Propiedades y Clasificación de los Materiales: Aceros y Aleaciones

Clasificación de los Materiales Según sus Enlaces

Iónico. Cesión de electrones (elementos con grandes diferencias en electronegatividad). Ej: NaCl (sal común).
Covalente. Comparten electrones los átomos vecinos (elementos con pequeñas diferencias de electronegatividad). Ej: O₂.
Metálico. Nube electrónica de electrones que se comparten entre varios átomos. Ej: Metales en estado sólido.

Metales

Átomos unidos mediante enlaces metálicos. Estructura cristalina en estado sólido (BCC, FCC o HCP).
Estos enlaces y estructuras proporcionan las siguientes características:

• Gran resistencia y dureza media.
• Ductilidad y maleabilidad.
• Alta conductividad térmica y eléctrica.
• Opacidad.

Cerámicos

Átomos unidos mediante enlaces covalentes. Estructura amorfa o mezcla de amorfa y cristalina.
Estos enlaces y estructuras proporcionan las siguientes características (variables):

• Resistencia media y alta dureza.
• Fragilidad.
• Baja conductividad térmica y eléctrica.

Polímeros

Átomos unidos mediante enlaces iónicos o covalentes. Estructura amorfa o cristalina.
Estos enlaces y estructuras proporcionan las siguientes características (variables):

• Propiedades variables según el tipo de plástico.
• Baja conductividad térmica y eléctrica.

Clasificación de los Ensayos de Materiales

Según la rigurosidad de su ejecución:

• Ensayos técnicos de control: Se realizan durante el proceso productivo. Se caracterizan por su rapidez y simplicidad, han de ser exactos y fieles.
• Ensayos científicos: Se realizan para investigar características técnicas de nuevos materiales. Gran precisión y sensibilidad.

Según la forma de realizar los ensayos:

• Ensayos destructivos: Los materiales sometidos a este tipo de experimentos ven alterada su forma y presentación. Ej: Ensayo de tracción, dureza y resiliencia.
• Ensayos no destructivos: Los materiales no ven alterada su forma inicial. Utilizados en una amplia gama de actividades industriales: industria automotriz, aeroespacial, chasis, motores a reacción, estructuras de construcción. Ej: Inspección por líquidos penetrantes e inspección por ultrasonidos.

Según los métodos empleados en la determinación de las propiedades:

• Ensayos químicos: Permiten conocer la composición química cualitativa y cuantitativa del material.
• Ensayos metalográficos: Se estudia la estructura interna del material con un microscopio.
• Ensayos mecánicos: Determinan las características elásticas y de resistencia de los materiales sometidos a esfuerzos.

Aleaciones Férricas

Hierro: Metal técnicamente puro, o con una proporción de C inferior al 0,03%. Se obtiene por procedimientos electrolíticos, pero presenta pocas aplicaciones industriales.
Acero: Aleación Fe-C forjable con una proporción de C comprendida entre 0,1% y 2%.
Fundición: Aleación Fe-C no forjable con una proporción de C comprendida entre el 2% y el 5%.

Constituyentes de los Aceros

Ferrita: Solución sólida por inserción de C en Fe α. Su solubilidad es muy pequeña, por lo que se le considera hierro puro. Constituyente más blando de los aceros. Cristaliza en redes BCC. Magnética.
Austenita: Solución sólida por inserción de C en Fe γ. Su solubilidad puede llegar hasta el 1,76%. Constituyente de dureza intermedia. Cristaliza en redes FCC. No es magnética.
Cementita (Fe₃C): Carburo de hierro. Constituyente más duro y frágil de los aceros. Cristaliza en redes ortorrómbicas. Es magnética hasta 210 °C.
Perlita: Es la mezcla eutectoide. Formada por un 86,5% de ferrita y un 16,5% de cementita. Constituyente de dureza un poco inferior a la austenita. Tiene generalmente estructura laminar.
Martensita: Es, tras la cementita, el componente más duro de los aceros. Es una solución sólida sobresaturada de carbono en Fe α. Presenta una estructura cristalina BCT (tetragonal). Se obtiene por enfriamiento rápido de la austenita. El contenido máximo de carbono es del 0,89%. Es magnética.
Bainita: Es parecida a la perlita (ferrita y cementita). Corresponde a una transformación intermedia entre la perlita y la martensita. Se obtiene con velocidades de enfriamiento intermedias. Su dureza es superior a las estructuras perlíticas.

Tratamientos Térmicos

Cementación: Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior de los aceros. Se aplica a piezas que deben tener resistencia al desgaste y a los golpes (dureza superficial y resiliencia interior). Se pueden añadir cementantes sólidos, líquidos y gaseosos.
Carbonitruración: Adición de C y N para la formación de nitruros de Fe (muy duros). Cianuro sódico (CNNa).
Nitruración: Adición de nitrógeno. Aceros muy duros y resistentes a la corrosión. Se realiza con amoniaco (NH₃).

Oxidación y Corrosión

Oxidación: Acción combinada del oxígeno del aire y el calor sobre un metal para formar óxidos de ese metal. En un metal divalente se verifica que: M + ½ O₂ = MO (óxido del metal). El metal se oxida, pierde electrones. El oxígeno se reduce, gana electrones. El óxido se deposita en la cara del metal expuesta al aire, que en un principio protege al resto. Al aumentar la temperatura se produce una doble difusión: el oxígeno atraviesa la capa de óxido y el metal se difunde así a través.
Corrosión: Destrucción lenta y progresiva de un metal por la acción de la humedad y otros agentes agresivos. Según quien la provoque, la denominamos:

• Corrosión electroquímica: Metales en atmósferas húmedas.
• Corrosión química: Producida por el contacto del metal con ácidos y álcalis.
• Corrosión bioquímica: Producida generalmente por bacterias.
• Corrosión galvánica: Se produce cuando metales con distinta tensión galvánica entran en contacto por medio de un electrolito.

Ánodo: Metal que cede electrones y se corroe.
Cátodo: Receptor de electrones.
Electrolito: Líquido que está en contacto con el ánodo y el cátodo. Debe ser conductor eléctrico. Este líquido proporciona el medio a través del cual se asegura el desplazamiento de cargas eléctricas desde el ánodo hasta el cátodo.