" es mucho, porque en lo que a mí respecta un 0,7 % de algo, es muy poco. Sin embargo para el acero, un 1 % de carbono es una barbaridad.

Entonces tengo un parámetro; un 0,7 % de carbono es mucho carbono, por tanto ésta es una aleación muy dura, muy resistente pero también más frágil y poco soldable.

Creo conveniente aquí detenernos en algo importante:

Cada vez que comparemos materiales diferentes para poder clasificarlos (más duro, más resistente, etc.) es INDISPENSABLE que se entienda que estamos hablando de la misma sección, de la misma superficie para ambos.

Es decir, un tubo de acero "1070" va a ser más duro y más resistente que un tubo de acero "1010" siempre y cuando ambos posean la misma sección. Ya que por supuesto, nunca, un tubo de acero "1070" de 1 pulgada de diámetro con 1 mm de espesor de pared, va a poder ser más resistente que un tubo de acero "1010" de 3 pulgadas de diámetro con 5 mm. de pared.

Para poder comprender esto y poder calcularlo, veremos las entradas posteriores al tema "aceros".

Siguiendo;

¿Cómo será la aleación SAE 1005?...pues bien, es de las más baja en contenido de carbón, solo un 0,05 % y por lo tanto es muy "blanda" y de poca resistencia pero flexible y muy soldable. Al igual que antes tendremos que poner un parámetro de base, ya que por "poco resistente" no significa que podré tomar un trozo de acero SAE 1005 y partirlo con la mano. En los apartados donde se evalúan los ensayos de tracción, se ve la resistencia a tracción/compresión de los aceros.

Puedo con completa seguridad decir que un acero SAE 1005 no será "poco resistente" si lo coloco en sectores de la estructura donde sus especificaciones de carga son menores a la resistencia del material.

Para comprender esto, un ejemplo:

Las puertas del fuselaje de un avión no son una parte estructural del mismo. Entonces puedo fabricarlas con tubos de acero "1005" sin necesidad de gastar el triple de dinero en fabricarla con tubos de aleación "4130" ya que no es necesario.

Por tanto la resistencia de una aleación de un acero determinado, cobra sentido si la comparamos con otra o con la carga de la estructura del avión que tiene que soportar, de acuerdo a donde vaya colocado dicho tubo.

Resumiendo:

• Que algo sea de acero no significa que sea "inoxidable" por definición, de hecho seguramente no lo sea y dependerá del tipo de aleación y los elementos aleados.
• Algunos de los aceros denominados "aceros al carbono" son más o menos afines a oxidarse. Pero todos se oxidarán.
• No es posible distinguir el tipo de aleación de un acero a simple vista. No se puede distinguir con el ojo si un acero es SAE 1020 o 1030 o 4130. Será necesario contar con un trozo del material (probeta) y analizarlo en laboratorio para determinar la aleación del acero que poseo o para verificación del tipo de acero que me vendieron.
• Por lo anteriormente dicho es ALTAMENTE RECOMENDABLE analizar una muestra de los tubos adquiridos. Para esto habrá que cortar un tramo de unos 10 cm. y enviarlo a un laboratorio para realizar una absorción atómica. Laboratorios como LABTESA o ABS (En Buenos Aires) realizan este tipo de análisis por un costo aceptable. Lo ideal es cortar varios trozos en distintos tubos o al menos un trozo de cada medida diferente de tubos. El laboratorio realizará un certificado indicando la proporción de los elementos encontrados en la aleación y finalmente indicando el tipo de aleación.
• Cuanto más carbono tiene la aleación, más duro es el acero, más resistente , pero también más frágil y más difícil de soldar.
• A tal punto el carbono "endurece" el acero, que las piezas de fundición poseen un muy alto contenido de carbono, más del 2 %, los adornos de las rejas, el cuerpo de las morzas, etc. son cuerpos de fundición y extremadamente duros, el tener tanta dureza implica proporcionalmente mucha fragilidad. Si los arrojamos desde una determinada altura al piso, lo más probable es que se partan. Su fragilidad es extrema y no se pueden soldar.

No se debe confundir: "fragilidad" NO es sinónimo de blando, "fragilidad" es consecuencia de "demasiado duro".

• La calidad de un acero no tiene que ver con su tipo de aleación. Así por ejemplo un acero SAE 4130 no es de mejor calidad que un acero SAE 1010. Son simplemente dos aleaciones distintas. La calidad de un tubo de acero (sea la aleación que sea) tiene que ver con lo bien o mal que se encuentra trefilado el tubo, o tiene que ver con los contaminantes que pueda tener la aleación, éstos generan que la aleación carezca de sus características ideales, disminuyendo así su calidad.