Ferrous Aircraft Metals 

En la reparación de aeronaves se necesitan muchos metales diferentes. Esto es el resultado de las diferentes necesidades con respecto a la fuerza, el peso, la durabilidad y la resistencia al deterioro de estructuras o partes específicas. Además, la forma particular del material juega un papel importante. Al seleccionar los materiales para la reparación de aeronaves, se tienen en cuenta estos factores (además de muchos otros) en relación con las propiedades mecánicas y físicas. Entre los materiales más utilizados están los metales ferrosos. El término "ferroso" se aplica al grupo de metales que tienen el hierro como principal constituyente.

Hierro - Iron 

Si se añade carbono al hierro en porcentajes que van hasta aproximadamente el 1%, el producto es muy superior al hierro solo y se clasifica como acero al carbono. El acero al carbono constituye la base de los aceros aleados que se producen combinando el acero al carbono con otros elementos conocidos por mejorar las propiedades del acero. Un metal base (como el hierro) al que se han añadido pequeñas cantidades de otros metales se denomina aleación. La adición de otros metales modifica o mejora las propiedades químicas o físicas del metal base para un uso determinado.

Acero y aleaciones de acero - Steel and Steel Alloys 

Para facilitar la discusión de los aceros es conveniente conocer su nomenclatura. Para identificar las composiciones químicas de los aceros estructurales se utiliza un índice numérico patrocinado por la Sociedad de Ingenieros de Automoción (SAE) y el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI). En este sistema, se utiliza una serie de cuatro números para designar los aceros simples al carbono y los aceros aleados; se utilizan cinco números para designar ciertos tipos de aceros aleados. Los dos primeros dígitos indican el tipo de acero, el segundo dígito suele indicar también (aunque no siempre) la cantidad aproximada del principal elemento de aleación, y los dos (o tres) últimos dígitos pretenden indicar el centro aproximado de la gama de carbono. Sin embargo, a veces es necesario desviarse de la regla de indicar el rango del carbono.

En los aceros aleados están presentes pequeñas cantidades de ciertos elementos que no se especifican como obligatorios. Estos elementos se consideran incidentales y pueden estar presentes en las siguientes cantidades máximas: cobre, 0,35 por ciento; níquel, 0,25 por ciento; cromo, 0,20 por ciento; molibdeno, 0,06 por ciento. La lista de aceros estándar se modifica de vez en cuando para dar cabida a los aceros de mérito probado y para prever los cambios en los requisitos metalúrgicos y de ingeniería de la industria.

El material metálico se fabrica en diversas formas, como chapas, barras, varillas, tubos, extrusiones, forjados y fundiciones. Las chapas se fabrican en varios tamaños y espesores. Las especificaciones designan los espesores en milésimas de pulgada. Las barras y las varillas se suministran en una variedad de formas, como redondas, cuadradas, rectangulares, hexagonales y octogonales. Los tubos pueden obtenerse en forma redonda, ovalada, rectangular o aerodinámica. El tamaño de los tubos se especifica generalmente por el diámetro exterior y el grosor de la pared.

La chapa se suele conformar en frío en máquinas como prensas, plegadoras, bancos de estirado o rodillos. Las piezas forjadas se moldean mediante el prensado o el martilleo del metal calentado en matrices. Al verter el metal fundido en moldes se obtienen piezas de fundición. El mecanizado termina la fundición.

La prueba de chispa es un medio habitual para identificar diversos metales ferrosos. En esta prueba, la pieza de hierro o acero se sostiene contra una piedra de amolar giratoria, y el metal se identifica por las chispas que se desprenden. Cada metal ferroso tiene sus propias características de chispas. Los chorros de chispas varían desde unos pocos ejes diminutos hasta una lluvia de chispas de varios metros de longitud. (Pocos metales no ferrosos desprenden chispas cuando se tocan con una piedra de amolar. Por lo tanto, estos metales no pueden identificarse con éxito mediante la prueba de la chispa).

La identificación mediante la prueba de la chispa es a menudo inexacta, a menos que la realice una persona experimentada o que las piezas de prueba difieran mucho en su contenido de carbono y componentes de aleación.

El hierro forjado produce varas largas que son de color paja al salir de la piedra y blancas al final. Las chispas de hierro fundido son rojas al salir de la piedra y pasan a ser de color paja. Los aceros con bajo contenido en carbono producen fustes largos y rectos con algunas ramitas blancas. A medida que aumenta el contenido de carbono del acero, aumenta el número de ramitas a lo largo de cada eje y el chorro adquiere un color más blanco. El acero al níquel hace que el chorro de chispas contenga pequeños bloques blancos de luz dentro del estallido principal.

Tipos, características y usos de los aceros aleados

Los aceros que contienen carbono en porcentajes que van del 0,10 al 0,30 por ciento se clasifican como aceros de bajo carbono. Los números SAE equivalentes van de 1010 a 1030. Los aceros de este grado se utilizan para fabricar artículos, como cables de seguridad, ciertas tuercas, casquillos para cables o extremos de varillas roscadas. Este acero en forma de lámina se utiliza para piezas estructurales secundarias y abrazaderas y en forma de tubo para piezas estructurales sometidas a esfuerzos moderados.

El acero que contiene carbono en porcentajes que oscilan entre el 0,30 y el 0,50 por ciento se clasifica como acero de medio carbono. Este acero es especialmente apto para el mecanizado o la forja y cuando se desea una dureza superficial. Algunas cabezas de biela y piezas forjadas ligeras se fabrican con acero SAE 1035.

El acero que contiene carbono en porcentajes que van del 0,50 al 1,05 por ciento se clasifica como acero de alto carbono. La adición de otros elementos en cantidades variables aumenta la dureza de este acero. En su estado de tratamiento térmico completo, es muy duro, resiste el cizallamiento y el desgaste y tiene poca deformación. Su uso en la aviación es limitado. El SAE 1095 en forma de lámina se utiliza para fabricar muelles planos y en forma de alambre para fabricar muelles helicoidales.

Los distintos aceros al níquel se producen combinando níquel con acero al carbono. Los aceros que contienen entre un 3 y un 3,75 por ciento de níquel son los más utilizados. El níquel aumenta la dureza, la resistencia a la tracción y el límite elástico del acero sin disminuir sensiblemente la ductilidad. También intensifica el efecto endurecedor del tratamiento térmico. El acero SAE 2330 se utiliza mucho para piezas de aviación, como pernos, terminales, llaves, horquillas y pasadores.

El acero al cromo tiene una gran dureza, resistencia y propiedades de resistencia a la corrosión, y se adapta especialmente bien a las piezas forjadas con tratamiento térmico, que requieren una mayor dureza y resistencia que las que se pueden obtener con el acero al carbono normal. Puede utilizarse para artículos como las bolas y los rodillos de los cojinetes antifricción. El cromeníquel o los aceros inoxidables son los metales resistentes a la corrosión. El grado de anticorrosión de este acero viene determinado por el estado de la superficie del metal, así como por la composición, la temperatura y la concentración del agente corrosivo. La principal aleación del acero inoxidable es el cromo. El acero resistente a la corrosión más utilizado en la construcción de aviones se conoce como acero 18-8 porque su contenido es del 18% de cromo y el 8% de níquel. Una de las características distintivas del acero 18-8 es que el trabajo en frío puede aumentar su resistencia.

El acero inoxidable puede laminarse, estirarse, doblarse o moldearse de cualquier forma. Como estos aceros se dilatan un 50% más que el acero dulce y conducen el calor sólo un 40% más rápido, son más difíciles de soldar. El acero inoxidable puede utilizarse para casi cualquier parte de un avión. Algunas de sus aplicaciones habituales son la fabricación de colectores de escape, chimeneas y colectores, piezas estructurales y mecanizadas, muelles, piezas de fundición, tirantes y cables de control.

Los aceros al cromo-vanadio están compuestos por aproximadamente un 18% de vanadio y un 1% de cromo. Una vez tratados térmicamente, tienen fuerza, dureza y resistencia al desgaste y a la fatiga. Un grado especial de este acero en forma de lámina puede moldearse en frío en formas intrincadas. Se puede doblar y aplanar sin que aparezcan signos de rotura o fallo. El SAE 6150 se utiliza para fabricar muelles; el cromo-vanadio con alto contenido en carbono, SAE 6195, se utiliza para rodamientos de bolas y de rodillos.

El molibdeno, en pequeños porcentajes, se utiliza en combinación con el cromo para formar el acero al cromo-molibdeno, que tiene diversos usos en la aviación. El molibdeno es un fuerte elemento de aleación. Aumenta la resistencia final del acero sin afectar a la ductilidad ni a la trabajabilidad. Los aceros al molibdeno son duros y resistentes al desgaste, y se endurecen por completo cuando se tratan térmicamente. Se adaptan especialmente a la soldadura y, por ello, se utilizan principalmente para piezas estructurales y conjuntos soldados. Este tipo de acero ha sustituido prácticamente al acero al carbono en la fabricación de tubos de fuselaje, soportes de motor, trenes de aterrizaje y otras piezas estructurales. Por ejemplo, un tubo SAE X4130 tratado térmicamente es aproximadamente cuatro veces más resistente que un tubo SAE 1025 del mismo peso y tamaño.

La serie de aceros al cromo-molibdeno más utilizada en la construcción de aviones es la que contiene entre un 0,25 y un 0,55 por ciento de carbono, entre un 0,15 y un 0,25 por ciento de molibdeno y entre un 0,50 y un 1,10 por ciento de cromo. Estos aceros, cuando reciben un tratamiento térmico adecuado, se endurecen en profundidad, se mecanizan con facilidad, se sueldan fácilmente por métodos eléctricos o de gas y están especialmente adaptados al servicio a altas temperaturas.

El Inconel es una aleación de níquel-cromo-hierro muy parecida al acero inoxidable (acero resistente a la corrosión (CRES)) en cuanto a su aspecto. Los sistemas de escape de los aviones utilizan ambas aleaciones indistintamente. Dado que las dos aleaciones se parecen mucho, a menudo es necesario realizar una prueba de distinción. Un método de identificación es utilizar una técnica electroquímica, como se describe en el párrafo siguiente, para identificar el contenido de níquel (Ni) de la aleación. El Inconel tiene un contenido de níquel superior al 50%, y la prueba electroquímica detecta el níquel.

La resistencia a la tracción del Inconel es de 100.000 libras por pulgada cuadrada (psi) recocido, y de 125.000 psi cuando es laminado en duro. Es muy resistente al agua salada y puede soportar temperaturas de hasta 1.600 °F. El Inconel se suelda fácilmente y tiene cualidades de trabajo como las de los aceros resistentes a la corrosión.