Tema: ALEACIONES FERREAS

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Jorge Luis Aguado Hernández

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Tecnología y comportamiento de los Materiales

Mtro. Luis Enrique López

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Introducción

En este resumen hablare sobre las aleaciones y sus propiedades generales, como están compuestas y varios tipos de ellas. Las cuales son explicadas a detalle a continuación.

ALEACIONES FERREAS

Las aleaciones férreas constituyen más del 90 por ciento en peso de los materiales metálicos empleados por el hombre. Esta inmensa familia de materiales de ingeniería posee un amplio rango de microestructuras y propiedades asociadas. En la práctica, dichas aleaciones se dividen en dos grandes categorías dependiendo de la cantidad de carbono presente en la composición de la aleación.

Los aceros generalmente tienen un contenido en carbono comprendido entre el 0.05 por ciento y el 2.0 por ciento en peso.

Las fundiciones normalmente contienen entre un 2.0 por ciento y un 4.5 por ciento en peso de carbono. Dentro de los aceros debe distinguirse el empleo o no de una cantidad significativa de elementos de aleación diferentes del carbono. Los elementos de aleación deben seleccionarse cuidadosamente porque suponen un importante aumento del coste del material. Su uso queda justificado solamente por mejoras esenciales en ciertas propiedades, tales como una mayor resistencia o un mejor comportamiento frente a la corrosión.

ACEROS AL CARBONO Y DE BAJA ALEACIÓN

Los aceros al carbono son aleaciones hierro-carbono con un porcentaje en peso de carbono desde un 0.003 a un 1.2 por ciento, e incorporan manganeso (de un 0.25 aun 1 por ciento). Los aceros al carbono pueden alcanzar resistencias de 690 MPa, pero con una elevada pérdida de ductilidad y tenacidad; además, tienen poca resistencia a la corrosión y la oxidación y muy poca templabilidad. Por otra parte, se llaman aceros aleados aquellos que además contienen elementos como Ni, Cr, Mo, V, Si, Cu, Al, W, Ti. Co, Zr, Pb, B y otros, añadidos expresamente al acero para mejorar sus propiedades.

La mayoría de las aleaciones férreas son aceros al carbono y aceros de baja aleación, consecuencia de su moderado precio debido a la ausencia de grandes cantidades de elementos aleantes y que poseen, además, suficiente ductilidad para ser conformados con facilidad, obteniéndose productos resistentes y duraderos. Las aplicaciones van desde los cojinetes de bolas hasta la carrocería de los automóviles, pasando naturalmente por el mundo de la construcción.

ACEROS DE ALTA ALEACIÓN

Se consideran aceros de alta aleación aquellos en los que el total de elementos de aleación distintos del carbono superan el 5 por ciento en peso. La adición de esos elementos encarece el acero, y sólo se justifica por la mejora sustancial de ciertas propiedades. Así, los aceros inoxidables requieren la adición de aleantes para evitar ser dañados por un ambiente corrosivo. En los aceros de herramientas los elementos aleantes se añaden con el fin de obtener la dureza requerida para aplicaciones de mecanizado.

Las aleaciones Fe-Cr con un porcentaje de Cr superior al 12 por ciento en peso constituyen los denominados aceros inoxidables.

FUNDICIONES

Las fundiciones constituyen un sistema férreo tradicional importante. Son aleaciones Fe-C-Si, en las que el contenido en C es superior al carbono de saturación de la austenita (2.1 por ciento en peso, a la temperatura eutéctica), y generalmente contienen hasta un 3 por ciento en peso de silicio para controlar la cinética de formación de carburos, lo que permite que el sistema evolucione según el diagrama de equilibrio estable, formándose grafito en lugar de cementita durante la solidificación. También poseen manganeso, hasta el 1.5 por ciento, fósforo hasta el 1.8 por ciento (que proporciona a la aleación una colabilidad excelente) y hasta un 0.25 por ciento de azufre. Además de estas fundiciones ordinarias, existen fundiciones aleadas, que contienen cantidades sensibles de otros elementos de aleación (Cu, Ni, Mo, Ti, Al) para modificar sus propiedades físicas y mecánicas, incrementando por ejemplo la resistencia al desgaste, a la abrasión o a la corrosión.

Las fundiciones resultan excelentes para moldeo por sus temperaturas de fusión y viscosidad de la fase líquida relativamente baja, porque no forman capas superficiales indeseadas durante la colada, y por experimentar una contracción moderada durante la solidificación y el enfriamiento. Esto permite obtener piezas con formas complejas, si bien las propiedades mecánicas serán inferiores a las de las aleaciones de foija. La resistencia de las fundiciones es variable, en función del tipo.

Existen distintos tipos generales de fundiciones: fundiciones blancas, fundiciones grises, dúctiles, maleables y atruchadas.

Las fundiciones blancas obedecen al diagrama Fe-C meta estable, bien por mantener un contenido bajo en silicio, bien por obtenerse con altas velocidades de enfriamiento. El nombre lo toman de la superficie de rotura característica, blanca y brillante.No se pueden forjar ni templar, pues rompen a causa de las tensiones.
Se emplean, por ejemplo, en forros y palas de molinos, o en rodillos de laminación.

Las fundiciones grises presentan una superficie de rotura gris, consecuencia de la presencia de grafito. Incorporan contenidos en carbono entre el 2.5 y el 4 por ciento en peso. Un contenido significativo de silicio (2 a 3 por ciento en peso) favorece la precipitación del grafito (C) en lugar de la de la cementita (Fe3C). La precipitación en forma de placas afiladas y puntiagudas de grafito contribuye a tenerfragilidad, por lo que son preferibles las formas nodulares.

La fundición dúctil (o nodular) resultante obtiene su nombre de la mejora de las propiedades mecánicas. La ductilidad se ve aumentada en un factorde 20, y la resistencia, en un factor de dos. Estas fundiciones presentan buena fluidez y moldeabilidad, se mecanizan muy bien y tienen buena resistencia al desgaste.

Otro tipo de fundición con ductilidad razonable es la fundición maleable, que primero se moldea al igual que una fundición blanca (con grandes cantidades de carburos de hierro y sin grafito) y, posteriormente, se somete a un tratamiento térmico (de grafitización, por calentamiento por encima de la temperatura eutectoide, y posterior enfriamiento) para obtener precipitados nodulares de grafito. La matriz puede ser ferrita, perlita o martensita. Finalmente, las fundiciones atruchadas son un tipo de fundiciones intermedias entre la blanca y la gris.

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