Estructura y Propiedades de los Metales: Una Visión Detallada

Estructura de los Metales

Estructura Cristalina

En este tipo de estructura, los átomos están ordenados en el espacio según una red geométrica constituida por la repetición de un elemento básico llamado cristal.

Estructura Granular

La agrupación de cristales forma los granos. Los granos aparecen al solidificarse un metal que se encuentra en estado líquido. Los granos son de forma irregular y su tamaño oscila entre 0,02 y 0,2 mm. El número de granos y su tamaño dependen principalmente de:

El proceso de fabricación del metal.
Los procesos térmicos a los que se haya sometido el metal.

Cuanto más rápido sea el enfriamiento, más fina será la estructura obtenida. Un mayor tamaño de grano y un enfriamiento más lento pueden resultar en una mayor dureza.

Propiedades de los Metales

Propiedades Físicas

Fusibilidad: Es la propiedad que tienen los metales de licuarse (pasar del estado sólido al líquido) bajo la acción del calor.
Peso Específico: Se define como su peso por unidad de volumen.
Punto de Fusión: Es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al estado líquido (se funde).
Calor Latente de Fusión: Es la cantidad de calor que absorbe la unidad de masa de un metal al pasar del estado sólido al líquido. Se expresa en calorías.
Calor Específico: Indica la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo de 0 hasta 10°C.
Dilatabilidad (o Dilatación): Es la propiedad que poseen los cuerpos de aumentar su volumen por efecto del calor (o su temperatura). La contracción es lo contrario de la dilatación.
Extensión: Es la propiedad de ocupar un lugar en el espacio. Es una propiedad medible para las porciones de materia (cuerpos). El nombre de la medida puede ser: superficie, volumen y longitud.
Impenetrabilidad: Es la resistencia que opone un cuerpo a que otro ocupe simultáneamente su lugar.
Divisibilidad: Es la propiedad que les permite poder fraccionarse en partículas más pequeñas.
Inercia: Es la propiedad que hace que se resistan al cambio de movimiento.
Temperatura de Fusión.
Conductividad Térmica o Calorífica.
Conductividad Eléctrica.
Magnetismo

Propiedades Químicas

Oxidación
Corrosión
Aleabilidad
Pesadez

Propiedades Mecánicas

Elasticidad: Límite Elástico (0,2).
Plasticidad: Se define como la capacidad que tienen los materiales de adquirir deformaciones permanentes.
Tenacidad: Es la propiedad de los metales que les permite resistir a los esfuerzos de rotura o deformación.
Maleabilidad.
Ductilidad.
Fatiga.
Resistencia a la rotura.
Acritud: Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío.
Colabilidad: Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde. Se utilizan fundición de hierro, de bronce, etc.
Resistencia Mecánica: Es la propiedad que permite a un material soportar esfuerzos sin romperse.
Templabilidad.
Estricción: Es la propiedad que tienen los metales de oponerse a la reducción de su sección cuando están sometidos a una carga de tracción.
Dureza.
Fragilidad.
Resiliencia.
Fluencia.
Maquinabilidad.
Soldabilidad: Es la propiedad que tienen algunos metales, por medio de la cual dos piezas del mismo material pueden ser unidas formando una sola pieza.
Forjabilidad: Es la capacidad de los metales para sufrir deformación plástica sin romperse ni desarrollar defectos, pudiendo ser esta en frío o en caliente.

Esfuerzos de Rotura

Tracción
Compresión
Cizalladura
Torsión

Productos Férreos

Hierro: Su peso específico es 7,87 y su temperatura de fusión es de 1539°C. Formas alotrópicas del hierro:

Hierro Alfa (α)
Hierro Gamma (γ)
Hierro Delta (δ)

El carbono es un metaloide que generalmente suele presentarse en dos formas alotrópicas diferentes: diamante y grafito.

Tipos de Productos Férreos

Aceros: Aleaciones que contienen entre 0,1 y el 1,7% de carbono.
Fundiciones: Aleaciones que contienen entre el 1,7 y el 5% de carbono.

Duraluminios: Son un conjunto de aleaciones de aluminio con cobre, manganeso, magnesio y silicio. Pertenecen a la familia de las aleaciones aluminio-cobre. Tienen buena mecanización, pero poca resistencia a la abrasión y a la corrosión.

Aceros

Los aceros son aleaciones férricas de hierro y carbono en las que el contenido en carbono no supera el 1,7% (en ocasiones el 2%).

Tipos de Aceros

Aceros al Carbono.
Aceros Aleados.
Aceros Comunes.
Aceros Finos.

Designación de los Aceros

Según la norma UNE (antigua) y la UNE-EN ISO (actualizada), existen dos modos de designación para los aceros:

Designación Numérica: «F» seguido de cuatro cifras.
Designación Simbólica.

AENOR (Asociación Española de Normalización).

Aceros especiales no aleados: C
Aceros especiales con menos del 5% de elementos de aleación

Aceros Aleados Especiales

Acero al carbono de gran elasticidad.
Acero aleado de gran elasticidad.
Acero mangano-siliciosos.
Aceros al carbono y aleados para cementación:
- Aceros al carbono para cementar: (F-1510)
- Aceros aleados para cementar: (F-1520 a F-1590)
Aceros de baja dilatación: Se emplean para aparatos de precisión donde se puedan sufrir variaciones de temperatura de entre 0º y 200º.
Aceros aleados para nitrurar: F-1711 a F-1741.

Fundiciones

Son aleaciones férricas de hierro y carbono, con un contenido en carbono superior al 1,7%, típicamente entre el 2,5 y el 4,5%.

Ejemplo: BRIDA EN RAIL: Absorbe bien las vibraciones, resiste muy bien el desgaste y las oxidaciones, y posee cualidades autolubricantes.

Proceso de Obtención de Fundiciones

Preparación del modelo: Plano de la pieza a obtener.
Preparación del molde: Se utilizan piezas denominadas «noyos» o «machos».

La cementita es un carburo de hierro de fórmula Fe₃C, siendo el constituyente más duro y frágil de los aceros (la ferrita, por ejemplo, es mucho más blanda). Contiene un 6,67% de carbono y un 93,33% de hierro. En proporciones comprendidas entre el 0,6% y el 3,5% favorece la formación de grafito, aunque en proporciones inferiores a ese 0,6% no lo hace.

Latones ordinarios: Cobre y Zinc. También existen latones especiales.