domingo, 19 de julio de 2015

Aceros - Primera parte - Introducción ( MUY BÁSICO SOLO INICIADOS)

Comienzo aquí un apartado teórico, mientras aguardo la mudanza que hará que el fuselaje pase de estar de los 50 Km de distancia a pocos metros de mi cama.
Por tanto continúo trabajando los herrajes en mi casa mientras espero la mudanza y traerme todo lo que tengo en Padua...
Aceros...En un comienzo dije que no tenía mucha idea de soldadura ni tampoco tenía mucha idea de los aceros en general, he pasado ya más de un año interiorizándome en el tema y pretendo postear una guía simple y lo más práctica que me sea posible redactar para todo aquel que le interese el trabajo de este material para fines aeronáuticos y sepa poco, como yo al principio.
Aero Vs No Aero

Antes de hablar concretamente del acero pretendo dar a conocer mi parecer sobre la famosa frase "material aeronáutico/no aeronáutico".
Honestamente desconozco si existe una regla que determine qué material es "aeronáutico" y cuál no lo es. Pero la evidencia me lleva a pensar que no existe tal regla o norma. ¿Por qué? Porque he visto y veo aviones experimentales fabricados con los más variados materiales y a ninguno le han rechazado la matrícula o la homologación.
Por tanto pretendo romper con la mítica de "esto es aeronáutico y esto otro no lo es". Ya que es menester plantearlo como axioma, de otro modo, cuando hable de distintas aleaciones de aceros y cómo intercambiar unas con otras, estaría cometiendo la herejía de mezclar materiales aeronáuticos de otros que en teoría de los ortodoxos no lo son.
Yo creo que si te fabricaste un avión de ladrillos o de quebracho, vuela y entra dentro de las especificaciones de cálculos establecidas, entonces el ladrillo y el quebracho son materiales tan aeronáuticos como el pino spruce los tubos de AISI 4130 o el aluminio 6061 T6.
Más allá de la exageración metafórica, mi pretensión es terminar con la discriminación a los materiales "no aeronáuticos"
Si así fuera, un experimental de tubo y tela no podría estar fabricado con otra aleación que no fuera AISI 4130. Sin embargo observo 1010/1020/1030/1070 y acero inoxidable 304/316/201 etc.

Por tanto mi axioma es: Todo material utilizado por toda "cosa voladora" que no está construida con los típicos usados por Piper, Cessna, Luscombe, Beechcraft etc. y la "cosa" se encuentra homologada, matriculada y vuela, ES AERONÁUTICO.

Dicho esto, vamos al grano; Cuando era más ignorante de lo que soy ahora creía con respecto al acero que éste es por definición inoxidable y por ende toda cosa que tiene forma de acero, pero se oxida, es "hierro" o peor aún "fierro".
Esta creencia me valió incluso después de recibirme de técnico Químico, por tanto debí volver a la secundaria...pero gracias a Dios ningún profesor se enteró.

Bueno, lo cierto es que NO.
El hierro puro (estimados cerrajeros, herreros, etc.) prácticamente no se comercializa ya que no tiene aplicación en la industria ni en la vida diaria. Todo lo que brilla, "no es oro". Es acero.
Por tanto TODO es acero, el picaporte de la puerta, la reja de la ventana y los tubos del avión.
Quiero aclarar que obviamente nos estamos refiriendo a las aleaciones ferrosas, no me van a venir con el picaporte de bronce o con el adorno en forma de flecha que tiene en la punta la reja, que es de "fundición" o con la reposera que es de "duraluminio".
Estamos excluyendo a todas las aleaciones que no sean ferrosas.
¿Aleaciones? es la mezcla de un metal con otro metal o un no metal (o varios) fundidos que forman un compuesto homogéneo.
Bronce: Cobre y estaño
Acero: Hierro y Carbono
¿Homogéneo? Es toda solución en donde no se distingue más de una capa, por ejemplo el agua con azúcar disuelta; son dos compuestos pero se observa una sola capa, es un sistema homogéneo. El aceite con el agua forman un compuesto HETEROGENEO por que no son miscibles, no se mezclan y se distinguen dos capas. El acero...no se ve el carbono por un lado y el hierro por el otro, se ve una sola capa, se ve algo HOMOGENEO.
Como todo, se descubrió que se puede alear el hierro y el carbono de 100 maneras distintas (distintas proporciones) y que cada producto posee distintas características de acuerdo a la cantidad de hierro y carbono que posea la aleación, así también se observó que agregando otros metales o no metales a la aleación se logran todavía nuevas características (el producto resulta más duro, menos duro, más elástico, menos elástico, más inoxidable, menos inoxidable, mas etc. menos etc.)
Y como para echar más confusión se descubrió que realizando diversos procesos térmicos al producto terminado, se logran todavía nuevas características, que resultan ser muy distintas a las del producto original.
Como en el mundo es necesario estandarizar, enseguida aparecieron las normas.
Las normas ordenan las cosas, hacen que si yo fabrico un auto con tal tipo de acero,  en la otra punta del país en donde fabrican otro auto de la misma marca, lo hagan con el mismo acero y no con otro completamente distinto.
Entonces yo digo que desde ahora, al acero que surge de una aleación que posee un 99,08 % de hierro y un 0,2% de carbono, lo llamamos SAE 1020 en todos lados, digo que los últimos dos dígitos me van a indicar la cantidad de carbono que tiene en centésimas (así, porque soy un tipo jodido nada mas, ya que le podría haber puesto tranquilamente 1002...pero no) y el SAE es por "Society of Automotive Engineers" porque soy ingeniero de la sociedad automotor y me la banco =).

Entonces, bromas al margen. SAE o AISI (American Iron and Steel Institute) es casi lo mismo, son normas y la diferencia es que una es inglesa y la otra estadounidense. IRAM son las nuestras, las argentinas (Instituto argentino de normalización y certificación).
SAE, AISI, IRAM son las normas, las que me dicen qué tipo de aleación es el acero del que estoy hablando y los números al final son la clave.
SAE 1010 es un acero de los muchachos que fabrican autos y me dice que tiene un 0,1 % de carbono en la aleación, fabrique un auto acá o lo haga en la otra punta del país, todos vamos a saber que si nos dicen que el chasis hay que hacerlo en SAE 1070, estaremos seguros que los vamos a hacer iguales, sea donde sea.
AISI 316L es un acero de los muchachos del instituto norte americano de aceros y hierros y me dice que es inoxidable con agregado de molibdeno al por mayor. En donde sea que hablen de este tipo de aleación, sabemos qué tenemos que usar. Para eso son las normas.
Ellos me dan la clave y yo tengo que saber posteriormente las particularidades y características que ofrece el agregado de cada elemento para conocer finalmente las características del producto terminado.
Entonces si alguien me dice "che tengo un tramo de barra de acero 1070" yo pienso "aja...tiene un 0,7 % de carbono y un 99,03% de hierro" ¿qué groso no?"
Pero estos son solo números si no sé mas nada del tema.
Entonces empecemos con los tips:
TIPS!
Cuanto más contenido en carbono tiene la aleación, más dura es y más resistente resulta.
¿Simple no?
El problema es "cuanto" es mucho, porque en lo que a mí respecta un 0,7 % de algo, es muy poco...sin embargo resulta que para el acero, un 1 % de carbono es una barbaridad!. Entonces ya tengo un parámetro; un 0,7 % de carbono es mucho carbono, por tanto ésta es una aleación MUY dura y MUY resistente.
¿Cómo será la 1010?...pues bien, es la de más baja en contenido de carbón, por lo tanto es muy "blanda" y la de menor resistencia. Al igual que antes tendremos que poner un parámetro de base, ya que esto no significa que voy a agarrar una planchuela de acero 1010 y la voy a poder romper con la mano como si fuera una hoja. De hecho en los planos del avión que estoy armando, los herrajes son de "chapa" 1010. Por tanto vemos que lo blando es respecto del 1020 y sus superiores pero no significa que se vaya a partir. En adelante, cuando veamos los ensayos de tracción, veremos por ejemplo que esta aleación resiste bastante más de una tonelada.
Ya conocemos algo más, todo lo que brilla y sé que es de hierro, no es hierro sino acero.
·         Que sea acero no significa que sea "inoxidable" de hecho seguramente no lo sea y dependerá del tipo de aleación y los elementos aleados.
·         No es posible distinguir el tipo de aleación de un acero a simple vista. No se puede ver si es SAE 1020 o 1030 o 4130 o 304, si está galvanizado o cromado puede confundir. Será necesario contar con un "pedazo" y analizarlo en laboratorio o por medio de algunos ensayos básicos que explicaré en adelante.
·         Cuanto más carbono tiene la aleación más duro es el acero, más resistente es, pero también ES MAS FRAGIL y menos soldable, un SAE 1070 es más duro, más resistente, menos soldable y mas frágil que un 1020 que a su vez es más blando, menos resistente, pero mucho mas soldable y elástico que el 1070.
·         A tal punto lo endurece el carbono al acero, que las piezas de fundición poseen un muy alto contenido de carbono, más del 2 % (los adornos de las rejas, el cuerpo de las morzas, etc.) son extremadamente duros, pero si las arrojamos de la mano al piso, incluso sin impulsarlas, lo más probable es que se partan. Su fragilidad es extrema y no se pueden soldar. Se puede ejemplificar con un ladrillo macizo, es durísimo, sin embargo se cae al piso y se rompe.  Eso significa que la dureza es proporcional a la fragilidad.

Aparte de hierro y carbón, el acero posee otros elementos químicos que le proveen ciertas características, pero no me explayaría en ellas por un motivo; no nos interesan para los fines que nos proponemos excepto tres de ellos: el níquel, el molibdeno y el cromo.

FIN PRIMERA PARTE

Lamento haber aburrido al que sabe, este inicio es para el que como yo, en un principio, sabía poco y nada.
Bien puedo copiar/pegar de la web ya que como todos sabemos abunda información del tema, pero hacer eso me da:
1. Plagio
2. Poco serio de mi parte
3. Para que hago esto si cualquiera puede leerlo de otro lado, por ello la cuestión es decirlo con mis palabras y siempre agregando que el fin es aeronáutico tal que, al final del tema, todo confluirá en ese fin y entonces el que se detenga a leerlo sabrá que cada palabra escrita lleva a eso.
Bien puedo poner que la densidad del acero es "tal" y su límite de fluencia es "tal"...pero, hablo de una barra rectangular? de un cilindro macizo? de un tubo? nadie va a construir un avión con barras. Por tanto no sirven demasiado esos datos ya que los momentos de inercia de cada uno de ellos es bien distinto.
Mientras aguardo la mudanza, preparo la segunda parte en donde nos metemos ya en tema un poquito más complejo.

Saludos.