ACEROS ALEADOS EN DISEÑO

Aunque un acero al carbono simple es una aleación de hierro y carbono con cantidades pequeñas de manganeso, silicio, azufre y fósforo, el término acero aleado se aplica cuando uno o más elementos además del carbono se introducen en cantidades suficientes para modificar sustancialmente sus propiedades. Los aceros aleados no sólo poseen más propiedades físicas deseables sino que también permiten una mayor latitud en el proceso del tratamiento térmico.

Cromo

La adición de cromo provoca la formación de varios carburos de cromo que son muy duros; sin embargo, el acero resultante es más dúctil que uno de la misma dureza producido por medio de un simple incremento del contenido de carbono. El cromo también refina la estructura del grano de tal manera que los dos efectos combinados causan un incremento de la tenacidad y de la dureza. La adición de cromo aumenta el intervalo crítico de temperaturas y mueve el punto eutectoide hacia la izquierda. Por lo tanto, el cromo es un elemento de aleación muy útil.

Níquel 

La adición de níquel al acero también ocasiona que el punto eutectoide se mueva hacia la izquierda en la gráfica e incrementa el intervalo crítico de temperaturas. El níquel es soluble en ferrita y no forma carburos u óxidos, lo cual incrementa la resistencia sin disminuir la ductilidad. El endurecimiento superficial de los aceros al níquel da como resultado un núcleo mejor que el que se puede obtener con aceros al carbono simples. El cromo se usa frecuentemente en combinación con el níquel para obtener la tenacidad y ductilidad que proporciona el níquel y la resistencia al desgaste y la dureza que aporta el cromo. 

Manganeso 

Este material se añade a todos los aceros como agente desoxidante y desulfurizante, pero si el contenido de azufre es bajo y el contenido de manganeso es mayor que 1 por ciento, el acero se clasifica como una aleación de manganeso. El manganeso, que se disuelve en ferrita y también forma carburos, provoca que el punto eutectoide se mueva hacia la izquierda y la reducción del intervalo crítico de temperaturas. Además, incrementa el tiempo que se requiere para la transformación, de manera que el templado en aceite se convierte en un procedimiento muy práctico.

Silicio 

El silicio se agrega a todos los aceros como agente desoxidante. Cuando se añade a aceros de muy bajo contenido de carbono, produce un material frágil con una pérdida baja por histéresis y una alta permeabilidad magnética. El uso principal del silicio es con otros elementos de aleación, como el manganeso, el cromo y el vanadio, para estabilizar los carburos. 

Molibdeno 

Aunque el molibdeno se emplea en algunos aceros, por lo general se lo utiliza en combinación con otros elementos de aleación, como el níquel, cromo o ambos. Este metal forma carburos y también se disuelve en ferrita hasta cierto punto, de manera que agrega dureza y tenacidad. Además, incrementa el intervalo crítico de temperaturas y logra una disminución sustancial del punto de transformación. Debido a esta disminución del punto de transformación, el molibdeno es más eficaz para producir propiedades deseables de endurecimiento en el aire o con aceite. Si se exceptúa al carbono, tiene el mayor efecto de endurecimien to, y como también contribuye a obtener un tamaño de grano fino, provoca la retención de gran parte de la tenacidad. 

Vanadio 

El vanadio tiene una tendencia muy fuerte a formar carburos, por lo cual sólo se utiliza en cantidades pequeñas. Es un fuerte agente desoxidante y promueve un tamaño de grano fino. Como una cierta cantidad de vanadio se disuelve en la ferrita, también hace más tenaz al acero. Este metal le proporciona un intervalo amplio de endurecimiento, con lo cual la aleación puede endurecerse a partir de una temperatura mayor. Es muy difícil suavizar el acero al vanadio mediante el revenido, por lo que se usa ampliamente en aceros para herramientas. 

Tungsteno 

Se emplea mucho en aceros de herramienta, porque la herramienta retendrá su dureza aun al rojo vivo. El tungsteno produce una estructura fina y densa y agrega tenacidad y dureza. Su efecto es similar al del molibdeno, excepto que debe agregarse en cantidades mayores.

Aceros resistentes a la corrosión 

Las aleaciones con base de hierro que contienen al menos 12 por ciento de cromo se llaman aceros inoxidables. La característica más importante de estos aceros es su resistencia a muchas condiciones corrosivas, pero no a todas. Los cuatro tipos disponibles son los aceros al cromo ferríticos, los aceros al cromo-níquel austeníticos, así como los aceros inoxidables martensíticos y endurecibles por precipitación. Los aceros al cromo ferríticos presentan un contenido de cromo que varía de 12 a 27 por ciento. Su resistencia a la corrosión es una función del contenido de cromo, de manera que las aleaciones que contienen menos de 12 por ciento aún presentan cierta resistencia a la corrosión, aunque se oxidan. El endurecimiento por templado de estos aceros es una función del contenido de cromo y de carbono. 

Los aceros con un contenido muy alto de carbono tienen un endurecimiento por templado hasta aproximadamente 18 por ciento de cromo, mientras que en los intervalos de bajo carbono desaparece casi con 13 por ciento de cromo. Si se agrega un poco de níquel, estos aceros retienen un cierto grado de endurecimiento con un contenido de hasta 20 por ciento de cromo. Si el contenido de cromo excede 18 por ciento, es muy difícil soldarlos, y en los niveles muy altos de cromo la dureza se hace tan grande que se debe poner atención especial a las condiciones de servicio. Como el cromo es costoso, el diseñador debe elegir el contenido menor que sea consistente con las condiciones corrosivas. 

Los aceros inoxidables al cromo-níquel retienen la estructura austenítica a temperatura ambiente, por lo que no son susceptibles al tratamiento térmico. La resistencia de estos aceros se mejora mucho mediante el trabajo en frío. No son magnéticos a menos que se trabajen en frío. Sus propiedades de endurecimiento mediante trabajo también causan que sean difíci les de maquinar. Todos los aceros al cromo-níquel se sueldan y muestran mayores propieda des de resistencia a la corrosión que los aceros al cromo simples. Cuando se agrega más cromo pa - ra lograr una mayor resistencia a la corrosión, también debe agregarse más níquel si se desea mantener las propiedades austeníticas.