Clasificaciones de la ASTM para el acero

La American Society for Testing and Materials, ASTM por las siglas en inglés de Asociación Americana de Ensayo y Materiales, fue creada en 1902. Es una asociación que desarrolla normas técnicas específicas aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios.

La asociación está compuesta por gobiernos, productores, usuarios, consumidores y académicos de más de 100 países. Desarrollaron las normas ASTM bajo consenso voluntario de todos sus miembros.

Para el desarrollo de las normas técnicas ASTM se involucran múltiples disciplinas de ingeniería, materiales y ciencias del suelo. Trabajan con un sistema en línea.

Sus metodologías permiten la colaboración y el monitoreo durante todo el proceso. Tanto el inicio, desarrollo, seguimiento, como las revisiones y la votación final de aprobación se llevan en mutuo consenso.

Los primeros indicios de la creación del acero provienen de África en el año 1.400 antes de Cristo. Posteriormente se encontró acero compuesto de hierro forjado con hierro fundido en China, elaborado en el siglo I A.C.

Se siguieron encontrando piezas de acero compuesto de diferentes elementos. La combinación de estos permitió crear aceros con características y propiedades diferentes, cada cultura lo adaptó a sus necesidades.

El acero ha sido utilizado a lo largo del tiempo por muchas culturas. Esto se debe a la versatilidad de sus propiedades y la variedad de usos que se le puede dar.

Dediquemos este artículo a las normas ASTM para aceros y su clasificación.

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Conozcamos un poco la historia. Por los años 1840 en Estados Unidos varias compañías empezaron a construir ferrocarriles y sus vías. Se observó que las vías se rompían con mucha frecuencia.

Las compañías de fundiciones de acero y las industrias de ferrocarriles trabajaban de manera independiente. Cada una bajo su propio criterio, elaboraban acero sin ningún control de calidad estándar.

En esos años existía la Asociación Internacional de Ensayo y Materiales, siendo sus siglas en inglés IATM. Eran los encargados del control de calidad de las vías ferroviarias de Pensilvania.

Como las vías se rompían con mucha frecuencia, la IATM tomó la iniciativa de consensuar con todas las compañías. Logrando que todas las empresas involucradas en las vías, implementaran controles de calidad coordinadamente.

A partir de 1902 la IATM se constituye como American Society for Testing and Materials (ASTM). En español Asociación Americana de Ensayo y Materiales.

Posteriormente amplió su campo de acción a todos los materiales, no solo a las vías ferroviarias. Si quieres conocer más acerca de la historia de las normas ASTM visita su sitio oficial en español o inglés.

Las normas o estándares ASTM son un conjunto de patrones o especificaciones que se aplican para evaluar o medir un producto, material o proceso referidos a metales, petróleo, concretos y construcción.

Para tener una idea de la variedad, llevados a español hay unos 315 estándares ASTM, puedes ver la lista detallada de estándares ASTM en su página web.

Usualmente se utilizan para estandarizar o unificar criterios de fabricación o elaboración. Se resumen en un documento por consenso, el cual, todos los involucrados aprueban y los hacen cumplir.

La estructura del código de las normas ASTM no especifica la composición química del acero. Este código determina la aplicación o su ámbito de empleo.

ASTM: es la norma

A: se trata de especificaciones para acero.

B: especificaciones para no ferrosos.

C: especificaciones para hormigón y estructuras civiles.

D: especificaciones para químicos, así como para aceites, pinturas, entre otros.

E: métodos de ensayo.

A36 o A36M: es el código correlativo asignado a la norma. El primero está expresado en sistema inglés (A36) y el segundo está representado en sistema métrico (A36M)

96: significa el año en que se adoptó la norma

a: año de revisión de la norma. Sin carácter especificado significa primera revisión; donde a: es segunda revisión y b: es tercera revisión.

Por ejemplo: ASTM A36: Norma de especificaciones para aceros estructurales al carbono.

Más sobre el tema: Especificaciones del ASTM A516-70N

El acero es un material ferroso, compuesto en mayor medida de hierro y de carbono. También tiene otros elementos en menor proporción como magnesio, fósforo, níquel, cromo entre otros.

Los investigadores modernos han seguido las prácticas históricas respecto al tema. Han creado más de 5,000 tipos diferentes de acero, variando la cantidad de elementos en la composición básica.

Esta variación cambia sus propiedades físicas y químicas, así como su utilización. Dependiendo del destino final que se le dé al acero, se pueden modificar sus propiedades. Algunas de las propiedades del acero son:

1. Ductilidad: es la propiedad del acero que permite soportar deformaciones al sufrir esfuerzos de tracción, sin romperse.
2. Dureza: es la capacidad del acero de oponerse a ser penetrado por otro material.
3. Resistencia: se refiere a la resistencia a la tracción, en otras palabras, la resistencia que opone el material a ser estirado.
4. Maleabilidad: es la capacidad del material para soportar la deformación sin romperse por compresión.
5. Tenacidad: es la unión de las propiedades de ductilidad y resistencia. 

Para determinar qué propiedades tiene un material de acero, se le realizan diferentes pruebas y ensayos. Con base en ellos, se puede identificar el material que se necesita.

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El acero es utilizado como material de construcción en casi todas las aplicaciones de la ingeniería. Específicamente en la estructura de edificios, puentes, industria ferroviaria, automotriz, naval y aeronáutica.

Se usan en la construcción de un sinfín de estructuras, aquí se consideran que son apropiados los aceros al carbono. Debido a la combinación de alta resistencia mecánica y su facilidad de moldeo, casi literalmente, no se le da importancia al peso del material.

Por lo general se usa el acero al carbono laminados y sin tratamiento térmico para la industria del transporte, para ello, si es importante la relación resistencia /peso.

Con destino de transportación, se requiere un material de peso bajo y alta resistencia. Además de resistente a los impactos y a la corrosión, especialmente en la naval.

Es difícil establecer una equivalencia entre los aceros porque sus características dependen del país de origen.

Los diferentes nombres que se le asignan y la clasificación según diversas normas internas dificulta este proceso.

Sin embargo, a continuación presentaremos las más utilizadas de acuerdo a la composición química y su aplicación.

Para conocer más detalles sobre la composición del acero, puedes visitar la página Acero.es.

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Con base en sus principales componentes tendremos los siguientes tipos de acero:

1. Aceros al carbono: El principal mineral que contiene este tipo de acero es el carbono. Los minerales considerados como elementos residuales pueden ser: magnesio, fósforo, cromo y azufre,  siempre en pequeñas cantidades. 
2. Aceros de baja aleación: los minerales residuales están presentes por arriba de las cantidades normales. Siendo magnesio, cromo, molibdeno entre otros.
3. Aceros de alta aleación: Especifican que la cantidad total de los elementos aleantes de estos aceros debe estar en un mínimo de un 10 a 12%.
4. Aceros aleados de media aleación: se consideran que por su composición química están en el medio de los dos anteriores.

De acuerdo con su destino o aplicabilidad tendremos:

Los aceros al carbono son dúctiles y homogéneos.

Tienen un alto valor en la relación resistencia mecánica/límite de fluencia. Se pueden soldar, son resistentes a la corrosión y se pueden cortar con llama sin endurecerse.

La ductilidad y homogeneidad que le proporciona el bajo contenido de carbono facilita el trabajo en caliente de los perfiles estructurales. Estas características permiten que se puedan doblar, cortar, perforar más fácilmente.

En los proyectos de ingeniería y el cálculo de estructuras se utilizan los límites de fluencia y de elasticidad. La característica de soldabilidad es importante y este tipo de acero satisface este requisito.

La resistencia a la corrosión es esencial en las estructuras, ya que en algunos casos el acero está expuesto. Los aceros al carbono son los más usados en la construcción de estructuras.

Estos productos elaborados en acero al carbono posteriormente no reciben otros tratamientos térmicos ni mecánicos.

Entre los productos más usados están: barras redondas, planas, hexagonales, cuadradas, ángulos, canales, perfiles doble T, entre otros.

Tienen alta resistencia, pueden soldarse y son resistentes a la corrosión. El límite elástico mínimo es de 50 Ksi; aunque también se tienen los A572 y A588 que tienen otras resistencias.

Entre estos aceros de alta resistencia el que más se produce es el ASTM A992, es usado en Estados Unidos y México.

Están disponibles en forma de placas. La elevada resistencia del material se obtiene al someterlo a una serie de enfriamientos rápidos.

Adicionalmente por la combinación de bajo contenido de carbono. Su ductilidad es significativamente menor que la de los aceros de alta resistencia y baja aleación.

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Estos materiales cuando se procesan, se enfrían selectivamente regiones del perfil para obtener su alta resistencia.

El proceso de templado se obtiene por el calor que se almacena en el material durante el proceso de rolado. Tienen una excelente soldabilidad.

El proceso al que se somete el material de acero le da la dureza y su aspecto de grano más fino, usualmente su producción es limitada.

Normas ASTM aprobadas para placas y perfiles laminados en caliente:

ASTM A 36: se utiliza para una gran variedad de perfiles estructurales laminados en caliente y placas de la misma calidad. Sirve para estructuras remachadas, atornilladas y soldadas.

Una versión mejorada creada en los Estados Unidos permite soldar las conexiones que antes eran remachadas.

ASTM A529: es usada en la construcción de edificios de acero y en barras y perfiles (ángulos, canales de calidad estructural)

ASTM A992: Está disponible en perfiles tipo W, solo para ser usada en construcciones de edificios. Este perfil ofrece muy buenas características de soldabilidad y ductilidad.

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ASTM A53: está disponible en dos tipos E y S. E indica secciones fabricadas con soldadura por resistencia y S denota soldadura sin costura.

ASTM A500: está disponible en tubos de sección circular hueca HSS, formados en frío en tres grados y tubos cuadrados y rectangulares HSS formados en los mismos grados en frío.

ASTM A501: es la usada para tubos HSS de sección circular, cuadrada o rectangular.

La Asociación Americana de Ensayo y Materiales ha estandarizado más de 12.000 normas técnicas, por esta razón te presentamos solo algunas de ellas.

En adelante todas comienzan con la abreviatura ASTM:

576: acero no aleado, elaborado en calor, de calidad especial.

479/A 479 M: barras y perfilados en acero inoxidable. Resistentes al calor para uso de calderas y otros recipientes a presión.

29/A 29 M: para productos de barra de acero aleado y no aleado. Elaborado plásticamente en calor y acabados en frío.

105/A 105M: norma para productos matizados de acero no aleado para componentes de turbinas.

182/182 M: para variedad de piezas de acero aleado como tubos para uso a temperatura elevada.

A 276: aplica a productos perfilados de acero inoxidable y resistente al calor.

A 314: palanquillas y productos en barras de acero inoxidable y resistente al calor por matrizado.

A 493: acero inoxidable y resistente al calor para recalcadura y estampado al frío. Para productos en barras e hilo.

A581/A 581 M: hilo y alambrones de acero inoxidable y resistente al calor para elaboraciones mecánicas a gran velocidad.

A 582/A 582 M: producto en barras de acero inoxidable para elaboraciones mecánicas de gran velocidad.

A 370: para realizar las pruebas mecánicas de los productos de acero.