Aleaciones
Es todo producto que resulta de la uníón de dos o más elementos químicos, uno de los cuales tiene carácter metálico.
Disolvente y soluto. Disolvente es el componente que entra en mayor proporción, y soluto es el que lo hace en menor proporción. Se considera disolvente al elemento que conserva la red cristalina.
Tipos de disoluciones sólidas
Las aleaciones metálicas son disoluciones sólidas entre dos o más elementos. Se dan dos tipos de disoluciones:
®Solución por sustitución.
Los átomos de disolvente y soluto tienen estructura cristalina similar y ambos forman parte del edificio cristalino.
®Solución por inserción.
Cuando los átomos del soluto son muy pequeños comparados con los del disolvente.
Solidificación
La formación de los cristales tiene lugar mediante un proceso de solidificación.
En los metales puros la solidificación se hace a temperatura constante. En los metales con soluciones de otros elementos, la temperatura no permanece constante en el proceso de solidificación.
Etapas de solidificación
®Nucleación o formación de núcleos estables en la masa fundida.
®Cristalización o crecimiento del núcleo en las tres direcciones del espacio, en las denominadas dentritas.
®Formación del grano.
Los cristales anteriores van dando a su vez origen a una estructura granular que se junta con la que proviene de otro lugar en los límites de grano.
Cuando los metales solidifican en un molde, en las paredes del molde hay mayor velocidad de enfriamiento que hacia el núcleo y, además, el metal se adhiere al molde favoreciendo la formación de núcleos de cristalización. También, durante el enfriamiento el metal se contrae, con lo que pueden aparecer defectos.
Regla de las fases de Gibbs
Cada uno de los componentes que forman un sistema material se denomina componente.
A cada una de las partes de un sistema que se diferencian físicamente del resto se llama fase. Las fases no tienen que estar formadas por compuestos puros, sino que pueden estar constituidas por aleaciones.
Diagramas de equilibrio de fases. Regla de la palanca
A partir de las transformaciones de fases y de los cambios que ocurren entre fases al modificar la temperatura, se originan la mayoría de las microestructuras, lo que implica la transformación de fases. La utilidad de los diagramas consiste en la posibilidad de predecir las transformaciones.
Aleaciones hierro-carbono: composición, constitución y estructura
El hierro puro tiene muy pocas aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con el carbón y otros elementos, es el metal más empleado en la industria moderna.
Constituyentes de las aleaciones Fe-C
Ferrita
Solución Sólida de Inserción de C en Feá;
Poco resistente, blando y plástico.
C < 0.025%
®Cementita.
Es el Fe3C, muy duro.
C = 6.67%
®Perlita.
Mezcla de Ferrita + Cementita en láminas alternas; tiene propiedades medias.
®Austenita.
Solución Sólida de Inserción de C en Feã;
C < 1.76%
Es blando, deformable, tenaz, y con gran resistencia al desgaste. Como es FCC es muy duro. Es el punto de partida de gran parte de los tratamientos térmicos.
®Martensita.
Solución Sobresaturada de C en Feá por enfriamiento brusco de austenita. Si se enfría lentamente, la austenita, el exceso de C sale de la estructura en forma de Fe3C.
Aleaciones férricas
Su principal componente es el hierro, y son las que más se producen y utilizan. Su principal inconveniente es la facilidad de corrosión. Debido a las siguientes razones:
®En la corteza terrestre existen abundantes compuestos de hierro.
®Los aceros se pueden fabricar mediante técnicas relativamente económicas.
®Las aleaciones férricas se modifican hasta conseguir determinadas propiedades.
Se puede establecer una clasificación según su porcentaje de carbono:
®Acero.
C entre 0.10-1.76%.
®Fundición.
C entre 1.76-5%.
®Hierro.
C inferior de 0.03%.
Metales y aleaciones no férricas
El cobre y sus aleaciones
El cobre sin alear es tan blando y dúctil que es difícil de mecanizar, pero tiene una buena capacidad para ser trabajado en frio. Resiste muy bien a la corrosión. La aleación más común del cobre es el latón, Cu-Zn. Los bronces son aleaciones de cobre y estaño, que también pueden contener aluminio, silicio y níquel; son más resistentes que los latones y tienen una gran resistencia a la corrosión.
El aluminio y sus aleaciones
Tanto el aluminio como sus aleaciones se caracterizan por la relativa baja densidad, las elevadas conductividades eléctricas y térmicas, y la resistencia a la corrosión frente a algunos medios. Se suele alear con: Mn-Mg, Cu, Li-Cu, Si-Mg, Zn-Mg y Si-Cu.
El titanio
Son materiales de utilización muy reciente, que presentan una serie de propiedades de muy buena combinación. El titanio puro, tiene una densidad baja y un punto de fusión elevado, poseen una extremada resistencia y son muy dúctiles. Tiene una alta resistencia a la corrosión y esta lo hace útil para ambientes marinos y atmosféricos.
Materiales cerámicos
Los materiales cerámicos son compuestos o soluciones complejas; son duros, frágiles, de alto punto de fusión y de baja conductividad térmica y eléctrica. Su composición varía desde compuestos sencillos hasta materiales de muchas fases enlazadas. Los materiales cerámicos que se emplean en ingeniería son compuestos puros, alúmina, nitruro de silicio.
Materiales cerámicos no cristalinos
El grupo más representativo de estos materiales son los vidrios. Estos, en su proceso de enfriamiento, solidifican sin cristalizar. Vidrio Pyrex.
Tratamientos térmicos
Son procesos donde únicamente se utiliza la temperatura como magnitud variable modificadora de la microestructura, pero sin variar su composición.
Temple
Es la transformación de austenita en martensita mediante enfriamiento rápido. Este enfriamiento puede ser de una sola vez o escalado; con el temple se consigue aumentar la dureza y la resistencia mecánica y disminuir la tenacidad.
Medios de temple
De los tres medios que se utilizan para templar, el agua es el que produce temples más rápidos o severos, seguido a continuación del aceite, que es más efectivo que el aire.
Recocido
Es un tratamiento térmico en el que el metal una vez calentado se enfría de manera muy lenta, normalmente dentro del mismo horno en el que se calentó. La temperatura a laque se debe llegar es superior a la del temple. Sus objetivos son: ablandar el material, afinar el grano, facilitar el mecanizado, eliminar la acritud y homogenizar la estructura. El recocido aumenta la tenacidad y la plasticidad, y disminuye la resistencia mecánica y la dureza.
Revenido
El temple tiene tensiones que se manifiestan en fragilidad, para evitarlo se lleva la pieza o material a una temperatura inferior a la línea A3, A1, se mantiene durante un tiempo y se deja enfriar a velocidad intermedia. El revenido hace disminuir la resistencia mecánica y la dureza, y aumenta la plasticidad y la tenacidad.
Tratamientos termoquímicos
Se varía la composición química superficial de los aceros, adicionando otros elementos con la finalidad de mejorar determinadas propiedades en la superficie.
Cementación
Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior de los aceros. La cementación se aplica a piezas que deben ser resistentes al desgaste y a los golpes.
Nitruración
La nitruración se efectúa en hornos especiales, exponiendo las piezas a una corriente de amoniaco. Se suele utilizar en elementos que van a sufrir choques y rozamiento.
Corrosión
Se define como el paso de un metal en estado libre a estado combinado, consecuencia de la tendencia de los metales a volver a su estado natural por la acción destructora del oxígeno en el aire y los agentes electroquímicos, que favorecen el proceso de corrosión.
Tipos de corrosión
Corrosión uniforme.
Es el caso de la herrumbre en el acero o la capa que recubre algunos objetos decorativos.
Corrosión galvánica
Tiene lugar al poner próximos dos metales o aleaciones distintas que están expuestas a un electrolito. El metal menos noble es el que se corroe.
Picaduras
Es una forma localizada de corrosión que penetra desde la superficie al interior. Una pequeña grieta donde se inicie la corrosión hará que la superficie bajo ella se quede sin oxígeno.