Aleaciones Metálicas

Aleaciones metálicas

Son una mezcla de uno o más elementos con propiedades metálicas y otro no metálico. Para su fabricación son mezclados de tal manera que sus componentes se funden. Se clasifican por su composición y consiste en que el elemento se halla en mayor porción o cuando el elemento no es metal. También se encuentra por el número de elementos donde hay un elevado número de elemento químicos, su estructura que es sustitucional o intersticial y por su peso que son aleaciones ligeras cono aluminio de elemento principal. La aleaciones presentan propiedades físicas como brillo metálico y alta conductibilidad eléctrica y térmica. La importancia esta en las propiedades mecánicas como dureza o ductilidad, son diferentes a las propiedades de los elemento de forma aislada. Por otro lado la temperatura de fusión varia pues si en la aleación esta en mayor cantidad un elemento la temperatura del fusión pues dependiendo de la concentración cada metal puro se funde a su temperatura y conviven la fase liquida y la fase solida. Las concentraciones se pueden ajustar para que la temperatura de fusión se unifica se le nombra como eutéctica.

La mayoría de las aleaciones se preparan mezclando los metales fundidos. La polvimetalurgia donde los materiales se mezclan secos en polvo prensándolos con mucha tensión y calentándolos por debajo de su punto de fusión dando como resultado que la aleación sea homogénea y solida. Las aplicaciones que tiene son que los productos con esta técnica son hechos en serie abaratando su costo. Otra técnica es la de añadirle un ion que se usa para la fabricación de chips de computadoras y consiste en dispararle a los metales, en una cámara de vacío, iones de carbono o nitrógeno y que tenga un capa fina de aleación resistente sobre el metal. Ejemplos de esta aleación es el platino que es un metal precioso.

Las aleaciones más comunes en la industria son acero, bronce, cuproníquel, magnam, nitinol, oro blanco, laton. La aleación de acero está hecha de hierro con carbono, si la aleación posee una concentración mayor de carbono a hierro es quebradiza. La difusión entre el hierro y el carbono se logra gracias a la diferencia entre el diámetro de los átomos. El acero tiene muchas aleaciones correspondientes al elemento que esté presente, el acero se define como un compuesto de hierro con otra sustancia que incremente su resistencia. La producción de acero a gran escala es posible gracias a que el hierro y el carbono son muy abundantes en la tierra. Los usos que tiene son en la construcción de maquinaria, herramientas, edificios.

Historia

Los primeros restos arqueológicos de utensilios de hierro datan del año 3000 a.C y fueron descubiertos en Egipto.

Algunos de los primeros aceros provienen del este de áfrica. Durante la dinastía Han de China se produjo acero; en torno al siglo I a.C. También adoptaron los métodos de producción para la creación de acero wootz, proceso surgido en India y en Sri Lanka. El método utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones.

Las características más conocidas del acero wootz son su durabilidad y capacidad de tener un filo. Era una aleación de hierro con gran número de diferentes materiales. En su estructura se incluían nanotubos de carbono, lo que quizá explique algunas de sus cualidades, pero es más factible que se hayan obtenido por una coincidencia.

Entre los siglos IX y X se produjo en Merv el acero de crisol, consiste en obtener acero utilizando calor lento a la vez que el hierro y el carbón eran enfriados mediante distintas técnicas. Durante la dinastía Song la producción de acero se realizaba empleando dos técnicas: la primera producía acero de baja calidad y un procedo del método de Bessemer que utiliza un proceso para quitar el carbón realizando forjas repetidas y sometiendo la pieza a enfriamientos abruptos.

El hierro fue descubierto hacia el año 1500 a.C, se mantuvo mucho tiempo en secreto, difundiéndose extensamente hacia el año 1200 a.C. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.

Los métodos antiguos para la fabricación del acero consistían en obtener hierro dulce en el horno, con carbón vegetal y tiro de aire. Una posterior expulsión de las escorio sor martilleo y carburación del hierro dulce para cementarlo. Luego se perfeccionó la cementación fundiendo el acero cementado en crisoles de arcilla. Benjamin Huntsman desarrolló un procedimiento para fundir hierro forjado con carbono, obteniendo el primer acero conocido. En 1856 Sir Henry Bessemer hizo posible la fabricación de acero en grandes cantidades, En 1857 Carl Wilhelm Siemens ideó el procedimientos Martin Siemens,, por descarburación de la fundición de hierro dulce y óxido de hierro, calentando con aceite, gas de coque, o una mezcla de gas de alto horno y de coque.

El método Héroult consiste en introducir en el horno chatarra de acero, haciendo saltar un arco eléctrico entre la chatarra y unos grandes electrodos de carbono situados. En 1948 se inventa el proceso de oxígeno básico o L-D. El éxito se logró en Austria en 1948, cuando una fábrica de acero situada desarrolló el proceso básico o L-D.

En 1950 se inventa el proceso de colada continua que se usa cuando se requiere producir perfiles laminados de acero de sección constante y en grandes cantidades. Consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, al pasar el material fundido por el molde frío se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. En la actualidad se utilizan algunos metales y metaloides en forma de ferroaleaciones, que, unidos al acero, proporcionan excelentes cualidades de dureza y resistencia. Actualmente el proceso de fabricación del acero, se completa mediante la llamada metalurgia secundaria. Se otorgan al acero líquido las propiedades químicas, temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones e impurezas deseadas. La unidad más común es el horno de cuchara. El acero producido está listo para ser posteriormente colado, en forma convencional o en colada continua.

Características mecánicas y tecnológicas del acero

Las propiedades físicas y mecánicas del acero varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas

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