El acero al carbono, conocido por su resistencia, durabilidad y asequibilidad, se utiliza ampliamente en numerosas aplicaciones. Ya sean las tuercas que sujetan los neumáticos de su vehículo o las vigas que sostienen los puentes, el acero al carbono se utiliza con frecuencia. Además, tiene una gran importancia como material en la industria. Mecanizado CNC.
La clasificación del acero al carbono generalmente se basa en su contenido de carbono, lo que da como resultado acero con bajo contenido de carbono, acero con medio carbono y acero con alto contenido de carbono. Estas clasificaciones proporcionan información sobre sus respectivas composiciones de carbono. Ahora, exploremos qué significan estas clasificaciones para las características de cada tipo individualmente y conozcamos sus diferencias. Este artículo analizará cada tipo por separado antes de hacer una comparación entre ellos.
Diferencia entre aceros de bajo, medio y alto carbono
El hierro y el carbono son los componentes principales del acero, y el carbono desempeña un papel crucial a la hora de impartir resistencia a la aleación. El hierro puro carece de resistencia o dureza significativas, por lo que es necesaria la adición de carbono para mejorar estas propiedades en el acero.
La forma inicial de hierro utilizada en la producción de acero contiene un contenido de carbono relativamente alto. Puede alcanzar hasta 2,1%, que es la cantidad máxima de carbono que permite que el material conserve su clasificación como acero.
Sin embargo, el hierro puede someterse a un procesamiento adicional para reducir su contenido de carbono. Esta manipulación del contenido de carbono provoca cambios en diversas propiedades de los materiales, tales como:
- Resistencia: Se refiere a la capacidad de un material para soportar una carga, la cual se mide por su límite elástico y su resistencia a la tracción. El límite elástico representa la etapa en la que se produce la deformación en el material sin fracturarse, mientras que la resistencia a la tracción indica el nivel de tensión necesaria para romper el material.
- Ductilidad: Mide el grado en que un material puede estirarse o alargarse sin volverse quebradizo. Esta propiedad se evalúa a través del alargamiento, que cuantifica el aumento porcentual de longitud que puede sufrir un material antes de llegar al punto de falla.
- Dureza: Se refiere a la resistencia de un material contra el desgaste y su capacidad para ser mecanizado de manera efectiva. Esta característica a menudo se evalúa utilizando escalas como la dureza Rockwell escala o escala de dureza Brinell.
El contenido de carbono en el acero generalmente se reduce para clasificarlo en tres categorías principales: acero con bajo (o suave), medio y alto contenido de carbono.
- Acero bajo en carbono: Este tipo de acero se caracteriza por un bajo contenido de carbono, lo que resulta en una excelente soldabilidad, maleabilidad y ductilidad. Encuentra un uso generalizado en grandes estructuras como puentes y edificios, así como en productos de alambre y carrocerías de automóviles. Es fácil trabajar con él y normalmente no sufre tratamiento térmico.
- Acero al Carbono Medio: A diferencia del acero con bajo contenido de carbono, el acero con contenido medio de carbono contiene niveles más altos de carbono y manganeso. Esto conduce a una mayor resistencia y dureza pero a una menor ductilidad. Se emplea comúnmente en aplicaciones como piezas mecanizadas, vías de ferrocarril y engranajes. El acero con contenido medio de carbono puede sufrir tratamiento térmico para mejorar su fuerza. Soldar acero con medio carbono es más desafiante en comparación con acero con bajo contenido de carbono. Es muy valorado para aplicaciones de resistencia media.
- Acero de alto carbono: Esta categoría cuenta con el mayor contenido de carbono entre las tres, lo que da como resultado una resistencia y dureza excepcionales. Sin embargo, tiende a ser quebradizo y difícil de soldar debido a su alto contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono se utiliza con frecuencia en la construcción de herramientas, como taladros, machos de roscar y martillos. Es más propenso a sufrir grietas térmicas y difícil de soldar debido a su alto contenido de carbono.
La principal distinción entre estos tres tipos de aceros al carbono radica en su contenido de carbono, lo que lleva a variaciones en sus respectivas características. La siguiente tabla proporciona un resumen de su contenido de carbono y sus propiedades correspondientes.
| Tipos de acero al carbono | Contenido de carbon | Características |
| Acero bajo en carbono | 0,05% a 0,32% | Dúctil Maleable Difícil Fácil de unir y soldar Poca resistencia a la corrosión |
| Acero al carbono medio | 0,30% a 0,60% | Más fuerte Más difícil menos dúctil Menos maleabilidad Buena resistencia a la corrosión |
| Acero de alto carbono | 0,60% a 1,7% | Muy fuerte Muy duro Mala ductilidad Poca maleabilidad Mejor resistencia a la corrosión |
¿Qué es el acero con bajo contenido de carbono?
El acero con bajo contenido de carbono, también conocido como acero dulce, contiene una proporción relativamente menor de carbono en comparación con otras variantes de acero. Normalmente, su contenido de carbono oscila entre 0,05% y 0,32% en peso. En consecuencia, el acero con bajo contenido de carbono exhibe menor resistencia, dureza y fragilidad, mientras que posee una mayor maleabilidad y ductilidad en comparación con el acero con alto contenido de carbono.
Una ventaja importante del acero dulce es su rentabilidad. Debido a su menor requerimiento de carbono y otros elementos de aleación, generalmente es menos costoso que otros tipos de acero. Además, el acero dulce está más disponible y es más fácil trabajar con él que los aceros con alto contenido de carbono, lo que contribuye a su popularidad en una multitud de aplicaciones.
Propiedades del acero con bajo contenido de carbono
Si bien el punto de fusión del acero con bajo contenido de carbono sigue siendo relativamente constante, cada grado posee propiedades ligeramente variadas. Sin embargo, todavía podemos proporcionar una gama de valores para ofrecer una comprensión general de las características generales de este material.
| Propiedad | Valor |
| Densidad | 0,103 – 0,292 lb/pulg³ |
| Resistencia a la tracción, rendimiento | 20300 – 347000 psi |
| Tenacidad a la fractura | 30,0 – 105 ksi-pulg½ |
| Módulo de corte | 10200 – 11600 ksi |
| Punto de fusion | 2600°F |
| Conductividad térmica | 176 – 645 BTU-pulg/h-pie²-°F |
Grados de acero con bajo contenido de carbono
Estados Unidos reconoce tres estándares principales para todos los aceros al carbono:
- ASTM International: anteriormente conocida como Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, esta organización es responsable del desarrollo y publicación de normas técnicas de consenso voluntario a escala internacional.
- AISI: El Instituto Americano del Hierro y el Acero ocupa una posición destacada en el impulso del avance y la aplicación de nuevas tecnologías de acero y fabricación de acero.
- SAE: Anteriormente Sociedad de Ingenieros Automotrices, SAE International es una organización que se enfoca en el desarrollo de estándares relacionados con la ingeniería automotriz.
Entre estos tres, ASTM es el estándar más utilizado. A modo de ejemplo, una norma específica dentro del marco de ASTM es la ASTM A307, que especifica los requisitos para el acero al carbono. pernos, pernos y varillas roscadas con una resistencia a la tracción de 60.000 psi.
Dentro de esta norma, existen dos grados:
- Grado A: Este grado es adecuado para aplicaciones generales que no requieren alta resistencia o están sujetas a tensiones mínimas.
- Grado B: Diseñado para aplicaciones donde se necesita mayor resistencia, como juntas bridadas en sistemas de tuberías.
Las normas desempeñan un papel crucial a la hora de garantizar que los materiales cumplan con los criterios de rendimiento necesarios para las aplicaciones deseadas. Por el contrario, los grados son clasificaciones específicas dentro de estos estándares que definen con más detalle las propiedades y características del material.
Cada grado posee atributos únicos determinados por factores como propiedades mecánicas, composición química y tratamiento térmico. Por ejemplo, en la siguiente tabla, observará el mismo estándar (SAE J403) con tres grados diferentes, lo que refleja la variación en el contenido de carbono entre estos grados.
El siguiente cuadro concluye algunos grados de acero con bajo contenido de carbono comúnmente utilizados:
| Estándar | Calificación | Solicitud |
| SAE J403 | 1006 | Productos de alambre y sujetadores. |
| SAE J403 | 1008 | Hoja de metal trabajar, componentes automotricesy productos de alambre |
| SAE J403 | 1010 | Estampado en frío, componentes de automoción y trabajos en chapa |
| ASTM A36/A36M | A36 | Estructural grado de acero utilizado en edificios, puentes, equipos de construcción |
| ASTM A53/A53M | B | Aplicaciones estructurales y de presión, como transmisión de agua y gas. |
| ASTM A516/A516M | 70 | Calderas y recipientes a presión. |
| ASTM A1011/A1011M | 33 | Trabajos de chapa, componentes de automoción y materiales de construcción. |
| ASTM A513/A513M | 1010 | Piezas de automóviles, componentes de maquinaria |
Tipos de acero con bajo contenido de carbono
Existen varios tipos de aceros con bajo contenido de carbono, cada uno con diferentes niveles de contenido de carbono. A continuación se muestran algunos ejemplos de diferentes tipos y sus respectivas aplicaciones:
| Escribe | Industria | Solicitud |
| Acero estructural bajo en carbono | Construcción | Edificios, puentes |
| Chapas y flejes de acero con bajo contenido de carbono | Trabajos de chapa | Paneles de carrocería de automóviles, electrodomésticos y otros usos que requieren material fino y plano. |
| Tuberías y tuberías de acero con bajo contenido de carbono | Construcción, automoción, equipamiento pesado, petróleo y gas. | Tubos mecánicos, tuberías para transporte de fluidos y tuberías estructurales. |
| Acero para recipientes a presión con bajo contenido de carbono | Equipo pesado, fabricación de maquinaria. | Calderas, recipientes a presión y otros usos donde el material debe soportar altas presiones internas. |
| Acero galvanizado con bajo contenido de carbono. | Construcción, HVAC, automoción | Techos, paneles de carrocería de automóviles, conductos |
| Acero de alta resistencia y baja aleación (HSLA) | Construcción | Estructuras de construcción, puentes y estructuras de soporte. |
Aplicaciones del acero con bajo contenido de carbono
Por lo general, el acero con bajo contenido de carbono se somete a un tratamiento térmico mínimo y se utiliza comúnmente en la producción de diversas maquinarias agrícolas, componentes de construcción, contenedores, cajas y cuerpos de hornos. Este tipo de acero suele tener la forma de acero en ángulo, acero en canal, Yo emito, tubería de acero, fleje de acero o placa de acero.
En el caso del acero de alta calidad y bajo contenido de carbono, se lamina en placas delgadas para fabricar productos embutidos como cabinas de automóviles y cubiertas de motores. Además, también se lamina en barras para la producción de piezas mecánicas que tienen requisitos de baja resistencia.
¿Qué es el acero al carbono medio?
El acero con contenido medio de carbono suele contener entre 0,3 y 0,61 TP3T de carbono. Abarca una mayoría de acero estructural al carbono de alta calidad, así como algo de acero estructural al carbono ordinario. Este tipo de acero se utiliza predominantemente en la fabricación de diversas piezas mecánicas y algunos se emplean en ingeniería de componentes estructurales.
El acero con contenido medio de carbono exhibe capacidades favorables de corte y procesamiento térmico. Sin embargo, su rendimiento de soldadura es inferior, por lo que es necesario precalentarlo antes de soldar. Este acero muestra mayor resistencia y dureza en comparación con el acero con bajo contenido de carbono, pero menor plasticidad y tenacidad que el acero dulce. El material laminado o estirado en frío se puede utilizar directamente sin tratamiento térmico, aunque también puede someterse a tratamiento térmico. Acero de medio carbono que se somete a enfriamiento y templado demuestra excelentes propiedades mecánicas generales.
Propiedades del acero al carbono medio
Cada grado de acero al carbono medio posee propiedades distintas que lo distinguen de otros grados dentro de esta categoría. La tabla que se proporciona a continuación describe un rango de valores para diversas propiedades asociadas con el acero con medio contenido de carbono.
| Propiedad | Valor |
| Densidad | 0,280 – 0,285 lb/pulg³ |
| Resistencia a la tracción, rendimiento | 35500 – 252000 psi |
| Tenacidad a la fractura | 73,7 – 130 ksi-pulg½ |
| Módulo de corte | 10400 – 11900 ksi |
| Punto de fusion | 2597– 2800°F |
| Conductividad térmica | 152 – 361 BTU-pulg/h-pie²-°F |
Grados de acero al carbono medio
Los productos de acero al carbono medio se ajustan a normas específicas, dentro de las cuales se clasifican varios grados. A continuación se muestran ejemplos de grados comúnmente utilizados de acero al carbono medio y la norma correspondiente a la que pertenecen:
| Estándar | Calificación | Solicitud |
| SAE J403 | 1045 | Engranajes, ejes, piezas de máquinas. |
| SAE J404 | 4140 | Engranajes, ejes, trenes de aterrizaje de aeronaves y equipos de perforación. |
| ASTM A29 | 4140 | Engranajes, ejes y flechas |
| ASTM A829 | 4140 | Engranajes, ejes y equipo de perforación |
| ASTM A434 | Clase BD (AISI/SAE 4140) | Pernos y otros sujetadores, bielas, engranajes y ejes |
| ASTM A29 | 1045 | Ejes, pernos, espárragos y otras piezas de maquinaria. |
| ASTM A576 | 1045 | Pernos, espárragos, acoplamientos, casquillos, ejes y engranajes |
Tipos de acero al carbono medio
El acero con medio carbono abarca varios tipos comunes, cada uno con su propio conjunto de aplicaciones. Algunos ejemplos de tipos de acero al carbono medio y sus respectivas aplicaciones son:
| Escribe | Industria | Solicitud |
| Acero estructural de medio carbono | Construcción, Manufactura | Edificios, puentes, equipos pesados. |
| Chapas y flejes de acero al carbono medio | Trabajos de chapa | Piezas de maquinaria, Piezas de automoción |
| Tuberías y tuberías de acero al carbono medio | Construcción, automoción, equipo pesado. | Tubos mecánicos, tuberías para fluidos. |
| Acero para recipientes a presión de medio carbono | Petróleo y gas, alimentos y bebidas, productos farmacéuticos. | Recipientes a presión |
| Acero de aleación de carbono medio | Automotriz, Maquinaria pesada | Engranajes, árboles, ejes, bielas. |
| Acero templado y revenido con medio carbono | Automoción, Construcción, Maquinaria pesada | Engranajes, ejes, transmisiones, plumas de grúa, brazos de excavación. |
Aplicaciones del acero al carbono medio
El acero con contenido medio de carbono se emplea comúnmente en la producción de componentes móviles de alta resistencia, como pistones de bombas, vapor. impulsores de turbina, ejes de maquinaria pesada, gusanos, compresores de aire, engranajes y más. También se utiliza en la fabricación de piezas de desgaste superficial, cigüeñales, herramienta de máquina husillos, rodillos, herramientas de banco y otros artículos similares.
¿Qué es el acero con alto contenido de carbono?
Acero con alto contenido de carbono, comúnmente conocido como herramienta de acero, posee un contenido de carbono que normalmente oscila entre 0,6 y 1,71 TP3T. Esta variante de acero es reconocida por su excelente resistencia a la corrosión, debido a su elevado contenido de carbono. El aumento de carbono confiere al acero una alta resistencia a la tracción, dureza y resistencia al desgaste, lo que lo hace muy adecuado para aplicaciones que requieren resistencia y resistencia al desgaste superiores.
Sin embargo, el mayor contenido de carbono hace que estos aceros sean más frágiles y menos dúctiles, haciéndolos susceptibles a agrietarse en determinadas circunstancias. Soldar acero con alto contenido de carbono presenta desafíos adicionales en comparación con los aceros con menor contenido de carbono, debido al mayor riesgo de agrietamiento y fragilidad en la zona afectada por el calor.
Propiedades del acero con alto contenido de carbono
Debido a las variaciones en los estándares y grados, no existe un valor único que abarque las propiedades del acero con alto contenido de carbono. Sin embargo, lo siguiente proporciona una amplia gama de lo que se puede esperar en términos de sus propiedades.
| Propiedad | Valor |
| Densidad | 0,0163 – 0,298 lb/pulg³ |
| Resistencia a la tracción, rendimiento | 39900 – 484000 psi |
| Tenacidad a la fractura | 12,0 – 150 ksi-pulg½ |
| Módulo de corte | 11300 – 12000 ksi |
| Punto de fusion | 2,800-2,900°F |
| Conductividad térmica | 1132 – 361 BTU-pulg/h-pie²-°F |
Grados de acero con alto contenido de carbono
Los grados de acero con alto contenido de carbono se clasifican dentro de normas específicas. A continuación se enumeran algunos de los grados de acero con alto contenido de carbono que se utilizan con frecuencia:
| Estándar | Calificación | Solicitud |
| ASTM A29/A29M | AISI/SAE 1060 | Resortes, engranajes, ejes, componentes de maquinaria pesada. |
| ASTM A29/A29M | AISI/SAE 1065 | Muelles, herramientas de corte, cuchillos y hojas industriales |
| ASTM A29/A29M | AISI/SAE 1070 | Muelles, componentes de suspensión de automóviles, piezas de maquinaria agrícola. |
| ASTM A29/A29M | AISI/SAE 1080 | Resortes de alta resistencia, componentes automotrices, piezas de maquinaria pesada. |
| ASTM A295 | AISI/SAE 52100 | Acero para rodamientos utilizado en la fabricación de rodamientos de bolas y de rodillos. |
| ASTM A600 | AISI/SAE M2 | Acero para herramientas de alta velocidad utilizado para herramientas de corte, taladros y grifos |
| ASTM A686 | AISI/SAE W2 | Acero para herramientas endurecible al agua utilizado para herramientas de corte, muere, golpes y herramientas para trabajar la madera |
Tipos de acero con alto contenido de carbono
Este cuadro incluye tipos y aplicaciones de acero con alto contenido de carbono:
| Escribe | Industria | Solicitud |
| Acero simple con alto contenido de carbono | Fabricación, automoción, construcción. | Muelles, cuchillas, herramientas de corte, componentes de frenos. |
| Acero para herramientas con alto contenido de carbono | Fabricación, metalurgia, carpintería. | Herramientas de corte, punzones, matrices, moldeo por inyección herramientas, matrices de extrusión, fresas |
| Acero para rodamientos con alto contenido de carbono | Maquinaria industrial, automoción, aeroespacial. | Rodamientos de bolas y de rodillos para motores; también, transmisiones, ruedas, maquinaria pesada, cajas de cambios, bombas. |
| Alto contenido de carbono acero para muelles | Electrónica, automoción, fabricación. | Ballestas, muelles helicoidales, maquinaria, muelles para dispositivos electrónicos. |
Aplicaciones del acero con alto contenido de carbono
El acero con alto contenido de carbono encuentra un uso predominante en aplicaciones que exigen una durabilidad y resistencia al desgaste excepcionales. Esto incluye la fabricación de hojas de cuchillo o de sierra, donde la dureza no es una preocupación importante ya que estos componentes no están sujetos a impactos sustanciales que puedan provocar su rotura. Por el contrario, los componentes estructurales como las vigas I, que están hechos de materiales con contenido medio o bajo de carbono, requieren propiedades diferentes para soportar las cargas e impactos que pueden experimentar.
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Conclusión
Cada grado de acero al carbono (bajo, medio y alto) posee características únicas que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones, determinadas por sus propiedades específicas y requisitos de soldadura.
El acero con bajo contenido de carbono es ampliamente reconocido como el grado más soldable debido a su ductilidad relativamente alta, que garantiza niveles de resistencia adecuados. Esto lo convierte en una opción ideal para componentes estructurales como vigas I o estructuras de carga similares que requieren una combinación de resistencia y formabilidad dentro de un solo material.
Por otro lado, los aceros con medio y alto contenido de carbono ofrecen dureza y resistencia mejoradas, pero exhiben una conformabilidad y tenacidad débiles en comparación con los grados con bajo contenido de carbono. Estas propiedades se prestan bien a aplicaciones que requieren una resistencia superior al desgaste, como herramientas como hojas de sierra y cuchillos, que se benefician de la protección contra el desgaste abrasivo.
Comprender el comportamiento de cada grado durante el proceso de fabricación es crucial para seleccionar el grado apropiado para su aplicación específica. Buscar orientación de profesionales, como los expertos de Precisión Runsom que ofrecen personalizado Servicios de mecanizado CNC, puede garantizar que reciba sugerencias profesionales sobre la selección de materiales y una solución integrada para sus proyectos. Obtenga una cotización instantánea para comenzar tu proyecto ahora mismo!
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