Exploración Completa de Aleaciones Metálicas: Ferrosas, No Ferrosas y Compuestos Avanzados

Aleaciones Ferrosas

Las aleaciones ferrosas son aquellas que tienen al hierro como componente principal. Se clasifican principalmente en aceros y fundiciones.

Aceros y Fundiciones

• Los aceros contienen de 0.05% a 2% de carbono en peso.
• Las fundiciones contienen de 2% a 4.5% de carbono en peso.

Tipos de Hierro

Hierro Dulce

Contiene menos del 0.1% de carbono (C). Se produce mediante pudelado y el proceso Aston.

Hierro Fundido

No es muy maleable. Es una variedad de aleaciones de hierro-silicio-carbono y contiene un alto porcentaje de carbono.

Hierro Puro (Ferrita)

Conocido como ferrita, es muy blando.

Hierro de Primera Fusión (Arrabio)

Conocido como arrabio, es un producto residual del alto horno.

Hierro Gris

Hierro comercial ordinario (contiene grafito). Presenta baja ductilidad y contiene carbono, silicio, magnesio, fósforo y azufre.

Hierro Blanco

Produce cementita y perlita. Es duro, frágil, presenta baja resistencia al impacto y es resistente al desgaste.

Hierro Moteado o Fundición Atruchada

Es un producto intermedio entre la fundición gris y la blanca.

Hierro Nodular

El carbono se presenta en nódulos de grafito. Se obtiene añadiendo hierro gris y pequeñas cantidades de agentes que contienen magnesio.

Clasificación de Aceros Ferrosos

Aceros al Carbono

Acero de Bajo Carbono

Contiene hasta 0.30% de carbono. Conocido como acero dulce o suave, presenta baja resistencia y buena ductilidad. Es ampliamente utilizado en productos industriales.

Acero de Medio Carbono

Contiene de 0.30% a 0.70% de carbono. Sus propiedades son moderadas, lo que lo hace apto para aplicaciones con desgaste y temperaturas moderadas.

Acero de Alto Carbono

Contiene de 0.70% a 1.40% de carbono. El alto contenido de carbono proporciona mejores propiedades de resistencia al desgaste y a altas temperaturas.

Sistema de Clasificación AISI

El sistema AISI (American Iron and Steel Institute) se utiliza para clasificar aceros al carbono y aceros aleados. La nomenclatura XXXX indica:

• XXxx: Grupo de aleación, indica los principales elementos aleantes.
• xXxx: Aleación específica dentro del grupo.
• xxXX: Contenido de carbono.

Principales Elementos Aleantes (Ejemplos de Series AISI)

• 1xxx: Manganeso
• 2xxx: Níquel
• 3xxx: Níquel-Cromo
• 4xxx: Molibdeno
• 5xxx: Cromo
• 6xxx: Cromo-Vanadio
• 7xxx: Níquel-Cromo-Molibdeno
• 8xxx: Níquel-Cromo-Molibdeno

Aceros Aleados

Son aquellos que contienen en su composición uno o más elementos aleantes, además de los comunes como cromo, níquel, molibdeno, tungsteno o vanadio. Su fabricación requiere mayor cuidado y a menudo mejoran la ductilidad. Se subdividen en:

• Aceros Inoxidables
• Aceros para Herramientas
• Superaleaciones

Elementos Residuales

Son impurezas presentes en el metal, como oxígeno (O), hidrógeno (H), estaño, antimonio y arsénico.

Aleaciones No Ferrosas

Son aleaciones que no contienen hierro. Generalmente son más caras que las ferrosas. Ejemplos incluyen cobre, aluminio, zinc, titanio y plata. Sus propiedades comunes son: resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica y eléctrica, y baja densidad.

Aleaciones de Aluminio (Al)

Presentan una elevada relación resistencia-peso, son no tóxicas, tienen alta conductividad térmica y eléctrica, resistencia a la corrosión y son antimagnéticas.

Aleaciones de Magnesio (Mg)

Es el metal más ligero. Posee buena capacidad de amortiguación de vibraciones, pero se oxida rápidamente. Comúnmente se extrae del agua de mar.

Aleaciones de Cobre (Cu)

Conducen electricidad y calor eficientemente, son ligeras, fáciles de soldar y resistentes a la corrosión.

Aleaciones de Níquel (Ni)

Es un metal blanco plateado. Ofrece alta tenacidad y resistencia a la corrosión. Se alea comúnmente con cromo, cobalto y molibdeno.

Superaleaciones

Concepto y Propiedades

Las superaleaciones, también conocidas como aleaciones de alto rendimiento, son un grupo de materiales metálicos con base de níquel (Ni), cobalto (Co), hierro (Fe) y titanio (Ti). Presentan excelentes propiedades mecánicas a temperaturas elevadas.

Propiedades Destacadas:

• Resistencia a condiciones críticas.
• Excelente resistencia mecánica a altas temperaturas.
• Resistencia al ataque del medio ambiente.
• Resistencia a la ruptura por estrés.
• Expansión térmica útil.
• Resistencia a la fatiga térmica.
• Resistencia a la corrosión.
• Capacidad para soportar cargas elevadas y vibraciones.

Materiales Compuestos

Definición y Componentes

Los materiales compuestos están formados por dos o más componentes distintos: una matriz y una fase dispersa.

Matriz

Es la estructura principal del material, que aglutina y protege la fase dispersa.

Fase Dispersa

Es el componente que aumenta y mejora las propiedades del material. Sus características clave son:

• Concentración
• Tamaño
• Distribución
• Orientación
• Forma

Tipos de Materiales Compuestos

Reforzados por Partículas

• Partículas Grandes: Las partículas se refuerzan mutuamente.

Reforzados por Fibras

• Tipos de Fibras: Continuas y discontinuas.
• Disposición: Alineadas o aleatorias.

Materiales Compuestos Estructurales

• Ejemplos: Laminados o estructuras tipo sándwich.