ACEROS

Son aleaciones de Hierro y carbono, con un contenido de éste de hasta el 2%. Cuentan, a diferencia de las fundiciones, con la posibilidad de ser fácilmente deformables en caliente. 

Además de C pueden aparecer otros elementos aleantes, como el Cr, Ni, Mo, etc.

Composición de los aceros

• El hierro se puede presentar como hierro alfa o gamma con una estructura cristalina distinta. 
• La solubilidad del C varia con la Temperatura. A partir de 721-910ºC admite hasta un 2% de carbono disuelto en el hierro gamma o austenita. Esta es la zona que nos interesa, la de los aceros. 
• El carbono forma cementita CFe3 (es decir un 6.7% de Carbono. Es el componente más duro. 
• La austenita es por tanto cementita disuelta en hierro gamma. Es blanda, dúctil y tenaz (resistencia de 88 105 kg/mm2) 
• La ferrita es hierro alfa. Es el componente más blando y menos resistente (28 kg/mm2) 
• La perlita es un constituyente eutectoide formado por láminas de ferrita y cementita. Tiene 0.9% de carbono. Resistencia del orden de 80kg/mm2.
• Martensita:Es una solución sobresaturada de C en Fe alfa. Es inestable. Es frágil, dura y aparece en forma de agujas microscópicas. Ocurre por enfriamiento rápido de la solución sólida. 
• Bainita: Son agujas de ferrita y cementita que toman formas arborescentes. 
• Troostita y Sorbita son dos formas de perlita, con pequeñas modificaciones que les dan propiedades distintas 
• Los diferentes componentes, según su cantidad, denominan a los aceros,a sí se hablará de aceros martensíticos, ferríticos, etc.

Clasificación de los aceros

• Aceros al carbono, aceros de baja aleación y aceros de alta aleación. 
• Esta es la clasificación más interesante para nosotros. 
• Los aceros al carbono son aquellos que presentan como elemento aleante el carbono, estando los otros elementos en pequeñas cantidades aunque a veces importantes para determinar sus propiedades.
• Aceros de baja aleación, son los que presentan elementos aleantes hasta un 5% como indicación general. Estos elementos son el manganeso (endurecedor), el fósforo y el azufre (impurezas),. Silicio (soldadura), Nitrógeno (impureza), Cromo, Níquel, Vanadio y Molibdeno (endurecedores). 
• Los aceros de alta aleación contienen sobre todo Cromo en proporciones grandes. Un 12% de Cr confiere al acero la inoxidabilidad. Contienen bajo carbono. Se dividen el ferríticos, martensíticos, austeníticos y de precipitación.

Aceros al carbono

• Estos aceros no tienen gran uso en las aeronaves debido a su baja resistencia a la corrosión atmosférica que hace necesario un gran mantenimiento 
• Si hay ciertas aplicaciones para muelles, resortes y fijaciones, normalmente fosfatados o cadmiados. El cadmiado de aceros con resistencia media o alta es delicado pues puede enfragilizar las piezas. 
• Se usan extensivamente en otras industrias, como la automoción, para estructura, ejes, engranajes.
• Normalmente las chapas se compran galvanizadas (recubiertas con Zinc), aluminizadas (cuando requieran reflectividad al calor) 
• Los de mayor contenido en carbono, hasta un 1% se utilizan para muelles y resortes. 
• Permiten que se realicen endurecimientos superficiales pudiendo tener estructuras “blandas” en el interior y por lo tanto tenaces, y superficies frágiles pero endurecidas y resistentes al desgaste.

Clasificación del tamaño de grano

Aceros de baja aleación

• Los aceros de baja aleación consiguen mucho mayores propiedades mecánicas y resistencia a corrosión que los aceros al carbono. 
• La mayor aportación de los elementos de aleación es aumentar la templabilidad y lograr mayores propiedades mecánicas. 
• Una subclasificación de estos sería: 

1. Aceros de bajo carbono con temple y revenido 
2. Medio carbono y altísima resistencia (pueden superar los 1400MPa de límite elástico) 
3. Aceros para rodamientos.
4. Aceros al Cromo-Molibdeno resistentes al calor. 

• Estos aceros sí que tienen uso en la industria aeronáutica para aplicaciones de alta resistencia, es el caso del 4340 y 4130

Aceros de alta aleación o inoxidables

• Se clasifican como austeníticos, ferríticos, martensíticos y de precipitación. 
• Austeníticos: Son esencialmente no magnéticos y no son endurecible térmicamente, tan sólo por acritud (trabajo en frío). Tienen Cr del 16 al 26% y Ni hasta el 36%. Tienen las mejores propiedades a corrosión pero no altas resistencias. Algunos de ellos son el 301, 302 , 304, 21-6-9, 310. 
• Ferríticos: Son ferromagnéticos, y tienen contenidos de Cr (entre 10.5% y 30%). No son tratables térmicamente y tan sólo son tratables en frío. 
• Martensíticos: En estos aceros el Cr (del 10 al 18%) y el C se combinan para formar compuestos endurecedores. Son tratables térmicamente. 
• Inoxidables de precipitación: Se basan en el balance Cr-Ni. Son tratables térmicamente con procesos de temple y envejecido. Tienen muy buenas propiedades a corrosión y altas características mecánicas. Algunos son los 13-8 
• Constituyen los aceros más usados en los proyectos aeronáuticos debido a su alta resistencia mecánica, propiedades a fatiga y resistencia a la corrosión. 
• Aceros de este tipo son los denominados 15-5PH, 17-4PH, y 13-8PH. La denominación PH proviene de “Precipitación Hardening” y los dígitos indican contenido en Cromo y en Niquel.

Usos de los Aceros de alta aleación

• Los aceros inoxidables se usan en muy diversos lugares de la aeronave, aunque su peso total en la estructura es muy pequeño con respecto al aluminio. 
• Una de sus características fundamentales es la soldabilidad, que da mucha flexibilidad para fabricar sistemas hidráulicos y otros. 
• Otra de sus características es la resistencia a corrosión que los hace adecuados para estar en contacto con piezas de carbono (composite) o titanio. 
• Típicas aplicaciones son: tuberías, cables, muelles, trenes de aterrizaje, remaches, piezas en zona de alta temperatura, rodamientos, casquillos, remaches, etc.. 
• En general su protección consistirá en pasivado, para eliminar la capa superficial activa tendente a corroerse, dejando una superficie más rica en Cromo. En ciertas ocasiones se recurrirá al cadmiado superficial para darle mejor compatibilidad con el aluminio, o al pintado.

Diseñar con Aceros

• Elegir el acero adecuado para una función determinada es una tarea muy compleja. 
• Lo importante para realizar un buen diseño es conocer las condiciones de vida de la pieza. Será fundamental determinar la resistencia estática, a corrosión, fatiga, ambiente, temperatura, si necesita ser soldado, con qué materiales estará en contacto, resistencia a la abrasión, al gripaje, coste, fabricabilidad, conductividad eléctrica y térmica, etcétera. 
• Todas las condiciones anteriores nos darán materiales candidatos, por eliminación o por idoneidad. En la decisión final suelen pesar más las condiciones de disponibilidad y coste así como la experiencia anterior. 
• En general, en estructuras aeronáuticas se recurrirá a aceros de baja aleación, con grandes propiedades mecánicas, o a inoxidables, por su resistencia a corrosión. 
• Hay ciertos aceros que cuando están sometidos a bajas temperaturas se vuelven frágiles resultando inadecuados para trabajar en esas temperaturas. 
• Podemos encontrar aceros en el EMB-145 en las tuberías hidráulicas de alta presión (21-6-9 por resistencia), en algún “fitting” de los flaps (15-5PH por resistencia, fatiga y gripaje), en los muelles de los “shrouds” (302 trefilado), en los refuerzos de la bahía del tren (15-5 PH), en “fittings de la nacelle (431 resistencia al fuego),

Bibliografía

• Stahlschüssel, (La llave del acero). Verlag Stahlschüssel Wegst GMBH. Alemania. 1995
• Metalurgia general. Tomo II, J.M. Palacios y J. Elustondo, ESTI Industriales de Bilbao.
• Properties and selection: Irons, Steels and High-Performance Alloys. ASM HANDBOOK VOL 1. ASM INTERNATIONAL. 1990 USA.
• Heat treating. ASM HANDBOOK VOL 4. ASM INTERNATIONAL. 1990 USA
• Gamesa Aeronáutica. Materiales. ENEKO ZUMALDE ING. DE MATERIALES.