El acero dulce es un acero que combina hierro y carbono. Debido al contenido de hierro, desarrolla buenas propiedades magnéticas. El acero al carbono no es acero aleado. Debido al mayor contenido de carbono, su composición química es significativamente diferente a la de otros elementos u otros aceros, ya que el acero al carbono tiene una buena calidad superficial y es posible aumentar su dureza superficial de varias maneras. Conozcamos más sobre este material.
¿Qué es el acero al carbono?
El acero se compone principalmente de hierro. Dependiendo del contenido de carbono, existen aceros con bajo contenido de carbono (también llamados acero al carbono o acero al carbono no aleado), aceros con medio carbono y aceros con alto contenido de carbono.
La siguiente tabla muestra las diferencias y propiedades de los tres tipos de acero:
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Contenido de carbono (% en peso) |
Microestructura |
Características |
Ejemplos |
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Acero bajo en carbono (acero dulce) |
Menos de 0,25 |
Perlita, ferrita |
Suave, barato, muy elástico, fácil de mecanizar y soldar. |
AISI105, AISI 316L, Q195, Q215, Q235, 08F, 15Mn, 20Mn |
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Acero al carbono medio |
0,25 a 0,60 |
martensita |
Bastante dúctil, duro, fuerte y difícil de endurecer. |
AISI 409, 45#, 40CR, 20CR, SCM 435 |
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Acero al carbono (acero al carbono para herramientas) |
0,60 a 1,25 |
Perlita |
Muy duro, fuerte, inflexible, difícil de mecanizar y soldar. |
T7, T7A, T8Mn, T8MnA, AISI440C |
En la tabla anterior, el acero al carbono es un tipo de acero que contiene entre un 0,05 y un 0,25% de carbono. Debido a su maleabilidad y ductilidad, el material es fácil de moldear y trabajar. Las piezas de acero dulce son generalmente muy adecuadas para estampar y forjar. El acero al carbono se utiliza comúnmente en herramientas, piezas de carrocería, construcción e infraestructura.
¿Cómo se fabrica el acero al carbono?
Los procesos de fabricación del acero al carbono (aceros con bajo contenido de carbono) son similares a los de otros aceros al carbono. Estos procesos han cambiado con el tiempo y ahora son más eficientes y rentables que antes. En los procesos de fabricación modernos, se realizan tres pasos principales para producir acero al carbono a partir de hierro puro o mineral de hierro.
1. Producción primaria de acero
En este proceso, el hierro se mezcla con carbón y cal y se calienta en un alto horno. La fabricación primaria de acero moderna utiliza hornos modernos, como los altos hornos de oxígeno o los hornos de arco eléctrico. Estos últimos suelen ser utilizados por fabricantes de países desarrollados y las piezas de acero que salen del horno de arco son de alta calidad.
2. Producción secundaria de acero
El objetivo de la fabricación secundaria de acero es principalmente reducir el contenido de carbono (menos carbono) al nivel deseado y añadir otros elementos de aleación para mejorar las propiedades del acero. Este paso sirve principalmente para controlar y monitorear el tratamiento térmico y el enfriamiento del horno.
3. Maestro de fundición y moldeado.
Una vez que el acero alcanza el contenido de carbono específico en el horno y las propiedades mecánicas mejoran hasta cierto punto, el acero se cuela en un molde. Esto se llama hierro fundido y algunos dicen que es hierro fundido, lo cual no es correcto. Durante este proceso, la forma líquida del acero se endurece y se le da forma en diferentes geometrías. Estas estructuras cristalinas de acero fundido luego se cortan en pedazos más pequeños.
El acero fundido tiene numerosos defectos e imperfecciones. Se utiliza un proceso de conformado primario llamado laminación en caliente. Después del laminado en caliente, el acero gana más resistencia, ductilidad, soldabilidad, etc.
4. Formación secundaria
Generalmente existe un proceso de conformado secundario, como mecanizado CNC, laminado en frío, recubrimiento en polvo, endurecimiento o galvanoplastia para mejorar aún más las propiedades mecánicas y químicas o la estética de las piezas de acero dulce. En estos procesos se aplica adecuadamente un recubrimiento metálico, como un recubrimiento de zinc u otro tipo de acero al carbono.
Propiedades mecánicas del acero dulce
Como puede ver en la tabla anterior, el acero al carbono tiene un contenido de carbono menor que otros aceros al carbono. El contenido de carbono del acero al carbono es sólo del 0,25%.
El acero al carbono tiene una alta resistencia al impacto, es muy dúctil y soldable, tiene buena conformabilidad y puede conformarse en frío. Debido a estas propiedades, el mecanizado CNC de acero al carbono es más fácil que el mecanizado CNC de otros tipos de acero.
La mayor desventaja del acero al carbono es que tiene una resistencia a la tracción relativamente baja y, por tanto, se rompe más fácilmente que otros tipos de acero.
Afortunadamente, se puede utilizar un proceso de tratamiento térmico llamado cementación para mejorar la resistencia a la tracción. La carburación es un proceso de endurecimiento de superficies en el que el acero al carbono se calienta a una temperatura determinada y luego se enfría, endureciendo el acero en la superficie y dejando el núcleo de acero blando y dúctil.
Aplicaciones de acero dulce
Generalmente se utiliza acero dulce. Las aplicaciones típicas incluyen herramientas de construcción comunes, utensilios de cocina, instrumentos médicos, maquinaria, construcción, infraestructura, etc.
1. Construcción e infraestructura
El acero dulce tiene buena resistencia a la tracción para estructuras de construcción en proyectos de construcción. Cumple con los requisitos de terremotos y vientos, no puede verse afectado por gusanos e insectos, y también es resistente a la erosión y retardante de fuego, perfecto para uso en construcción.
2. Máquinas
Debido a su alta resistencia, ductilidad y dureza, se prefiere el acero al carbono para la fabricación de accesorios de máquinas. Debido al bajo contenido de carbono, el acero se puede mecanizar, cortar, prensar, moldear y moldear sin romperse.
3. utensilios de cocina
Debido a su bajísimo contenido de carbono, el acero al carbono no se oxida, manteniendo los utensilios de cocina limpios y afilados durante mucho tiempo. El acero al carbono es más resistente al calor que otros materiales, puede usarse como material antiadherente y es más saludable que los utensilios de cocina de aluminio.
4. Tubería
Debido a que el acero al carbono es extremadamente dúctil, los tubos de acero al carbono son muy populares en la fabricación de diversos tipos de tubos y postes. El acero al carbono se puede utilizar como material apto para uso alimentario, lo que lo hace ideal para transportar agua, bebidas y gas natural en tuberías de acero. Debido a su baja concentración de carbono, las tuberías utilizadas en exteriores tampoco se oxidan y pueden soportar el frío en ambientes hostiles. En comparación con las tuberías de plástico, las tuberías de acero dulce son más respetuosas con el medio ambiente y duran mucho más. También se pueden cortar en forma rectangular.
Ejemplos de aplicación para acero al carbono
El AISI 316L, que tiene un bajo contenido de carbono de sólo el 0,03%, es un acero al carbono típico muy utilizado. A lo largo de los años, trabajando con varias empresas, hemos descubierto que a los fabricantes de instrumentos médicos les gusta utilizar este material. Para producir prototipos o personalizar piezas de acero en pequeñas cantidades, el mecanizado CNC suele ser la primera opción. Las piezas de acero 316L mecanizadas por CNC generalmente no requieren tratamiento superficial ni tratamiento térmico. Las piezas CNC de acero dulce se pueden utilizar como productos terminados, no solo como prototipos. Otros productos comunes, como las herramientas de pesca, también utilizan mucho AISI 316L.
Mecanizado CNC de acero dulce y producción en pequeñas series.
¿Por qué la gente suele quejarse de que el acero es difícil de mecanizar con CNC? La maquinabilidad del acero depende principalmente de su contenido de carbono. Los aceros con alto contenido de carbono son difíciles de mecanizar debido principalmente a sus propiedades inflexibles y a sus tensiones internas.
Sin embargo, los aceros al carbono también son difíciles de mecanizar porque son muy blandos. Las virutas producidas por el proceso de mecanizado CNC tienden a pegarse y acumularse, lo que resulta en más tiempo dedicado a limpiar las virutas y potencialmente dañar las herramientas de corte. El contenido de carbono ideal para facilitar el mecanizado ronda el 0,20%.
Por ejemplo, algunos aceros al carbono son muy blandos, lo que provoca problemas de acumulación de virutas. A veces utilizamos un método: primero endurecer el acero al carbono. El endurecimiento superficial o endurecimiento superficial endurece el acero al carbono por fuera, dejando el acero blando por dentro, eliminando problemas de acumulación de viruta. Debido a que el núcleo de acero aún es blando, la suavidad o ductilidad del acero al carbono absorbe la tensión cuando se aplican tensiones externas al material durante el proceso de mecanizado y garantiza que la pieza no se rompa.
Para la producción en pequeñas series de piezas de acero dulce, el mecanizado CNC es la mejor solución. El material de acero dulce utilizado para el mecanizado CNC es el llamado "material de bloque", que tiene buena calidad y un precio relativamente económico. El mecanizado CNC es muy rápido en comparación con la fundición y el moldeado. En fundición y moldeado, el tiempo y el coste inicial de fabricación de moldes son muy elevados. Para la producción de piezas de acero al carbono de bajo volumen o volumen, el costo general es generalmente mucho menor que el de la fundición y el moldeado porque no es necesario fabricar moldes.
Producción a largo plazo de acero al carbono: fundición y conformado.
Cuando se van a producir grandes cantidades de piezas de acero dulce, comúnmente se utiliza la fundición o el moldeo (acero fundido). El moldeo por inyección de metal (MIM), que es similar al moldeo por inyección de plástico, implica inyectar una forma líquida de metal en un molde. El metal líquido se endurece y solidifica en el molde. Después de ser expulsadas del molde, a las piezas de acero se les da una forma aproximada. Existen procesos de posprocesamiento para mejorar aún más la estética de las piezas moldeadas.
Al igual que con el moldeo por inyección de plástico, un diseñador debe considerar aspectos como ángulos de desmoldeo, desmoldeo, contracción, tolerancias, etc. al diseñar los moldes y piezas de MMI.
Conclusión
El acero dulce o acero con bajo contenido de carbono tiene un contenido de carbono inferior a 0,25. Por sus propiedades, el acero al carbono se utiliza en casi todas las industrias. El método común para producir prototipos de acero al carbono o piezas de calidad en pequeños lotes es el mecanizado CNC. Para cantidades mayores, el moldeo por inyección de metal es un método más práctico.
