Fundamentos de Metalurgia y Siderurgia: Propiedades y Tratamientos de los Metales

Propiedades Generales de los Metales

Los metales presentan fenómenos de oxidación y corrosión, son excelentes conductores eléctricos y poseen un comportamiento que varía de elástico a plástico. Tienen la capacidad de reflejar la luz, su fabricación necesita mucha energía y son materiales altamente reciclables.

Propiedades Mecánicas

Dentro de las propiedades mecánicas, destaca la Resistencia (R), que incluye la resistencia a la estricción, compresión, esfuerzo cortante y fatiga. Asimismo, se define su deformabilidad a través de conceptos como:

• Elasticidad y plasticidad.
• Acritud y fragilidad.
• Tenacidad y dureza.

Soldadura

• Soldadura autógena: Se realiza sin material de relleno.
• Soldadura indirecta: Utiliza metal de aportación. Se clasifica en blanda (menor a 450 ºC) y dura (mayor a 450 ºC).

Propiedades Eléctricas, Térmicas y Químicas

Propiedades Eléctricas

Se definen por su conductividad y resistividad.

Propiedades Térmicas

Incluyen la conductividad térmica y la dilatación térmica.

Propiedades Químicas

1. Oxidación: Es un fenómeno natural que ocurre en la capa superficial y requiere protección.
2. Corrosión: Consiste en la destrucción progresiva del metal a consecuencia de un ataque químico. Existen varios tipos:
   • Galvánica: Ocurre entre dos metales en presencia de agua (H₂O) por diferencia de potencial.
   • Aireación diferencial: Diferencia de potencial en un mismo metal.
   • Uniforme: Corrosión de carácter general.
   • Localizada: Ataques puntuales en la superficie.
   • Eliminación selectiva: Eliminación preferente de ciertos metales de una aleación.
3. Erosión: Se refiere al desgaste mecánico del material.

Protección frente a la Corrosión

1. Selección adecuada de materiales: Uso de aleaciones anticorrosivas como el acero corten o los aceros inoxidables.
2. Tratamientos superficiales:
   • Pulido y decapado.
   • Pasivación: Formación de una capa de óxido estable y adherente.
   • Pinturas anticorrosivas.
   • Galvanizado: Protección superficial mediante zinc. El proceso incluye: desengrase, lavado, decapado, lavado, fluxado, galvanizado y enfriado.
3. Protección catódica: Proceso de electrólisis con un metal no corrosivo, mediante la formación de un ánodo de sacrificio.
4. Protección anódica: Aplicación de corriente para formar capas pasivadoras, sumergiendo el metal para hacerlo impermeable.

Metalurgia

La metalurgia comprende la extracción y fabricación de metales siguiendo este orden: explotación minera, concentración del mineral, reducción del mineral para obtener el metal libre, afino del metal y, finalmente, la mezcla del metal con otros elementos para modificar sus propiedades.

Afino Metalúrgico

1. Fusión: Fundir la mezcla para separar las impurezas.
2. Reacción selectiva: Hacer reaccionar las impurezas para eliminarlas.
3. Electrólisis: Purificar el elemento mediante la aplicación de corriente eléctrica a través de dos electrodos.

Siderurgia

La siderurgia se encarga de la fabricación del acero. Según el contenido de Carbono (C), se clasifican en:

• C < 0,03%: Hierro dulce, blando y maleable, utilizado en elementos de forja.
• C < 1,76%: Acero normalizado, con buena resistencia mecánica.
• C < 6,67%: Fundición, materiales poco deformables con gran resistencia mecánica.

Otras Relaciones y Aleaciones

• Fe + Mn: Mejora la resistencia a la corrosión y la maleabilidad.
• Fe + S: Disminución de la resistencia mecánica.
• Fe + Cr: Aumenta la resistencia a la corrosión.
• Fe + Al: Facilita el moldeo.
• Fe + Si: Mejora la resistencia a la corrosión.
• Fe + P: Disminuye la temperatura de fusión.
• Fe + Sn: Produce un producto menos deformable.

Tipos de Fundiciones

Ordinarias

• Gris: Contiene cementita y es de moldeo fácil.
• Blanca: Obtenida por el enfriamiento de la fundición gris.
• Atruchada: Gran capacidad dúctil para elementos que trabajen a tracción.
• Maleable: Deformable ante esfuerzos de compresión.

Especiales

• Fe-Mn: Contenido de Manganeso superior al 30%.
• Fe-Si: Contenido de Silicio superior al 8%.
• Síliceo-Mn.

Obtención del Acero

Altos Hornos

Utilizan materias primas como Fe₂O₃ y Carbono (C) a 1500 ºC. Se emplean fundentes (gangas, escorias, arrabio) y se produce la reducción (Fe₂O₃ + C → Fe + CO → Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂).

Tipos de escorias:

• Normal: Enfriamiento por lavado.
• Granulada: Se enfría por inmersión.
• Dilatada: Se enfría al aire, utilizada para aligerar hormigones.

Hornos Eléctricos

Permiten obtener altos contenidos de Carbono. Tipos:

• Reverbero: Con bóveda de ladrillo refractario.
• Martin-Siemens: Fundición con chatarra.
• Convertidores: Eliminan las impurezas.

Moldeo del Acero

• Forja: Método tradicional para aceros con poco Carbono.
• Trefilado: Estirar el metal a través de orificios de diámetro muy fino.
• Laminación: Pasar el acero por rodillos laminadores para obtener perfiles de alta resistencia mecánica.
• Fusión: Verter acero fundido sobre un molde con la forma definitiva.

Tratamientos Térmicos (Sin cambios en la composición química)

• Normalizado: Calentar 50 ºC por encima de la temperatura crítica y dejar enfriar al aire.
• Recocido: Calentar y ablandar el material para mejorar su trabajabilidad.
• Temple: Calentar y enfriar rápidamente para aumentar la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción.
• Revenido: Tratamiento complementario y posterior al temple.