Aceiro

O termo aceiro^[1] serve comunmente para denominar, en enxeñaría metalúrxica, a unha mestura de ferro cunha cantidade de carbono variable entre o 0,008 % e o 2,11 % en masa da súa composición, dependendo do grao.^[2] Se a aliaxe posúe unha concentración de carbono maior do 1,8 %, prodúcense fundicións que, en oposición ao aceiro, son moito máis fráxiles e non é posible forxalas, senón que teñen que ser moldeadas.

Ponte fabricada en aceiro.

Prensas en acerías

Acerías

Non se debe confundir o aceiro co ferro, que é un metal duro e relativamente dúctil pero de baixa resistencia, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C e punto de ebulición 2740 °C. Pola súa banda, o carbono é un non metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), brando e fráxil na maioría das súas formas alotrópicas (excepto na forma de diamante). A difusión deste elemento na estrutura cristalina do anterior lógrase grazas á diferenza en diámetros atómicos, formándose un composto intersticial.

A diferenza principal entre o ferro e o aceiro áchase na porcentaxe do carbono: o aceiro é ferro cunha porcentaxe de carbono de entre o 0,03 % e o 1,075 %; a partir desta porcentaxe considéranse outras aliaxes con ferro.

Cabe destacar que o aceiro posúe diferentes constituíntes segundo a súa temperatura, concretamente, de maior a menor dureza, perlita, cementita e ferrita; ademais da austenita (para maior información consultar o artigo Diagrama ferro-carbono).

O aceiro conserva as características metálicas do ferro en estado puro, pero a adición de carbono e doutros elementos tanto metálicos como non metálicos mellora as súas propiedades físico-químicas.

Existen moitos tipos de aceiro en función do elemento ou os elementos aleantes que estean presentes. A definición en porcentaxe de carbono corresponde aos aceiros ó carbono, nos cales este non metal é o único aleante, ou hai outros pero en menores concentracións. Outras composicións específicas reciben denominacións particulares en función de múltiples variables por exemplo os elementos que predominan na súa composición (aceiros ó silicio), da súa susceptibilidade a certos tratamentos (aceiros de cementación), dalgunha característica potenciada (aceiros inoxidables) e mesmo en función do seu uso (aceiros estruturais). Usualmente estas aliaxes de ferro englóbanse baixo a denominación xenérica de aceiros especiais, razón pola que aquí se adoptou a definición dos comúns ou "ao carbono" que ademais de ser os primeiros fabricados e os máis empregados,^[3] serviron de base para os demais. Esta gran variedade de aceiros levou a Siemens a definir o aceiro como «un composto de ferro e outra substancia que incrementa a súa resistencia».^[4]

O aceiro é o material máis importante da nosa civilización e del están feitas a maior parte das ferramentas e máquinas.

Historia

Histórico forno Bessemer.

Gravado que mostra o traballo nunha fragua na Idade Media.

O termo aceiro procede do latín " aciarius", e este da palabra " acies", que é como se denomina nesta lingua o fío dunha arma branca. " Aciarius" sería, por tanto, o metal adecuado, pola súa dureza e resistencia, para poñelo na parte cortante das armas e as ferramentas. Descoñécese a data exacta en que se descubriu a técnica para obter ferro a partir da fusión de minerais. Ao contrario do ferro, que desde as orixes da humanidade se ten atopado en pequenas cantidades na natureza procedente de meteoritos, o aceiro é un produto tecnolóxico humano de invención relativamente recente. As primeiras pezas de aceiro obtíñanse collendo un cacho de ferro candente e golpeándoo contra cinzas que se ían incorporando ao metal até acadar o grao de dureza desexado ou manténdoo durante tempo mergullado en carbón. Hoxe o aceiro obtense de dúas materias primas: a gusa producida a partir de mineral nun alto forno ou ferro vello transformado nunha aciaría eléctrica. Con todo, os primeiros restos arqueolóxicos de utensilios de ferro datan do 3000 a. C. e foron descubertos en Exipto, aínda que hai vestixios de adornos anteriores. Algúns dos primeiros aceiros proveñen do leste de África, ao rededor de 1400 a. C.^[5] Durante a dinastía Han da China produciuse aceiro ao derreter ferro forxado con ferro fundido, en torno ao século I a. C.^[6][7] Tamén adoptaron os métodos de produción para a creación de aceiro wootz, un proceso xurdido na India e en Sri Lanka desde aproximadamente o ano 300 a. C. e exportado a China cara ao século V. Este temperán método utilizaba un forno de vento, soprado polos monzóns.^[8][9] Tamén coñecido como aceiro Damasco, era unha aliaxe de ferro con gran número de diferentes materiais, incluíndo trazas doutros elementos en concentracións menores a 1000 partes por millón ou 0,1 % da composición da rocha. Estudos realizados por Peter Paufler suxeriron que na súa estrutura incluíanse nanotubos de carbono, o que podería explicar algunhas das calidades deste aceiro -como a súa durabilidade e capacidade de manter un fío-, aínda que debido á tecnoloxía da época é posible que as mesmas se haxan obtido por azar e non por un deseño premeditado.^[10]

Entre os séculos IX e X produciuse en Merv o aceiro de crisol, no cal o aceiro se obtiña quentando e arrefriando o ferro e o carbón por distintas técnicas. Durante a dinastía Song do século XI na China, a produción de aceiro realizábase empregando dúas técnicas: a primeira producía aceiro de baixa calidade por non ser homoxéneo —método " berganesco"— e a segunda, precursora do método Bessemer, quita o carbón con forxas repetidas e somete a peza a arrefriados abruptos.^[11]

O ferro para uso industrial foi descuberto cara ao ano 1500 a. C., en Medzamor e no monte Ararat, en Armenia.^[12] A tecnoloxía do ferro mantívose moito tempo en segredo, difundíndose cumpridamente cara ao ano 1200 a. C.

Non hai rexistros de que a templabilidade fose coñecida ata a Idade Media. Os métodos antigos para a fabricación do aceiro consistían en obter ferro doce no forno, con carbón vexetal e tiro de aire, cunha posterior expulsión das escouras por marteladas e carburación do ferro doce para cementarlo. Logo perfeccionouse a cementación fundindo o aceiro cementado en crisoles de arxila e en Sheffield (Inglaterra) obtivéronse, a partir de 1740, aceiros de crisol.^[13] A técnica foi desenvolta por Benjamin Huntsman.

En 1856, Henry Bessemer, desenvolveu un método para producir aceiro en grandes cantidades, pero dado que só podía empregarse ferro que contivese fósforo e xofre en pequenas proporcións, foi deixado de lado. Ao ano seguinte, Carl Wilhelm Siemens creou outro, o procedemento Martin-Siemens, no que se producía aceiro a partir da descarburación da fundición de ferro doce e óxido de ferro como produto do quecemento con aceite, gas de coque, ou unha mestura este último con gas de alto forno. Este método tamén quedou en desuso.

Aínda que en 1878 Siemens tamén foi o primeiro en empregar electricidade para quentar os fornos de aceiro, o uso de fornos de arco eléctrico para a produción comercial comezou en 1902 por Paul Héroult, quen foi un dos inventores do método moderno para fundir aluminio. Neste método faise pasar dentro do forno un arco eléctrico entre chatarra de aceiro cuxa composición se coñece e uns grandes eléctrodos de carbono situados no teito do forno.

Estrutura de ferro forxado da Torre Eiffel.

En 1948 invéntase o proceso do osíxeno básico L-D. Tras a segunda guerra mundial iniciáronse experimentos en varios países con osíxeno puro en lugar de aire para os procesos de refinado do aceiro. O éxito logrouse en Austria en 1948, cando unha fábrica de aceiro situada preto da cidade de Linz, Donawitz desenvolveu o proceso do osíxeno básico ou L-D.

En 1950 invéntase o proceso de coada continua que se usa cando se require producir perfís laminados de aceiro de sección constante e en grandes cantidades. O proceso consiste en colocar un molde coa forma que se require debaixo dun crisol, o cal cunha válvula pode ir dosificando material fundido ao molde. Por gravidade o material fundido pasa polo molde, que está arrefriado por un sistema de auga; ao pasar o material fundido polo molde frío convértese en pastoso e adquire a forma do molde. Posteriormente o material é conformado cunha serie de rodetes que ao mesmo tempo o arrastran cara á parte exterior do sistema. Unha vez conformado o material coa forma necesaria e coa lonxitude adecuada o material córtase e almacena.

Na actualidade utilízanse algúns metais e metaloides en forma de ferroaleacións, que, unidos ao aceiro, proporciónanlle excelentes calidades de dureza e resistencia.^[14]

Actualmente, o proceso de fabricación do aceiro complétase mediante a chamada metalurxia secundaria. Nesta etapa outórganse ó aceiro líquido as propiedades químicas, temperatura, contido de gases, nivel de inclusións e impurezas desexadas. A unidade máis común de metalurxia secundaria é o forno culler. O aceiro aquí producido está listo para ser posteriormente coado, en forma convencional ou en coada continua.

Ponte fabricada con aceiro.

O uso intensivo que ten e tivo o aceiro para a construción de estruturas metálicas coñeceu grandes éxitos e rotundos fracasos que polo menos permitiron o avance da ciencia de materiais. Así, o 7 de novembro de 1940 o mundo asistiu ao colapso da ponte de Tacoma Narrows ao entrar en resonancia co vento. Xa durante os primeiros anos da Revolución industrial producíronse roturas prematuras de eixos de ferrocarril que levaron a William Rankine a postular a fatiga de materiais e durante a segunda guerra mundial producíronse algúns afundimentos imprevistos dos cargueiros estadounidenses Liberty ao fraxilizarse o aceiro polo mero descenso da temperatura,^[15] problema inicialmente achacado ás soldaduras.

En moitas rexións do mundo, o aceiro é de grande importancia para a dinámica da poboación, industria e comercio.^{[Cómpre referencia]}

Características mecánicas e tecnolóxicas do aceiro

Representación do pandeo baixo a acción dunha forza exercida sobre unha viga de aceiro

Aínda que é difícil establecer as propiedades físicas e mecánicas do aceiro, xa que estas varían cos axustes na súa composición e os diversos tratamentos térmicos, químicos ou mecánicos, cos que se poden conseguir aceiros con combinacións de características adecuadas para infinidade de aplicacións, pódense citar algunhas propiedades xenéricas:

• A súa densidade media é de 7.850 kg/m³.
• En función da temperatura o aceiro pódese contraer, dilatar ou fundir.
• O punto de fusión do aceiro depende do tipo de aliaxe e as porcentaxes de elementos aliantes. O do seu compoñente principal, o ferro, é de aproximadamente 1510 °C en estado puro (sen aliar), pero o aceiro presenta frecuentemente temperaturas de fusión ao redor de 1375 °C, e en xeral a temperatura necesaria para a fusión aumenta a medida que se funde (excepto as aliaxes eutécticas que funden de golpe). Por outra banda a aceiro rápido funde a 1650 °C.^[16]
• O seu punto de ebulición está ao redor dos 3000 °C.^[16]
• É un material moi tenaz, especialmente nalgunha das aliaxes usadas para fabricar ferramentas.
• Relativamente dúctil. Con el obtéñense fíos delgados chamados arames.
• É maleable. Pódense obter láminas delgadas chamadas lata. A lata é unha lámina de aceiro, de entre 0,5 e 0,12 mm de espesor, recuberta, xeralmente de forma electrolítica, por estaño.
• Permite unha boa mecanización nas máquinas ferramentas antes de recibir un tratamento térmico.
• Algunhas composicións e formas do aceiro manteñen maior memoria, e se deforman ao exceder o seu límite elástico.
• A dureza dos aceiros varía entre a do ferro e a que se pode conseguir mediante a súa aliaxe ou outros procedementos térmicos ou químicos entre os que quizais o máis coñecido sexa o amorne, aplicable a aceiros con alto contido en carbono, que permite, cando é superficial, conservar un núcleo tenaz na peza que evite fracturas fráxiles. Aceiros típicos cun alto grao de dureza superficial son os que se utilizan nas ferramentas de mecanizado, chamados aceiros rápidos que conteñen cantidades significativas de cromo, volframio, molibdeno e vanadio. Os ensaios tecnolóxicos para medir a dureza son Brinell, Vickers e Rockwell, entre outros.
• Pódese soldar con facilidade.
• A corrosión é a desvantaxe dos aceiros, xa que o ferro se oxida con moita facilidade incrementando o seu volume e provocando gretas superficiais que posibilitan o progreso da oxidación ata que se consome a peza por completo. Tradicionalmente os aceiros fóronse protexendo mediante tratamentos superficiais diversos; así, no 2019 probouse a efectividade do ácido cítrico como anticorrosivo protector do aceiro no espazo exterior en substitución do ácido nítrico.^[17]. Aínda que existen aliaxes con resistencia á corrosión mellorada como os aceiros de construción «corten» aptos para a intemperie (en certos ambientes) ou os aceiros inoxidables.
• Ten unha alta condutividade eléctrica. Aínda que depende da súa composición é aproximadamente de ^[18] 3·10 ⁶ S / m.. Nas liñas aéreas de alta tensión utilízanse con frecuencia condutores de aluminio con alma de aceiro proporcionando este último a resistencia mecánica necesaria para incrementar a distancia entre torres e optimizar o custo da instalación.
• Utilízase para a fabricación de imáns permanentes artificiais, xa que unha peza de aceiro imantada non perde a súa imantación se non se quenta ata certa temperatura. A magnetización artificial faise por contacto, indución ou mediante procedementos eléctricos. No aceiro inoxidable ferrítico pegase o imán, pero o aceiro inoxidable austenítico non se lle pega o imán, xa que a fase do ferro coñecida como austenita non é atraída polos imáns. Os aceiros inoxidables conteñen principalmente níquel e cromo en porcentaxes da orde do 10% máis dalgúns elementos aliantes en menor proporción.
• Un aumento da temperatura nun elemento de aceiro provoca un aumento na lonxitude do mesmo. Este aumento na lonxitude pode valorarse pola expresión: δL = α δ t ° L, sendo α o coeficiente de dilatación, que para o aceiro vale aproximadamente 1,2 • 10 ^-5 (é dicir α = 0,000012). Se hai liberdade de dilatación non se expoñen grandes problemas subsidiarios, pero se esta dilatación está impedida en maior ou menor grao polo resto dos compoñentes da estrutura, aparecen esforzos complementarios que hai que ter presentes. O aceiro dilátase e contráese segundo un coeficiente de dilatación similar ao coeficiente de dilatación do formigón, polo que resulta moi útil o seu uso simultáneo na construción, formando un material composto que se chama formigón armado.^[19] O aceiro dá unha falsa sensación de seguridade ao ser incombustible, pero as súas propiedades mecánicas fundamentais vense gravemente afectadas polas altas temperaturas que poden alcanzar os perfís no transcurso dun incendio.

Normalización das diferentes clases de aceiro

Chave de aceiro de aliaxe para ferramentas ou "aceiro de cromo-vanadio"”

Como existe unha variedade moi grande de clases de aceiro diferentes que se poden producir en función dos elementos aliantes que constitúen a aliaxe, impúxose, en cada país, cada fabricante de aceiro, e en moitos casos nos maiores consumidores de aceiros, unhas normas que regulan a composición dos aceiros e as prestacións destes.

Por exemplo en España actualmente están regulados pola norma UNE-EN 10020: 2001 e anteriormente estaban regulados pola norma UNE-36010, ambas as dúas editadas por AENOR (Asociación Española de Normalización e Certificación).^[20]

Existen outras normas reguladoras do aceiro, como a clasificación de AISI (de fai 70 anos, e de uso moito máis extenso internacionalmente), ASTM,^[21] DIN ("Instituto Alemán de Normalización"), e a ISO 3506.

Aceiros ordinarios. Aceiros aleados ou especiais. Os aceiros aleados ou especiais conteñen outros elementos, ademais de carbono, que modifican as súas propiedades. Estes clasifícanse segundo a súa influencia:

Elementos que aumentan a dureza: fósforo, níquel, cobre, aluminio. En especial aqueles que conservan a dureza a elevadas temperaturas: titanio, vanadio, molibdeno, volframio, cromo, manganeso e cobalto. Elementos que limitan o crecemento do tamaño de gran: aluminio, titanio e vanadio. Elementos que determinan na templabilidade: aumentan a templabilidade: manganeso, molibdeno, cromo, níquel e silicio. Diminúe a templabilidade: o cobalto. Elementos que modifican a resistencia á corrosión ou oxidación: aumentan a resistencia á oxidación: molibdeno e volframio. Favorece a resistencia á corrosión: o cromo. Elementos que modifican as temperaturas críticas de transformación: Soben os puntos críticos: molibdeno, aluminio, silicio, vanadio, volframio. Diminúen as temperaturas críticas: cobre, níquel e manganeso. No caso particular do cromo, elévanse os puntos críticos cando o aceiro é de alta porcentaxe de carbono pero diminúeos cando o aceiro é de baixo contido de carbono.

Formación de aceiro. Diagrama ferro-carbono (Fe-C)

Zona dos aceiros (ata 2% de carbono) do diagrama de equilibrio metaestábel ferro-carbono. Dado que nos aceiros o carbono atópase formando carburo de ferro incluíronse en abscisas as escalas das porcentaxes en peso de carbono e de carburo de ferro (en azul).

No diagrama de equilibro, ou de fases, Fe-C represéntanse as transformacións que sofren os aceiros ao carbono coa temperatura, admitindo que o arrequecemento (ou arrefriado) da mestura realízase moi lentamente de modo que os procesos de difusión (homoxeneización) teñen tempo para completárense. Devandito diagrama obtense experimentalmente identificando os puntos críticos (temperaturas ás que se producen as sucesivas transformacións) por métodos diversos.

Microconstituíntes

O ferro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa a temperatura desde a ambiente:

• Ata os 911 °C, o ferro ordinario, cristaliza no sistema cúbico de corpo centrado e recibe a denominación de ferro α ou ferrita. É un material dúctil e maleábel e dá boa forxabilidade a aliaxes con baixo contido en carbono e é ferromagnético até os 770 °C (temperatura de Curie á que perde dita calidade). A ferrita pode disolver moi pequenas cantidades de carbono.
• Entre 911 e 1400 °C cristaliza no sistema cúbico de caras centradas e recibe a denominación de ferro γ ou austenita. Dada a súa maior compactidade a austenita se deforma con maior facilidade e é paramagnética.
• Entre 1400 e 1538 °C cristaliza de novo no sistema cúbico de corpo centrado e recibe a denominación de ferro δ que é en esencia o mesmo ferro alfa pero con parámetro de rede maior por efecto da temperatura.

A maior temperatura o ferro atópase en estado líquido.

Se se engade carbono ao ferro, os seus átomos poderían situarse simplemente nos intersticios da rede cristalina deste último; porén nos aceiros aparece combinado formando carburo de ferro (Fe3C) (a ferrita admite un máximo de carbono na súa rede cristalina), é dicir, un composto químico definido e que recibe a denominación de cementita de modo que os aceiros ao carbono están constituídos realmente por ferrita e cementita.

Transformación da austenita

O diagrama de fases Fe-C mostra dúas composicións singulares:

• Un eutéctico (composición para a cal o punto de fusión é mínimo) que se denomina ledeburita e contén un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). A ledeburita aparece entre os constituíntes da aliaxe cando o contido en carbono supera o 2% (rexión do diagrama non mostrada) e é a responsábel da mala forxabilidade da aliaxe marcando a fronteira entre os aceiros con menos do 2% de C (forxábeis) e o ferro fundido con porcentaxes de carbono superiores (non forxábeis e fabricadas por moldado). Deste xeito obsérvase que por riba da temperatura crítica A3 (Convencionalmente ao subíndice do punto crítico acompaña unha letra que indica se a temperatura determinouse durante o arrefriado (r, do francés refroidissement) ou o arrequecemento (c, do francés chauffage) xa que por fenómenos de histérese os valores numéricos difiren.) os aceiros están constituídos só por austenita, unha solución sólida de carbono en ferro γ e a súa microestrutura en condicións de arrefriado lento dependerá xa que logo das transformacións que sufra esta.
• Un eutectoide na zona dos aceiros, equivalente ao eutéctico pero en estado sólido, onde a temperatura de transformación da austenita é mínima. O eutectoide contén un 0,77 %C (13,5% de cementita) e denomínase perlita. Está constituído por capas alternas de ferrita e cementita, sendo as súas propiedades mecánicas intermedias entre as da ferrita e a cementita.

A existencia do eutectoide permite distinguir dous tipos de aliaxes de aceiro:

• Aceiros hipoeutectoides (< 0,77% C). Ao arrefriarse por baixo da temperatura crítica A3 comeza a precipitar a ferrita entre os grans (cristais) de austenita e ao alcanzar a temperatura crítica A1 a austenita restante transfórmase en perlita. Obtense xentón a temperatura ambiente unha estrutura de cristais de perlita embebidos nunha matriz de ferrita.
• Aceiros hipereutectoides (>0,77% C). Ao arrefriarse por baixo da temperatura crítica precipítase o carburo de ferro resultando a temperatura ambiente cristais de perlita embebidos nunha matriz de cementita.

Outros microconstituíntes

As texturas básicas descritas (perlíticas) son as obtidas arrefriando lentamente aceiros ao carbono, con todo modificando as condicións de arrefriado (base dos tratamentos térmicos) é posíbel obter estruturas cristalinas diferentes:

• A martensita é o constituínte típico dos aceiros temperados e obtense de forma case instantánea ao arrefriar rapidamente a austenita. É unha solución sobresaturada de carbono en ferro alfa con tendencia, canto maior é o carbono, á substitución da estrutura cúbica centrada no corpo por tetragonal centrada no corpo. Tras a cementita (e os carburos doutros metais) é o constituínte máis duro dos aceiros.
• Velocidades intermedias de arrefriado dan lugar á bainita, estrutura similar á perlita formada por agullas de ferrita e cementita pero de maior ductilidade e resistencia que aquela.
• Tamén se pode obter austenita por arrefriado rápido de aliaxes con elementos gammágenos (que favorecen a estabilidade do ferro γ) como o níquel e o manganeso, tal é o caso por exemplo dos aceiros inoxidábeis austeníticos.

Outrora identificáronse tamén a sorbita e a troostita que resultaron ser en realidade perlitas de moi pequena distancia interlaminar polo que devanditas denominacións caeron en desuso.

Composición

En estado puro, o ferro é un material brando e de reducida utilidade, só ao alialo con carbono en porcentaxe superior ao 0,2% se converte nun metal duro e tenaz, apto para infinidade de usos. Alén do ferro e o carbono, compoñentes principais, os aceiros incorporan outros elementos químicos, algúns prexudiciais, provenientes do ferro vello, do mineral ou do combustible empregado no proceso de fabricación, como o xofre e o fósforo. Outros son adicionados intencionalmente para mellorar algunhas características do aceiro para aumentar a súa resistencia, ductibilidade, dureza ou outras, ou para facilitar algún proceso de fabricación, como usinabilidade, é o caso de elementos de liga como o níquel, o cromo, o molibdeno e outros.

No aceiro común o teor de impurezas (elementos alén do ferro e do carbono) estará sempre por debaixo do 2%. Por enriba dos 2 ata 5% doutros elementos pódese considerar aceiro de baixa-liga, por riba do 5% é considerado de alta-liga. O Xofre e o Fósforo son elementos prexudiciais ao aceiro pois acaba por intervir nas súas propiedades físicas deixando o aceiro quebradizo. Dependendo das esixencias cobradas, o control sobre as impurezas pode ser menos rigoroso ou entón poden pedir o uso dun antisulfurante como o magnesio e outros elementos de liga benéficos.

Os dous compoñentes principais do aceiro atópanse en abundancia na natureza, o que favorece a súa produción a grande escala. Esta variedade e dispoñibilidade^[22] faino apto para numerosos usos como a construción de maquinaria, ferramentas, edificios e obras públicas, contribuíndo ao desenvolvemento tecnolóxico das sociedades industrializadas.^[13] A pesar da súa densidade (7850 kg/m³ de densidade en comparación os 2700 kg/m³ do aluminio, por exemplo) o aceiro é utilizado en todos os sectores da industria, mesmo no aeronáutico, xa que as pezas con maiores solicitacións (xa sexa ao impacto ou á fatiga) só poden aguantar cun material dúctil e tenaz como é o aceiro, ademais da vantaxe do seu relativo baixo custo.

Outros elementos no aceiro

Elementos aleantes do aceiro e melloras obtidas coa aliaxe

As clasificacións normalizadas de aceiros como a AISI, ASTM e UNS, establecen valores mínimos ou máximos para cada tipo de elemento. Estes elementos agréganse para obter unhas características determinadas como templabilidade, resistencia mecánica, dureza, tenacidade, resistencia ao desgaste, soldabilidade ou maquinabilidade.^[23] A continuación listanse algúns dos efectos dos elementos aleantes no aceiro:^{[24] [25]}

• Aluminio: úsase nalgúns aceiros de nitruración ao Cr-Al-Mo de alta dureza en concentracións próximas ao 1% e en porcentaxes inferiores ao 0,008% como desoxidante en aceiros de alta aliaxe.
• Boro: en moi pequenas cantidades (do 0,001 ao 0,006%) aumenta a templabilidade sen reducir a maquinabilidade, pois combinase co carbono para formar carburos proporcionando un revestimento duro. É usado en aceiros de baixa aliaxe en aplicacións como coitelas de arado e arames de alta ductilidade e dureza superficial. Utilizado tamén como trampa de nitróxeno, especialmente en aceiros para trefilación, para obter valores de N menores a 80 ppm.

Acería. Nótese a tonalidade da vertedura.

• Chumbo: o chumbo non se combina co aceiro, atópase nel en forma de pequenísimos glóbulos, coma se estivese emulsionado, o que favorece a fácil mecanización por arranque de labra, (torneado, cepillado, tradeado, etc.) xa que o chumbo é un bo lubricante de corte, a porcentaxe oscila entre 0,15% e 0,30 % debendo limitarse o contido de carbono a valores inferiores ao 0,5% debido a que dificulta o tépedo e diminúe a tenacidade en quente. Engádese a algúns aceiros para mellorar moito a maquinabilidade.
• Cinc: é o elemento clave para producir chapa de aceiro galvanizado.
• Cobalto: moi endurecedor. Diminúe a templabilidade. Mellora a resistencia e a dureza en quente. É un elemento pouco habitual nos aceiros. Aumenta as propiedades magnéticas dos aceiros. Úsase nos aceiros rápidos para ferramentas e en aceiros refractarios.
• Cromo: Forma carburos moi duros e dalle ao aceiro maior dureza, resistencia e tenacidade a calquera temperatura. Só ou aleado con outros elementos, mellora a resistencia á corrosión. Aumenta a profundidade de penetración do endurecemento por tratamento termoquímico como a carburación ou a nitruración. Úsase en aceiros inoxidables, aceiros para ferramentas e refractarios. Tamén se utiliza en revestimentos embelecedores ou recubrimentos duros de gran resistencia ao desgaste, como émbolos, eixos, etc.
• Molibdeno: é un elemento habitual do aceiro e aumenta moito a profundidade de endurecemento do aceiro, así como a súa tenacidade. Os aceiros inoxidables austeníticos conteñen molibdeno para mellorar a resistencia á corrosión.
• Niobio: Utilízase para darlle dureza, flexibilidade e elasticidade ao aceiro, principalmente utilízase para o aceiro estrutural e para aceiros automotrices.
• Níquel: é un elemento gammageno permitindo unha estrutura austenítica a temperatura ambiente, que aumenta a tenacidade e resistencia ao impacto. O níquel utilízase moito para producir aceiro inoxidable, porque aumenta a resistencia á corrosión.
• Nitróxeno: agrégase a algúns aceiros para promover a formación de austenita.
• Silicio: aumenta moderadamente a templabilidade. Úsase como elemento desoxidante. Aumenta a resistencia dos aceiros baixos en carbono.
• Titanio: úsase para estabilizar e desoxidar o aceiro, mantén estables as propiedades do aceiro a alta temperatura. Utilízase a súa grande afinidade co carbono para evitar a formación de carburo de ferro ao soldar aceiro.
• Vanadio: posúe unha enérxica acción desoxidante e forma carburos complexos co ferro, que proporcionan ao aceiro unha boa resistencia á fatiga, tracción e poder cortante nos aceiros para ferramentas.
• Volframio: tamén coñecido como tungsteno. Forma co ferro carburos moi complexos estables e durísimos, soportando ben altas temperaturas. En porcentaxes do 14 ao 18%, proporciona aceiros rápidos cos que é posible triplicar a velocidade de corte dos aceiros ao carbono para ferramentas.

As porcentaxes de cada un dos elementos aleantes que poden configurar un tipo determinado de aceiro están normalizados.

Impurezas

Denomínase impurezas a todos os elementos indesexables na composición dos aceiros. Atópanse nos aceiros e tamén nas fundicións como consecuencia de que están presentes nos minerais ou nos combustibles. Procúrase eliminalas ou reducir o seu contido debido a que son prexudiciais para as propiedades da aliaxe. Nos casos nos que eliminalas resulte imposible ou sexa demasiado custoso, admítese a súa presenza en cantidades mínimas.

• Xofre: límite máximo aproximado: 0,04 %. O xofre co ferro forma sulfuro, o que, conxuntamente coa austenita, dá lugar a un eutéctico cuxo punto de fusión é baixo e que, por tanto, aparece en bordos de gran. Cando os lingotes de aceiro coado deben ser laminados en quente, devandito eutéctico atópase en estado líquido, o que provoca o desgranamento do material.

Contrólase a presenza de sulfuro mediante o agregado de manganeso. O manganeso ten maior afinidade polo xofre que o ferro polo que en lugar de FES fórmase MnS que ten alto punto de fusión e boas propiedades plásticas. O contido de Mn debe ser aproximadamente cinco veces a concentración de S para que se produza a reacción.

O resultado final, unha vez eliminados os gases causantes, é unha fundición menos porosa, e por tanto de maior calidade.

Aínda que se considera un elemento prexudicial, a súa presenza é positiva para mellorar a maquinabilidade nos procesos de mecanizado. Cando a porcentaxe de xofre é alto pode causar poros na soldadura.

• Fósforo: límite máximo aproximado: 0,04 %. O fósforo resulta prexudicial, xa sexa o disolverse na ferrita, pois diminúe a ductilidade, como tamén por formar FeP («fosfuro de ferro»). O fosfuro de ferro, xunto coa austenita e a cementita, forma un eutéctico ternario denominado «esteadita», o que é sumamente fráxil e posúe un punto de fusión relativamente baixo, polo cal aparece en bordos de gran, transmitíndolle ao material a súa fraxilidade.

Aínda que se considera un elemento prexudicial nos aceiros, porque reduce a ductilidade e a tenacidade, facéndoo quebradizo, ás veces agrégase para aumentar a resistencia á tensión e mellorar a maquinabilidade.

Desgaste

É a degradación física (perda ou ganancia de material, aparición de gretas, deformación plástica, cambios estruturais como transformación de fase ou recristalización, fenómenos de corrosión etc.) debido ao movemento entre a superficie dun material sólido e un ou diversos elementos de contacto.^[26]

Propiedades

A propiedades medias dun aceiro con 0,2% de carbono en peso están en torno de:

• Densidade media do aceiro: 7860 kg/m³ (ou 7,86 g/cm³)
• Coeficiente de expansión térmica: 11,7 10⁻⁶ (C°)⁻¹
• Condutividade térmica: 52,9 W/m-K
• Calor específica: 486 J/kg-K
• Resistividade eléctrica: 1,6 10^-7Ω
• Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Lonxitudinal: 210GPa
• Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Transversal:80 GPa
• Coeficiente de Poisson: 0,3
• Límite de escoamento: 210 MPa
• Límite de Resistencia a Tracción: 380 MPa
• Alongamento: 25% ^[27]

Norma UNE-36010

Artigo principal: UNE-36010.

A norma española UNE-36010 é unha normalización ou clasificación dos aceiros para que sexa posíbel coñecer as propiedades dos mesmos. Esta Norma indica a cantidade mínima ou máxima de cada compoñente e as propiedades mecánicas que ten o aceiro resultante.

En España, o Instituto do Ferro e do Aceiro (IHA) creou esta norma que clasifica aos aceiros en cinco series diferentes ás que identifica por un número. Cada serie de aceiros divídese á súa vez en grupos, que especifica as características técnicas de cada aceiro, matizando as súas aplicacións específicas. O grupo dun aceiro desígnase cun número que acompaña á serie á que pertence. A clasificación de grupos por serie, as súas propiedades e as súas aplicacións recóllense na Táboa seguinte.

Clasificación dos aceiros segundo a Norma UNE-36010

Serie	Grupo	Denominación	Descrición
Serie 1	Grupo 1	Aceiro ó carbono.	Son aceiros ao carbono e polo tanto non aliados. Canto mais carbono teñen son máis duros e menos soldábeis, pero tamén son máis resistentes aos choques. Son aceiros aptos para tratamentos térmicos que aumentan a súa resistencia, tenacidade e dureza. Son os aceiros que cobren as necesidades xerais da Enxeñaría de construción tanto industrial como civil e comunicacións.
	Grupos 2 e 3	Aceiro aliado de gran resistencia.
	Grupo 4	Aceiro aliado de grande elasticidade.
	Grupo 5 e 6	Aceiros para cementación.
	Grupo 7	Aceiros para nitruración.
Serie 2	Grupo 1	Aceiros de fácil mecanización.	Son aceiros aos que se incorporan elementos aliantes que melloran as propiedades necesarias para o seu uso.
	Grupo 2	Aceiros para soldadura.
	Grupo 3	Aceiros magnéticos.
	Grupo 4	Aceiros de dilatación térmica.
	Grupo 5	Aceiros resistentes á fluencia.
Serie 3	Grupo 1	Aceiros inoxidábeis.	Estes aceiros están baseados na adición de cantidades considerábeis de cromo e níquel xunto con outros elementos para outras propiedades máis específicas. Son resistentes a ambientes húmidos, a axentes químicos e a altas temperaturas. As súas aplicacións máis importantes son para a fabricación de depósitos de auga, cámaras frigoríficas industriais, material clínico e instrumentos cirúrxicos, pequenos electrodomésticos, material doméstico como coitelaría etc..
	Grupos 2 e 3	Aceiros resistentes á calor.
Serie 5	Grupo 1	Aceiro ó carbono para ferramentas.	Son aceiros aliados con tratamentos térmicos que lles dan características moi particulares de dureza, tenacidade e resistencia ao atrito e á deformación por calor. Os aceiros do grupo 1 desta serie utilízanse para construír maquinaria de traballos lixeiros en xeral. Os grupos 2,3 e 4 utilízanse para construír máquinas e ferramentas máis pesadas. O grupo 5 é para construír ferramentas de corte.
	Grupos 2, 3 e 4	Aceiro aliado para ferramentas .
	Grupo 5	Aceiros rápidos.
Serie 8	Grupo 1	Aceiros para moldeo.	Son aceiros adecuados para moldear pezas por verquido en moldes de area, polo que requiren certo teor mínimo de carbono que lles de estabilidade. Para moldeo de pezas xeométricas complicadas, con características moi variadas, que posteriormente son acabadas en procesos de mecanizado.
	Grupo 3	Aceiros de baixa radiación.
	Grupo 4	Aceiros para moldeo inoxidábeis.

Notas

1. Definicións no Dicionario da Real Academia Galega e no Portal das Palabras para aceiro.
2. Domínguez, Esteban José; Ferrer, Julián (6 de outubro de 2014). FP Básica - Mecanizado y soldadura (en castelán). Editex. ISBN 9788490039632. Consultado o 9 de novembro de 2018.
3. Aproximadamente o 90 % do aceiro comercializado é "ó carbono". Ashby, M. F.; Jones, David R. H. (1992) [1986]. Engineering materials 2 : an introduction to microstructures, processing, and design 2 (1st ed ed.). Oxford [Oxfordshire]: Pergamon Press. ISBN 0080325319. OCLC 13455996.
4. Diccionario Enciclopédico Hispano-Americano, Tomo I, Montaner e Simón Editores, Barcelona, 1887, p. 265.
5. "Civilizations in Africa: The Iron Age South of the Sahara" (en inglés). Archived from the original on 24 de setembro de 2007. Consultado o 26 de xuño do 2019.
6. Needham, Joseph (1986). Science and Civilization in China: Volume 4, Part 3, Civil Engineering and Nautics. Taipei: Caves Books, Ltd. p. 563.
7. Gernet, 69.
8. Needham, Volume 4, Part 1, 282.
9. G. Juleff (1996). "An ancient wind powered iron smelting technology in Sri Lanka". Nature 379 (3): 60–63. doi:10.1038/379060a0.
10. Sanderson, Katharine (15 de novembro de 2006). "Sharpest cut from nanotube sword: Carbon nanotech may have given swords of Damascus their edge". Nature. Consultado o 17 de novembro de 2006.
11. Hartwell, Robert. «Markets, Technology and the Structure of Enterprise in the Development of the Eleventh Century Chinese Iron and Steel Industry.» Journal of Economic History 26 (1966). pp. 53-54.
12. "Museo da metalurxia Elgóibar". Arquivado dende o orixinal o 01 de maio de 2007. Consultado o 01 de maio de 2007.
13. VV. AA. (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Tomo 1 Acero. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.
14. "Museo da Metalurxia de Elgóibar". Arquivado dende o orixinal o 01 de maio de 2007. Consultado o 01 de maio de 2007.
15. Constance Tripper, do Departamento de Enxeñería da Universidade de Cambridge, determinou que as roturas no casco dos cargueiros Liberty debéronse a que o aceiro foi sometido a temperatura suficientemente baixa para que mostrase comportamento fráxil e establecendo en consecuencia a existencia dunha temperatura de transición dúctil-fráxil.
16. "Información sobre o punto de fusión do aceiro". Arquivado dende o orixinal o 25 de setembro de 2019. Consultado o 08 de xullo de 2019.
17. esa. "Can citric acid be a green alternative to protecting steel?". European Space Agency (en inglés). Consultado o 2019-09-29.
18. [http://www.ndt-ed.org/GeneralResources/MaterialProperties/ET/ET_matlprop_Misc_Matls.htm Electrical Conductivity & Resistivity for Miscellaneous Metals & Alloys] Arquivado 23 de abril de 2014 en Wayback Machine. Datos de resistividade dalgúns materiais (en inglés)
19. Táboa de perfil IPN estandarizada
20. "Norma UNE 36010". Arquivado dende o orixinal o 29 de abril de 2007. Consultado o 14 de xullo de 2019.
21. >Páxina web oficial da ASTM en español Arquivado 17 de abril de 2008 en Wayback Machine.
22. Estímase que o contido en ferro da cortiza terrestre é da orde do 6 % en peso , mentres que o carbón vexetal puido facilmente obterse das masas forestais para a elaboración do aceiro polo procedemento da forxa catalá. A industrialización do aceiro implicou a substitución do carbón vexetal polo mineral cuxa abundancia na cortiza terrestre estímase ao redor do 0,2 % .
23. (Kalpakjian 2002, p. 144)
24. "Taboa das porcentaxes admisibles de oito compoñentes nos aceiros normalizados AISI/SAE". Arquivado dende o orixinal o 10 de xuño de 2007. Consultado o 10 de xuño de 2007.
25. Galeano Peña, Publio. "Aceros aleados". Materiales metálicos. Arquivado dende o orixinal o 10 de setembro de 2011. Consultado o 27 de xuño de 2011.
26. [Apuntes de Prácticas de Tecnología de Materiales. Práctica de Tribología. Escuela Técnica Superior de Ingenieros. Sevilla]
27. WILLIAM D. CALLISTER, JR., Ciência e Engenharia de Materiais, Uma Introdução, Quinta Edição 2002, Editora LTC

Véxase tamén

Outros artigos

• Metais e aliaxes de cuñaxe
• Aceiro inoxidable
• Acmonital

Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría:  Aceiro

Bibliografía

• Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.
• Sandvik Coromant (2006). Guía Técnica de Mecanizado. AB Sandvik Coromant.
• Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas. Madrid: Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5.
• Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat Editores. ISBN 84-345-4490-3.
• Luis Colasante (2006). L’étude des superficies de l’acier inoxydable austénitique AISI 304 après une déformation plastique et un procédé d’abrasion. Venezuela, Mérida: Universidad de Los Andes.
• Nueva Enciclopedia Larousse. 1984. ISBN 84-320-4260-9.