Guía esencial de los tipos de metales más comunes y sus usos

I. Acero no aleado

El acero no aleado es una aleación de hierro y carbono con w_c <2,11%, que contiene pequeñas cantidades de impurezas como Si, Mn, S, P, etc. Antes de la aplicación de las nuevas normas de clasificación del acero, se denominaba acero al carbono (abreviado como acero al carbono). Es un material muy utilizado en diversos sectores industriales.

1. Clasificación de los aceros no aleados

Existen tres métodos principales para clasificar los aceros no aleados:

(1) Basado en el contenido de carbono

Se divide en acero con bajo contenido en carbono (w_c <0,25%), acero al carbono medio (0,25%≤w_c ≤0.60%), y acero de alto contenido en carbono (w_c >0.60%).

(2) Según los principales grados de calidad

Se divide en acero no aleado de calidad ordinaria (w_s ≤0,040%, w_p≤0,040%), acero no aleado de alta calidad, excluidos el acero no aleado de calidad ordinaria y el acero no aleado de calidad especial, y acero no aleado de calidad especial (w_s ≤0,020%, w_p ≤0,020%).

(3) Basado en el uso de acero

Se divide en acero al carbono estructural, acero no aleado para herramientas y acero al carbono moldeado.

Además, según el grado de desoxidación del acero fundido durante la fusión, se divide en acero con rebaba, acero muerto y acero muerto especial.

2. Calidades, propiedades y principales usos de los aceros no aleados

(1) Acero estructural al carbono Acero estructural mecánico no aleado

1) Acero estructural al carbono ordinario

El grado del acero estructural al carbono ordinario se representa mediante "Q+número+grado de calidad+símbolo del método de desoxidación". "Q" es la letra inicial del pinyin chino para "límite elástico", el "número" indica su límite elástico mínimo, y los grados de calidad están representados por A, B, C, D, siendo el grado A el más bajo y el grado D el más alto.

Los símbolos del método de desoxidación son F, Z, TZ para el acero con borde, el acero matado y el acero matado especial, respectivamente. Por lo general, los símbolos para el acero matado y el acero especial matado (Z y TZ) pueden omitirse. Por ejemplo, el grado Q235AF indica acero con borde de grado A con un límite elástico ≥235MPa. Los grados, propiedades y principales usos del acero estructural al carbono ordinario se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Grados, propiedades principales y usos del acero estructural al carbono ordinario

Nuevo Grado	Grado antiguo	Propiedades principales	Ejemplos de uso
Q195	A1, B1	Alta plasticidad, tenacidad, buen rendimiento de soldadura, buen rendimiento de procesamiento a presión, pero baja resistencia.	Se utiliza para fabricar pernos de anclaje, rejas de arado, chimeneas, paneles para tejados, remaches, alambres de acero con bajo contenido en carbono, chapas finas, tubos soldados, tirantes, ganchos, soportes, estructuras soldadas
Q215	A2, C2
Q235	A3, C3	Buena plasticidad, tenacidad y rendimiento de soldadura, buen rendimiento de estampación en frío, cierta resistencia, buen rendimiento de flexión en frío.	Ampliamente utilizado para piezas y estructuras soldadas con requisitos generales, como tirantes, pasadores, ejes, tornillos, tuercas, collares, soportes, bases, estructuras de edificios, puentes, etc.

2) Acero estructural al carbono de alta calidad

El grado del acero estructural al carbono de alta calidad se representa generalmente mediante dos dígitos, que indican la fracción másica media de carbono en diezmilésimas. Por ejemplo, acero 35 indica acero estructural al carbono de alta calidad con una fracción másica media de carbono de 0,35%.

Si la fracción másica de manganeso en el acero es elevada (0,7%≤W_Mn ≤1.2%), el símbolo del elemento químico manganeso (Mn) se añade después del grado, por ejemplo, 35Mn. En la tabla 2 se indican las calidades, propiedades y principales usos del acero estructural al carbono de alta calidad.

Tabla 2 Calidades, propiedades y principales usos del acero estructural al carbono de alta calidad

Grado	Principales características de rendimiento	Ejemplos de uso
08	Baja resistencia y dureza, excelente plasticidad. Buenas propiedades de embutición profunda, buena trabajabilidad en frío y soldabilidad. Alta tendencia a la segregación de los componentes, alta sensibilidad al envejecimiento, por lo que durante el trabajo en frío se puede utilizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones o un tratamiento de endurecimiento con agua para evitar las fracturas por trabajo en frío.	Fácil de enrollar en chapas finas, tiras finas, perfiles deformados en frío, alambres de acero estirados en frío, utilizados para piezas de estampaciónpiezas de embutición profunda, diversas piezas de revestimiento no portantes, carburación, nitruración, fabricación de diversos manguitos, plantillas, soportes, etc.
20	Resistencia y dureza ligeramente superiores a las del acero 15, buena plasticidad y soldabilidad, buena tenacidad tras laminado en caliente o normalizado.	Se utiliza para fabricar piezas carburizadas, carbonitruradas y forjadas de tamaño pequeño y mediano, como ejes de palancas, horquillas de transmisión, engranajes, tirantes de maquinaria pesada, ganchos, etc.
30	Mayor resistencia y dureza, buena plasticidad, buena soldabilidad, se puede utilizar después de normalizar o templar, adecuado para forja en caliente y prensado en caliente. Buena maquinabilidad.	Se utiliza para piezas de baja carga con poca tensión y temperaturas inferiores a 150°C, como husillos, tirantes, chavetas de eje, engranajes, casquillos de eje, etc. Las piezas carburizadas tienen una buena resistencia al desgaste superficial y pueden utilizarse como piezas resistentes al desgaste.
45	El acero templado y revenido de carbono medio más utilizado, con buena propiedades mecánicasLas piezas pequeñas deben templarse y las grandes normalizarse. Las piezas pequeñas deben templarse y las grandes normalizarse.	Se utiliza principalmente para fabricar piezas móviles de alta resistencia, como impulsores de turbinas, pistones de compresores, ejes, engranajes, cremalleras, tornillos sinfín, etc. Para las piezas soldadas, debe tenerse en cuenta el precalentamiento antes de la soldadura y el recocido de alivio de tensiones después de la soldadura.
65	Tras el tratamiento térmico o el endurecimiento por trabajo en frío, tiene una gran resistencia y elasticidad. Poco soldable, propenso al agrietamiento, poco mecanizable, escasa plasticidad de deformación en frío, escasa templabilidad, generalmente templado en aceite. La característica es que su resistencia a la fatiga puede ser comparable a la del acero aleado para muelles con la misma configuración.	Adecuado para fabricar piezas de resorte planas o en espiral con secciones y formas sencillas y poco esfuerzo, como resortes de válvulas, anillos de resorte, etc.; también adecuado para fabricar piezas de alta resistencia al desgaste, como rodillos, cigüeñales, levas y cables metálicos, etc.
85	El acero estructural con mayor contenido de carbono, con mayor resistencia y dureza que otros aceros con alto contenido de carbono, pero con una elasticidad ligeramente inferior, otras propiedades son similares a las del acero 65. Escasa templabilidad.	Vehículos ferroviarios, muelles planos, muelles redondos en espiral, alambres de acero, flejes de acero, etc.
40Mn	Templabilidad ligeramente superior al acero 40. Después del tratamiento térmico, la resistencia, la dureza y la tenacidad son ligeramente superiores a las del acero 40, plasticidad media durante la deformación en frío, buena maquinabilidad, baja soldabilidad, con sensibilidad al sobrecalentamiento y fragilidad del temple, propenso a agrietarse durante el enfriamiento con agua.	Piezas resistentes a la fatiga, cigüeñales, rodillos, ejes, bielas, tornillos y tuercas que trabajan sometidos a grandes esfuerzos, etc.
65Mn	Mayor resistencia, dureza, elasticidad y templabilidad que el acero 65, con sensibilidad al sobrecalentamiento y tendencia a la fragilidad por temple, propenso a agrietarse durante el enfriamiento en agua. La maquinabilidad en estado recocido es aceptable, baja plasticidad de deformación en frío, mala soldabilidad.	Ballestas de carga media, muelles espirales de 7~20 mm de diámetro y arandelas de muelle, anillos de muelle. Piezas de alta resistencia al desgaste, como husillos de rectificadoras, pinzas de resorte, husillos de avance de máquinas herramienta de precisión, arados, cortadores, anillos de rodamientos de rodillos en espiral, raíles de ferrocarril, etc.

(2) Acero no aleado para herramientas

La fracción másica de carbono en el acero al carbono para herramientas oscila entre 0,65% y 1,35%, todos ellos aceros al carbono de alta calidad o de alta calidad. Este tipo de acero tiene alta dureza y alta resistencia al desgaste, se utiliza principalmente para la fabricación de herramientas, herramientas de medición y moldes, como la fabricación de hojas de sierra de mano, limas, etc.

El grado del acero no aleado para herramientas se representa mediante "T + número". Entre ellos, "T" es la letra inicial del pinyin chino para "carbono", y el número representa la milésima parte de la fracción de masa media de carbono en el acero. Si se trata de acero para herramientas no aleado de alta calidad, se añade el símbolo "A" después del número.

Por ejemplo, T8 indica acero para herramientas sin alear de alta calidad con una fracción media de masa de carbono de 0,8%, y T8A indica acero para herramientas sin alear de alta calidad con una fracción media de masa de carbono de 0,8%. En la Tabla 3 se muestran los grados comunes, las propiedades y los principales usos del acero no aleado para herramientas.

Tabla 3 Calidades, propiedades y principales usos de los aceros para herramientas no aleados

Grado	Propiedades principales	Dureza			Ejemplos de uso
		Estado recocido	Muestra templada
		HBW	Temperatura de enfriamiento/°C Medio refrigerante	HRC
T7 T7A	Después del tratamiento térmico, tiene una gran resistencia, tenacidad y dureza considerable, pero poca templabilidad y dureza en caliente, y se deforma durante el enfriamiento.	≤187	800~820 Agua	≥62	Se utiliza para fabricar diversas herramientas que soportan impactos y vibraciones, que requieren buena tenacidad, dureza moderada y poca capacidad de corte, como pequeñas herramientas neumáticas, cinceles y sierras para trabajar la madera, tijeras de hojalatero, martillos de mano, cabezas de martillos de maquinista y pasadores.
T8 T8A	Después del temple y revenido, tiene una gran dureza, buena resistencia al desgaste, pero poca resistencia y plasticidad, y escasa templabilidad. Deficiente, propensa al sobrecalentamiento durante el calentamiento, fácil de deformar, baja dureza en caliente y baja resistencia al impacto.	≤187	780~800 Agua	≥62	Se utiliza para fabricar herramientas con filos que no se calientan durante el trabajo, de gran dureza y resistencia al desgaste, como hachas, cinceles, hojas de sierra para trabajar la madera, moldes y punzones sencillos, mordazas de tornillo de banco, chapas de resorte y pasadores.
T8Mn T8MnA	El rendimiento es similar al de T8 y T8A, pero el manganeso mejora su templabilidad en comparación con T8 y T8A, con una capa templada más profunda. Más profundo	≤187	780~800 Agua	≥62	Usos similares a T8 y T8A
T10 T10A	Buena tenacidad, alta resistencia, mejor resistencia al desgaste que T8 y T8A, baja dureza en caliente, escasa templabilidad y gran deformación de temple.	≤197	760～780 Agua	≥62	Se utiliza para fabricar herramientas con malas condiciones de corte, alta resistencia al desgaste, no sometidas a fuertes vibraciones, que requieren cierta tenacidad y agudeza, como fresas, herramientas de torneado, brocas, machos, herramientas de mecanizado de madera, matrices de trefilado de alambre y matrices de punzonado
T12 T12A	Elevada dureza y resistencia al desgaste, baja tenacidad, escasa dureza en caliente, escasa templabilidad y gran deformación de temple.	≤207		≥62	Se utiliza para fabricar herramientas de pequeño impacto, bajo velocidad de cortey alta dureza, como fresas, herramientas de torneado, brocas, machos, troqueles, hojas de sierra, pequeñas matrices de corte en frío y troqueles de punzonado, así como piezas mecánicas de alta dureza y bajo impacto.
T13 T13A	El mejor acero para herramientas no aleado en acero al carbono por su dureza y resistencia al desgaste, pero escasa tenacidad y no resiste los impactos.	≤217		≥62	Se utiliza para fabricar herramientas que requieren una dureza extremadamente alta pero que no están sujetas a impacto, como raspadores, cuchillas, herramientas de trefilado, herramientas para grabar patrones de limas, herramientas de grabado, taladros y limas.

(3) Acero al carbono fundido

El grado del acero al carbono fundido (denominado "acero colado") se indica mediante "ZG + dos grupos de números". "ZG" es la abreviatura del pinyin chino para "acero fundido", el primer grupo de números indica su valor mínimo de límite elástico y el segundo grupo de números indica su valor mínimo de resistencia a la tracción. Por ejemplo, ZG230-450 indica acero al carbono fundido con un límite elástico no inferior a 230 MPa y un límite de tracción no inferior a 450 MPa.

La fracción másica de carbono en el acero al carbono fundido para uso general en ingeniería se sitúa entre 0,15% y 0,60%. El acero al carbono fundido se utiliza principalmente para fabricar piezas de acero fundido que requieren gran resistencia y tenacidad, tienen formas complejas y son difíciles de conformar mediante métodos de procesamiento a presión. En la tabla 4 se indican las calidades, la composición química, las propiedades mecánicas y los principales usos del acero moldeado.

Tabla 4 Calidades, composición química, propiedades mecánicas y principales usos del acero al carbono moldeado

Grado	Composición química principal Fracción de masa (%)						Propiedades mecánicas a temperatura ambiente					Características de funcionamiento y ejemplos de uso
	C	Si	Mn	P		S	R_eL (R_r0.2) MPa	R_m MPa	A_11.3 (%)	Z (%)	K/J [a_K/ (J/cm²)]
	No más de						No menos de
ZG200-400	0.20	0.60	0.80		0.035		200	400	25	40	30(60)	Buena plasticidad, tenacidad y soldabilidad. Se utiliza para diversas piezas mecánicas que no están sometidas a grandes esfuerzos y requieren una buena tenacidad, como bases de máquinas y carcasas de transmisiones.
ZG230-450	0.30	0.60	0.90		0.035		230	450	22	32	25(45)	Cierta resistencia y buena plasticidad, tenacidad y soldabilidad. Se utiliza para diversas piezas mecánicas que no están sometidas a grandes esfuerzos y requieren una buena tenacidad, como yunques, tapas de cojinetes, placas base, cuerpos de válvulas, etc.
ZG270-500	0.40	0.60	0.90		0.035		270	500	18	25	22(35)	Alta resistencia y buena dureza, buena colabilidad, buena soldabilidad y buena maquinabilidad. Se utiliza para bastidores de laminadores, asientos de cojinetes, bielas, alojamientos, cigüeñales, etc. Bloques de cilindros, etc.
ZG310-570	0.50						310	570	15	21	15(30)	Buena resistencia y maquinabilidad, baja plasticidad y tenacidad. Se utiliza para piezas con grandes cargas, como engranajes grandes, bloques de cilindros, ruedas de freno, rodillos, etc.
ZG340-640	0.60						340	640	10	18	10(20)	Alta resistencia, dureza y resistencia al desgaste, buena maquinabilidad, poca soldabilidad, buena fluidez y alta sensibilidad a las grietas. Se utiliza para engranajes, carracas, etc.

II. acero de baja aleación y acero aleado

Los aceros obtenidos añadiendo intencionadamente una cierta cantidad de elementos de aleación al acero al carbono se denominan aceros de baja aleación y aceros aleados. En el acero aleado, los elementos de aleación comúnmente añadidos incluyen: manganeso (w ≥1%), silicio (w ≥0,5%), cromo, tungsteno, níquel, molibdeno, vanadio, aluminio, cobre, titanio, niobio y elementos de tierras raras.

Estos elementos pueden mejorar las propiedades mecánicas y la templabilidad del acero, mejorar el rendimiento del proceso del acero u obtener ciertas propiedades físicas y químicas especiales, ampliando así enormemente su campo de aplicación. Los aceros aleados pueden dividirse en: aceros aleados estructurales, aceros aleados para herramientas y aceros especiales.

1. Acero estructural de baja aleación y alta resistencia

Es un acero fabricado mediante la adición de una pequeña cantidad (≤5%) de elementos de aleación sobre la base de acero de bajo contenido en carbono (w_c <0,2%), y su grado también se representa por "Q+número". Su significado es el mismo que el del acero estructural al carbono ordinario, por ejemplo, Q345 indica acero estructural de alta resistencia de baja aleación con un límite elástico mínimo de 345MPa.

Si hay letras A, B, C, D, E después del grado, también indica el grado de calidad, por ejemplo, Q345B indica acero estructural de alta resistencia de baja aleación de grado B con un límite elástico mínimo de 345MPa.

El acero de baja aleación se suele utilizar en estado de recocido de laminación en caliente (o normalizado). Su resistencia es de 10% a 20% superior a la del acero ordinario de bajo contenido en carbono, por lo que se denomina acero de baja aleación y alta resistencia.

Tiene buena plasticidad, tenacidad y buena soldabilidad y resistencia a la corrosión. Actualmente se utiliza mucho en puentes, vehículos, barcos, edificios, contenedores, etc. El objetivo principal es reducir el peso de la propia estructura y garantizar la fiabilidad y durabilidad de uso. Los grados, composición química, propiedades mecánicas y usos de los aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación más utilizados se muestran en la Tabla 1-7.

Tabla 5 Calidades comunes, composición química, propiedades mecánicas y principales usos de los aceros estructurales de baja aleación y alta resistencia

Grado		Composición química (fracción másica) (%)				Acero Espesor /mm	Propiedades mecánicas			Prueba de flexión en frío	Ejemplo de uso
Nueva norma	Norma antigua	C	Si	Mn	Otros	Acero Espesor /mm	R_m /MPa	R_eL /MPa	A (%)	a - Espesor de la muestra d - Diámetro del mandril	Ejemplo de uso
Q345	14MnNb	0.12~ 0.18	0.20~ 0.50	0.80~ 1.20	0.15~ 0,50Nb	≤16	500	360	20	180℃ (d=2a)	Depósitos de petróleo, calderas, puentes, etc.
	16Mn	0.12~ 0.20	0.20~ 0.50	1.2~ 1.60	--	≤16	520	350	21		Puentes, barcos, vehículos, Recipientes a presión, estructuras de edificios, etc.
	16MnRE	0.12~ 0.20	0.20~ 0.50	1.2~ 1.50	0.2~ 0,35Cu	≤16	520	350	21		Puentes, barcos, vehículos, Recipientes a presión, estructuras de edificios etc.
Q390	15MnT 15MnV	0.12~ 0.18	0.20~ 0.50	1.25~ 1.50	0.12~ 0,20Ti	≤25	540	400	19	180℃ (d=3a)	Buques, recipientes a presión, equipos de centrales eléctricas, etc. Costados de barcos, recipientes a presión, puentes, vehículos, maquinaria de elevación, etc.
Q390	15MnT 15MnV	0.12~ 0.18	0.20~ 0.50	1.25~ 1.50	0.04~ 0.14V	≤25	540	400	18	180℃ (d=3a)	Puentes, barcos, vehículos, Recipientes a presión, estructuras de edificios, etc.

2. Acero estructural aleado

El acero estructural aleado incluye principalmente el acero aleado de cementación, el acero aleado templado y revenido, el acero aleado para muelles, el acero para rodamientos, etc.

(1) Acero aleado de cementación

El acero aleado de cementación se fabrica añadiendo elementos de aleación como cromo, manganeso, níquel, titanio, vanadio, etc., al acero de bajo contenido en carbono. Su grado se representa mediante "dos dígitos + símbolo del elemento de aleación + número".

Los dos primeros "dígitos" indican la diezmilésima parte de la fracción de masa media de carbono en el acero, el símbolo de elemento indica los elementos de aleación contenidos en el acero, y el "número" que sigue al símbolo de elemento indica su porcentaje de contenido medio. Se estipula que cuando el contenido medio de elementos de aleación es <1,5%, sólo se marca el símbolo del elemento, y no se marca el número; cuando la fracción de masa media de elementos de aleación está comprendida entre 1,5% y 2,5%, 2,5% y 3,5%, etc., se marcan 2, 3, etc., en consecuencia, después del elemento.

Por ejemplo, 20Mn2 indica que la fracción media de masa de carbono es de 0,20% y la fracción media de masa de manganeso es de 2% en el acero aleado de cementación. Si se trata de un acero estructural aleado de alta calidad, se añade el símbolo "A" al final del grado, como 18Cr2Ni4WA.

El acero aleado de cementación se utiliza normalmente después de la cementación, el temple y el revenido a baja temperatura. Se utiliza principalmente para piezas que requieren alta dureza superficial, alta resistencia, alta resistencia al desgaste y alta tenacidad en el núcleo, y pueden soportar cargas de impacto (como engranajes de transmisión, ejes de engranajes, pasadores de pistón, etc.). Los grados, composiciones, propiedades mecánicas y usos de los aceros aleados de cementación de uso común se pueden encontrar en GB/T3077-2015 (Acero estructural aleado).

(2) Acero aleado templado y revenido

El acero aleado templado y revenido suele referirse al acero aleado de carbono medio utilizado tras el tratamiento de temple y revenido, con una fracción másica de carbono comprendida entre 0,25% y 0,50%. El método de representación del grado del acero aleado templado y revenido es el mismo que el del acero aleado de cementación, utilizando también "dos dígitos + símbolo del elemento de aleación + número".

El acero aleado templado y revenido se utiliza principalmente para piezas importantes que requieren alta dureza, buena plasticidad y tenacidad, como ejes principales, cigüeñales, pernos de biela, engranajes importantes, etc. Si algunas piezas requieren también alta dureza superficial y resistencia al desgaste, pueden someterse a temple superficial por calentamiento por inducción y revenido a baja temperatura después del tratamiento de temple y revenido.

Los grados, composiciones, tratamientos térmicos y propiedades de los aceros aleados templados y revenidos de uso común se pueden encontrar en GB/T3077-2015 (Acero estructural aleado). Los aceros aleados templados y revenidos más utilizados son el 40Cr, 40MnVB, 30CrMnSi, 20MnVB, 12CrNi3, etc.

(3) Acero aleado para muelles

El acero aleado utilizado para fabricar diversos muelles o piezas elásticas se denomina acero aleado para muelles, con una fracción másica de carbono generalmente comprendida entre 0,45% y 0,70%. El método de representación del grado del acero aleado para muelles es el mismo que el del acero aleado de cementación, utilizando también "dos dígitos + símbolo del elemento + número".

Los grados, composiciones, tratamientos térmicos, propiedades y usos de los aceros aleados para muelles de uso común pueden consultarse en GB/T1222-2007 (Spring Steel). El más utilizado es el acero aleado al silicio-manganeso para muelles, como el 60Si2Mn, que se emplea mucho para fabricar muelles helicoidales y ballestas para automóviles, tractores, locomotoras y otros muelles importantes que trabajan sometidos a grandes esfuerzos.

(4) Acero para rodamientos

El acero aleado utilizado para fabricar elementos rodantes (bolas, rodillos, agujas) y anillos en rodamientos se denomina acero para rodamientos, con una fracción másica de carbono generalmente entre 0,95% y 1,15%, para obtener martensita de alto contenido en carbono tras el enfriamiento, lo que garantiza que el acero para rodamientos tenga una gran dureza y una elevada resistencia.

El grado del acero para rodamientos se representa mediante "G + Cr + número". "G" es la primera letra del pinyin chino para "rodamiento", "Cr" es el símbolo del elemento cromo y el "número" indica la milésima parte de la fracción media de la masa de cromo en el acero. Por ejemplo, GCr15 indica que la fracción media de masa de cromo es de 1,5% en el acero para rodamientos.

La fracción másica de cromo en el acero para rodamientos suele oscilar entre 0,40% y 1,65%. Su función es mejorar la templabilidad del acero y formar carburos dispersos, mejorando así la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga por contacto del acero. En el caso de los grandes rodamientos, también se añaden elementos como el manganeso y el silicio para mejorar aún más la templabilidad del acero.

Actualmente, las calidades de acero para rodamientos más utilizadas en China son GCr15 (empleada principalmente para fabricar rodamientos pequeños y medianos) y GCr15SiMn (empleada principalmente para fabricar rodamientos más grandes).

El acero para rodamientos también puede utilizarse para fabricar piezas con alta resistencia al desgaste y alta resistencia a la fatiga, como husillos de rectificadoras, matrices de punzonado en frío, husillos de plomo, herramientas de medición de precisión, etc. Los grados, composiciones, tratamientos térmicos y propiedades de los aceros para rodamientos de uso común se pueden encontrar en GB/T 18254-2016 (Acero para rodamientos al cromo con alto contenido de carbono).

3. Acero aleado para herramientas

El acero aleado utilizado para fabricar diversas herramientas se denomina acero aleado para herramientas. Se trata de un acero fabricado añadiendo una cantidad adecuada de elementos de aleación al acero para herramientas sin alear. Este tipo de acero tiene mayor dureza, resistencia al desgaste y tenacidad que el acero no aleado para herramientas, especialmente mejor templabilidad, templabilidad, dureza en caliente y estabilidad de revenido. Por lo tanto, puede utilizarse para fabricar herramientas con secciones transversales grandes, formas complejas y requisitos de alto rendimiento.

El acero aleado para herramientas se divide en acero para herramientas de medición, acero para herramientas resistente al impacto, acero para matrices de trabajo en caliente, acero para matrices de trabajo en frío, acero para moldes de plástico, etc., según su uso. El método de representación del grado es similar al del acero estructural aleado, excepto que el método de representación del contenido de carbono es diferente. Cuando w _c ≥1%, el contenido de carbono no se marca; cuando w_c <1%, se utiliza un solo dígito para indicar la milésima parte del contenido medio de carbono del acero.

Por ejemplo, Cr12MoV indica que w_c ≥1%, w_Cr =12%, y w _Mo , w_v <1,5% en acero aleado para herramientas. Otro ejemplo es 9SiCr, que indica que w_c =0,9%, y w_Si , w_Cr <1,5% en acero aleado para herramientas. Los aceros aleados para herramientas son todos aceros de alta calidad, por lo que no se marca el símbolo "A" al final del grado.

(1) Acero para matrices en frío

Se refiere al acero utilizado para fabricar moldes para estampación en frío, extrusión en frío y estirado en frío de metal en condiciones frías. Tiene gran dureza, alta resistencia al desgaste, suficiente resistencia y tenacidad, y requiere una buena templabilidad y una pequeña deformación de temple. Este tipo de acero se utiliza después del temple y revenido. En la tabla 6 se indican los grados, tratamientos térmicos, propiedades y usos de los aceros para matrices de trabajo en frío más utilizados.

Tabla 6 Calidades, tratamientos térmicos, propiedades y usos más comunes de los aceros para matrices en frío

Grado	Condiciones de entrega Dureza HBW	Enfriamiento		Dureza HRC (No menos de)	Ejemplo de uso
Grado	Condiciones de entrega Dureza HBW	Temperatura/℃	Medio refrigerante de enfriamiento	Dureza HRC (No menos de)	Ejemplo de uso
9Mn2V	≤229	780~810	Aceite	62	Matriz de punzonado, matriz de prensado en frío
CrWMn	207~255	800~830	Aceite	62	Forma compleja, matriz de punzonado de alta precisión
Cr12	217~269	950~1000	Aceite	60	Matriz de punzonado en frío, punzón, troquel de dibujoMatriz pulvimetalúrgica
Cr12MoV	207~255	950~1000	Aceite	58	Troquel de punzonado, troquel de recorte, troquel de embutición

(2) Acero para estampación en caliente

El acero para matrices de forja en caliente es el acero utilizado para fabricar matrices de forja en caliente, matrices de forja en caliente y matrices de forja en caliente. matrices de extrusióny matrices de fundición a presión, que forman metal o aleación caliente bajo presión. El acero para matrices de trabajo en caliente trabaja a altas temperaturas (400～600℃) y, durante su funcionamiento, no solo soporta grandes cargas de impacto, sino también importantes esfuerzos de compresión, tracción, flexión y una intensa fricción provocada por el flujo del metal caliente en la cavidad de la matriz.

Por lo tanto, el acero para matrices de trabajo en caliente debe mantener una dureza, resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste suficientes a altas temperaturas. Además, este tipo de acero se calienta repetidamente con metal caliente y se enfría con medios refrigerantes (agua, aceite, aire) durante su funcionamiento, lo que provoca cambios de volumen y lo hace propenso a la fatiga térmica.

La fracción másica de carbono en el acero para matrices de trabajo en caliente suele estar entre 0,3% y 0,6%, lo que lo convierte en un acero de aleación de carbono medio. Los tipos más comunes de acero para estampación en caliente son el 5CrMnMo y el 5CrNiMo. Este último tiene mejor templabilidad que el primero, con otras propiedades similares. El 5CrMnMo es adecuado para fabricar matrices de trabajo en caliente de tamaño pequeño a mediano. matrices de forjamientras que el 5CrNiMo es adecuado para fabricar matrices de forja en caliente de tamaño mediano a grande. Los grados comunes de acero para matrices de fundición a presión incluyen 3Cr2W8V, etc.

(3) Acero para moldes de plástico

El acero para moldes de plástico se refiere al acero utilizado para fabricar moldes que prensan polvo fino o plástico granular en condiciones de calentamiento a baja temperatura no superior a 200℃. Según el método de moldeo de los productos plásticos, los moldes de plástico pueden dividirse en moldes de fundición a presión, moldes de extrusión, moldes de inyección, moldes de conformación, moldes de moldeo por soplado, etc.

Durante el funcionamiento, el molde se calienta continuamente, se presiona y se somete a un cierto grado de fricción y corrosión por gases nocivos. Por lo tanto, se requiere que el acero para moldes de plástico tenga suficiente resistencia y tenacidad a 200℃, alta resistencia al desgaste y a la corrosión, buena maquinabilidad, pulibilidad, soldabilidad y rendimiento en el proceso de tratamiento térmico. Actualmente, los aceros para moldes de plástico comúnmente utilizados incluyen 3Cr2Mo, 3Cr2MnNiMo.

(4) Acero para herramientas de medición y corte

Las herramientas de medición son instrumentos de medición utilizados en ingeniería mecánica para controlar la precisión del mecanizado, como micrómetros, bloques de calibre, galgas de espiga, calibradores, etc. Dado que las herramientas de medición suelen entrar en contacto con las piezas que se miden durante su uso, están sujetas a desgaste e impactos. Por lo tanto, las piezas de trabajo de las herramientas de medición deben tener una dureza elevada (62~65HRC), alta resistencia al desgaste, alta estabilidad dimensional y suficiente tenacidad.

El 9SiCr y otros aceros se utilizan a menudo para fabricar herramientas de medición de precisión con gran exactitud y formas complejas, como bloques de calibre y galgas de espiga. Además, el acero aleado de carburación o el acero para cojinetes (GCr15) pueden utilizarse para fabricar herramientas de medición que no requieran una gran precisión pero necesiten ser resistentes a los impactos tras el tratamiento de carburación y temple; a veces también se utiliza acero para herramientas de trabajo en frío (CrWMn) para fabricar herramientas de medición de precisión.

4. Calidades, propiedades y usos de los aceros especiales de rendimiento.

Los aceros especiales son aceros aleados con propiedades físicas y químicas especiales, así como con determinadas propiedades mecánicas. Incluye el acero inoxidable, el acero resistente al calor y el acero resistente al desgaste, entre otros.

(1) Acero inoxidable

El acero inoxidable es una aleación de acero capaz de resistir la corrosión atmosférica, ácida, alcalina o de otros medios. Las principales características del acero inoxidable son su resistencia a la oxidación y la corrosión, con un contenido de cromo de al menos 10,5% y un contenido de carbono no superior a 1,2%.

El acero inoxidable se clasifica en diferentes tipos en función de su estructura metalográfica: acero inoxidable ferrítico, acero inoxidable martensítico, acero inoxidable austenítico, acero inoxidable austenítico-ferrítico y acero inoxidable endurecido por precipitación. Los grados, composiciones, tratamientos térmicos y propiedades de los aceros inoxidables más utilizados se pueden consultar en GB/T1220-2007 (Barras de acero inoxidable). Los tipos y grados de acero inoxidable más utilizados son los siguientes:

1) Acero inoxidable ferrítico

El acero inoxidable ferrítico es de tres tipos:

Los tipos Cr12 y Cr13, como 06Cr13Al, 022Cr12, etc., se utilizan habitualmente como aceros resistentes al calor, por ejemplo para válvulas de escape de automóviles.
El tipo Cr17, como 10Cr17, 10Cr17Mo, etc., se utiliza principalmente para contenedores y tuberías en equipos químicos.
El tipo Cr27~30, como 008Cr27Mo, 008Cr30Mo2, etc., son aceros resistentes a la corrosión ácida fuerte.

2) Acero inoxidable martensítico

Los principales grados de acero inoxidable martensítico son 12Cr13, 20Cr13 (con menor contenido de carbono), utilizados principalmente para piezas que requieren altas propiedades mecánicas y baja resistencia a la corrosión, como álabes de turbinas e instrumentos médicos; 30Cr13, 40Cr13 (con mayor contenido de carbono) se utilizan principalmente para válvulas de prensas hidráulicas y herramientas quirúrgicas médicas duras y resistentes al desgaste, herramientas de medición, cojinetes de acero inoxidable y muelles.

3) Acero inoxidable austenítico

El acero inoxidable austenítico incluye 06Cr19Ni10, 12Cr18Ni9, utilizado principalmente para fabricar piezas que requieren alta resistencia a la corrosión y piezas de carga ligera que necesitan soldadura después de la deformación en frío, como en equipos químicos y tuberías. También puede utilizarse para fabricar piezas no magnéticas resistentes a la corrosión en las industrias de instrumentación y generación de energía. Este tipo de acero aumenta su resistencia principalmente mediante el proceso de deformación en frío y no puede reforzarse mediante tratamiento térmico.

(2) Acero resistente al calor

El acero resistente al calor es un acero de rendimiento especial con buena estabilidad química o alta resistencia a altas temperaturas. Los grados más comunes de acero resistente al calor son: 10Cr17, que puede utilizarse para fabricar piezas resistentes a la oxidación por debajo de 900°C, como radiadores, piezas de hornos y toberas de aceite. El 42Cr9Si2 y el 40Cr10Si2Mo se suelen utilizar para fabricar válvulas de escape y otras piezas sometidas a la corrosión de los gases de escape a alta temperatura y a impactos y desgaste (de ahí que también se denomine acero para válvulas).

06Cr19Ni10 y 45Cr14Ni14W2Mo, debido a su alto contenido en cromo y níquel, son aceros resistentes al calor muy utilizados, que suelen emplearse en piezas de calderas, turbinas, motores de combustión interna y hornos de tratamiento térmico.

(3) Acero resistente al desgaste

Por acero resistente al desgaste se entiende el acero con alta resistencia al desgaste. Por ejemplo, el acero de alto manganeso, que sólo se endurece bajo fuertes cargas de impacto, suele tener un contenido de carbono de 1,0% a 1,3% y un contenido de manganeso de 11% a 14%.

Cuando el acero con alto contenido en manganeso se calienta a 1000~1100°C y se somete a un tratamiento de disolución, puede obtenerse una estructura de austenita monofásica. En este momento, la dureza no es elevada (alrededor de 180~220HBW). Cuando se somete a una fuerte fricción o impacto a alta presión, la austenita de la superficie de la pieza sufrirá rápidamente una deformación plástica, provocando un endurecimiento por deformación y una transformación martensítica, aumentando significativamente la dureza de la superficie (alrededor de 550HBW o superior) y mejorando la resistencia al desgaste.

Cuando la capa endurecida superficial se desgasta, la nueva superficie expuesta sufrirá la misma transformación y ganará resistencia al desgaste. El tratamiento a presión y el tratamiento de corte del acero de alto manganeso son muy difíciles, por lo que generalmente se funde directamente en piezas y se utiliza después del tratamiento de disolución.

El acero con alto contenido en manganeso se utiliza principalmente para piezas que trabajan en condiciones de fuerte fricción e impacto, como orugas para cisternas y tractores, dientes de cuchara de excavadoras, cuchillas de bulldozers, desvíos ferroviarios y mandíbulas de trituradoras. Sus grados se especifican en GB/T 5680-2010 "Piezas de fundición de acero al manganeso austenítico", como ZG100Mn13.

III. Fundición

El hierro fundido es un grupo de aleaciones de hierro-carbono-silicio con un alto contenido de carbono y silicio, y también contiene una cantidad considerable de impurezas como manganeso, azufre y fósforo. En la fundición, el carbono existe principalmente en forma de grafito. El proceso de precipitación del carbono en forma de grafito se denomina grafitización, comúnmente representado por el símbolo G. Diferentes grados de grafitización dan lugar a diferentes tipos, estructuras y propiedades del hierro fundido.

Las propiedades mecánicas del hierro fundido son inferiores a las del acero, pero el hierro fundido con una composición cercana a la eutéctica tiene un punto de fusión bajo y buena fluidez, por lo que posee excelentes propiedades de fundición, buena resistencia al desgaste, amortiguación de vibraciones y maquinabilidad. Además, el proceso de producción y los equipos son sencillos, y el coste es bajo, por lo que el hierro fundido es uno de los materiales metálicos más utilizados.

1. Clasificación de la fundición

Según las diferentes formas de carbono en el hierro fundido, éste puede dividirse en las tres categorías siguientes:

(1) Fundición gris

El carbono se presenta en su totalidad o en su mayor parte en forma de grafito, sin estructura de ledeburita, y su superficie de fractura es de color gris oscuro. La mayor parte de la fundición utilizada en la industria es de este tipo.

(2) Hierro fundido blanco

El proceso de grafitización de este tipo de fundición está completamente suprimido. Salvo una pequeña cantidad de carbono disuelto en ferrita, todo el carbono existe en forma de Fe₃C. Su superficie de fractura es de color blanco plateado, dura y quebradiza, lo que dificulta su mecanización. Por ello, rara vez se utiliza directamente en la industria. En la actualidad, la fundición blanca se utiliza principalmente como materia prima para la siderurgia y para producir piezas brutas de fundición maleable.

(3) Fundición moteada

El proceso de grafitización de este tipo de fundición sólo se realiza parcialmente. Parte del carbono existe en forma de grafito, y la otra parte existe en forma de Fe₃C. Su superficie de fractura es moteada de blanco y negro, también es muy dura y quebradiza, lo que dificulta su mecanización. Por ello, se utiliza poco en la industria.

La fundición gris se utiliza habitualmente en la industria. Su rendimiento está relacionado no sólo con su composición y la estructura de la matriz, sino también con la forma y el tamaño del grafito. Según las distintas formas del grafito en la fundición gris, ésta puede dividirse en los cuatro tipos siguientes:

1) Fundición gris

Su grafito tiene forma de escama, con malas propiedades mecánicas, pero su proceso de producción es sencillo, su coste es bajo y su rendimiento de fundición es excelente, por lo que se utiliza mucho en la industria.

2) Fundición maleable

Su grafito está en forma de racimos, con mejores propiedades mecánicas que la fundición gris, pero el ciclo de producción es largo y el coste elevado. Suele utilizarse para fabricar algunas piezas de fundición pequeñas e importantes.

3) Fundición dúctil

Su grafito es esférico, con las propiedades mecánicas más elevadas, y su resistencia se aproxima a la del acero no aleado. El proceso de producción es más sencillo que el de la fundición maleable. La fundición dúctil puede sustituir a algunos aceros no aleados y aceros aleados en la fabricación de ciertas piezas importantes.

4) Fundición vermicular

Su grafito es vermicular, con propiedades mecánicas entre la fundición gris y la fundición dúctil. Es un nuevo tipo de fundición con una historia de desarrollo relativamente corta.

2. Hierro fundido gris

(1) Estructura y propiedades de la fundición gris

La microestructura de la fundición gris se caracteriza por grafito en escamas distribuido en diversas estructuras matriciales. Según las diferentes estructuras matriciales, se divide en:

Fundición gris ferrítica (grafito en escamas distribuido en una matriz ferrítica).
Fundición gris ferrítica + perlítica (grafito en escamas distribuido en una matriz ferrítica y perlítica).
Fundición gris perlítica (grafito en escamas distribuido sobre una matriz perlítica).

La estructura de la fundición gris es equivalente al grafito en escamas distribuido sobre una matriz de acero. Dado que la resistencia, plasticidad y tenacidad del grafito son extremadamente bajas, actúa como grietas y huecos en la fundición, destruyendo la continuidad del metal matriz y provocando la concentración de tensiones en las puntas del grafito en escamas.

Por lo tanto, las propiedades mecánicas de la fundición gris son significativamente inferiores a las del acero no aleado. Es un material quebradizo, no apto para forja y estampación, y tiene poca soldabilidad. Sin embargo, la resistencia a la compresión de la fundición gris se ve menos afectada por el grafito, y su resistencia a la compresión se aproxima a la del acero, lo que la hace adecuada para fabricar piezas de compresión pero no de tracción.

La presencia de grafito confiere a la fundición gris una mejor colabilidad, resistencia al desgaste, amortiguación de las vibraciones y maquinabilidad que el acero no aleado, con una menor sensibilidad a la entalla, lo que hace que se utilice ampliamente en la industria.

(2) Calidades y usos de la fundición gris

El grado de fundición gris se compone de "HT + número". "HT" es la abreviatura de "fundición gris" en chino pinyin, y el número representa el valor mínimo de resistencia a la tracción (MPa) de una barra de prueba de fundición simple con un diámetro de Φ30mm. En la Tabla 7 se muestran los grados, propiedades mecánicas y usos más comunes de la fundición gris.

Tabla 7 Grados, propiedades mecánicas y usos de la fundición gris (extraído de GB/T 9439-2010)

Categoría de hierro fundido	Grado	Espesor de la pared de fundición/mm	Resistencia a la tracción R_m /MPa	Dureza HBW	Microestructura		Ejemplo de uso
Categoría de hierro fundido	Grado	Espesor de la pared de fundición/mm	Resistencia a la tracción R_m /MPa	Dureza HBW	Matriz	Grafito	Ejemplo de uso
Fundición gris ferrítica	HT100	5~40	≥100	≤170	F+P (pequeño)	Copos gruesos	Piezas de poca carga y sin importancia, como cubiertas, carcasas, volantes, soportes, contrapesos, etc.
Fundición gris ferrítica-pearlítica	HT150	5~300	≥150	125~205	F+P	Copos más gruesos	Piezas sometidas a esfuerzos moderados, como columnas, bases, cajas de engranajes, mesas de trabajo, portaherramientas, tapas de extremo, cuerpos de válvulas, accesorios de tuberías y piezas con requisitos generales de estado de funcionamiento.
Fundición gris perlítica	HT200	5~300	≥200	150~230	P	Medio Flaky	Piezas sometidas a mayores esfuerzos y piezas más importantes, como bloques de cilindros, engranajes, bases de máquinas, volantes, bancadas, camisas de cilindros, pistones, ruedas de freno, acoplamientos, cajas de cambio, asientos de cojinetes, cilindros hidráulicos, etc.
Fundición gris perlítica	HT250	5~300	≥250	180~250	P	Más fino Flaky
Fundición inoculada	HT300	10~300	≥300	200~275	Sorbita O troostita	Fino Flaky	Piezas importantes sometidas a grandes esfuerzos de flexión y tracción, como engranajes, levas, mandriles de torno, cizalla cuerpos de máquinas y prensas, bancadas, cilindros hidráulicos de alta presión, carcasas de válvulas de corredera, etc.
Fundición inoculada	HT350	10~300	≥350	220~290	Sorbita O troostita	Fino Flaky

(3) Tratamiento de inoculación de la fundición gris

El tratamiento de inoculación se refiere al método de añadir una pequeña cantidad de inoculante (como ferrosilicio, aleación de calcio-silicio, etc.) al hierro fundido durante el vertido para cambiar las condiciones de cristalización del hierro fundido, con el fin de obtener grafito escamoso fino y uniformemente distribuido y una estructura perlítica fina.

El tratamiento de inoculación hace que la estructura y el rendimiento de cada sección de la fundición sean uniformes y consistentes, mejora la resistencia, la plasticidad y la tenacidad de la fundición, y también reduce la sensibilidad de sección de la fundición gris. El hierro fundido después del tratamiento de inoculación se denomina hierro fundido inoculado, y HT300 y HT350 de la Tabla 7 pertenecen al hierro fundido inoculado.

(4) Tratamiento térmico de la fundición gris

Dado que el tratamiento térmico sólo puede modificar la estructura de la matriz de la fundición gris y no puede cambiar la forma y la distribución del grafito, tiene poco efecto en la mejora de las propiedades mecánicas de la fundición gris.

Por lo tanto, el tratamiento térmico de la fundición gris se utiliza principalmente para eliminar las tensiones internas de las piezas fundidas, mejorar su mecanizabilidad y aumentar la dureza superficial y la resistencia al desgaste de las piezas fundidas. Entre los métodos de tratamiento térmico más comunes se encuentran el recocido de alivio de tensiones (tratamiento de envejecimiento), el recocido de ablandamiento (recocido de grafitización) y el temple superficial.

3. Hierro dúctil

La fundición dúctil es un tipo de fundición en la que se añade un agente esferoidizante y un inoculante antes de verter el hierro fundido, lo que hace que el grafito de la fundición se distribuya de forma esférica, en su totalidad o en su mayor parte.

(1) Estructura y propiedades de la fundición dúctil

Dependiendo de la composición química, la velocidad de enfriamiento y el método de tratamiento térmico, la fundición dúctil puede tener diferentes microestructuras, que incluyen principalmente estructuras de ferrita, ferrita + perlita y matriz de perlita. La fundición dúctil ferrítica tiene buena plasticidad y tenacidad, mientras que la fundición dúctil perlítica tiene alta resistencia a la tracción y dureza (más de 50% que la fundición dúctil ferrítica). Las propiedades de la fundición dúctil con matriz de ferrita + perlita son intermedias entre las dos.

La sustitución del acero no aleado por la fundición dúctil en piezas sometidas a cargas estáticas es segura y fiable. Actualmente, la aplicación de la fundición dúctil en la producción industrial y agrícola está cada vez más extendida.

(2) Calidades y usos de la fundición dúctil

El grado de la fundición dúctil se compone de "QT + números-números". "QT" es la abreviatura de "fundición dúctil" en chino pinyin, el primer grupo de números representa su valor de resistencia a la tracción (MPa) y el segundo grupo de números representa el valor de alargamiento tras la fractura. En la Tabla 8 se muestran las calidades, propiedades mecánicas y usos más comunes de la fundición dúctil.

Tabla 8 Grados, propiedades mecánicas y usos de la fundición dúctil (extraído de GB/T 1348-2009)

Grado	Estructura básica	Propiedades mecánicas				Ejemplos de uso
		R_m/MPa	R_p0.2/MP₈	A(%)	Dureza HBW
		No menos de			Dureza HBW
QT400-8	Ferrita	400	250	18	120~175	Piezas sometidas a impactos y vibraciones, como cubos, carcasas de ejes de transmisión, carcasas de diferenciales, horquillas de cambio de automóviles y tractores, piezas de maquinaria agrícola, válvulas de media y baja presión, tuberías de agua y gas, cilindros de alta y baja presión de compresores, carcasas de motores, cajas de cambios, carcasas de volantes, etc.
QT400-5		400	250	15	120~180
QT450-10		450	310	10	160~210
QT500-7	Ferrita +Perlita	500	320	7	170~230	Bases de máquinas, ejes de transmisión, volantes, engranajes de bombas de aceite de motores de combustión interna, cojinetes de ejes de locomotoras ferroviarias, etc.
QT600-3	Perlita +Ferrita	600	370	3	190~270	Piezas con grandes cargas y fuerzas complejas, como cigüeñales, bielas, árboles de levas, camisas de cilindros de automóviles y tractores, husillos principales de algunas rectificadoras, fresadoras, tornos, tornillos sinfín de máquinas herramienta, engranajes helicoidales, rodillos de laminadores, engranajes grandes, ejes principales de pequeñas hidroturbinas, bloques de cilindros, rodillos de puentes grúa, etc.
QT700-2	Perlita	700	420	2	225~305
QT800-2	Perlita o Estructura templada	800	480	2	245~335
QT900-2	Bainita o Martensita templada	900	600	2	280~360	Engranajes de alta resistencia, como engranajes hipoides de ejes traseros de automóviles, engranajes reductores de gran tamaño, cigüeñales, árboles de levas de motores de combustión interna, etc.

(3) Tratamiento térmico de la fundición dúctil

Dado que el grafito esferoidal tiene un pequeño efecto de división en la matriz, las propiedades mecánicas de la fundición dúctil dependen principalmente de la estructura de la matriz. Por lo tanto, mejorar la estructura de la matriz mediante tratamiento térmico puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas de la fundición dúctil. Los métodos de tratamiento térmico son básicamente los mismos que los del acero, e incluyen principalmente el recocido, la normalización, el temple y revenido y el temple isotérmico.

4. Fundición maleable

La fundición maleable es una fundición con grafito floculento obtenida por recocido de grafitización de la fundición blanca. El proceso de producción consiste en fundir primero la fundición blanca y, a continuación, descomponer la cementita mediante recocido de grafitización a alta temperatura (también denominado recocido maleable) para obtener grafito floculento.

(1) Estructura y propiedades de la fundición maleable

La fundición maleable se clasifica en fundición maleable de corazón negro (también conocida como fundición maleable ferrítica), fundición maleable perlítica y fundición maleable de corazón blanco en función de la estructura de la matriz obtenida tras el recocido.

El grafito de la fundición maleable es floculento. En comparación con la fundición gris, la fundición maleable tiene mejor resistencia y plasticidad, especialmente mejor comportamiento al impacto a baja temperatura. En comparación con la fundición dúctil, tiene las ventajas de un coste inferior, una calidad estable, un tratamiento sencillo de la fundición y la idoneidad para una producción organizada.

La resistencia al desgaste y la amortiguación de vibraciones de la fundición maleable son superiores a las del acero no aleado ordinario, y su maquinabilidad se aproxima a la de la fundición gris. Es adecuada para fabricar piezas pequeñas y medianas de paredes finas y formas complejas, así como piezas que requieren una gran tenacidad debido a las vibraciones durante el funcionamiento. La fundición maleable debe su nombre a su gran resistencia, plasticidad y tenacidad al impacto, pero en realidad no puede forjarse.

(2) Calidades y aplicaciones de la fundición maleable

Las calidades de fundición maleable más utilizadas se componen de "KTH+número-número", "KTZ+número-número" o "KTB+número-número". "KT" es la abreviatura del pinyin chino para "hierro maleable". KTH" significa "fundición maleable de corazón negro", "KTZ" significa "fundición maleable perlítica" y "KTB" significa "fundición maleable de corazón blanco". La primera serie de números tras el símbolo indica el valor de la resistencia a la tracción (MPa), y la segunda serie de números indica el valor del alargamiento tras la fractura. En la tabla 9 se indican las calidades, propiedades mecánicas y aplicaciones de las fundiciones maleables más utilizadas.

Tabla 9 Grados, propiedades mecánicas y aplicaciones de la fundición maleable (extraído de GB/T 9440-2010)

Tipo	Grado	Diámetro de la muestra/mm	Propiedades mecánicas				Ejemplos de aplicaciones
			R_m/MPa	R_p0.2/MPa	A(%)	HBW
			No menos de			HBW
Fundición maleable Blackheart	KTH300-06	12 o 15 años	300		6	≤150	Codos, accesorios en T, válvulas de media y baja presión Puertas, etc.
	KTH330-08		330		8		Llaves, cuchillas de arado, columnas de arado, carcasas de ruedas, etc.
	KTH350-10		350	200	10		Carcasas de ruedas delanteras y traseras de automóviles y tractores, carcasas de diferenciales, carcasas de rótulas de dirección, frenos y piezas ferroviarias, etc.
	KTH370-12		370		12
Fundición maleable perlítica	KTZ450-06	12 o 15 años	450	270	6	150~200	Piezas de alta carga y resistentes al desgaste, como cigüeñales, árboles de levas, bielas, engranajes, anillos de pistón, bujes, discos de grada, juntas universales, carracas, llaves, Cadenas de transmisiónetc.
	KTZ550-04		550	340	4	180~230
	KTZ650-02		650	430	2	210~260
	KTZ700-02		750	530	2	240~290

5. Hierro grafitado compactado

La fundición de grafito compactado es una fundición con grafito en forma de gusano que se obtiene añadiendo una cantidad adecuada de agente vermicularizante e inoculante a hierro fundido de una composición determinada. Su método y procedimiento de producción son básicamente los mismos que los de la fundición dúctil.

(1) Calidades, propiedades y aplicaciones del hierro grafitado compactado

Dado que la mayor parte del grafito de la fundición de grafito compactada tiene forma de gusano, su estructura y propiedades se sitúan entre las de la fundición dúctil y la fundición gris con la misma estructura de matriz. Su resistencia, tenacidad, resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga térmica son superiores a las de la fundición gris, y su sensibilidad a la sección también es pequeña. Sin embargo, su plasticidad y tenacidad son inferiores a las de la fundición dúctil. La colabilidad, la amortiguación de las vibraciones, la conductividad térmica y la maquinabilidad de la fundición de grafito compactada son mejores que las de la fundición dúctil, y su resistencia a la tracción se aproxima a la de la fundición dúctil.

Los grados del hierro de grafito compactado se componen de "RuT+número", donde "RuT" es la abreviatura del pinyin chino para "hierro compactado", y el número indica su valor de resistencia a la tracción (MPa). Las calidades, propiedades mecánicas y aplicaciones del hierro de grafito compactado se muestran en la Tabla 10.

Tabla 10 Grados, propiedades mecánicas y aplicaciones de la fundición de grafito vermicular (extraído de GB/T 26655-2011)

Grado	Propiedades mecánicas				Ejemplos de aplicaciones
	R_m/MPa	R_p0.2/MPa	A(%)	HBW
	No menos de			HBW
RuT300	300	210	2.0	140~210	Tubos de escape, carcasas de cajas de cambios, culatas, piezas hidráulicas, piezas de máquinas textiles, lingoteras, etc.
RuT350	350	245	1.5	160~220	Piezas pesadas de máquinas-herramienta, grandes cajas de engranajes, tapas, bases, volantes, elevación tambores de máquina, etc.
RuT400	400	280	1.0	180~240	Aros de pistón, camisas de cilindro, discos de freno, discos de rectificado de bolas de acero, bomba de dragado cuerpos, etc.
RuT450	450	315	1.0	200~250

(2) Tratamiento térmico de la fundición de grafito vermicular

El tratamiento térmico de la fundición de grafito vermicular consiste principalmente en ajustar la estructura de su matriz para satisfacer diferentes requisitos de propiedades mecánicas. Los procesos de tratamiento térmico más comunes son la normalización y el recocido. El objetivo de la normalización es aumentar la cantidad de perlita, mejorando así la solidez y la resistencia al desgaste; el recocido es obtener una matriz con más de 85% ferrita o eliminar la cementita libre en zonas de paredes finas.

6. Fundición aleada

La fundición aleada es una fundición a la que se añaden intencionadamente algunos elementos de aleación durante la fusión para mejorar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas o para obtener determinadas propiedades especiales, como fundición resistente al desgaste, fundición resistente al calor y fundición resistente a la corrosión.

(1) Hierro fundido resistente al desgaste

La fundición resistente al desgaste puede dividirse a grandes rasgos en fundición antifricción y fundición resistente al desgaste en función de sus condiciones de trabajo.

La fundición antifricción requiere un bajo desgaste, un bajo coeficiente de fricción, una buena conductividad térmica y una buena tecnología de procesamiento durante el funcionamiento. Las fundiciones antifricción más comunes son: la fundición gris con matriz perlítica (con buenas propiedades antifricción) y la fundición con alto contenido en fósforo (con una gran resistencia al desgaste, que se suele utilizar para las bancadas y mesas de trabajo de tornos, fresadoras y mandrinadoras).

La fundición antidesgaste se utiliza para piezas de fundición que trabajan en condiciones de fricción seca sin lubricación, lo que requiere una estructura con una dureza elevada y uniforme. Entre las fundiciones antidesgaste más comunes se encuentran: la fundición enfriada (que tiene una gran solidez y resistencia al desgaste y puede soportar ciertos impactos), la fundición blanca antidesgaste (muy utilizada para fabricar piezas resistentes al desgaste, como rodillos y ruedas) y la fundición dúctil de manganeso medio (muy utilizada para fabricar piezas que trabajan bajo cargas de impacto y condiciones de desgaste, como rejas de arado, bolas de molienda para molinos de bolas y placas de oruga de tractores).

(2) Fundición resistente al calor

La resistencia térmica del hierro fundido se refiere principalmente a su capacidad para resistir la oxidación y el crecimiento térmico a altas temperaturas. El llamado "crecimiento térmico" se refiere a la expansión irreversible del volumen de hierro fundido a altas temperaturas, que puede expandirse unos 10% en casos graves.

Las principales razones son que los gases oxidantes penetran en la fundición para formar óxidos de baja densidad y gran volumen; los carburos se descomponen a altas temperaturas para producir grafito de baja densidad y gran volumen; y se producen cambios de fase en la matriz de fundición durante el calentamiento y el enfriamiento. El resultado final del crecimiento térmico puede provocar la deformación, alabeo, agrietamiento o incluso rotura de las piezas.

Los grados, composiciones, temperaturas de funcionamiento y aplicaciones de las fundiciones termorresistentes de uso común pueden consultarse en la norma nacional (GB/T 9437-2009).

(3) Fundición resistente a la corrosión

La fundición resistente a la corrosión no sólo tiene determinadas propiedades mecánicas, sino que también requiere una alta resistencia a la corrosión cuando se trabaja en medios corrosivos.

La fundición resistente a la corrosión se utiliza ampliamente en industrias como la petroquímica y la naval para fabricar piezas como tuberías, válvulas, bombas y contenedores que trabajan frecuentemente en medios como la atmósfera, el agua de mar, ácidos, álcalis y sales. Sin embargo, cada tipo de fundición resistente a la corrosión tiene un determinado rango aplicable, y es necesario seleccionar razonablemente en función del medio corrosivo y las condiciones de trabajo. Las composiciones y los rangos de aplicación de las fundiciones resistentes a la corrosión de uso común pueden encontrarse en los manuales de materiales metálicos pertinentes.

IV. Metales no ferrosos y sus aleaciones

Por metales no férreos se entienden todos los demás metales excepto el acero y la fundición, también conocidos como metales no férreos. Existen muchos tipos de metales no férreos, entre los que destacan el cobre (Cu), el aluminio (Al), el titanio (Ti), el magnesio (Mg), el wolframio (W), el molibdeno (Mo) y sus aleaciones. La fundición de metales no férreos es relativamente difícil y costosa, y su producción y utilización son muy inferiores a las de los materiales siderúrgicos.

Sin embargo, los metales no férreos tienen ciertas propiedades físicas y químicas especiales que los materiales de acero no poseen. Por ello, los metales no férreos se han convertido en materiales indispensables en la industria moderna. A continuación se presenta una breve introducción a las aleaciones de aluminio y las aleaciones de cobre, que se utilizan ampliamente en la producción industrial.

1. Aluminio y sus aleaciones

(1) Aluminio puro industrial (denominado aluminio puro)

El aluminio puro es actualmente el metal no ferroso más utilizado en la industria. La pureza del aluminio puro industrial es de 98,8% a 99,7%. El aluminio puro tiene una baja densidad de sólo 2,72 g/cm³; posee una alta conductividad eléctrica y térmica, sólo superada por la plata, el cobre y el oro, que ocupa el cuarto lugar.

El aluminio tiene una buena resistencia a la corrosión atmosférica en la atmósfera, pero no resiste la corrosión por ácidos, álcalis y sales. El aluminio puro tiene baja resistencia, alta plasticidad y carece de ferromagnetismo. Puede transformarse en diversos perfiles (como alambres, varillas y tubos) mediante deformación en frío y en caliente, pero no puede utilizarse como pieza estructural portante.

(2) Aleaciones de aluminio

Las aleaciones de aluminio se obtienen añadiendo al aluminio cantidades adecuadas de elementos de aleación como Cu, Si, Mg, Zn y Mn y utilizando métodos como el refuerzo por solución sólida. Las aleaciones de aluminio tienen una gran resistencia, manteniendo la baja densidad, la buena conductividad eléctrica y la conductividad térmica del aluminio puro. Algunas aleaciones de aluminio también pueden reforzarse mediante deformación en frío o tratamiento térmico, lo que las hace adecuadas para la fabricación de piezas mecánicas que soportan determinadas cargas.

1) Clasificación de las aleaciones de aluminio

De acuerdo con la composición y las características de procesamiento, las aleaciones de aluminio comúnmente utilizadas pueden dividirse en aleaciones de aluminio forjado y aleaciones de aluminio fundido. Las aleaciones de aluminio forjado tienen buena plasticidad y son adecuadas para el procesamiento a presión, mientras que aluminio fundido tienen una estructura eutéctica, un punto de fusión bajo, buena fluidez y son adecuadas para la fundición.

2) Tratamiento térmico de las aleaciones de aluminio

Los principios del tratamiento térmico de las aleaciones de aluminio son diferentes de los del acero porque las aleaciones de aluminio no tienen transformaciones alotrópicas y no pueden reforzarse mediante transformación martensítica como el acero. Las aleaciones de aluminio pueden obtener una estructura de solución sólida monofásica después del calentamiento, y se producen cambios en la solubilidad en estado sólido. Por lo tanto, las aleaciones de aluminio pueden reforzarse mediante un tratamiento de temple y envejecimiento (denominado tratamiento de envejecimiento en solución).

La resistencia de las aleaciones de aluminio no es alta después del temple y deben permanecer a temperatura ambiente durante un tiempo antes de que la resistencia y la dureza aumenten significativamente. Este fenómeno se denomina endurecimiento por envejecimiento. El envejecimiento a temperatura ambiente se denomina envejecimiento natural, mientras que el envejecimiento en condiciones de calentamiento (100~200℃) se denomina envejecimiento artificial. El tratamiento de enfriamiento y envejecimiento no sólo es la principal forma de fortalecer las aleaciones de aluminio, sino también un medio importante para fortalecer otros metales no ferrosos.

2. Cobre y sus aleaciones

(1) Cobre puro industrial

El cobre puro industrial, denominado cobre puro, tiene un punto de fusión de 1083℃. Tiene buena conductividad eléctrica y térmica (solo superada por la plata), buena resistencia a la corrosión en la atmósfera y el agua dulce, y es amagnético.

El cobre puro tiene baja resistencia y dureza, buena plasticidad, tenacidad y soldabilidad. Puede transformarse en diversos perfiles adecuados para la industria eléctrica (como alambres, cables y tubos de cobre), equipos de comunicación e instrumentos antimagnéticos y no magnéticos mediante deformación en frío y en caliente.

(2) Aleaciones de cobre

Las aleaciones de cobre se obtienen añadiendo al cobre cantidades adecuadas de elementos como silicio, zinc y aluminio y sometiéndolas a un tratamiento de aleación. Estas aleaciones tienen una resistencia y una tenacidad que cumplen los requisitos de uso. Según su composición química, las aleaciones de cobre se dividen en latón, cuproníquel y bronce. Según sus métodos de producción, las aleaciones de cobre se dividen en aleaciones de cobre forjado y aleaciones de cobre fundido. Las más utilizadas en la industria son el latón y el bronce.

1) Latón

El latón es una aleación de cobre con zinc (Zn) como principal elemento de aleación, llamada así por su color dorado. Según su composición, el latón se divide en ordinario y especial. El latón ordinario es una aleación binaria compuesta de cobre y zinc.

Cuando w_Zn <32%, a medida que aumenta la fracción másica de zinc, aumentan la resistencia y la dureza del latón, que tiene buena plasticidad, comúnmente utilizado para el procesamiento de deformación en frío;
Cuando w_Zn está entre 30% y 32%, su plasticidad es la más alta;
Cuando w_Zn se sitúa entre 32% y 45%, mientras que la resistencia sigue aumentando, la plasticidad disminuye un poco, este tipo de latón es adecuado para el tratamiento por deformación en caliente;
Cuando w_Zn >45%, la resistencia y la plasticidad del latón disminuyen bruscamente, y carece de valor práctico en la producción.

El latón ordinario se divide en latón procesado y latón fundido según los distintos métodos de producción.

El latón especial es una aleación de cobre formada por la adición de elementos como plomo (Pb), aluminio (Al), estaño (Sn) y silicio (Si) al latón ordinario, y recibe los nombres correspondientes de latón al plomo, latón al aluminio, latón al estaño, latón al silicio, etc.

La adición de plomo puede mejorar la maquinabilidad y la resistencia al desgaste;
La adición de aluminio puede mejorar la resistencia, la dureza y la resistencia a la corrosión, además de reducir la tendencia del latón a agrietarse;
La adición de silicio puede mejorar el rendimiento de la fundición y contribuir a aumentar su solidez y resistencia a la corrosión;
El estaño puede mejorar la resistencia a la corrosión y reducir la tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión;
Si el latón especial contiene menos elementos de aleación y tiene mayor plasticidad, se denomina latón especial procesado;
Si contiene más elementos de aleación y tiene mayor resistencia y colabilidad, se denomina latón especial fundido.

2) Bronce

El bronce es una aleación de cobre distinta del latón y el cuproníquel (aleación de cobre y níquel). Según los distintos métodos de producción, puede dividirse en bronce procesado y bronce fundido; según las distintas composiciones, puede dividirse en bronce ordinario y bronce especial.