MATERIALES TRADICIONALES Y AVANZADOS

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MATERIALES TRADICIONALES Y AVANZADOS

J. I. Verdeja (Escuela de Minas de Oviedo). Catedrático de Metalotecnia.

J. P. Sancho (Escuela de Minas de Oviedo). Catedrático de Metalurgia.

L. F. Verdeja (Escuela de Minas). Catedrático de Siderurgia.

Resumen

        La distinción entre materiales tradicionales y avanzados resulta más bien confusa actualmente. Con las nuevas tecnologías de fabricación pueden obtenerse materiales estructurales tan ligeros, resistentes, tenaces y baratos que merecen todos el calificativo de avanzados.

        Palabras clave: Materiales avanzados, selección de materiales. Acero, aluminio y materiales compuestos.

Abstract

        The distinction between traditional and modern materials is currently rather confused. Based on the new fabrication technologies we are able to produce so much light, strong, tough and cheap structural materials that they all could be considered as advanced one’s.

        Key words: Advanced materials, materials selection. Steel, aluminium and composites.

1.-        Introducción.

        La Ciencia y Tecnología de Materiales tiene tres finalidades:

• elegir el material adecuado para ser utilizado en las condiciones requeridas una vez fijada su naturaleza o composición química,

• seleccionarla calidad adecuada  a la misión que se le encomienda,

• fabricar y manipular en la forma precisa para que, mediante los adecuados tratamientos –térmicos y mecánicos- lograr que alcance la estructura –cristalina, vítrea o amorfa- más en consonancia con las propiedades apetecidas; éstas pueden ser físicas –rigidez, conductividad, temperatura de fusión-, químicas –resistencia a la oxidación, corrosión, mojabilidad-, o mecánicas –resistencia mecánica, dureza y tenacidad-.

Cabe en este punto distinguir entre materiales estructurales y materiales funcionales. Los primeros son empleados en virtud de alguna de sus propiedades mecánicas –aceros para ferrocarriles o estructuras metálicas; hormigones para grandes obras de ingeniería civil, aleaciones ligeras para las industrias del transporte terrestre y aeroespacial-; los segundos, materiales funcionales, para ciertas aplicaciones específicas –resistencia al calor, a las radiaciones, propiedades ópticas, electrónicas o magnéticas, biomateriales, etc.- que restringen su campo de utilización, haciendo de ellos –si se comparan con los estructurales- materiales habitualmente caros.

La drástica distinción establecida ente unos y otros deberá ser empleada con la debida prudencia: a un mismo material –para una determinada aplicación- puede exigírsele diferentes virtualidades; por ejemplo, al acero empleado en la carrocería de los coches se le pide primordialmente que asegure la estabilidad y seguridad mecánica del habitáculo, pero también que proteja a los pasajeros contra el frío, la lluvia y el viento; las superaleaciones  de base níquel son materiales de elección para la fabricación de álabes de turbina no solamente por su elevada resistencia a corrosión sino, además, porque retienen buena parte de sus propiedades mecánicas –resistencia a la deformación por fluencia- hasta temperaturas superiores a los 1.000 ºC. Entre los materiales puramente estructurales o funcionales, existe una amplia gama de materiales intermedios todos ellos imprescindibles, en mayor o menor medida, para el desarrollo tecnológico: Los motores a reacción no hubieran sido posibles sin el empleo de las superaleaciones; los circuitos electrónicos, sin el uso de Si extra-puro o del AsGa; la fabricación del aluminio, por vía electrolítica, es posible por el empleo de cátodos de carbono-grafito, altamente resistentes a la corrosión por parte del metal fundido; en fin, al desarrollo de las centrales nucleares de potencia en sus variantes PWR –agua a presión- y BWR –agua en ebullición-, ha contribuido el uso de nuevas aleaciones de Zirconio –Zircalloys- transparentes a los neutrones. Los ejemplos podrían multiplicarse.

Ciñéndonos más al campo de los materiales «esencialmente» estructurales: metálicos, cerámicos, polímeros y sus híbridos –materiales compuestos, composites-, las posibilidades de elección, al menos potenciales, abarcan una cifra global superior a los 60.000. El primer cuadro, Tabla 1, recoge las propiedades generales, ventajas e inconvenientes de los metales, cerámicos, polímeros y compuestos. El segundo, Tabla 2, las propiedades fundamentales y precio orientativo de 75 materiales, considerados emblemáticos, dentro de la gran variedad disponible. En la práctica la selección para una determinada aplicación, suele quedar restringida a unos pocos en función –ya dijimos- de sus propiedades intrínsecas (rigidez, densidad, resistencia mecánica, tenacidad, etc.) y de ciertas propiedades atributivas (costo, calidad superficial, disponibilidad); o de alguna otra propiedad funcional complementaria como sería su resistencia a corrosión y a la temperatura, carácter conductor, semiconductor o aislante, compatibilidad biológica, degradabilidad, etc. Esta selección va cerrándose, focalizándose, conforme avanza el proceso de diseño de una pieza o componente determinado en sus diferentes fases: conceptual, croquización y detalle. Pero ya desde esta primera etapa, la conceptual, será la selección no sólo por propiedades sino también en atención a su coste, lo que facilitará el fin perseguido: la pieza o componente de calidad y precio óptimos. Esta aproximación resulta particularmente válida para aquellos materiales de más amplia utilización en ingeniería civil, mecánica y fabricación de bienes de equipo, en los que su coste incide más elevadamente en el precio global del producto acabado. Y es precisamente este segundo aspecto, el económico, el que ha dictado que, determinados materiales considerados tradicionales por el gran público –acero, hormigón, madera y piedra- no hayan sido ni serán desplazados por otros más modernos o nuevos –aleaciones ligeras, polímeros, composites- amén de otras consideraciones. Un buen ejemplo –quizá el más apropiado- que muestra hasta dónde la innovación no rompe con la tradición –ignorancia sería afirmarlo- sino que ambas se entrelazan, complementan y compiten mutuamente será el de los nuevos materiales denominados Compuestos o Composites.

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