METALES NO FERROSOS
NIQUEL
PROPIEDADES FISICAS
El níquel es un
elemento químico de
número atómico 28 y símbolo Ni, situado en el grupo 10 de la
tabla periódica de los elementos.
USOS
Aproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de
acero inoxidable austenítico y otro 12% en
superlaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras
aleaciones,
baterías recargables,
catálisis, acuñación de
moneda, recubrimientos metálicos y
fundición:
Alnico, aleación para
imanes.
El
mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por su elevada permeabilidad magnética.
Las aleaciones níquel-
cobre (
monel) son muy resistentes a la corrosión, utilizándose en motores marinos e industria química.
La aleación níquel-
titanio (
nitinol-55) presenta el fenómeno de
memoria de forma y se usa en
robótica, también existen aleaciones que presentan
superplasticidad.
Crisoles de laboratorios químicos.
Níquel Raney:
catalizador de la
hidrogenación de
aceites vegetales.
MAGNESIO
PROPIEDADES FISICAS
Elemento químico de símbolo Mg y número atómico 12. Su
masa atómica es de 24.31. Es el séptimo elemento en abundancia constituyendo del orden del 2% de la corteza terrestre y el tercero más
Tiene un peso específico de 1.74 Kg / dm3 y su punto de fusión es de 650 ° C. En estado líquido o en polvo es muy inflamable. Es inalterable en aire seco, pero es poco resistente a la corrosión en atmósferas húmedas.
USOS
El uso principal del metal es como elemento de aleación del
aluminio, empleándose las aleaciones aluminio-magnesio en envases de bebidas. Las aleaciones de magnesio, especialmente magnesio-aluminio, se emplean en componentes de automóviles, como llantas, y en maquinaria diversa. Además, el metal se adiciona para eliminar el
azufre del acero y el hierro.
Los compuestos de magnesio, principalmente su óxido, se usan como material
refractario en hornos para la producción de
hierro y
acero, metales no férreos, cristal y
cemento, así como en agricultura e industrias químicas y de construcción.
ESTAÑO (SN)
PROPIEDADES FISICAS
El estaño es un elemento químico de número atómico 50 situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Sn.
Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente con el aire y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión.
PROPIEDADES QUIMICAS
El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 ºC, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 ºC.
ALEACIONES
Su aleación con plomo (50% plomo y 50% estaño) forma la soldadura, utilizado para soldar conductores electrónicos, por su baja temperatura de fusión, que lo hace ideal para esa aplicación ya que facilita su fundición y disminuye las probabilidades de daños en los circuitos y piezas electrónicas. También participa en el bronce.
USOS
Se usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva.
PLOMO (PB)
PROPIEDADES FISICAS
Metal gris azulado, pesado, dúctil, maleable, blando, muy fusible, en contacto con el aire se toma y empaña con facilidad, los compuestos son muy venenosos. Tiene un peso específico de 11.35 Kg. / dm3 funde a 327.4 °C.
El plomo es un elemento químico de la tabla periódica, cuyo símbolo es Pb (del Latín, Plumbum), y su número atómico es 82 según la tabla actual,
PROPIEDADES QUIMICAS
Su fusión se produce a 327,4°C y hierve a 1.725°C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas.
PROPIEDAES MECANICAS
Su resistencia a tracción oscila entre 1.5 a 2 Kg. / mm2. Recién cortado presenta un brillo metálico y su estructura es fibrosa. A pesar de que resiste bien el HCl y el H2SO4, el HNO3, los halógenos y el vapor de azufre lo atacan.
USOS
Su utilización como cubierta para cables, ya sea la de teléfono, de televisión, de internet o de electricidad, sigue siendo una forma de empleo adecuada. La ductilidad única del plomo lo hace particularmente apropiado para esta aplicación, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductores internos.
El uso del plomo en pigmentos sintéticos o artificiales ha sido muy importante, pero está decreciendo en volumen.
ALUMINIO
PROPIEDADES FISICAS
El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico13
Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2700
kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua).Tiene un punto de fusión bajo: 660ºC (933 K).El peso atómico del aluminio es de 26,9815.Es de color blanco brillante. Buen conductor del calor y de la electricidad. Resistente a la corrosión, gracias a la capa de Al2O3 formada. Abundante en la naturaleza.
PROPIEDAES QUIMICAS
Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos.
El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en
bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al(OH)4]-) liberando hidrógeno.
La capa de oxido formada sobre el aluminio se puede disolver en
ácido cítrico formando
citrato de aluminio.
PROPIEDADES MECANICAS
De fácil mecanizado.
Muy
maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
Bastante
dúctil, permite la fabricación de
cables eléctricos.
Material blando (
Escala de Mohs: 2-3). Límite de resistencia en
tracción: 160-200
N/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1400-6000 N/mm2. El
duraluminio es una aleación particularmente resistente.
Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas.
Permite la fabricación de piezas por
fundición,
forja y
extrusión.
Material
soldable.
NORMAS
Las propiedades mecánicas del aluminio mejoran considerablemente si se alea con otros metales, tales como el cobre, magnesio, silicio, zinc, plomo, etc. En la norma UNE 38.001 se establece la siguiente clasificación:
Serie L-200. Aleaciones ligeras de Al para moldeo.
Serie L-300. Aleaciones ligeras de Al para forja.
Serie L-400. Aleaciones ligeras de Al de alta fusión.
COBRE (CU)
PROIEDADES FISICAS
Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio asequible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación. La conductividad del cobre recocido medida a 20 ºC es igual a 58,1086 S/m.
[8] A este valor de conductividad se le asigna un índice 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.
PROPIEDADES QUIMICAS
En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1.
Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO) La coloración azul del Cu+2 se debe a la formación del ión [Cu(OH2)6
PROPIEDADES MECANICAS
Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs(50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.
[1] Permite la procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con las bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.
NORMAS
Según los fines a los que se destinan en la industria, se clasifican en aleaciones para forja y en aleaciones para moldeo. Para identificarlas tienen las siguientes nomenclaturas generales según la norma ISO 1190-1:1982 o su equivalente UNE 37102:1984. Ambas normas utilizan el sistema UNS (del inglés Unified Numbering System).
PRINCIPALES ALEACIONES
LATON CU-ZN
El latón, también conocido como cuzin, es una aleación de cobre, cinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fusión de sus componentes en un crisol o mediante la fusión y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm3 y 8,7 g/cm3.
Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Una pequeña aportación de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte. El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones.
BRONCE CU-SN
Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de broce.
Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22%. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras.
USOS
El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en baterías eléctricas y en la fabricación de válvula, tuberías y uniones de fontanería. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de fricción; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de bombas, entre otros elementos de máquinas. En algunas aplicaciones eléctricas es utilizado en resortes.
CROMO
CARACTERISTICAS FISICAS
El cromo es un
elemento químico de
número atómico 24 que se encuentra en el grupo 6 de la
tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cr.
CARACTERISTICAS QUIMICAS
Su
estado de oxidación más alto es el +6, aunque estos compuestos son muy oxidantes. Los estados de oxidación +4 y +5 son poco frecuentes, mientras que los estados más estables son +2 y +3. También es posible obtener compuestos en los que el cromo presente estados de oxidación más bajos, pero son bastante raros.
PROPIEDADES MECANICAS
Metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la
corrosión.
USOS
Cromo se utiliza principalmente en
metalurgia para aportar resistencia a la
corrosión y un acabado brillante.
En
aleaciones, por ejemplo, el
acero inoxidable es aquel que contiene más de un 12% en cromo, aunque las propiedades antioxidantes del cromo empiezan a notarse a partir del 5% de concentración.
En procesos de
cromado (depositar una capa protectora mediante
electrodeposición). También se utiliza en el
anodizado del
aluminio.
En
pinturas cromadas como tratamiento antioxidante
MANGANESO
PROPIEDADES FISICAS
Elemento químico, símbolo Mn, de número atómico 25 y peso atómico 54.938. Es uno de los metales de transición del primer periodo largo de la tabla periódica; se encuentra entre el cromo y el hierro. Tiene propiedades en común con ambos metales. Aunque poco conocido o usado en su forma pura, reviste gran importancia práctica en la fabricación de acero.
PROPIEDADES QUIMICAS
Manganeso se oxida con facilidad en el aire para formar una capa castaña de óxido. También lo hace a temperaturas elevadas. A este respecto su comportamiento es más parecido a su vecino de mayor número atómico en la tabla periódica ( el hierro), que al de menor número atómico, el cromo.
El manganeso es un metal bastante reactivo. Aunque el metal sólido reacciona lentamente, el polvo metálico reacciona con facilidad y en algunos casos, muy vigorosamente. Cuando se calienta en presencia de aire u oxígeno, el manganeso en polvo forma un óxido rojo, Mn3O4. Con agua a temperatura ambiente se forman
hidrógeno e hidróxido de manganeso(II), Mn(OH)2. En el caso de ácidos, y a causa de que el manganeso es un metal reactivo, se libera hidrógeno y se forma una sal de manganeso(II). El manganeso reacciona a temperaturas elevadas con los halógenos, azufre, nitrógeno, carbono, silicio, fósforo y boro.
FOSFORO
PROPIEDADES FISICAS
El fósforo es un
elemento químico de
número atómico 15 y símbolo P. Es un
no metal multivalente perteneciente al grupo del nitrógeno (Grupo 15 (VA): nitrogenados) que se encuentra en la naturaleza combinado en fosfatos inorgánicos y en organismos vivos pero nunca en estado nativo. Es muy reactivo y se
oxida espontáneamente en contacto con el
oxígeno atmosférico emitiendo luz, dando nombre al fenómeno de la
fosforescencia.
PROPIEDAES QUIMICAS
Sus estados de
oxidación más comunes son +2, +3, +4, +6 y +7, aunque se han encontrado desde +1 a +7; los compuestos en los que el manganeso presenta estado de oxidación +7 son agentes oxidantes muy enérgicos. Dentro de los sistemas biológicos, el
catión Mn+2 compite frecuentemente con el Mg+2. Se emplea sobre todo aleado con hierro en aceros y en otras aleaciones.
USOS
Manganeso es un
oligoelemento; es considerado un
elemento químico esencial para todas las formas de vida.
Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en distintas
enzimas, destacando el
superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la
dismutación de superóxidos, O2-; la Mn-
catalasa, que cataliza la dismutación de
peróxido de hidrógeno, H2O2; así como en la concavanila A (de la familia de las
lectinas), en donde el manganeso tiene un papel estructural.
SILICIO
PROPIEDADES FISICAS
El silicio es un
elemento químico no metálico, número atómico 14 y situado en el grupo 4 de la
tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de los
carbonoideos.
Sus propiedades son intermedias entre las del
carbono y el
germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo.
El silicio tiene un punto de fusión de 1.410 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una densidad relativa de 2,33. Su masa atómica es 28,086.
PROPIEDADES QUIMICAS
El silicio es uno de los componentes principales de los
aerolitos, una clase de
meteoroides.
Medido en peso el silicio representa más de la cuarta parte de la corteza terrestre y es el segundo elemento más abundante por detrás del
oxígeno. El silicio no se encuentra en estado nativo;
arena,
cuarzo,
amatista,
ágata,
pedernal,
ópalo y
jaspe son algunas de los
minerales en los que aparece el óxido, mientras que formando
silicatos se encuentra, entre otros, en el
granito,
feldespato,
arcilla,
hornablenda y
mica.
El silicio comercial se obtiene a partir de
sílice de alta pureza en horno de arco eléctrico reduciendo el óxido con electrodos de carbono a temperatura superior a 3000 °C: SiO2 + C → Si + CO2.
PROPIEDADES MECANICAS
El silicio es un semiconductor; su resistividad a la corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metales y la de los aislantes. La conductividad del silicio se puede controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas llamadas dopantes. La capacidad de controlar las propiedades eléctricas del silicio y su abundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicación de los transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electrónica.
USOS
Se utiliza en
aleaciones, en la preparación de las
siliconas, en la industria de la
cerámica técnica y, debido a que es un material
semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la industria
electrónica y
microelectrónica como material básico para la creación de obleas o
chips que se pueden implantar en
transistores,
pilas solares y una gran variedad de circuitos electrónicos.
Se utiliza en la industria del acero como componente de las aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxida el acero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio; el acero común contiene menos de un 0,03% de silicio. El acero de silicio, que contiene de 2,5 a 4% de silicio, se usa para fabricar los núcleos de los transformadores eléctricos, pues la aleación presenta baja histéresis (ver Magnetismo). Existe una aleación de acero, el durirón, que contiene un 15% de silicio y es dura, frágil y resistente a la corrosión; el durirón se usa en los equipos industriales que están en contacto con productos químicos corrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones de cobre, como el bronce y el latón.
METALES FERROSOS
ACERO
CARACTERISTICAS FISICAS
El acero es la
aleación de
hierro y
carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso
[1] de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2% de carbono dan lugar a las
fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse
forjar a diferencia de los aceros, se moldean.
Su
densidad media es de 7850 kg/m3.
En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.
El
punto de fusión del acero depende del tipo de aleación. El de su componente principal, el
hierro es de alrededor de 1510 ºC, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1375 ºC (2500 ºF). Por otra parte el acero rápido funde a 1650ºC. Su punto de
ebullición es de alrededor de 3000 ºC(5400ºF).
PROPIEDADES QUIMICAS
Se denomina acero hipoeutectoide a los aceros que según el
diagrama hierro-carbono tienen un contenido en carbono inferior al correspondiente a la composición
eutectoide (0,77 % de C). El acero hipoeutectoide está formado por una mezcla de
ferrita más
perlita
Acero bajo en carbono [
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El porcentaje de
carbono estos aceros no supera el 0,2%, se llaman aceros ferríticos, son muy suaves, dúctiles, deformables y de baja resistencia.
Acero al carbono medio [
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A este grupo pertenecen la mayoría del acero comercial que se produce, su porcentaje de carbono está comprendida entre el 0,2% y el 0,5%. Sus propiedades dependen de la cantidad de ferrita y perlita que tienen y varían sus prestaciones en un rango muy amplio.
Aceros de alto carbono [
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Estos aceros tienen un porcentaje de carbono comprendido entre el 0,5% y el 0,77%, se denominan aceros perlíticos. Su resistencia y dureza son elevadas pero su ductilidad y tenacidad son bajas.
Se denomina acero hipereutectoide, aquellos aceros que en su composición y de acuerdo con el
diagrama hierro-carbono tienen un porcentaje de carbono entre el 0,77% y el 2%. Su constituyente principal es la
cementita (Carburo de hierro (Fe3C)). Es un material duro y de difícil mecanización.
PROPIEDADES MECANICAS
Es un material muy
tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.
Relativamente
dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados
alambres.
Es
maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata
Permite una buena
mecanización en
máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.
Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor
memoria, y se deforman al sobrepasar su
límite elástico.
La
dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el
templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados
aceros rápidos que contienen cantidades significativas de
cromo,
wolframio,
molibdeno y
vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son
Brinell,
Vickers y
Rockwell, entre otros. Se puede
soldar con facilidad.
La
corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se
oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Posee una alta
conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de
[19] 3*106
S m-1. En las
líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.
INFLUENCIA DE LOS DEMAS ELEMENTOS ALEANTES AL ACERO
Aluminio: se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suele tener 1% aproximadamente de aluminio. Como desoxidante se suele emplear frecuentemente en la fabricación de muchos aceros. Todos los aceros aleados en calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables generalmente desde 0,001 a 0,008
Boro: logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero está totalmente desoxidado.
Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. El cobalto es un elemento poco habitual en los aceros. Se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de la herramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros.
Cromo: es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente se emplea en cantidades diversas desde 0.30% a 30%, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.
Estaño: es el elemento que se utiliza para recubrir láminas muy delgadas de acero que conforman la
hojalata.
Manganeso: aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado líquido en los hornos durante los procesos de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero que se desprendan gases que den lugar a porosidades perjudiciales en el material.
Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.
Nitrógeno: se agrega a algunos aceros para promover la formación de
austenita.
Níquel: una de las mayores ventajas que reporta el empleo del níquel, es evitar el crecimiento del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos gran tenacidad.
Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0.15 y 0.30 % debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0.5 % debido a que dificulta el templado y disminuye la tenacidad en caliente.se añade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad.
Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante. Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono.
Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero.
Tungsteno: también conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %, proporciona
aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de loa aceros al carbono para herramientas.
Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para
herramientas.
Zinc: es elemento clave para producir chapa de acero galvanizado.
USOS
Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán debido a que en su composición hay un alto porcentaje de cromo y níquel.
NORMAS
España actualmente están regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y antiguamente estaban reguladas por la norma UNE-36010
Existen otras normas reguladoras del acero, como la clasificación de AISI (de hace 70 años, y de uso mucho más extenso internacionalmente), ASTM DIN, o la ISO 3506.
A modo de ejemplo se expone la clasificación regulada por la norma UNE-36010, que ya ha sido sustituida por la norma UNE-EN10020:2001, y están editadas por AENOR:
Norma UNE-36010
UNE-36010
La norma española UNE-36010 es una normalización o clasificación de los aceros para que sea posible conocer las propiedades de los mismos. Esta Norma indica la cantidad mínima o máxima de cada componente y las propiedades mecánicas que tiene el acero resultante.
En España, el Instituto del Hierro y del Acero (IHA) creó esta norma que clasifica a los aceros en cinco series diferentes a las que identifica por un número. Cada serie de aceros se divide a su vez en grupos, que especifica las características técnicas de cada acero, matizando sus aplicaciones específicas.
ACEROS ESTRUCTURALES
PROPIEDADES FISICAS
El acero estructural, según su forma, se clasifica en:a. PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ángulo.b. BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños.c. PLANCHAS: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente.
PROPIEDADES QUIMICAS
Se define como acero estructural al producto de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características específicas. El acero laminado en caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250 mega pascales (2·549 kg/cm.
PROPIEDADES MECANICAS
Su alta resistencia, homogeneidad en la calidad y fiabilidad de la misma, soldabilidad, ductilidad, incombustible, pero a altas temperaturas sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas, buena resistencia a la corrosión en condiciones normales.El acero es más o menos un material elástico, responde teóricamente igual a la compresión y a la tensión, sin embargo con bastante fuerza aplicada, puede comenzar a comportarse como un material plástico, pero a diferencia de los materiales plásticos a máximas solicitaciones romperá, pero su comportamiento plástico en tales situaciones como un terremoto, la fase plástica es útil, ya que da un plazo para escapar de la estructura.
USOS
Barras corrugadasAlambrón Alambres trefilados ( lisos y corrugados) Mallas electrosoldables de acero Mallazo Armaduras básicas en celosía.Alambres, torzales y cordones para hormigón pretensado. Armaduras pasivas de acero Redondo liso para Hormigón Armado Aceros para estructuras en zonas de alto riesgo sísmico.Para estructuras de hormigón se utilizan barras lisas y corrugadas, con diámetros que oscilan entre los 6mm y los 40mm, aunque lo común en una armadura de hormigón es que difícilmente superen los 32mm. Además el acero de refuerzo se utiliza en las mallas electro soldadas o mallazo constituidos por alambres de dímetros entre 4mm a 12mm.
ACERO PARA NITRURACION
La
nitruración es un tratamiento termoquímico, que modifica la composición superficial del
acero incorporando
nitrógeno, dentro del proceso de
tratamiento térmico. El objetivo principal de la nitruración iónica es mejorar las propiedades superficiales de piezas para
maquinaria,
herramientas y
matrices, obteniendo una mayor
dureza superficial, resistencia al desgaste,
fatiga y
corrosión.
Características de los aceros para nitruración
Los aceros aleados que se citan a modo de ejemplo son adecuados para someterlos a nitruración:
Acero para nitruración al Cr-Mo-V de alta resistencia: La composición extra de este acero es la siguiente: 0,32% C, 3,25% Cr, 0,40% Mo y 0,22%V. Una vez tratado alcanza una resistencia mecánica de 120 kg/mm2. La capa nitrurada se adhiere muy bien al núcleo sin temor a descascarillamiento. Se utiliza para construir piezas de gran resistencia y elevada dureza superficial para resistir el desgaste.
Acero para nitruración al Cr-Mo-V de resistencia media: la composición extra de este acero es 0,25% C, 3,25%Cr, 0,40% Mo y 0,25% Mo. Tiene características y aplicaciones parecidos al anterior, solamente que su resistencia mecánica es de 100kg/mm2.
Acero para nitruración al Cr-Al-Mo de alta dureza: la composición extra de este acero es 0,40% C, 1,50% Cr, 0,20% Mo y 1% Al. La capa nitrurada de este acero puede descascarillarse y es de gran fragilidad. Se utiliza para piezas que soporten una resistencia media y la mayor dureza superficial posible.
ACEROS PARA CEMENTACION
La cementación es un
tratamiento termoquímico en el que se aporta
carbono a la superficie de una pieza de
acero mediante difusión, modificando su composición, impregnando la superficie hasta una profundidad adecuada y sometiéndola a continuación a un
tratamiento térmico.
Según sean los requisitos de
dureza y
resistencia mecánica existen varios tipos de aceros adecuados para recibir el tratamiento de cementación y posterior tratamiento térmico.
Tipos de aceros para cementación
Aceros para cementación al carbono: Cementación 900º-950º, primer temple 880º-910º en agua o aceite, segundo temple 740º-770º en agua. Revenido 200º máx.
Aplicaciones: Piezas poco cargadas y de espesor reducido, de poca responsabilidad y escasa tenacidad en el núcleo.
Aceros para cementación al Cr-Ni de 125kgf/mm2: Tiene en su composición un 1% de Cr y un 4,15% de Ni. Cementación 850º-900º, primer temple 900º-830º en aceite, segundo temple 740º-780º en aceite. Revenido 200º máx.
Aplicaciones: Piezas de gran resistencia en el núcleo y buena tenacidad. Elementos de máquinas y motores. Engranajes, levas etc.
Aceros para cementación al Cr-Mo de 95 kgf/mm2: Tiene en su composición un 1,15% de Cr y un 0,20% de Mo. Cementación 890º-940º; primer temple 870º-900º en aceite, segundo temple 790º-820º en aceite. Revenido 200º máx.
Aplicaciones: Piezas para automóviles y maquinaria de gran dureza superficial y núcleo resistente. Piezas que sufran gran desgaste y transmitan esfuerzos elevados. Engranajes, levas, etc.
Aceros para cementación al Cr-Ni-Mo de 135 kgf/mm2: Tiene en su composición un 0,65% de Cr, 4% de Ni y 0,25% de Mo. Cementación 880º-930º; primer temple 830º-860º aire o aceite; segundo temple 740º-770º aceite. Revenido 200º máx. Aplicaciones: Piezas de grandes dimensiones de alta resistencia y dureza superficial. Máquinas y motores de máxima responsabilidad., ruedas dentadas, etc.
ACEROS PARA HERRAMIENTA
Se emplean para la fabricación de útiles o herramientas destinados a modificar la forLos aceros de herramientas tienen generalmente un contenido en carbono superior a 0.30%, aunque a veces también se usan para la fabricación de ciertas herramientas, aceros de bajo contenido en carbono (0.1 a 0.30%).
Principales tipos de aceros de herramientas
Aceros al carbono: para la fabricación de herramientas para los usos más diversos, se emplean aceros sin elementos de aleación con porcentajes de carbono variables de 0.50 a 1.40%. Para herramientas que deban tener gran tenacidad como martillos y picas; se emplean medios contenidos en carbono 0.50 a 0.70%. Para herramientas de corte como brocas, cuchillas, y limas; calidades intermedias de 0.70 a 1%. Para conseguir en cada caso la máxima dureza, deben ser templados en agua.
Aceros rápidos: la característica fundamental de estos aceros es conservar su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las herramientas casi a l rojo (600º) sin disminuir su rendimiento. Algunas composiciones típicas de los aceros rápidos son: C = 0.75%, W = 18%, Cr = 4% y V = 1% ; otra C = 0.75%, W = 18%, Co = 4% y V = 1.25%.
Aceros indeformables: reciben este nombre los aceros que en el temple no sufren casi deformaciones y con frecuencia después del temple y revenido quedan con dimensiones prácticamente idénticas a las que tenían antes del tratamiento. Esto se consigue empleando principalmente el cromo y el manganeso como elementos de aleación. Estos aceros templan con un simple enfriamiento al aire o en aceite. Composiciones típicas: C = 2% y Cr = 12%; C = 1% y Cr = 5% y otra C = 1% y Mn = 1%.
Aceros al corte no rápidos: se agrupan varios aceros aleados, principalmente con cromo y wolframio, muy empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben trabajar en condiciones muy forzadas. Pueden considerarse como unas calidades intermedias entre los aceros rápidos y los aceros al carbono, y la mayoría de herramientas fabricadas con ellos suelen quedar con durezas comprendidas entre 60 y 66 Rockwell-C.
USOS
En este grupo se incluyen todos los aceros que normalmente se ema, tamaño y dimensiones de los materiales por cortadura, por presión o por arranque de viruta.
ACEROS RESISTENTES AL DESGASTE
PROPIEDADES
Basados en la adición de cantidades considerables de cromo y níquel, a los que se suman otros elementos para otras propiedades más específicas. Resistentes a ambientes húmedos, a agentes químicos y a altas temperaturas.
USOS
Grupo 1: Cuchillería, elementos de máquinas hidráulicas, instalaciones sanitarias, piezas en contacto con agentes corrosivos. Grupos 2 y 3: Piezas de hornos emparrilados, válvulas y elementos de motores de explosión y, en general, piezas cometidas a corrosión y temperatura.
ACEROS RESISTENTE A LA CORROSION
En los aceros inoxidables, la acción de los elementos aleados es sustancial, además de estructural, y depende del porcentaje del o los elementos de la aleación
El cromo es el elemento aleado que más influye en la resistencia a la oxidación y a la corrosión de los aceros. Un 12% de cromo ya impide la corrosión por el aire ambiente húmedo. Para la oxidación a altas temperaturas se puede necesitar hasta un 30 %.
El Níquel mejora la resistencia a la corrosión de los aceros al cromo y el Molibdeno mejora la resistencia a la oxidación altas temperaturas.
El acero inoxidable también es un tipo de
acero resistente a la
corrosión, dado que el
cromo, u otros metales, que contiene posee gran afinidad por el
oxígeno y reacciona con él formando una
capa pasiva dora, evitando así la corrosión del
hierro. Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Contiene, por definición, un mínimo de 10,5% de
cromo. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el
níquel y el
molibdeno. Al igual que la mayoría de los aceros, vienen regulados en España por la norma
UNE 36001 que los clasifica dentro de la serie F310.
USOS
Su resistencia a la corrosión es lo que da al acero inoxidable su nombre. Sin embargo, justo después de su descubrimiento se apreció que el material tenía otras muchas valiosas propiedades que lo hacen idóneo para una amplia gama de usos diversos. Las posibles aplicaciones del acero inoxidable son casi ilimitadas, hecho que puede comprobarse con tan solo unos ejemplos:
En el hogar: cubertería y menaje, fregaderos, sartenes y baterías de cocina, hornos y barbacoas, equipamiento de jardín y mobiliario.
En la ciudad: paradas de autobús, cabinas telefónicas y resto de mobiliario urbano, fachadas de edificios, ascensores y escaleras, vagones de metro e infraestructuras de las estaciones.
En la industria: equipamiento para la fabricación de productos alimentarios y farmacéuticos, plantas para el tratamiento de aguas potables y residuales, plantas químicas y petroquímicas, componentes para la automoción y aeronáutica, depósitos de combustible y productos químicos.
ACEROS RESISTENTES AL CALOR
De fácil soldadura
De propiedades magnéticas
De dilatación térmica específica
Resistentes a la fluencia
PROPIEDADES GENERALES
Generalmente son aceros aleados o tratados térmicamente.
USOS: Grupos 1 y 2: Tornillería, tubos y perfiles. Grupo 3: Núcleos de transformadores, motores de bobinado. Grupo 4: Piezas de unión de materiales férricos con no férricos sometidos a temperatura. Grupo 5: Instalaciones químicas, refinerías y para altas temperaturas.
FUNDICIONES
GRIS
PROPIEDADES FISICAS
La mayoría de las fundiciones grises son aleaciones hipo eutécticas que contienen entre 2,5 y 4% de carbono. El proceso de grafitización se realiza con mayor facilidad si el contenido de carbono es elevado, las temperaturas elevadas y si la cantidad de elementos grafitizantes presentes, especialmente el silicio, es la adecuada.
Para que grafiticen la cementita eutéctica y la proeutectoide, aunque no la eutectoide, y así obtener una estructura final perlítica hay que controlar cuidadosamente el contenido de silicio y la velocidad de enfriamiento.
PROPIEDADES QUIMICAS
Contiene cantidades de
silicio del 2 al 4%, de
manganeso hasta 1%, y porcentajes menores de
azufre y
fósforo. Se caracterizan porque su colada se puede vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad de acuerdo con sus moldes. Las piezas de fundición de hierro no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son
dúctiles ni
maleables y poco saldables pero sí maquinales, relativamente duras y resistentes y al desgaste.
PROPIEDADES MECANICAS
Resistencia a la tracción: la fundición gris tiene una carga de rotura a la tracción pequeña, en torno a los 15
kg/mm² y llega a los 30 , 40 y 45 kg/ mm² según sea su composición.
Resistencia a la comprensión esta resistencia es mayor, y para las fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de la tracción, por eso, sus aplicaciones principales se da en piezas sometidas a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción.
Resistencia a la flexión: puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión varía según la orientación de la sección.
Resistencia al choque: el choque y la resiliencia son solicitaciones dinámicas, y en su confrontación la fundición se comporta de un modo particular. Las fundiciones grises , resisten muy mal los choques y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas.
Dureza: la dureza de la fundición gris es relativamente elevada, esta varía entre 140 a 250 Brinell según sea su composición. A pesar de su elevada dureza se puede mecanizar fácilmente, porque la viruta se desprende mejor y por la presencia de grafito liberado, que lubrica el paso de la viruta sobre el corte de la herramienta.
Resistencia química: la fundición tiene poca resistencia química, y se deteriora con los ácidos, los álcalis y las oxidaciones.
Otras propiedades: la fundición gris no es dúctil, no es maleable; se puede soldar al latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco. La fundición puede recibir baños galvánicos (ser niquelada, por ejemplo), ser galvanizada en caliente, estañada y esmaltada al fuego (piezas de uso doméstico y para la industria química).
Resistencia química: la fundición tiene poca resistencia química, y se deteriora con los ácidos, los álcalis y las oxidaciones.
Otras propiedades: la fundición gris no es dúctil, no es maleable; se puede soldar al latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco. La fundición puede recibir baños galvánicos (ser niquelada, por ejemplo), ser galvanizada en caliente, estañada y esmaltada al fuego (piezas de uso doméstico y para la industria química)
NORMAS
Las fundiciones grises son designadas con dos números xx, los cuales corresponden a la clase y significa la resistencia a la tracción de miles de sí que tiene el material. Ejemplo, una fundición gris clase 40 significa que tiene 40000 psi (276MPa) De resistencia al tracción. En general, las fundiciones grises ordinarias se localizan en el intervalo de entre clase 20 y clase 60 con incrementos de 5.
Clase Resistencia a la tracción-psi Dureza brinell Estructura
20 24000 130-180 F,P
30 34000 170-210 F,P,G
40 44000 210-260 P,G
50 54000 240-280 P,G
60 64000 260-300 B,G
Clasificación de las fundiciones grises según la norma ASTM A48-41.
USOS
Las llamadas fundiciones grises son las más utilizadas en la industria metalúrgica para la producción de piezas que requieran operaciones de mecanizado finales debido a que son muy mecanizables en todo tipo de
máquinas herramienta excepto en rectificadoras, admiten bien el
taladrado, el
roscado y son saldables. Sus principales aplicaciones son la fabricación de bancadas de máquinas,
bloques de motores térmicos, piezas de cerrajería, etc.
El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.
FUNDICION NODULAR
PROPIEDADES FISICAS
La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta micro estructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial.
PROPIEDADES QUIMICAS
El contenido total de carbono de la fundición nodular es igual al de la fundición gris. Las partículas esferoidales de grafito se forman durante la solidificación debido a la presencia de pequeñas cantidades de magnesio o cerio, las cuales se adicionan al caldero antes de colar el metal a los moldes, la cantidad de ferrita presente en la matriz depende de la composición y de la velocidad de enfriamiento.
PROPIEDADES MECANICAS
Esta micro estructura produce esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior.
Propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena endurecibilidad y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial.
NORMAS
De acuerdo con las norma ASTM A532-80 , la F.N. Se designa con tres dígitos xx, y y , zz ,donde xx es la resistencia a la tracción en miles de psi, y y es el modulo de la elasticidad en miles d3 psi y zz el porcentaje de alargamiento. La clasificación de algunas clases de estos materiales , según algunas normas internacionales , al igual que tres de sus importantes propiedades.
Norma internacional ISO :fundición 70-2, 70-2, 50-7, 42-12, 38-17
ASTM (USA) A36-80 : fundición 60-40-18, 65-45-12, 80-55-06, 100-70-03, 120-90-02.
Francia (NFA) A32-201 : fundición FGS 70-02, FGS 60-02, FGS 50-7,FGS 42-12, FGS 38-17. Esto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior.
Según AFS se clasifica de acuerdo a su grado de nodularidad , dimensión de nódulos , cantidad de nódulos por mm2 y % de perlita y carburos.
FUNDICION BLANCA
PROPIEDADES FISICAS
Se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido, siguiendo el diagrama hierro-cementita meta estable ; durante el enfriamiento, la austenita solidifica a partir de la aleación fundida en forma de dendritas.
PROPIEDADES QUIMICAS
A los 1130°C el líquido alcanza la composición eutéctica (4.3%C) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita. Este eutéctico aparece en su mayor parte como cementita blanca que rodea las dendritas de forma de helecho. Al enfriarse las fundiciones desde 1130°C hasta 723°C el contenido de carbono de la austenita varía de 2 a 0.8%C al precipitarse cementita secundaria que se forma sobre las partículas de cementita ya presentes, a los 723°C la austenita se transforma en perlita, el eutectoide de los aceros.
A los 1130°C el líquido alcanza la composición eutéctica (4.3%C) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita. Este eutéctico aparece en su mayor parte como cementita blanca que rodea las dendritas de forma de helecho.
USOS
Las fundiciones maleables se utilizan en la fabricación de partes de maquinaria agrícola, industrial y de transporte.
NORMAS
La ASTM por intermedio de la norma A 532 – 75 indica las clases entre ellas están:
Clase:
I tipo A , I tipo B, I tipo C, I tipo D, II tipo A, II tipo B , II tipo C, II tipo D, II tipo E, III tipo A.