Materiales Metálicos: Propiedades, Aleaciones y Tratamientos Térmicos Esenciales

Fundiciones y sus Constituyentes

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono con un contenido de carbono superior al 2%. Sus propiedades varían significativamente según la forma y distribución del carbono.

Grafitización y Constituyentes

• Grafitización: Proceso favorecido por:
  • Alta temperatura (+Tª)
  • Baja velocidad de enfriamiento (-V.enf)
  • Alto porcentaje de Carbono (+%C)
  • Presencia de Silicio (Si)
• Grafito:
  • No metálico, blando, alta conductividad, oscuro.
  • Diagrama estable.
  • Presente en fundición gris y especiales (nodular, maleable).
• Cementita:
  • Diagrama metaestable.
  • Presente en fundiciones blancas.
• Composición Química (Ce): C_total + (%Si + %P)/3

Tipos de Grafito en Fundiciones

• Grafito Laminar:
  • Característico de fundiciones grises.
  • Disminuye la resistencia mecánica, dureza y límite elástico.
  • Reduce a cero la ductilidad y confiere fragilidad.
• Grafito Nodular:
  • Presente en fundiciones especiales maleables.
  • Aumenta la ductilidad.
• Grafito Esferoidal:
  • Característico de fundiciones especiales dúctiles.
  • Proporciona gran uniformidad y distribución de propiedades.

Otros Constituyentes y Fases

• Ledeburita: Confiere fragilidad.
• Steadita: Aumenta la dureza y fragilidad, disminuye el punto de fusión (debido a alto P).

Fundiciones Blancas

Son duras, resistentes, frágiles y difíciles de mecanizar. Se obtienen con bajo porcentaje de Silicio (- %Si) y alta velocidad de enfriamiento (+V.enf).

• Hipoeutéctica: Perlita + Cementita (austenítica).
• Eutéctica: Perlita + Cementita (ledeburita).
• Hipereutéctica: Cementita primaria + Cementita y Perlita (ledeburítica).

Fundiciones Aleadas

• Cromo (Cr): Resistente a altas temperaturas.
• Cobre (Cu), Níquel (Ni) y Cromo (Cr): Resistentes a la corrosión.

Aluminio y sus Aleaciones

El aluminio es un metal ligero con propiedades distintivas:

• Ventajas: Alta resistencia a la corrosión, bajo peso.
• Desventajas: Baja resistencia mecánica, baja dureza, bajo módulo de elasticidad, mala solubilidad, difícil mecanizado, porosidad gaseosa, difícil de moldear.
• Impurezas: Disminuyen la conductividad eléctrica y la ductilidad; aumentan la resistencia y la dureza.
• Obtención: Se obtiene de la bauxita.

Aleaciones de Aluminio

Las aleaciones aumentan las características mecánicas y, en algunos casos, disminuyen la resistencia a la corrosión.

• Aleaciones para Moldeo:
  • Al-Cu: Aumenta la resistencia mecánica y la colabilidad; disminuye la resistencia a la corrosión y la ductilidad.
  • Al-Si: Aumenta la dureza, resistencia al desgaste, soldabilidad y resistencia a la corrosión; difícil mecanizado.
  • Al-Zn: Propiedades similares a las aleaciones Al-Cu.
  • Al-Mg: Más ligeras, mayor resistencia a la corrosión, buena soldabilidad, fácil mecanizado.
• Aleaciones No Tratables Térmicamente: Su endurecimiento se logra por trabajo en frío.

Cobre y sus Aleaciones

El cobre es un metal con las siguientes características:

• Color rosa, estructura FCC (cúbica centrada en las caras).
• Buen conductor eléctrico y térmico.
• Diamagnético.
• Dúctil y maleable.
• Baja resistencia mecánica.
• Presenta acritud por deformación.
• Mal comportamiento en moldeo y mecanizado.
• Buen comportamiento en soldadura.
• A bajas temperaturas: Aumentan sus características mecánicas y conductividad.

Latones (Aleaciones Cu-Zn)

• Contienen menos del 50% de Zinc.
• Latones Especiales: Contienen además otros elementos como Aluminio (Al), Níquel (Ni), Plomo (Pb) y Silicio (Si).

Tratamientos Térmicos y Conceptos Complementarios

Diagramas TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación)

Se utilizan para predecir las transformaciones de fase de los aceros. Se pueden obtener mediante:

• Método Metalográfico: Estudio de la microestructura a diferentes temperaturas.
• Método Dilatométrico: Observación de las contracciones y expansiones del material al enfriar.

Templabilidad

Es la capacidad de un acero para obtener martensita en toda la pieza tras el temple. Depende de:

• Los elementos de aleación.
• El tamaño de grano.

A menor velocidad de temple, mayor templabilidad. Una menor disminución de dureza de un extremo a otro de la probeta indica mayor templabilidad. Cuanto más recta la curva de templabilidad, mayor templabilidad; una recta horizontal significa que se obtiene martensita en toda la pieza.

Tratamientos Térmicos Específicos

• Recocido Isotérmico:
  • Enfriamiento a 600-700°C.
  • Ablanda el acero.
  • Forma perlita.
• Austempering:
  • Tratamiento a 450°C.
  • Forma bainita.
  • Aumenta la tenacidad.
• Martempering:
  • Tratamiento a 200-300°C.
  • Enfriamiento al aire.
  • Forma martensita.

Tratamientos Termoquímicos Superficiales

• Cementación:
  • Aumenta el contenido de carbono superficial (0.08-0.25% C).
  • Se templa y reviene posteriormente.
  • Proporciona alta dureza superficial.
• Nitruración:
  • Para aceros aleados con Al, Cr, Mo, V.
  • Requiere temple y revenido previos.
  • Se nitrura con amoníaco a 500°C.
  • Enfriamiento al aire.
  • Forma nitruros en la superficie.
  • Desventaja: Posible descarburación.