Metales y Aleaciones

Metales y Aleaciones

• Los metales y aleaciones son materiales de gran importancia en diversas industrias.
• El hierro y los aceros son una clase de aleaciones importantes.
• Los diagramas de fase de los aceros describen las diferentes fases de los aceros en función de la temperatura.
• Los tratamientos térmicos alteran las propiedades de los aceros, como la dureza y la tenacidad.
• Los aceros de baja y alta aleación tienen diferentes composiciones y propiedades.
• Las fundiciones son otro tipo de aleaciones basadas en el hierro.
• Existen otros metales como el magnesio (Mg), titanio (Ti), aluminio (Al) y cobre (Cu), que forman aleaciones no ferrosas.

Enlace Metálico

• El enlace metálico se caracteriza por una estructura cristalina ordenada.
• La movilidad de los electrones es responsable de la alta conductividad eléctrica y térmica de los metales.
• También se caracterizan por su capacidad de plasticidad (deformación permanente) y su brillo al reflejar la luz.
• Los metales tienen una gran capacidad de aleación, lo que significa que pueden ser combinados con otros elementos para formar diferentes aleaciones con propiedades mejoradas.

Hierro y Aceros

• El hierro es un metal de transición.
• Su estructura cristalina varía con la temperatura.
• A 912°C, se transforma de BCC (estructura cúbica centrada en el cuerpo) a FCC (estructura cúbica centrada en las caras).
• A 1394°C, se transforma a otra fase.
• A 1538°C, llega a su fase estable.
• Las diferentes fases del hierro (α-Fe, γ-Fe, δ-Fe, Fe l) tienen estructuras cristalinas y propiedades diferentes.

Sistema Fe-C

• El carbono (C) es un soluto intersticial en el hierro (Fe).
• La solubilidad del carbono en el hierro alfa (α-Fe) es limitada (máximo 0.022% a 727°C).
• Cuando el contenido de carbono excede este límite, se forma la cementita (Fe3C).
• La cementita es un compuesto duro y frágil que aumenta la resistencia de algunos aceros.

Tratamientos Térmicos

• Los tratamientos térmicos modifican las propiedades de los aceros.
• El recocido implica un calentamiento y enfriamiento gradual, lo que reduce la dureza y aumenta la ductilidad, eliminando tensiones.
• El normalizado implica un calentamiento y enfriamiento más rápido que el recocido, lo que aumenta la resistencia mecánica del acero.
• El temple implica un calentamiento rápido y un enfriamiento rápido en un medio como agua, aceite o gases para formar una estructura martensitica, que resulta en una gran dureza.
• La templabilidad es la capacidad de un acero para endurecerse hasta cierta profundidad.

Ensayo Jominy

• El ensayo Jominy se utiliza para determinar la templabilidad de un acero.
• Se calienta una probeta de acero y se enfría rápidamente un extremo, midiendo la dureza del acero en diferentes puntos a lo largo de la probeta.
• La curva de templabilidad muestra cómo varía la dureza del material con la distancia a partir del extremo templado.

Propiedades Mecánicas

• Las propiedades mecánicas de los materiales, como la resistencia, la ductilidad, la tenacidad, influyen en su uso y aplicaciones prácticas.

Tratamientos superficiales termoquímicos (Cementación)

• La cementación superficial implica enriquecer una capa superficial del acero con un elemento, como el carbono (C), para aumentar su resistencia y dureza.
• Se realiza en un ambiente que contiene el elemento adicional.
• El nitrógeno (N) también se puede utilizar, proporcionando un efecto de endurecimiento similar.
• El aumento del tiempo y la temperatura de tratamiento aumenta el endurecimiento superficial.

Aleaciones Férreas

• Las aleaciones férreas están basadas principalmente en el hierro (Fe).
• Los principales inconvenientes son las densidades elevadas y la susceptibilidad a la corrosión.
• Los aceros son aleaciones Fe-C (con un porcentaje de carbono menor a 1.4%).

Aceros

• Los aceros se clasifican según su contenido de carbono (C).
• Los aceros al carbono contienen solo hierro y carbono.
• Los aceros aleados tienen otros elementos además de hierro y carbono.
• Se clasifican también en bajos, medios y altos en función del contenido de carbono, lo que afecta sus propiedades mecánicas (dureza, ductilidad, tenacidad).

Aceros de Alta Aleación (Inoxidables)

• Los aceros de alta aleación, o aceros inoxidables, contienen altos porcentajes de cromo (Cr), lo que les proporciona una gran resistencia a la corrosión.
• También contienen otros elementos como níquel (Ni) y molibdeno (Mo).

Fundiciones

• Las fundiciones tienen un alto porcentaje de carbono.
• Se funden a temperaturas más bajas que los aceros.
• Se pueden clasificar en grises, blancas, dúctiles o maleables, con diferentes propiedades y aplicaciones.

Aleaciones no Férreas (Aleaciones de Cobre)

• Las aleaciones de cobre son buenos conductores térmicos y eléctricos, y son bastante resistentes a la corrosión.
• Ejemplos: latón (Cu+Zn), bronce (Cu+Sn) , monel (Cu+Ni), y aleaciones de cobre y berilio (Cu+Be).

Aleaciones no Férreas (Aleaciones de Aluminio)

• Las aleaciones de aluminio tienen altas conductividades térmica y eléctrica, y buena ductilidad, y alta resistencia a la corrosión.
• Ejemplos: aleaciones de aluminio con magnesio (Mg), titanio (Ti), o litio (Li).
• Bajo peso, pero alta resistencia.

Aleaciones de AlLi

• Aleaciones de aluminio y litio, con baja densidad, alta resistencia específica y aplicables en aplicaciones criogénicas, por su alta tenacidad, rigidez y resistencia a la fatiga.

Superaleaciones

• Las superaleaciones tienen propiedades mecánicas excepcionales a temperaturas elevadas.
• Son resistentes a la corrosión en ambientes extremos.
• Usos principales: turbinas de gas para aviones.

Aplicaciones en la Construcción

• El acero es un material de refuerzo en hormigón debido a sus excelentes propiedades mecánicas.
• El aluminio es usado en ventanas, techos, paredes y cubiertas por su eficiencia energética y reciclabilidad.
• El cobre es usado en la climatización y electricidad, por su excelente conductividad y resistencia.
• El titanio es usado en forma de revestimientos por su bajo coeficiente de dilatación y resistencia.

Acero Corrugado

• Se utiliza en armaduras para la construcción.
• Las corrugaciones mejoran la adherencia con el hormigón y permiten mayor ductilidad.