Contenido de carbono y propiedades del acero: la escalera del carbono

La escalera de un vistazo

Banda de carbono	Carácter	Usos típicos
Muy bajo — por debajo de 0.10%	Blando, extremadamente conformable, se suelda sin precauciones	Chapa de embutición profunda, fleje, alambre, remaches; los aceros libres de intersticiales (IF) se sitúan en la parte inferior de esta banda
Bajo — 0.10–0.25%	El caballo de batalla estructural soldable: buena ductilidad, resistencia modesta, respuesta al endurecimiento limitada	Perfiles y chapa estructurales (territorio S235–S355), tubo, fabricación general
Medio — 0.25–0.60%	Responde fuertemente al temple y revenido; la banda de la maquinaria	Ejes, engranajes, árboles: C45/1045 en torno a 0.45%, 4140 en torno a 0.40%
Alto — 0.60–1.00%	Muelles, piezas de desgaste y filos de corte; la soldadura se convierte en un procedimiento especializado	Aceros para muelles (aproximadamente 0.5–0.8%), aceros para raíles, cable de alambre, cuchillos
Muy alto — por encima de 1.00%	Máximo volumen de carburos y dureza tras temple; frágil sin un revenido cuidadoso	Aceros para herramientas y matrices (el D2 lleva aproximadamente 1.5%), limas, pistas de rodamientos en torno a 1.0%

Qué controla el carbono

Techo de dureza. El carbono fija la dureza máxima que un acero puede alcanzar cuando se templa por completo. La relación es pronunciada al principio, luego se satura: un acero con aproximadamente 0.20% de carbono alcanza unos 45 HRC como máximo, mientras uno con aproximadamente 0.60% de carbono puede llegar a mediados de los 60 HRC. Por encima de aproximadamente 0.6–0.8%, el carbono extra añade carburos resistentes al desgaste en lugar de mayor dureza.

La profundidad de endurecimiento es otra cuestión. La profundidad a la que penetra esa dureza — la templabilidad — se compra con manganeso, cromo, molibdeno o trazas de boro, no con carbono. Confundir los dos es un error clásico de especificación: un acero simple de alto carbono puede aún ablandarse unos milímetros por debajo de la superficie de una sección gruesa.

La soldabilidad va en sentido contrario. A medida que sube el carbono, la zona afectada por el calor se endurece más y se agrieta más fácilmente. La industria lo expresa con el carbono equivalente, más comúnmente la fórmula IIW CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Los aceros con CE bajo se sueldan libremente; a medida que el CE sube por encima de aproximadamente 0.40–0.45, se hacen necesarios el precalentamiento, la aportación de calor controlada y la práctica de bajo hidrógeno — por lo que los grados estructurales limitan el carbono bien dentro de la banda baja.

La tenacidad y la ductilidad disminuyen de forma constante al subir la escalera: el alargamiento y la energía de impacto a una resistencia dada son más altos en las bandas de bajo carbono, y los aceros de alto carbono ganan su dureza con una fragilidad que el revenido debe luego recuperar.

Elegir un peldaño

La regla práctica es comprar no más carbono del que la aplicación gasta. Las estructuras soldadas se quedan bajas; las piezas que serán endurecidas en toda la sección y revenidas viven en la banda media; solo las piezas pagadas en desgaste o vida de filo — muelles, raíles, herramientas — justifican los peldaños altos y sus costos de fabricación. Los nombres de grado a menudo introducen la respuesta de contrabando: en designaciones como C45, 1045 o S45C, el número es el carbono nominal en centésimas de porcentaje.