ACEROS 2º PARTE

Entremos al tema más avanzado y con alguna imagen gráfica para no hacer esto tan tedioso.

Hemos visto lo más básico del acero, ya sabemos que hay dos tipos de aleaciones que son conocidas para el constructor aeronáutico; SAE 10XX y SAE 41XX tendremos que ver también una tercera gama de aceros; Los aceros inoxidables, ya que si bien no son aceros del tipo estructural, su utilización para la construcción aeronáutica se encuentra bastante aceptada.

En la primera parte hablamos de las normas y en especial de los aceros al carbono, ahora vamos a detallarlos un poco más, especialmente aquél que resulta aeronáutico por excelencia: El SAE 4130

¿El por qué de esto?

Debido a que su elevada resistencia hace posible construir con una menor sección del tubo y por ellos se gana una estructura más liviana.

¿Cuanto más liviana?

Lo vemos en próximas entradas.

ACEROS 41XX

Son aceros llamados "al cromo molibdeno" y son los aeronáuticos por excelencia a la vista de los constructores ortodoxos y de los ingenieros aeronáuticos.

De más está decir que, por ende, estas aleaciones son lo que se deberían utilizar en todos los casos para partes estructurales, sin ningún tipo de excusa (mucho menos alegando cuestiones económicas).

De toda esta gama de aceros, el que más nos interesa entonces es el SAE 4130.

En la tabla que se expone debajo, extracto de Wikipedia, se observa la composición de este tipo de aleación, siendo de similar lectura a la gama de los SAE 10XX ya que los últimos dos dígitos indican la cantidad de carbono en centésimas (4130 = 0,3 % de carbono) y los dos primeros dígitos indican los otros elementos aleados de interés, los cuales mencionábamos en la primera parte como de suma importancia; CROMO y MOLIBDENO resaltados en verde.

Y aquí nos detenemos un poquito para mencionar por qué son importantes:

Cada vez que observemos estos elementos químicos en una aleación de acero, tenemos que interpretar que el mismo ha ganado en resistencia y en capacidad de poder "anti corrosivo" comparado con otros aceros que no los posean.

Como todo en la vida, mucha cantidad de algo bueno, tampoco es bueno...y una cantidad excesiva de cromo o molibdeno no implican necesariamente que tendremos un acero hiper resistente.

Pero la regla general es que si tiene CROMO, MOLIBDENO y también NÍQUEL en las proporciones que se leen en la tabla (aunque no hay níquel en este caso) el acero es más resistente a la tracción/compresión y con mayor capacidad a NO oxidarse que otra aleación que no posea estos elementos químicos, como por ejemplo cualquier aleación de la gama SAE 10XX.

Tal es la resistencia de estos aceros, que los mismos se utilizan para fabricar cuadros de bicicletas y estructuras de autos de competición, aparte de ser utilizados para la construcción aeronáutica.

Si ya están pensando que el valor delos tubos de acero SAE 4130 o 4140 triplica a la de un símil SAE 1030 o SAE 1040...dieron en la tecla (o casi!...aquí hay trampa).

Pero lo interesante es comprender que el CROMO el NÍQUEL y el MOLIBDENO, como agregados a la aleación, le otorga estas maravillosas cualidades: Mayor resistencia y ALGO (no demasiado) de poder anticorrosivo, se va a oxidar pero dentro de un tiempo, paulatina pero inexorablemente.

Resumiendo:

• SAE 4120/30/40...etc. Son aceros que poseen cromo y molibdeno en su aleación, debido a estos componentes, estas aleaciones son de mucha mayor resistencia a la tracción y a la compresión y poseen mayor poder anticorrosivo, por lo demás, en cuanto a la cantidad de carbono aleada, es la misma regla que lo expresado para los aceros de la gama SAE 10XX.

ACEROS INOXIDABLES

Si alguien creyó que solamente existe un tipo de "acero inoxidable", lo lamento mucho, pero no es así.

Existe una gama tan grande de aceros inoxidables que voy a tratar de resumir esto lo máximo que me sea posible y centrarme en aquellos que sean aptos desde el punto de vista aeronáutico (para mi ninguno lo es, pero hay quien los utiliza para construcción aeronáutica).

E indicar que en mayor o menor medida, todo metal se oxida, incluso estas aleaciones "inoxidables".

Gracias a Dios las reglas que venimos mencionando se mantienen: Cuanto más carbono, más resistente y duro, si tiene cromo, molibdeno y níquel, más resistente todavía (¡Hasta un límite!) y antes de seguir me es fundamental mencionar el proceso de CROMADO.

CROMADO

Todo el mundo conoce lo que es un tubo o caño cromado; Es un acero de cualquier gama de los SAE pudiendo ser 10XX o 41XX a los que se les depositó una película de cromo superficial...¿para qué? Para hacerlo inoxidable.

Ya no suena tan raro ¿no? habíamos dicho que el cromo posee esta propiedad. Pero también el Níquel e incluso el cobre.

En un cromado, generalmente se deposita un primera película de cobre a una determinada pieza de acero, posteriormente se le deposita otra película de níquel y finalmente la última película de cromo.

Todo el proceso se realiza por electrolisis y/o electroforesis.

El acero tratado resulta IMPERMEABLE...¿más duro? NO, ¿más resistente? NO....solo IMPERMEABLE. INOXIDABLE.

Y la pregunta sería;

¿Por qué no usaron acero inoxidable si pretendían que la tal pieza fuera inocua a la corrosión, en vez de hacer un "cromado"?

Pues porque el acero inoxidable es el que MENOR resistencia posee de entre todas las aleaciones y por ende no es apto para construir estructuras livianas que además deben soportar cargas, por ejemplo; El manubrio o el cuadro de una bicicleta, que ante el menor golpe se deformaría o partiría.

Así es que se fabrica con acero SAE 4130 muy resistente y más liviano. Pero, si va a estar a la intemperie, se va a oxidar. Entonces se le practica un CROMADO.

Me resulta interesante que se observe la capacidad del níquel y del cromo para ejercer su "don" de antioxidantes y por eso hablo del proceso de cromado.

La última pregunta sería:

Pero si estos elementos otorgan resistencia ¿El cromado no hace más resistente al manubrio?

Pues NO porque el cromado es un proceso SUPERFICIAL, tal así que...¿Qué sucede si lijo un poco el manubrio?: Le quito el cromado y en esa parte comenzará muy rápido a oxidarse.

Bueno, solo mencionar que existe (y habrán escuchado hablar de) niquelado, cobreado, cincado o galvanizado...de hecho, en la entrada "técnicas de taller" hacemos un cobreado y niquelado a un bulón aeronáutico.

Todos estos procesos son para similares fines: Hacer de una pieza algo que no se corroa, que no se oxide y en todos los casos, son procesos superficiales.

Entonces: ¿Puedo galvanizar la estructura de mi avión? Galvanizarlo no tanto, pero si puedo "zincarlo". Existe un aerosol que contiene un pigmento rico en Zinc y este elemento TAMBIÉN cumple la función de anticorrosivo, claro que el aerosol es muy caro, pero es mejor que pintar la estructura con el clásico antióxido de la pinturería. También es muy apto utilizar productos que contengan cromo y/o niquel en su composición.

Visto el tema del cromo, níquel y sus capacidades anticorrosivas, vamos a comenzar mencionando que existen gamas de acero inoxidable de AISI 2XX, AISI 3XX, AISI 4XX y más también, pero sin interés para mi.

La primer regla importante a mencionar es que el acero inoxidable de la gama 2XX y 3XX NO SON MAGNÉTICOS y ¿para que me sirve saber esto? Cuando tengan un acero inoxidable a mano, o les digan que tal estructura o pieza es acero inoxidable, simplemente pueden agarrar un imán de heladera o cualquier imán que ande por allí dando vueltas en la casa y tocan el metal en cuestión, si el imán queda AGARRADO al metal, éste NO ES INOXIDABLE o NO ES INOXIDABLE DE LA GAMA 2XX y/o 3XX que es la que nos interesa adquirir.

Bueno, será entonces de la gama 4XX o será un cromado.

Los aceros inoxidables se diferencian fácilmente de la restante gama de aceros 10XX o 41XX por que poseen brillo o un color gris característico, pero se los puede confundir con un cromado fácilmente.

Veamos esta tablita:

Bien, podemos apreciar algo de la gama de los inoxidables, nos centramos en su composición donde podemos analizar varias cosas.

¿Que se puede decir de la cantidad de cromo?

Poseen desde 16 a más del 20 % de cromo.

Excelente! entonces ya nos damos cuenta PORQUE LOS ACEROS INOXIDABLES SON INOXIDABLES.

Sumado claro a una generosa cantidad de níquel (recuerden el proceso de cromado)

¿Y el molibdeno? colabora también, pero más bien en otro aspecto.

Los aceros inoxidables no son inoxidables a cualquier cosa. Son sí, inoxidables al agua.

¿Y a que más puede ser inoxidable un acero?

Bueno, nosotros los químicos sabemos que hay muchos agentes oxidantes y de hecho el agua es un oxidante bastante débil comparado por ejemplo con el peróxido de hidrógeno. Más conocido como "agua oxigenada".

Supongamos que hicimos nuestra estructura de acero inoxidable AISI 304 (uno de los más usados). No posee molibdeno.

Ahora supongamos que tenemos el fuselaje en el jardín y como es verano, nuestra mujer sale a teñirse el cabello con agua oxigenada (¡qué antigüedad!) se sube al flamante fuselaje por que desea teñirse a lo grande...se le cae algo de agua oxigenada....y zas! a las pocas horas, el acero inoxidable quedó más oxidado que el Titanic en el fondo del Atlántico.

Ahora, Juancito también tiene un fuselaje de acero inoxidable pero de aleación AISI 316 L que si observan bien, posee molibdeno.

La mujer de Juancito desea igualmente teñirse con agua oxigenada sentada en el fuselaje, se le cae el frasco entero sobre la estructura y....NADA SUCEDE.

Entonces resulta que el molibdeno posee la maravillosa propiedad de hacer de un acero inoxidable, inoxidable a cualquier agente oxidante. Llámese ozono, peróxido de hidrógeno o ácido nítrico concentrado (ojo...no en un contacto periódico ni por un tiempo infinito).

Claro que para los fines aeronáuticos pareciera ser que alcanza solo con que sea inoxidable al agua verdad...pero quien sabe, una pérdida de algún fluido del motor que resulte corrosivo y si aparte es oxidante, a un acero 316L no le hará nada (en el corto plazo) mientras que a otro que no posea molibdeno, lo oxidará.

¿Que pasa con los aceros de la gama 4XX?

Estos aceros son de los más económicos...Son aceros magnéticos, es decir que en la prueba del imán, éste se queda pegado al metal. Poseen un bajo contenido de cromo y no poseen níquel con lo cual la famosa característica de "inoxidable" no lo es tanto, incluso al agua o en otras condiciones un poco críticas. Excepto que....estemos construyendo en una ciudad costera, cercana al mar, donde el aire con humedad salinizada DESTROZA cualquier estructura férrea sin cobertura o con una cobertura básica. Incluso, a un acero inoxidable, con el tiempo.

Sus características de soldabilidad (gama del 400) parece ser solo apto para expertos, es extremadamente difícil de soldar.

Su punto positivo es que posee mayor cantidad de carbono que el resto de los aceros inoxidables, lo que lo convierte en un material muy apto en este sentido ya que gana en resistencia, equivalente al que posee un acero SAE 1010 o casi un SAE 1020 y mas "inoxidable".

Sería algo así como el "híbrido" de los aceros entre inoxidables y NO inoxidables.

Resulta que, como dije, me desempeño en la industria farmacéutica.

En ella, el acero inoxidable (llamado por algunos, sanitario) es mandatorio, Tenemos para todos los gustos:

• AISI 304

• AISI 316

• AISI 316 L

La autoridad sanitaria INAME ya NO permite tener equipos para la producción de fármacos que se encuentren construidos con aceros AISI 304, por el simple motivo que estos aceros inoxidables, SE OXIDAN.

Sin embargo, nuevamente hay que decir, que a los fines aeronáuticos pretendemos que al menos sean inoxidables al agua, a la humedad.

Ahora; ¿Que pasará con un aire saturado con vapor de agua que es en realidad una solución salina, para todos aquellos que pretenden construir en zonas costeras?

¿Que pasará con la humedad ácida?

Yo no podría asegurar el carácter inoxidable por siempre.

Estamos cuestionando el supuesto beneficio del acero inoxidable, cuando el resto son desventajas, por ser un acero NO ESTRUCTURAL de muy baja resistencia.

Veamos abajo cuatro placas de acero, de diversas aleaciones, con ensayos efectuados en mi laboratorio para verificar la efectividad anticorrosiva de los aceros inoxidables.

La primer chapita, un acero de la gama 400 la segunda un 200, la tercera un 304 y la cuarta un 316 como se lee en ellas.

Vemos como reaccionan a distintos agentes oxidantes. El 400 (ni siquiera se puede leer el grabado) no soporta y se oxida fácilmente, el 200 tampoco es demasiado anticorrosivo. La gama del 300 parece ser la más adecuada, sin embargo tampoco es absolutamente inocua.

Para finalizar esta segunda parte podemos trazar un paralelismo entre las diferentes gamas de aceros evaluados para ir tomando noción de lo que resulta mas conveniente utilizar de acuerdo a distintos puntos de vista.

Punto de vista del peso: Sin ningún lugar a dudas el SAE 4130 es el adecuado, al ser el acero más resistente no tendremos que construir con tubos gruesos, una pequeña sección bastará para contrarrestar los esfuerzos que se presenten en la estructura.

Punto de vista en lo económico: El acero SAE 10XX es tres veces más económico que el 4130 (para la misma sección) y es el más elegido entre los constructores que buscan una solución intermedia. Disminuirá el valor monetario de la construcción pero aumentará el peso y con esto todas las performances del avión se verán modificadas.

Punto de vista del trabajo y la apariencia: El acero inoxidable parece ser ideal, nada de agujerear tubos para llenarlos de aceite y salvar la corrosión interior, nada de pintar con antióxido la parte externa, ni siquiera habrá que pintar con pintura de ninguna índole ya que el acabado brilloso del tubo es vistoso y no necesita cobertura. Su valor es similar al del acero SAE 1020 sin costura. PERO su muy escaso límite elástico y poca resistencia a la tracción/compresión, hace que debamos aumentar la sección demasiado, si pretendemos respetar las resistencias de diseño.