Todo sobre el acero 5160 (propiedades, resistencia y usos)

Guías

El acero es uno de los materiales de fabricación más importantes utilizados en la industria moderna. Es un metal fabricado a partir de la aleación de hierro con carbono y otros oligoelementos, donde estas adiciones proporcionan al acero una mayor fuerza, resistencia y dureza.

El acero se puede fabricar de muchas maneras diferentes, por lo que se han clasificado distintos tipos de aceros en función de su composición (para conocer mejor las diferencias entre aceros, lea nuestro artículo sobre los tipos de aceros). El Instituto Americano del Hierro & Acero (AISI) y la Sociedad de Ingenieros de Automoción (SAE) han desarrollado un sistema de denominación conjunto para las diferentes aleaciones, que describe la composición química y las características generales de cada acero. En este artículo se analizan las propiedades, la resistencia y los usos del acero 5160, un acero para muelles de baja aleación y alta resistencia que es excepcionalmente resistente y tenaz. Al explorar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, este artículo espera mostrar a los lectores cuándo elegir el acero 5160 sobre otras aleaciones menos adecuadas para su proyecto.

Propiedades físicas del acero 5160

Es importante entender el sistema de denominación del acero y sus aleaciones, ya que el nombre revela mucho sobre la composición de cada aleación. Al igual que el aluminio, el acero se denomina con un identificador de cuatro dígitos, pero a diferencia del aluminio, cada número contiene información importante sobre el porcentaje de carbono y los elementos de aleación asociados dentro de la aleación de acero. También hay que tener en cuenta que existen discontinuidades entre los sistemas de nomenclatura AISI y SAE, pero en general se solapan en cuanto a los nombres de las aleaciones y se tratarán como una sola entidad de nomenclatura en este artículo (índice de nomenclatura AISI/SAE).

El primer dígito de la nomenclatura de la aleación de acero representa la clase de la aleación de acero. En el caso del aluminio 5160, el 5 representa las aleaciones de acero que utilizan el cromo como principal elemento de aleación. El segundo dígito representa la concentración del mencionado elemento de aleación; por tanto, el acero 5160 tiene un 1% de cromo en masa. Los dos últimos dígitos representan la concentración específica de carbono, donde designan que la aleación tiene un 0,XX% de carbono. En el caso del acero 5160, eso significa que la concentración de carbono es del 0,60% de carbono, lo que lo convierte en un acero de medio a alto carbono. Tenga en cuenta que éste no es un análisis exhaustivo, y que para ser considerado acero 5160, el material debe alcanzar también las tolerancias de concentración de los demás elementos que se indican a continuación:

• 0.75-1% Manganeso
• 0,035% Fósforo
• ≤ 0,15-0,3% Silicio
• ≤ 0,04% Azufre

El acero 5160 es excepcionalmente duro y resistente. Presenta un alto nivel de resistencia a la fatiga, una gran ductilidad y buenas cualidades de resorte, útiles para aplicaciones en las que se desea flexibilidad. Por lo tanto, forma parte de los «aceros para muelles», que representan aquellas aleaciones que son flexibles pero tienen suficiente resistencia para volver a su forma original después de la deformación. Aunque no es fácil de soldar o mecanizar, el acero 5160 puede ser tratado térmicamente, recocido y trabajado en caliente para darle forma. Tiene una densidad de 7,85 g/cm3 (0,284 lb/pulg3).

Debilidad a la corrosión

El acero 5160 se oxida con facilidad, lo cual es un desafortunado efecto secundario que presentan la mayoría de los aceros. El oxígeno del aire y del agua ataca las moléculas de hierro del acero y forma óxido de hierro, también conocido como óxido, que puede introducir grietas y puntos débiles en el acero. El cromo se añade para ayudar a prevenir esta oxidación, pero no es suficiente en masa para prevenir completamente la degradación. Cualquier daño cáustico debilitará el acero 5160, por lo que es importante considerar el riesgo de óxido de su proyecto al implementar este metal.

Propiedades mecánicas

Tabla 1: Resumen de las propiedades mecánicas de la aleación de aluminio 6063.

La tabla 1, mostrada arriba, proporciona algunos valores mecánicos básicos del acero 5160. Esta sección explorará brevemente cada valor y su relevancia para las características de trabajo de este material de gran utilidad.

El límite máximo de tracción y el límite de fluencia son valores que describen la respuesta de un material al estar en tensión. El límite elástico describe la máxima fuerza de tracción que no deformará permanentemente una muestra de acero, y la resistencia última es la máxima fuerza de tracción antes del fallo (fractura/agrietamiento). El acero 5160 es excesivamente resistente a la tensión, y presenta valores muy superiores incluso a los del aluminio más resistente (a modo de comparación, el aluminio 7075, una aleación de aluminio considerablemente resistente, tiene un límite elástico de 572 MPa / 503 MPa, respectivamente). Estas resistencias demuestran por qué este acero es un formidable acero para muelles, ya que puede soportar una paliza antes de deformarse permanentemente.

El módulo de volumen describe la resistencia de un material a la compresión uniforme, es decir, la dificultad para disminuir el volumen de un objeto mientras está sometido a una carga axial. El módulo aparente del acero 5160 es de 160 GPa, lo que significa que es casi 80 veces más difícil de comprimir que el agua líquida (el módulo aparente del agua es de 2,15 GPa). Esto demuestra una vez más por qué el acero 5160 es perfecto como acero para muelles; las suspensiones de los automóviles están a menudo en compresión constante y no deben vacilar bajo una fuerza de compresión constante.

De forma similar, tanto el módulo de cizallamiento como el módulo elástico muestran la resistencia de un material en respuesta a las tensiones de cizallamiento y elásticas, respectivamente. Proporcionan una buena indicación de la tenacidad general de un material, así como de las tensiones a las que es susceptible el material. El acero 5160 no tiene que preocuparse por muchos puntos débiles, ya que tanto su módulo de cizallamiento como su módulo elástico son impresionantemente grandes. Es interesante observar que la maquinabilidad y la trabajabilidad de un material suelen estar inversamente relacionadas con estas dos medidas, ya que un acero más fuerte y resistente atascará las fresas y, en general, dará más problemas a los maquinistas.

Aplicaciones del acero 5160

El acero 5160 es, como se ha descrito anteriormente, un acero ideal para muelles. Su gran resistencia se utiliza a menudo en aplicaciones con secciones transversales más pequeñas sometidas a un esfuerzo considerable, como los muelles, las fijaciones y las ballestas de las suspensiones de los automóviles. Los proveedores lo suministran en forma de barras y tubos y puede utilizarse para crear componentes excepcionalmente fuertes, siempre que se disponga de las herramientas necesarias para procesarlo. El acero 5160 también se utiliza en la construcción de rascadores y parachoques, y puede constituir un gran filo de navaja que es a la vez duradero y flexible. Si necesita ductilidad, dureza y resistencia, considere preguntar a su proveedor por el acero 5160.

Resumen

Este artículo presenta un breve resumen de las propiedades, la resistencia y las aplicaciones del acero 5160. Para obtener información sobre otros productos, consulte nuestras guías adicionales o visite la plataforma de descubrimiento de proveedores de Thomas para localizar posibles fuentes de suministro o ver detalles sobre productos específicos.

Fuentes:

1. https://www.academia.edu
2. http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf
3. https://continentalsteel.com/carbon-steel/grades/alloy-5160/
4. http://www.matweb.com
5. https://www.engineeringtoolbox.com

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