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ACERO - Definición - Significado

Con la denominación de aceros se conocen todas las aleaciones hierro-carbono con porcentajes de carbono inferiores a 1,78 %. Además del carbono también pueden hallarse presentes otros elementos, como cromo, manganeso, vanadio, volframio, níquel, etc., con el fin de mejorar algunas de sus propiedades; entonces al acero se le llama aleado. En un automóvil moderno, el porcentaje en peso del acero respecto al peso total puede evaluarse en torno a un 65 ó 75 %, subdividi-do entre los distintos componentes principales de la siguiente forma:

carrocería completa, con puertas y capós 30-33 %, motor 7-8 %, suspensiones 8-9 %, cambio 4-5 %, órganos de dirección 1-2 %, restos (escape, ruedas, parachoques, depósito, frenos, etc.) 15-20 %.

El procedimiento de fabricación del acero se basa generalmente en el afino de la fundición mediante la reducción del porcentaje de carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre que ésta contiene. Los métodos principales son el pudelado y el de crisol, el convertidor Bessemer y Thomas, el Martin-Siemens, el de horno eléctrico y el LD por soplado de oxígeno. El pudelado, actualmente abandonado, consistía en llevar la fundición hasta un estado pastoso en hornos de reverbero, y en agitar la masa hasta obtener la oxidación del carbono, reduciendo los óxidos formados por medio del revestimiento de la solera del horno y extrayéndolos, finalmente, en forma de escorias. El procedimiento Bessemer y Thomas es similar al anterior, pero mucho más útil, ya que se basa en insuflar grandes cantidades de aire a través de la fundición en estado líquido, oxidando rápidamente los elementos C, Si, P y S. En el proceso Martin-Siemens,la fundición que se ha de afinar se carga en un horno y se calienta mediante gases que entran en contacto con ella oxidándola; la carga puede ser de fundición solamente, de fundición y chatarra, o únicamente de chatarra. El orificio de colada se sitúa en la parte central inferior de la solera y sólo se abre al final del proceso; la capacidad es de unas 5001. Mientras que en los procedimientos anteriores el calor para el funcionamiento del horno es producido por la combustión del carbono y de los gases insuflados, en los procesos mediante horno eléctrico el calor lo suministra exclusivamente la energía eléctrica. Los hornos pueden ser de inducción, si el metal actúa como el circuito secundario de un transformador, o bien de arco eléctrico entre dos o más electrodos o entre un electrodo y la carga. Los hornos eléctricos tienen unos costos de producción altos, pero permiten temperaturas más elevadas y, por tanto, un mejor afino de la carga, además de que no introducen impurezas, como las que transportan los gases combustibles y el aire. El proceso LD consiste en dirigir un chorro de oxígeno al 99,5 % (a gran velocidad, por medio de una lanza refrigerada interiormente por agua) contra la superficie del baño de fundición líquida contenida en el convertidor.

Como el proceso de transformación de la fundición en acero es exotérmico, es necesario compensarlo cargando en el convertidor un material endotérmico (chatarra). Los mayores convertidores LD existentes en la actualidad producen unas 300 t de acero por colada. A partir de las coladas, con distintos procedimientos se obtienen aceros en lingotes, los cuales se envían a continuación a los laminadores para obtener barras de dimensiones reducidas, chapas, perfiles, etc.

En el sector del automóvil y para los órganos más solicitados del motor, suspensiones y cambio, se halla generalizado el empleo de aceros aleados, cuyos elementos de aleación más corrientes son:

Manganeso: se halla en la composición de todos los aceros, pero sólo influye para porcentajes superiores al 1 %. Aumenta la templabilidad del acero. En la actualidad ha sido substituido generalmente por el níquel y el cromo.

Níquel: confiere tenacidad, templabilidad y da una escasa sensibilidad al núcleo en el tratamiento térmico. Entra en la composición de los aceros de cementación, en los autotemplantes y, finalmente, en los aceros inoxidables.

Cromo: aumenta la templabilidad y la resistencia al desgaste. Se emplea en los aceros inoxidables.

Molibdeno: afina el grano, hace el material menos sensible al sobrecalentamiento y, asociado al cromo, aumenta la dureza del acero.

Normalmente, todos los aceros se emplean tras un ciclo de tratamiento térmico adecuado, capaz de conferir al material las características deseadas en el proyecto. Los aceros aleados más empleados son de cementación o bien de bonificación.

La cementación es un proceso que consiste en aumentar la proporción de carbono superficial colocando la pieza en hornos con atmósferas ricas en C, o bien en baños de sales de cianuros a temperaturas de unos 900 °C durante tiempos mayores cuanto más grande sea la profundidad de cementación deseada; a continuación, la pieza, desde unos 850 °C, se enfría bruscamente en aceite, obteniendo así una dureza superficial elevada (>60 HRc) y una tenacidad óptima en el núcleo o corazón. La dureza superficial sirve para reducir los desgastes y los coeficientes de rozamiento, y la tenacidad para evitar roturas. Generalmente, los cubos de las ruedas y los semiejes, los ejes del cambio y sus engranajes respectivos, los cigüeñales, las horquillas del cambio, los árboles de levas y sus respectivos empujadores, etc., se construyen con acero de cementación.

En cambio, los aceros de bonificación, cuyo costo es ligeramente inferior, se emplean cuando no se necesita una dureza superficial muy elevada en contraposición con una dureza del corazón bastante menor.

Se entiende por bonificación un ciclo de tratamiento térmico de temple seguido por un revenido a unos 600 °C. Según el acero y la duración y temperatura de revenido, la resistencia del material puede variar hasta un máximo de 200 kg/ram'. Mientras que en los aceros de cementación el porcentaje de carbono es más bien bajo (< 0,2 %), en los de bonificación aleados aumenta hasta un 0,3-0,4 % de modo que todo el material, y no sólo la capa superficial, recibe el temple y adquiere resistencias y durezas elevadas. Normalmente, son de acero de bonificación los cigüeñales, bielas, engranajes, etc. Si algunas de las partes de estas piezas han de resistir al desgaste, se suele efectuar un temple superficial, normalmente por inducción, que eleva la dureza de la superficie de la pieza hasta valores próximos a 58 HRc. Ejemplos muy significativos son los gorrones o muñequillas de manivela de los cigüeñales, los orificios de cabeza y de pie de biela.

En general, el ciclo de elaboración de los aceros de cementación es el siguiente: estampación, normalizado, mecanizado, cementa ción, temple, revenido de distensión, rectifica do y/o endulzamiento. Algunas piezas, como los ejes del cambio, pueden obtenerse a partir de una barra trefilada, por lo que faltan las dos primeras operaciones.

En cambio, para un acero de bonificación, partiendo siempre de una barra o una pieza estampada, se efectuará el normalizado, mecanizado, temple, revenido y rectificado.

Siempre en el campo del automóvil, especialmente para productos de calidad, va difundiéndose el empleo para engranajes, cigüeñales, horquillas del cambio, etc., de aceros de nitruración, que permiten durezas superficiales muy elevadas para espesores de pocas centésimas de milímetro, con deformaciones de tratamiento muy reducidas, ya que las temperaturas de nitruración no son demasiado altas (~ 500 °C). En este caso, el ciclo es el siguiente: temple, nitruración y pulido.

En cambio, para obtener piezas de formas algo complicadas y de pequeñas dimensiones, un proceso económico y práctico es el de la microfusión. El acero fundido posee una colabilidad muy mala y, en piezas de dimensiones considerables, existe peligro de formación de cavidades y de diversos defectos de fusión. En cambio, para piezas pequeñas, se obtienen coladas buenas, con resistencias algo inferiores a las de las piezas estampadas y con precisiones elevadas.

También en el caso de piezas pequeñas, complicadas pero sin huecos, y de las que se requiera una producción elevada, es adecuado el procedimiento del sinterizado. Se parte de polvos metálicos en los porcentajes convenientes para obtener la aleación deseada, de los cuales, sometidos en moldes adecuados a presiones muy altas (600-700 kg/mm2) y temperaturas medias, se obtienen piezas de compacidades casi iguales a las de las piezas estampadas y con una precisión tal que no sean necesarias operaciones posteriores en máquinas herramientas. Si es preciso, en las piezas obtenidas por sinterizado pueden incluirse porcentajes de elementos lubricantes, como aceite o grafito, que reducen notablemente el coeficiente de rozamiento si faltan otras formas de lubricación; tal es el caso de algunos'casquillos y sincronizadores.

Las chapas empleadas en la estampación de las carrocerías, debido a que han de permitir procesos de embutición profunda, responden a determinadas características en función del tipo de estampación a que van destinadas. En general, están constituidas por acero al carbono extradulce, ya que se requieren en particular una soldabilidad óptima así como insensibilidad al envejecimiento. Además, como todas las estructuras de la carrocería se estampan en frío, deberá existir un porcentaje de silicio reducido, ya que éste disminuye mucho la deformabilidad en frío.

Además de la carrocería, hay otros elementos construidos de chapa, como los brazos oscilantes de las suspensiones, los bastidores auxiliares, las llantas de las ruedas y los parachoques. Con frecuencia, las chapas que forman el piso y otras partes expuestas a la corrosión se hallan cincadas superficialmente o cromadas, como los parachoques. Por último, los aceros inoxidables se emplean en todos los elementos expuestos a la corrosión y que no se hallan protegidos mediante pintura, cromado, cincado, cadmiado, etc. También los silenciadores y los tubos de escape para coches de competición suelen construirse de acero inoxidable.

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