L'acer és a tot arreu. Observeu alguns objectes a l'habitació on està assegut ara mateix, i està garantit que hi ha acer present en diversos dels objectes que l'envolten. És difícil imaginar-se un món sense acer.
Hem pensat que val la pena ajudar la gent a conèixer una mica més l'acer: on ve, com es fabrica, les diferents opcions de tipus d'acer i, per descomptat, totes les diferents aplicacions de l'acer. Ja sigui una canonada d´acer, una barra d´acer o una placa d´acer, confiem en els fabricants perquè ens proporcionin un producte gairebé impossiblement fort.
Què és l?acer?
El ferro és el mineral més abundantment disponible repartit pel nucli i el mantell terrestre, encara que és extremadament tou en la forma pura i necessita ser oxidat en òxid de ferro. L'escassa resistència i durabilitat dificulten enormement l'ús del ferro. Per millorar aquestes propietats, s'afegeix fins a un 2% de carboni al ferro pur, cosa que produeix una substància molt duradora i dura anomenada acer.
A causa de la seva gran resistència a la tracció i la solidesa, l'acer s'utilitza per fabricar des d'agulles de cosir fins a petroliers, així com les eines necessàries per produir-los. Tot i això, sovint s'afegeixen a l'acer altres tipus de metalls per incorporar diferents qualitats en funció de l'ús previst.
Aquestes addicions metàl·liques han produït fins ara 3.500 variacions diferents d'acer, cadascuna amb característiques i propietats estructurals, químiques i físiques diferents. Més sorprenent encara és el fet que més del 75% d'aquestes variacions es van introduir les dues darreres dècades per satisfer la ràpida evolució de la demanda industrial.
Diferents tipus d'acer
Explorem els tipus d'acer més utilitzats, les propietats distintives i els usos. Hi ha 14 tipus d'acer principals, amb diverses subcategories dins de les categories.
1. Acer al carboni
La major part de l´acer del món és una forma d´acer al carboni. Està compost per ferro, carboni i quantitats específiques d'altres elements d'aliatge. Com a element principal d'aliatge dels acers al carboni, el carboni representa al voltant del 90% de tota la producció d'acer.
Ajuda a crear un metall més fort i molt més rígid. Això és perquè els àtoms presents en el carboni li permeten recórrer la xarxa cristal·lina del ferro, distorsionant lleugerament la xarxa i omplint els buits entre els àtoms metàl·lics.
Donada aquesta característica, els productes d'acer al carboni resultants són extremadament durs. El que determina aquesta resistència és la quantitat de carboni present, classificant-ho a més en tres categories:
A) Acer amb alt contingut de carboni
L'acer amb alt contingut de carboni sol contenir entre un 0,61% i un 1,5% de carboni, cosa que dóna lloc a un acer fort, fràgil i dur. Per millorar-ne la resistència al desgast, se sotmet a un tractament tèrmic adequat. A més d'utilitzar-se per filferros i molls d'alta resistència, és un material útil per produir maquinària d'absorció d'impactes.
B) Acer de mig carboni
Aquesta variant incorpora un contingut de carboni del {{0}},31% al 0,6%, la qual cosa dóna lloc a un acer lleugerament dúctil amb més resistència a la tracció que l'acer de baix carboni. Per endurir-lo, sol tractar-se amb un revenit, que és una forma de tractament tèrmic.
Com que és molt mal·leable i pot modelar-se en una gran varietat de formes i mides, aquest tipus és el més utilitzat dels tres. Des de gratacels a tanques, passant per ponts i cases, ho veuràs utilitzat a tot arreu.
C) Acer de baix carboni
L'acer de baix carboni (o acer suau) conté fins a un 0,3 per cent de carboni. Tot i que ofereix una gran mal·leabilitat i ductilitat, l'acer amb baix contingut en carboni es caracteritza per la seva baixa resistència a la tracció, que es pot millorar mitjançant el procés de laminat en fred.
Aquest consisteix a laminar l'acer entre dos rodets polits en condicions d'alta pressió. Entre els seus usos més comuns hi ha la producció de xapes, caixes, tubs, cadenes, filferros, caixes, reblons, bastidors de vehicles, etc.
2. Acer aliat
L'acer aliat està compost per quantitats variables de diferents metalls a més del ferro. Aquestes addicions ajuden a manipular les propietats de l'acer per servir aplicacions específiques. S'utilitzen metalls com l'alumini, el níquel, el silici, el crom, el manganès, el titani i el coure en alguna mesura.
L'ús d'aquests metalls dóna lloc a característiques que no es troben a l'acer al carboni. Els canvis desitjats es produeixen en la resistència de l'acer, la conformabilitat, la resistència a la corrosió, la ductilitat i la capacitat d'enduriment. L'acer aliat es fa servir sovint per fabricar canonades, peces d'automòbils, generadors d'energia, transformadors i motors elèctrics.
En general, l'acer aliat respon millor a diferents tipus de tractaments i s'utilitza en indústries més especialitzades, com ara electrodomèstics, construcció naval i automoció. Es poden presentar en formes més fortes o més tàctils, les que tenen una alta resistència a l'oxidació, o les que són més adequades per a la soldadura.
A) Acer de baix aliatge
L´acer de baix aliatge és una agrupació de metalls ferrosos que s´incorporen per millorar les propietats mecàniques generals d´un material, que solen ser molt més resistents que l´acer al carboni simple.
S'hi afegeixen elements com el molibdè, el níquel i el crom per millorar la ductilitat i la duresa del material, que altrament seria molt més feble i tou. L'acer de baix aliatge s'utilitza sovint per crear xapes, peces d'automòbil i formes estructurals.
B) Acer d'alt aliatge
L'acer d'alt aliatge es compon de diversos metalls ferrosos que es combinen per aliar elements per crear certes fases i estabilitzar-les. Els aliatges d'acer inoxidable són acers d'alt aliatge.
Gràcies a elements com el níquel i el molibdè, l'acer d'alt aliatge té la capacitat de ser impecablement fort i molt resistent a la corrosió.
Depenent de la combinació d'elements d'aliatge, els acers aliats abasten nombroses variacions diferents. Hem reunit els tipus més utilitzats:
3. Acer al tungstè
El tungstè, també conegut com a wolframi, és bàsicament un metall platejat mat que ostenta el punt de fusió més alt entre tots els tipus de metall en la seva forma més pura. El que fa destacar sobre altres tipus de metall és la seva resistència i la seva capacitat per suportar altes temperatures. A causa d'aquestes característiques, diferents aliatges d'acer utilitzen aquest metall per millorar la resistència a la corrosió i al desgast.
A més, les toveres dels motors de coets utilitzen l'acer al tungstè per aconseguir una gran resistència a la calor. Si es combina amb cobalt, níquel i ferro, l'acer al tungstè es pot utilitzar per fabricar pales de turbina per a molts tipus d'avions. A més, moltes altres màquines i eines requereixen una alta resistència a la calor, per la qual cosa fan servir l'acer al tungstè.
4. Acer al níquel
L'aliatge d'acer al níquel és un dels aliatges d'acer més utilitzats a tot el món. A més d'un alt contingut de níquel, al voltant del 3,5 per cent, comprèn aproximadament un 0,35 per cent de carboni. La seva especialitat és que l‟addició de níquel reforça l‟acer estructural sense una disminució proporcional de la ductilitat. Aquest augment de la tenacitat ajuda a resistir les fractures que poden causar els impactes, els xocs i les càrregues elevades.
A més a més, en el moment del refredament, el níquel disminueix el valor de la distorsió de l'acer. L'acer al níquel ofereix una capacitat de resposta increïble al tractament tèrmic, ja que l'addició de níquel redueix la temperatura de l'acer, fent-ho ideal per al tractament tèrmic.
5. Acer al manganès
L'acer al manganès és un acer d'enduriment per treball que té un contingut de manganès de l'11% al 14%. A causa de les seves excel·lents característiques d'enduriment per treball i resistència al desgast, l'acer al manganès s'utilitza en la fabricació de vies complexes de ferrocarril. Altres aplicacions actuals són les culleres de pala, les cabines de granallat, els rascadors, les plaques de seguretat antitrepant, etc.
6. Acer al vanadi
L'acer al vanadi és conegut per les seves propietats de resistència a la corrosió, així com per la seva capacitat per absorbir impactes. A més d'utilitzar-se per a tubs i conductes que transporten productes químics, l'acer al vanadi s'utilitza en forma d'una capa fina per unir el titani a l'acer en aplicacions aeroespacials.
Només un 1% de vanadi i crom són suficients per aconseguir la resistència als cops ia les vibracions, cosa que el fa ideal per a aplicacions automobilístiques.
7. Acer al crom
L'addició de crom disminueix la taxa de refredament crític i augmenta la resistència a la descamació, la resistència al desgast i la resistència a les altes temperatures de l'acer. S'utilitza principalment per augmentar la resistència a la corrosió. L'acer al crom, de gran elasticitat i resistència a la tracció, sovint s'utilitza per fabricar peces de maquinària i automòbils, trituradores de roques i caixes fortes.
8. Acer al crom-vanadi
L'acer al crom-vanadi utilitza tant el crom com el vanadi, combinant les característiques de cadascun. Amb una resistència a la tracció extremadament alta, l'acer es pot tallar fàcilment, però no és fràgil. Els usos més comuns són els engranatges, els eixos, les bieles, els bastidors de vehicles, etc.
9. Acer al silici
Quan es tracta de força magnètica, l'acer al silici és el material més important que es fa servir avui dia. Mentre petites quantitats d'acer al silici s'utilitzen en transformadors d'impulsos i petits relés, aplicacions com grans motors i generadors utilitzen tones d'acer al silici.
Entre les seves propietats, la reducció de la saturació, la resistivitat, la magnetostricció i la anisotropia magnetocristal·lina són molt apreciades. Amb una addició de silici de tot just 1 a 2 per cent, aquest acer és el més utilitzat per produir imants permanents.
10. Acer al molibdè
Com a valuós agent d'aliatge per als acers, el molibdè ajuda a millorar la tenacitat de l'acer, la soldabilitat i la resistència a la corrosió. Això el fa ideal per utilitzar-lo en acers estructurals i, per tant, s'utilitzen àmpliament en aplicacions de l'entorn marí. Els oleoductes i gasoductes i els rodaments de boles també utilitzen l'acer al molibdè.
11. Acer al cobalt
Els aliatges de cobalt ofereixen una enorme resistència a la corrosió, al desgast, a les altes temperatures ia les propietats magnètiques. Algunes de les aplicacions més dures del cobalt són els àleps i les culleres de les turbines de gas. Tot i això, aquest tipus d'acer s'utilitza més habitualment per fabricar eines de tall.
12. Acer d'alumini
L´addició d´alumini ajuda a incorporar la capacitat de reflectir la calor. Amb una densitat del voltant d'un terç de l'acer a l'alumini, s'utilitza en aplicacions en què el baix pes i l'alta resistència són essencials.
Així, els acers a l'alumini s'utilitzen àmpliament per fabricar sistemes de fuita de motos i cotxes. A més de la indústria de l'automòbil, l'acer a l'alumini s'utilitza de manera diversa en la generació d'energia, l'arquitectura, la preparació d'aliments, l'envasament, les aplicacions de transmissió elèctrica, etc.
13. Acer per a eines
Els acers per a eines són el tipus d'acers que s'utilitzen per produir diferents tipus d'eines utilitzades per a una àmplia gamma de propòsits, incloent eines d'impacte, eines de tall com les de fabricació de ganivets, i d'altres. Es componen d'aliatges de metalls com el tungstè, el cobalt, el molibdè i el vanadi en quantitats variables. No només són durs i duradors, sinó també molt resistents a la calor.
Depenent del tipus d'eina que s'hagi de fabricar, la qualitat de l'acer per a eines difereix, cosa que dóna lloc a nombroses variants dins de la categoria dels acers per a eines:
A) Acer per a eines resistent als cops
Com el nom indica, aquesta variant d'acer per a eines està dissenyada per oferir una gran resistència als cops a diferents nivells de temperatura. Amb un baix contingut en carboni, silici i molibdè, és abrasiu i moderadament resistent. Aquest acer s'utilitza sobretot per fabricar eines com tornavisos, punxons, cisells i eines utilitzades en el reblat.
B) Acer per a eines dús especial
Aquest acer per a eines està dissenyat específicament per aconseguir una duresa i mal·leabilitat moderades, utilitzant una classe d'acer de baix aliatge. Solen utilitzar-se per fabricar claus, perns i mascles de roscar.
C) Acer per a eines en calent
L'acer per a eines de treball en calent s'utilitza per produir eines que requereixen una alta resistència a la calor durant períodes de temps prolongats, com les utilitzades en forja, extrusió, punxonat, fosa i fulles de tall en calent.
D) Acer per a eines d'enduriment a l'aigua
Com que és el tipus més barat, l'acer per a eines que s'endureix amb l'aigua és el més utilitzat en la producció d'eines. Per incorporar duresa als objectes o eines, aquest acer es tempera amb aigua. Amb una gran resistència al desgast superficial, aquest acer es fa servir sovint per fabricar llimes, talladors, martells, fulles i articles similars.
E) Acer per a eines d'alta velocitat
L'acer per a eines d'alta velocitat està compost per aliatges d'acer de tungstè, molibdè i vanadi. Aquests components són durs i conserven la seva duresa quan s'exposen a altes temperatures, cosa que ajuda a produir un acer perfecte per a la maquinària d'alta velocitat, com ara forats, escariadors, serres, punxons, mascles de roscar, etc.
F) Acer per a eines en fred
Aquesta variant d'acer per a eines incorpora un alt contingut de crom per aconseguir una propietat de baixa distorsió durant l'enduriment, que es pot fer mitjançant aire o oli. Aquesta característica fa que les eines produïdes no s'esquerdin fàcilment. Com que és un acer molt resistent, l'acer per a eines en fred és ideal per fabricar fulles de ganivet, matrius d'estampació, eines d'encunyació, etc.
G) Acer per a motlles
L'acer per a motlles utilitza els acers al carboni per fabricar motlles d'injecció i compressió per a plàstics. A més, una altra aplicació comuna és la fosa a pressió de zinc.
14. Acer inoxidable
Tot i que l'acer inoxidable es compon de diversos aliatges metàl·lics, el crom és l'element principal i constitueix entre el 10% i el 20% de la composició total de l'acer. Conegut anteriorment com a acer "Rustless", l'acer inoxidable és molt popular pel seu aspecte i gran resistència a l'oxidació. Precisament, és aproximadament 200 vegades més resistent a l'oxidació que altres tipus d'acer, sobretot quan la quantitat de crom és superior a l'11%.
A causa de la capacitat d'alta resistència a la corrosió, l'acer inoxidable és el tipus d'acer més car. Com que és un tipus molt durador, els acers inoxidables són capaços de resistir el desgast que es produeix amb l'ús diari. Per millorar encara més la seva resistència a les ratllades i la corrosió, la capa invisible de crom serveix per evitar l'oxidació. Altres components metàl·lics de l'acer inoxidable són el molibdè i el níquel.
En funció de l'aplicació, les mides i els graus de l'acer inoxidable poden ser diferents, i es poden presentar en forma de làmines, barres, tubs, plaques i filferros. En funció de l'estructura cristal·lina i les propietats mecàniques de l'acer inoxidable, es pot classificar en diversos tipus:
A) Acer inoxidable ferrític
L'acer ferrític conté al voltant d'un {{0}} per cent de crom, fins a un 0,1 per cent de carboni, traces de níquel i altres metalls d'aliatge en petites quantitats com l'alumini, el molibdè i el titani. Els acers ferrítics són resistents, forts i magnètics, i es poden reforçar encara més mitjançant el treball en fred. No obstant això, no responen al tractament tèrmic, cosa que significa que no es poden endurir mitjançant aquesta tècnica.
B) Acer inoxidable austenític
Els acers austenítics tenen un contingut de crom molt superior al dels seus homòlegs inoxidables. El contingut de crom en aquest tipus d'acer pot arribar a ser del 18%, mentre que altres elements són el níquel, que constitueix el 8%, i el carboni, amb un 0,8%. Tot i que l'acer austenític no respon als tractaments tèrmics, és popular per les seves propietats no magnètiques, cosa que fa d'aquest acer un dels més utilitzats a tot el món. Alguns usos comuns són la fabricació de canonades, equips de processament daliments i utensilis de cuina.
C) Acer inoxidable martensític
Compost entre un 11 i un 17 % de crom, l'acer martensític conté aproximadament un 1,2 % de carboni i menys d'un 0,4 % de níquel. Els acers martensítics no només responen als tractaments tèrmics, sinó que també tenen propietats magnètiques. Els instruments dentals i quirúrgics, els ganivets, les fulles i altres eines de tall fan servir l'acer inoxidable martensític.
D) Acer inoxidable dúplex
L'acer dúplex és simplement una combinació d'acers ferrítics i austenítics, donant com a resultat un acer molt més fort que tots dos per separat. No sols és soldable, sinó també resistent a la corrosió. No obstant, no és fort magnèticament.
E) Acer inoxidable d'enduriment per precipitació
Aquest acer es compon d'un 17% de crom i un 4% de níquel, cosa que dóna lloc a una varietat d'acer endurit. A més, s'afegeixen altres metalls en quantitats variables, com ara alumini, coure i niobi. Aquest tipus es pot modelar en diferents formes, cosa que el fa ideal per al seu ús en components de motors i contenidors de residus nuclears. També ofereix una resistència moderada a la corrosió.
