Acero S2 para herramientas: propiedades y composición química
Hablar del acero S2 nos obliga a tratar los elementos químicos que forman parte de la aleación. Este acero para herramientas está constituido por silicio, molibdeno, manganeso, vanadio y, por supuesto, carbono. Tiene, además, un bajo contenido de azufre y de fósforo. Para empezar por el principio, ¿qué propiedades tienen estos elementos?
Propiedades de los elementos químicos que constituyen el acero S2
Molibdeno
Es probable que recuerdes al señor Molibdeno, quien nos solucionó algunos problemas en este artículo sobre destornilladores al molibdeno. El molibdeno (Mo) se descubrió en 1781. Es un metal duro que, curiosamente, debe su nombre a uno blando: el plomo.
Molybdos significa en griego 'plomo'. La molibdenita, mineral del que se extrae (el molibdeno, no el plomo) se parece a este último. De ahí que los mineros confundiesen una mena de molibdenita con una de plomo.
El molibdeno destaca por su punto de fusión: 2623 ºC, uno de los más altos de la tabla periódica. Aleado en el acero S2 para herramientas, mejora su dureza y su resistencia a las altas temperaturas. Además, se añade molibdenita en polvo al aceite de motor por sus propiedades lubricantes.
Silicio
43 años después del descubrimiento del molibdeno llegó el del silicio (Si). La arena y la mayor parte de los minerales de la Tierra contienen silicio. Con este material se fabrican los paneles solares y también la silicona.
Un uso del silicio en metalurgia es elaborar acero eléctrico, también llamado acero para transformadores (o acero al silicio, a secas). Para elaborar esta aleación se añade hasta un 6.5 % de Si. El acero eléctrico destaca por sus propiedades magnéticas —baja histéresis entre ellas— y se utiliza, por ejemplo, para fabricar transformadores eléctricos.
En el acero S2 para herramientas, el silicio aumenta la dureza y la resistencia mecánica del material, aunque lo hace en menor medida que el manganeso. Todos los aceros lo contienen en distintas proporciones. Hay una buena razón para ello: mejora la solidez del acero por sus propiedades antioxidantes. Así, el silicio previene que el acero aleado presente daños por corrosión o defectos mecánicos.
Vanadio
Quizás aprendiste sobre el vanadio (V) cuando investigaste qué llave inglesa comprar. En efecto, las siglas Cr-V de su cuerpo —Cr es el símbolo del cromo— indican que su acero es duradero además de duro.
Ya antaño, los herreros sabían que añadir este elemento químico al acero mejoraba su resistencia. Así, las afiladas espadas en acero de Damasco (capital de Siria) fueron pioneras en el uso del vanadio.
Pues bien, el vanadio se descubrió en 1801. Pero fue Henry Enfield Roscoe el primero que lo aisló, en 1869. Este químico inglés nacido en Londres también estudió el tungsteno, constituyente fundamental de la vidia.
El vanadio es un metal duro y fuerte pero moldeable. Así que ya sabes por qué el acero S2, con el que se fabrican las mejores puntas de atornillar, lo incluye en su composición.
Manganeso
En el tema IV (magnetismo) del curso Electricidad Fácil hablamos de Magnesia, una región griega que da nombre no solo a la magnetita: también al manganeso (Mn) y al magnesio. El manganeso se aisló en 1774 a partir de una mena de pirolusita. Lo descubrió el químico sueco Johan Gottlieb.
En su estado puro, el manganeso es duro pero frágil. Lo encontramos, por ejemplo, en algunas pilas eléctricas (en forma de óxido). Aparece también en el acero de los tanques y en el de las vías del tren. Se añade manganeso al acero de raíles y vehículos blindados para mejorar su resistencia.
El acero S2 contiene pequeñas cantidades de manganeso. Si, por el contrario, se añade un 11-15 por ciento de Mn, la aleación resultante se llama Mangalloy (o acero al manganeso). Las propiedades del Mangalloy son una extraordinaria resistencia al desgaste y a la abrasión, un buen comportamiento a los impactos y una alta resistencia mecánica.
Carbono
Vanadio y molibdeno son metales. No lo es silicio. Tampoco el carbono. Sin embargo, no hay ningún elemento químico que tenga mayor influencia en la resistencia del acero que el carbono (C).
Por sí solo, el hierro (Fe) es un metal blando. De hecho, un cuchillo de acero afilado corta con facilidad hierro en estado puro. Pero la cosa cambia si al hierro se le añade hasta un 1.7 % de carbono. Porque entonces se convierte en acero.
¿Sabes qué herramientas se fabrican en acero con alto contenido de carbono? Pongamos solo dos ejemplos: la lima para metal y la escofina de carpintero.
Lo curioso es que la dureza del acero S2 depende de un material blando como la mina de los lápices; en efecto, el grafito que se encuentra en la naturaleza no es sino una forma blanda de carbono. Una forma dura de carbono es el diamante.
El acero S2 contiene entre un 0.4 y un 0.55 por ciento de carbono. Pero ¿qué porcentaje del resto de elementos?
Composición química del acero S2
En la siguiente tabla se indica la composición química del acero S2:
| Elemento | Contenido (%) |
|---|---|
| Hierro (Fe) | 97 |
| Silicio (Si) | 1.05 |
| Carbono (C) | 0.4-0.55 |
| Manganeso (Mn) | 0.4 |
| Molibdeno (Mo) | 0.4 |
| Vanadio (V) | 0.5 |
Características y propiedades del acero S2
El acero S2 pertenece al grupo S de AISI, familia de aceros resistentes al impacto de la norma AISI (Instituto Americano del Hierro y el Acero). Otros aceros de la familia son los tipos S1, S5, S6 y S7.
Como propiedades físicas, hay que destacar del Acero S2 el punto de fusión: 1421 ºC. Y su densidad: 7790 kg/m³. En cuanto a las propiedades mecánicas, el módulo elástico del acero S2 es de 190-210 GPa, mientras que el coeficiente de Poisson es de 0.27-0.30.
El acero para herramientas S2 soporta el mecanizado y la forja por encima de los 871 ºC. Se suelda sin dificultad con técnicas convencionales. Y se puede trabajar en frío si se somete a un tratamiento térmico de recocido. Se templa en un rango de temperatura que va desde 177 ºC hasta 427 ºC, de lo que resulta un valor de dureza de 50-60 en la escala C del ensayo Rockwell.
Para concluir, me parece oportuno comentar que, además de puntas de atornillar, con acero S2 se fabrican martillos, cinceles y cortafríos.
Muy buena información.
Muy bien explicado, gracias.
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