Metalurgia y Aleaciones: Propiedades, Diagramas y Clasificación de Aceros

Metalurgia y Siderurgia

Metalurgia: Es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales a partir de minerales metálicos. Estudia la producción de aleaciones y el control de calidad de los procesos.

Siderurgia: Técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de este o de sus aleaciones. Los hierros más utilizados por la siderurgia son los óxidos, hidróxidos y carbonatos.

Conceptos Generales

Tenacidad: Energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulación de dislocaciones.

Resiliencia: Cualidad de un material para absorber energía de deformación por unidad de volumen.

Ductilidad: Cualidad de un mineral relativa a la facilidad de estirarlo en forma de hilos.

Maleabilidad: Cualidad de un mineral relativa a la facilidad de conformarse en hojas delgadas por percusión.

Fragilidad: Cualidad de un material de romperse, al ser sometido a un esfuerzo, sin apenas sufrir deformaciones.

Aleaciones

Una aleación es una mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de más metales con algunos elementos no metálicos. Se pueden clasificar en dos grandes grupos: aleaciones ferrosas y no ferrosas.

Metales No Ferrosos

Aluminio, Plomo, Cobre, Zinc, Níquel, Estaño, Magnesio, Bronce, Latón, Titanio, Refractarios, Preciosos.

Diagrama Hierro-Carbono

La concentración llamada eutéctica es la concentración que tiene la temperatura de solidificación inferior a la de todas las demás concentraciones. Si queremos conocer qué ocurre con las transformaciones en un punto intermedio M, podemos deducir que el segmento MN representa la cantidad de cristales formados hasta ese punto y el segmento MP, el líquido residual que todavía resta por cristalizar.

Cristales precipitados: (MN/PN) * 100

Líquido madre residual: (MP/PN) * 100

Aleaciones Cobre-Plata

Solidifican en una zona más amplia de temperaturas. La aleación de plata y cobre, con 28,1% de cobre y 71,9% de plata, es la que tiene el punto de solidificación más bajo de todas las aleaciones y es, por lo tanto, la aleación eutéctica. Superior al 28,1% de cobre se observa que se precipitan primero cristales de cobre y luego cristales eutécticos. En el punto M, el segmento MB´´ determina la cantidad de cristales precipitados y el segmento MA´´ la cantidad de líquido residual. Bajando una vertical por el punto B´´ obtenemos la composición del líquido residual y bajando una vertical por el punto A´´, obtendremos la composición de las partículas que se encuentran solidificando.

Aleaciones Hierro-Carbono

Todos los aceros pueden considerarse como aleaciones hierro-carbono, con algunos otros elementos e impurezas. El carbono se encuentra generalmente en los aceros, combinado con el hierro formando carburo de hierro (cementita), que contiene 6,67% de carbono. Su fórmula es CFe3 y está formado por tres partes de hierro y una de carbono. Por ello, el carbono en los aceros está en forma de carburo de hierro.

Existe una aleación eutéctica (ledeburita) con 35,5% de hierro y 64,5% de carburo de hierro, por lo tanto, 4,3% de carbono. Al iniciarse la solidificación se precipitan los cristales de hierro con carburo de hierro. Estos cristales de hierro con pequeñas cantidades de carburo de hierro que se van precipitando a alta temperatura se denominan cristales de austenita.

Otros Elementos en el Acero

Aluminio, boro, cobalto, cromo, molibdeno, nitrógeno, níquel, plomo, titanio, wolframio, vanadio.

Impurezas en el Acero

Azufre y Fósforo.

Clasificación de los Aceros en Función del % de Carbono

• Aceros dulces: 0,25% máximo
• Aceros semidulces: 0,35%
• Aceros semiduros: 0,45%
• Aceros duros: 0,55%

Ejemplos de Aceros

ACERO 2010 -> Acero al níquel - 0,10%C

ACERO 2325 -> Acero al níquel - 3% Ni - 0,25%C

ACERO 21520 -> Acero al níquel - 15% Ni - 0,20%C