Acero al carbono: definición, composición y propiedades principales

Las composiciones típicas del carbono son:

• Acero dulce (bajo en carbono): aproximadamente entre el 0,05% y el 0,25% de carbono con un contenido de manganeso de hasta el 0,4% (por ejemplo, el acero AISI 1018). Menos resistente, pero barato y fácil de moldear; la dureza de la superficie puede aumentarse mediante carburación.
• Acero de carbono medio: aproximadamente del 0,14% al 0,84% de carbono con un contenido de manganeso del 0,60 al 1,65% (por ejemplo, el acero AISI 1040). Equilibra la ductilidad y la fuerza y tiene una buena resistencia al desgaste; se utiliza para piezas grandes, forja y piezas de automóvil.
• Acero de alto contenido en carbono: aproximadamente del 0,59% al 0,65% de carbono con un contenido de manganeso del 0,30 al 0,90%. Muy resistente, se utiliza para muelles y alambres de alta resistencia.
• Acero de muy alto contenido en carbono: aproximadamente del 0,96% al 2,1% de carbono, especialmente procesado para producir microestructuras atómicas y moleculares específicas.

El acero puede tratarse térmicamente, lo que permite fabricar piezas en un estado blando fácilmente vadeable. Si hay suficiente carbono, la aleación puede endurecerse para aumentar la fuerza, el desgaste y la resistencia al impacto. Los aceros suelen forjarse mediante métodos de trabajo en frío, que consiste en dar forma al metal mediante la deformación a una temperatura baja de equilibrio o metaestable.

El acero dulce es el más común, ya que su precio es relativamente bajo y sus propiedades son aceptables para muchas aplicaciones. El acero dulce tiene un bajo contenido de carbono (hasta el 0,3%) y, por tanto, no es extremadamente frágil ni dúctil. Se vuelve maleable cuando se calienta, por lo que puede forjarse. También se utiliza a menudo cuando hay que formar grandes cantidades de acero, por ejemplo, como acero estructural. La densidad de este metal es de 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³) y la resistencia a la tracción es de un máximo de 500 MPa (72500 psi)

Los aceros al carbono que pueden someterse con éxito a un tratamiento térmico tienen un contenido de carbono que oscila entre el 0,30% y el 1,70% en peso. Las trazas de impurezas de otros elementos pueden tener un efecto significativo en la calidad del acero resultante. Las trazas de azufre hacen que el acero sea "rojo-corto", lo que supone un defecto: el acero es frágil y desmenuzable. Los aceros al carbono de baja aleación, como el grado A36, contienen aproximadamente un 0,05% de azufre y se funden alrededor de 1426-1538 °C (2600-2800 °F). A menudo se añade manganeso para mejorar la templabilidad de los aceros de bajo carbono. Estas adiciones convierten el material en un acero de baja aleación según algunas definiciones, pero la definición de acero al carbono de AISI permite hasta un 1,65% de manganeso en peso.

El acero endurecido suele referirse al acero templado o al templado y revenido.

El acero plateado o acero brillante con alto contenido de carbono, recibe su nombre por su aspecto, debido al alto contenido de carbono. Es un acero de muy alto contenido en carbono, o puede considerarse como uno de los mejores aceros de alto contenido en carbono. Se define bajo las normas de especificación del acero BS-1407. Se trata de un acero para herramientas con un 1% de carbono que puede rectificarse con tolerancias estrechas. Por lo general, el rango de carbono es de un mínimo del 1,10% pero llega hasta el 1,20%. También contiene elementos traza de 0,35% de Mn (rango 0,30%-0,40%), 0,40% de Cr (rango 0,4%-0,5%), 0,30% de Si (rango 0,1%-0,3%), y a veces también azufre (máximo 0,035%) y fósforo (máximo 0,035%). El acero plateado se utiliza a veces para fabricar navajas de afeitar, debido a su capacidad para producir y mantener un filo microfino.

El objetivo del tratamiento térmico del acero al carbono es modificar las propiedades mecánicas del acero, normalmente la ductilidad, la dureza, el límite elástico y la resistencia al impacto.