"Este artículo es parte de una serie de textos aportados por estudiantes de ingeniería mecánica del Instituto Tecnológico de Celaya, que publicaremos a lo largo de los próximos meses. Nos da mucho gusto compartir el entusiasmo con el que escriben y nos acercan a sus intereses en la ingeniería."
Autores: Estela Narvaez Hurtado, Oswaldo Ismael González León, Manuel Alejandro Huerta Urbina.
Si algo resistente está hecho de acero entonces, ¿de qué está hecho el acero? ¿Alguna vez te has preguntado cómo es que estructuras de metal soportan cargas tan inmensas? Un ejemplo es la Torre Eiffel; esta ha podido resistir mucho peso y durar muchos años gracias a que se construyó con acero.
El acero es un material metálico con propiedades similares a las del hierro, por lo que comúnmente es confundido con éste. Ambos poseen una gran resistencia, pero lo que distingue al uno del otro radica en un elemento que los acompaña: el carbono, el ingrediente secreto de este metal. Este elemento se encuentra presente en algo tan simple como el grafito de tu lápiz y en algo tan increíble como un diamante. La diferencia entre estos es su arreglo cristalino y el porcentaje de carbono que contiene cada uno y puede que te preguntes ¿con más carbono es más resistente? Curiosamente, la realidad no es ésta como veremos a continuación.
Entre menos carbono contenga el metal, resiste más. Es como la sal en la comida, se necesitan cantidades justas, pero no excesivas; mucha sal, o en este caso mucho carbono, haría que este metal fuese muy resistente pero a la vez muy frágil. ¿Quizá te preguntas cómo puede ser ambos? Bueno, esto es porque la resistencia es la capacidad de un elemento para soportar fuerzas o esfuerzos sin deformarse, deteriorarse o fracturarse. Por otra parte, un metal se considera frágil cuando el material es capaz de fracturarse con poca deformación. Un ejemplo de esto es el vidrio de un parabrisas, puede soportar la fuerza del aire y condiciones climáticas extremas por años y no se deforma nunca, pero si se le aplica una carga que lo deforme sólo un poco, como cuando una piedra lo golpea repentinamente, se puede llegar a romper completamente.
La ayuda que proporciona el carbono al acero es únicamente en sus propiedades físico - químicas, aunque el acero sigue conservando la dureza del hierro. Así, se obtiene un material de mejores propiedades que lo hace más factible para diversos usos. Su producción se vuelve mucho más fácil al necesitar menos energía en su fabricación en comparación con otros materiales, como el aluminio. No sólo eso le da una ventaja para ser usado comúnmente en estructuras grandes, sino que también es un material que puede llegar a ser de bajo costo y que incluso se puede llegar a producir reciclando chatarra del mismo metal. Sin duda, el acero es uno de los materiales más importantes, multifuncionales y adaptables con que cuenta el humano.
Para que un metal se considere acero, la concentración de carbono puede ser del 0.03% hasta del 2.11%. Con base en la concentración se clasifica en tres tipos: de bajo, medio o alto contenido de carbono. El acero de bajo contenido de carbono es el más comercializado y contiene de 0.03% a 0.25% de carbono. En cuanto a sus aplicaciones, se utiliza a manera de láminas, las cuales son dobladas para producir electrodomésticos, carrocería de automóviles, gabinetes para PC, etc. El acero de medio carbono contiene entre 0.25% y 0.6% de carbono. Se utiliza en la fabricación de elementos de transmisión de potencia, como lo son engranajes, cigüeñales, ejes, bielas, levas y válvulas. Los aceros de alto contenido de carbono contienen de 0.6% a 2.11% de carbono, y se usan en la fabricación de herramientas de corte (hojas de sierra, cuchillos, mechas, tenazas, pinzas, entre otros), así como elementos de tensión como lo son alambres, tensores y cuerdas de piano.
Probetas de acero AISI 1045. Créditos: Estela Narvaez Hurtado (autor)
El acero es uno de los materiales con mayor cantidad de beneficios. Las ventajas más notorias son la alta resistencia por sus bajos niveles de carbono, la uniformidad de sus propiedades a lo largo del tiempo, su durabilidad, su ductilidad al soportar grandes deformaciones sin fallar a altos esfuerzos de tensión, y su tenacidad, que es la capacidad de absorber energía en grandes cantidades.
Sin duda alguna, este metal es uno de los más utilizados por sus amplias propiedades y bajos costos, es por esto que está presente en las varillas o vigas utilizadas en la construcción de la mayoría de los puentes para medios de transporte y también casas y edificios, puesto que estas requieren una alta durabilidad y tenacidad, cosa que no se lograría al construirse con aluminio, por ejemplo.
El carbono tiene un papel importante en el acero, y gracias a él podemos darle las diversas aplicaciones con la seguridad de que cumplirá bien con su función. Por esto, conocer cómo influye en las propiedades físico - químicas nos ayuda a determinar el tipo de acero que necesitamos para un proyecto en particular.
Bibliografía
Askeland, D. (1998). Ciencia e ingeniería de los materiales. Universidad de Missouri: International Thomson Editores.
Callister, W., Rethwisch, D. (2016) Ciencia e ingeniería de materiales. - 9a - ed. Barcelona: Reverté.
Acerca de los autores
Oswaldo Ismael González León: Estudiante de ingeniería mecánica, con interés en producción industrial y de operaciones, y en la música.
Manuel Alejandro Huerta Urbina: Estudiante de ingeniería mecánica, curioso por saber cómo funcionan las cosas y cómo se fabrican, interesado en la música, la cocina y el bushcraft.
Estela Narvaez Hurtado: Estudiante de Ingeniería Mecánica con interés en el diseño, uso y funcionamiento de los elementos automotrices, y en la cultura.
Editores: Emiliano Cantón, Ximena Bonilla