Barras de acero al carbono medio
El acero al carbono medio es una aleación cuyo contenido de carbono oscila entre el 0.30 y el 0.60 % en peso. El carbono le confiere mayor resistencia y durabilidad. Otros elementos de aleación, como el silicio y el azufre, le otorgan resistencia al desgaste y lo hacen apto para el tratamiento térmico, proporcionándole tenacidad para aplicaciones como ejes, engranajes y componentes ferroviarios de alta resistencia y durabilidad.
Boda ofrece muchos productos de carbono de tamaño mediano. servicios de mecanizado de aleaciones de acero Para componentes de precisión y piezas forjadas. En este artículo, aprenderá todo lo que necesita saber sobre el acero de carbono medio.
¿Qué es el acero de carbono medio?
Antes de adentrarse en el acero de carbono medio, es importante tener un conocimiento sólido de la clasificación del acero, lo que le ayudará a aclarar muchas confusiones comunes sobre los tipos de acero y la diferencia entre acero aleado vs acero al carbono. Como puede verse en la Figura 1, acero carbono Se clasifica además en tres subclases principales según su contenido de carbono. El acero de carbono medio ocupa una posición intermedia entre ellas; por lo tanto, sirve de puente entre los aceros de bajo y alto contenido de carbono.
Clasificación del acero
Esta es una confusión común que genera muchas dudas. El acero al carbono se compone principalmente de hierro y carbono, con solo pequeñas cantidades de otros elementos como impurezas. Sin embargo, los aceros aleados contienen otros elementos metálicos añadidos intencionalmente, como cromo y níquel.
Los aceros al carbono se utilizan para mejorar la resistencia y la dureza en aplicaciones estructurales, mientras que los aceros aleados se optimizan para lograr propiedades específicas como la resistencia a la corrosión y la durabilidad. Encuentre una comparación completa de acero aleado vs acero al carbono.
Contenido de carbono del acero de carbono medio
El acero de carbono medio generalmente contiene 0.30-0.60% de carbono y generalmente entre un 0.60 y un 1.65 % de manganeso. Además, pueden encontrarse pequeñas cantidades de silicio, azufre, fósforo, etc., como impurezas. En la tabla que aparece a continuación, se puede apreciar claramente la posición del acero de carbono medio dentro de la familia de los aceros al carbono, tanto cuantitativa como cualitativamente.
| Contenido de carbono (en peso %) | Clase de acero | Propiedades |
|---|---|---|
| 0.05 – 0.30 | Acero bajo en carbono | Alta ductilidad y conformabilidad, baja resistencia |
| 0.30 – 0.60 | Acero de medio carbono | Ductilidad, conformabilidad y resistencia moderadas |
| 0.6 – 2.0 | Acero de alto carbono | Alta resistencia, baja ductilidad y conformabilidad. |
| > 2.0 | Hierro fundido (no es acero) | Alta resistencia a la compresión y al desgaste, baja ductilidad. |
Tabla 1: Comparación del acero de carbono medio con otros aceros al carbono y hierro fundido.
Como puede verse, tanto el acero con bajo como con alto contenido de carbono representan extremos opuestos. La teoría es sencilla: aumentar el porcentaje de carbono incrementa la dureza y la resistencia, pero a costa de la ductilidad y una mayor fragilidad. Sin embargo, las propiedades del acero con contenido medio de carbono se mantienen en un punto intermedio, proporcionando mayor resistencia que el acero dulce, a la vez que es mecanizable y tratable térmicamente. También puede obtener una visualización más detallada de los aceros y el hierro fundido consultando diagramas de fases hierro-carbono.
Composición química del acero de carbono medio
Los aceros de carbono medio no son una aleación única; son una familia de diferentes grados que se encuentran en el lista de grados de acero aleado con composiciones ligeramente variables. En la tabla siguiente, encontrará los porcentajes de peso promedio de los elementos más comunes presentes en el acero de carbono medio. Los ingenieros suelen variar estas composiciones para lograr propiedades personalizadas.
| Elemento | Autonomía | Propósito de agregar |
| Carbono | 0.30 – 0.60 | Aumenta la resistencia y la dureza (pero el carbono reduce la ductilidad). |
| Manganeso | 0.60 – 1.65 | Mejora de la templabilidad y la tenacidad. |
| Silicio | 0.15 – 0.35 | Para introducir propiedades desoxidantes y proporcionar resistencia a la ferrita. |
| Azufre | ≤ 0.05 | Disponible como impureza |
| Fósforo | ≤ 0.04 | Disponible como impureza |
| Ni, Cr, Mo | 0 – 1 | Se encuentra principalmente en aceros aleados. |
Tabla 2: Composiciones de elementos de aleación comunes del acero de carbono medio
Respuesta al tratamiento térmico del acero de carbono medio
Una propiedad muy especial del acero de carbono medio es su Excelente respuesta al tratamiento térmico.lo que nos permite modificar sus propiedades para satisfacer requisitos personalizados. Ni los aceros con bajo ni con alto contenido de carbono tienen esta capacidad porque:
- Los aceros con bajo contenido de carbono no tienen suficiente carbono para un endurecimiento eficaz.
- Los aceros con alto contenido de carbono tienen un exceso de carbono, por lo que se vuelven muy quebradizos y propensos a agrietarse durante el tratamiento.
Sin embargo, el acero de carbono medio contiene un porcentaje moderado de carbono, y la microestructura resultante es muy favorable para la transformación de fase que se produce durante el tratamiento térmico. Con un tratamiento térmico adecuado, los aceros de carbono medio pueden alcanzar niveles de resistencia comparables a los de los aceros de alto carbono, pero ofrecen mayor dureza y resistencia al desgaste. Y lo que es más importante, mantienen una buena tenacidad y presentan un riesgo de agrietamiento muy bajo. Al controlar los parámetros del tratamiento térmico, también se pueden lograr prestaciones personalizadas, lo que convierte al acero de carbono medio en un material muy útil para el mecanizado de metales a medida.
Propiedades del material del acero de carbono medio
Las propiedades únicas del acero de carbono medio se deben no solo a la cantidad de carbono, sino también a la forma en que este se distribuye dentro de la matriz de hierro. No se trata de un patrón ordenado y simple de átomos de carbono entre la mayoría de los átomos de hierro.
Microestructura del acero de carbono medio
El acero de carbono medio no consta de una sola fase uniforme a temperatura ambiente. Su microestructura consiste en una mezcla de dos fases: ferrita y perlita.
- Fase de ferrita: Una fase blanda y dúctil. La ferrita es la responsable de la ductilidad del material en su conjunto.
- Fase perlítica: Estructura laminar compuesta de ferrita y carburo de hierro (cementita). El carburo de hierro es el único componente donde se encuentran átomos de carbono. La perlita contribuye principalmente a la resistencia y dureza del acero.
Con la explicación anterior, debería quedar muy claro por qué la resistencia aumenta al incrementarse el contenido de carbono. Esto también explica por qué el acero de carbono medio tiene, naturalmente, mayor resistencia que el acero de bajo carbono, a la vez que es menos frágil que el acero de alto carbono.
¿Cómo modifica el tratamiento térmico la microestructura?
Horno de tratamiento térmico
Mediante tratamiento térmico, la estructura interna del acero de carbono medio puede modificarse para obtener propiedades personalizadas. A continuación, se explica de forma sencilla qué ocurre durante el tratamiento térmico de un acero de carbono medio.
- Calefacción Convierte la microestructura en una fase única y uniforme. En esta etapa, los átomos de carbono se liberan de sus fases atrapadas y pueden redistribuirse dentro de la estructura.
- Remojo El acero a la temperatura indicada permite que el carbono se disuelva por completo y se distribuya uniformemente. El tiempo de remojo es de suma importancia, ya que es uno de los principales parámetros de control del proceso.
- Temple El enfriamiento rápido es un proceso en el que los átomos de carbono quedan atrapados repentinamente sin tiempo suficiente para reorganizarse adecuadamente. Esto da como resultado la formación de una fase diferente, la martensita. La martensita tiene una estructura interna significativamente más dura y resistente.
- Temperamento Es la etapa final de recalentamiento a baja temperatura, que reduce la fragilidad excesiva. Esto también restaura una cantidad considerable de tenacidad, conservando gran parte de la resistencia adquirida.
Algunas técnicas de tratamiento térmico implican múltiples etapas de calentamiento controlado y posterior enfriamiento, donde podemos variar parámetros del proceso como la temperatura, el tiempo y el medio de enfriamiento para obtener propiedades específicas.
Propiedades mecánicas del acero de carbono medio
El acero de carbono medio es popular por sus propiedades mecánicas intrínsecas altamente equilibradas, gracias a su composición. Sin embargo, si se requiere mayor resistencia y dureza, podemos lograrlo mediante tratamientos térmicos, manteniendo valores aceptables de ductilidad y tenacidad.
Fuerza y Dureza
El acero de carbono medio ofrece buena resistencia y dureza, cumpliendo generalmente con los requisitos de componentes sometidos a cargas moderadas y resistentes al desgaste. A continuación se muestran los valores promedio de resistencia y dureza de los aceros de carbono medio (en estado normalizado o laminado en caliente). Estos valores pueden variar ligeramente según el grado del acero y las técnicas de procesamiento.
- Resistencia a la tracción: 550 - 850 MPa
- Fuerza de rendimiento: 350 - 600 MPa
- Dureza Brinell: 170 – 230 HB (puede elevarse hasta 280 – 300+ HB) cuando se somete a tratamiento térmico)
El acero AISI 1045 es el grado más popular de acero al carbono medio. Generalmente tiene una resistencia a la tracción de alrededor de 635 MPa, pero puede aumentarse hasta valores de resistencia de alrededor de 900 MPa cuando se somete a tratamiento térmico, lo que lo hace adecuado para pernos de acero al carbono medio y ejes de automóviles.
Ductilidad
Conjunto de martillos de piano
Aunque la ductilidad disminuye con la adición de carbono, los aceros de carbono medio generalmente pueden mantener una flexibilidad útil con una Alargamiento del 15-25% en la rotura valor. Generalmente se considera que este valor es suficiente para deformarse de forma segura bajo cargas inesperadas en lugar de fracturarse repentinamente.
Dureza
Los aceros de carbono medio presentan buena tenacidad en estado normalizado. Sin embargo, un endurecimiento excesivo o la omisión total del revenido pueden reducir drásticamente su resistencia al impacto. Por ello, es fundamental aplicar ciclos de tratamiento térmico controlados y adecuados.
Propiedades físicas del acero de carbono medio
Otra gran ventaja del acero de carbono medio es que posee propiedades físicas ideales para la fabricación de componentes industriales. Es una excelente opción para aplicaciones que requieren resistencia y un comportamiento térmico predecible.
| Propiedad | Valor |
| Densidad | 7.75 – 7.89 g/cm |
| Conductividad Térmica | 45 – 54 W/mK |
| Capacidad calorífica específica | 0.49 J / g ° C |
| Rango de fusión | 1425 - 1540 ° C |
| Propiedades magnéticas | Ferromagnético |
Tabla 3: Propiedades físicas del acero de carbono medio
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Grados y normas del acero de carbono medio
Barras de acero al carbono medio
El acero de carbono medio está disponible en una amplia gama de grados estandarizados, diseñados para cumplir con requisitos específicos en cuanto a resistencia, tenacidad y maquinabilidad. Estos grados comparten un contenido de carbono similar, pero difieren principalmente en su composición, procesamiento y tratamiento térmico. Comprender estas diferencias es fundamental para elegir el grado adecuado para componentes críticos y fabricados a medida.
Serie AISI 10xx (Acero AISI 1045 y otros grados populares)
Los aceros de carbono medio más populares pertenecen a la serie AISI 10xx. Entender esta designación es sencillo: los dos primeros dígitos representan la clase de acero y los dos últimos indican el porcentaje de carbono. Por ejemplo, si decodificamos el acero AISI 1045:
- "10" significa acero al carbono simple
- "45" representa el 0.45% del carbono
En la Tabla 4 se enumeran algunos de los grados más populares de aceros de carbono medio. De estos, el acero AISI 1045 es el tipo más común, que tiene numerosas aplicaciones en una amplia gama de industrias.
| Grado | Carbono aproximado (%) | Aplicaciones más comunes |
| AISI 1035 | 0.35 | Componentes generales de maquinaria (ejes ligeros, pasadores) |
| AISI 1040 | 0.40 | Componentes mecánicos de carga media (piezas forjadas, ejes) |
| AISI 1045 | 0.45 | Componentes estructurales de la maquinaria (ejes, engranajes, pernos) |
| AISI 1050 | 0.50 | Componentes mecánicos resistentes al desgaste y a altas cargas. |
Tabla 4: Grados populares de acero al carbono medio y sus aplicaciones
¿El AISI 4140 es un acero de carbono medio?
El AISI 4140 es técnicamente un acero de baja aleación, no es un acero al carbonoA veces se le menciona como acero de carbono medio, ya que contiene entre un 0.38 % y un 0.43 % de carbono, lo que lo sitúa numéricamente en el rango de carbono medio.
Sin embargo, el acero AISI 4140 contiene cromo (0.8-1.1 %) y molibdeno (0.15-0.25 %) como elementos de aleación principales. Por ello, se clasifica como acero aleado, no como acero al carbono común. El AISI 4140 ofrece una excelente templabilidad y resistencia a la fatiga, y se utiliza ampliamente en cigüeñales, engranajes y ejes sometidos a altas tensiones.
Equivalentes internacionales de los grados de acero al carbono medio AISI
Los aceros de carbono medio de la serie AISI 10xx son reconocidos mundialmente con diferentes nomenclaturas. Si bien pueden existir diferentes formatos de designación según las distintas normas, estos grados son, en general, equivalentes en cuanto a contenido de carbono y comportamiento mecánico.
| AISI/SAE (EE. UU.) | Carbono (%) | Europa (ES) | Alemania (DIN/EN) | Japón (JIS) | China (GB) |
| AISI 1035 | 0.35 | C35 / C35E | 1.0501 (Ck35) | S35C | 35 # |
| AISI 1040 | 0.40 | C40 / C40E | 1.0511 (Ck40) | S40C | 40 # |
| AISI 1045 | 0.45 | C45 / C45E | 1.1191 (Ck45) | S45C | 45 # |
| AISI 1050 | 0.50 | C50 / C50E | 1.1206 (Ck50) | S50C | 50 # |
Tabla 5: Diferentes designaciones de acero de carbono medio según diferentes normas
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¿Cómo elegir el grado de acero al carbono adecuado?
Para seleccionar un acero de carbono medio adecuado, es fundamental comprender claramente los requisitos de ingeniería. La elección del material exige una investigación exhaustiva del componente para establecer requisitos, límites, condiciones ambientales y capacidad financiera precisos. Los factores clave que debe considerar al elegir un acero de carbono medio son:
- Requisitos de carga mecánica
- Requisitos de desgaste y rendimiento de la superficie
- Espesor de la sección y templabilidad
- Restricciones de fabricación y procesamiento
- Condiciones ambientales y de servicio
- Costo y disponibilidad de materiales
Se recomienda encarecidamente consultar con los expertos pertinentes antes de realizar la selección final.
Aplicaciones del acero de carbono medio
Eje de transmisión automotriz
La excelente combinación de propiedades del acero de carbono medio es muy apreciada por los ingenieros de las industrias estructural, mecánica y automotriz. Por ello, se utiliza ampliamente en componentes sometidos a esfuerzos moderados a altos, cargas cíclicas y desgaste.
Ejes y ejes
Muy utilizado en ejes de automóviles, semiejes y ejes de transmisión de potencia debido a su alta resistencia a la tracción y a la fatiga.
Engranajes y acoplamientos
Se utiliza como material para engranajes, piñones y acoplamientos mecánicos sometidos a altas tensiones de contacto.
Componentes forjados
Se utiliza habitualmente en llaves inglesas, varillas y cabezas de martillo debido a su alta resistencia, resistencia al impacto y durabilidad.
Piezas mecánicas y de maquinaria
Ampliamente utilizado en cigüeñales, bielas y componentes de maquinaria rotativa que experimentan cargas combinadas de torsión y flexión en condiciones de servicio cíclicas.
Construcción y maquinaria pesada
Los pernos, pasadores, componentes de elevación y conectores estructurales de acero al carbono medio son muy populares debido a su alta capacidad de carga y resistencia al desgaste mecánico.
Ventajas del acero de carbono medio
Propiedades mecánicas equilibradas
Gracias a la excelente combinación de propiedades del acero de carbono medio, ofrece buena resistencia y tenacidad simultáneamente. Esto lo hace idóneo para componentes portantes que requieren buena resistencia a la deformación y tolerancia a cargas dinámicas.
Alta capacidad de respuesta al tratamiento térmico.
Esto nos permite jugar con sus propiedades durante el procesamiento y el tratamiento térmico. Una ventaja muy útil de esta propiedad es que podemos obtener superficies duras y resistentes al desgaste con núcleos internos resistentes. Estas se utilizan ampliamente en la fabricación de engranajes, levas y componentes sometidos a cargas de fatiga.
Buena maquinabilidad en estado no tratado.
Los aceros de carbono medio son fácilmente mecanizables antes del tratamiento térmico. Por lo tanto, podemos mecanizarlos fácilmente en diversas geometrías antes del tratamiento térmico final. Esto reduce significativamente el desgaste de las herramientas y el costo de fabricación. materiales de acero utilizados en el mecanizado general.
Amplia disponibilidad y estandarización
Dado que la mayoría de los aceros de carbono medio están estandarizados a nivel mundial (por ejemplo, AISI 1045 y C45 son del mismo grado bajo diferentes normas) y son fáciles de conseguir, la selección de materiales, el control de calidad y la sustitución se vuelven muy sencillos.
Relación coste-eficacia
El acero de carbono medio ofrece un excelente rendimiento mecánico sin necesidad de añadir costosos elementos de aleación. Por ello, se utiliza ampliamente en componentes de gran volumen donde los aceros aleados implicarían costes innecesarios y un sobrediseño.
Limitaciones del acero de carbono medio
Menor ductilidad en comparación con el acero bajo en carbono.
La conformabilidad y el conformado en frío son bastante difíciles en los aceros de carbono medio debido a su mayor porcentaje de carbono.
Soldabilidad moderada
Si necesita realizar soldadura, el material debe precalentarse y se debe aplicar un tratamiento térmico posterior a la soldadura adecuado para evitar grietas.
Resistencia a la corrosión limitada
El acero de carbono medio no es la opción ideal si su principal objetivo es la resistencia a la corrosión. Si necesita utilizar este acero en entornos corrosivos, es imprescindible aplicar recubrimientos o estrategias adecuadas de protección de la superficie. En caso contrario, se recomienda considerar aceros alternativos como el AISI 4140.
Riesgo de fragilidad debido a un tratamiento térmico incompleto.
Un templado inadecuado o la omisión total del mismo podría provocar una dureza excesiva y una pérdida de tenacidad, lo que aumentaría el riesgo de fractura frágil.
Menor templabilidad que el acero aleado
En secciones muy gruesas, los aceros de carbono medio convencionales pueden no alcanzar una dureza uniforme en toda la sección transversal.
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Conclusión
El acero al carbono medio es una excelente opción para proyectos que requieren resistencia, tenacidad y baja ductilidad. Por ejemplo, ejes y semiejes de transmisión de potencia. Existen numerosos grados de acero al carbono medio, y algunos se pueden tratar térmicamente para mejorar su tenacidad.