jueves, 5 de abril de 2018

Aleaciones: concepto, fabricación, propiedades y clases


Las aleaciones son productos homogéneos, de características metálicas, formados por dos o más elementos, uno de los cuales, al menos, debe ser un metal. Las aleaciones modifican las cualidades físicas de sus componentes o bien éstos adquieren nuevas propiedades.

Bronce y aleaciones en economia
El bronce con elevado contenido en estaño es más duro y resistente.

- Proceso de fabricación de las aleaciones


Para obtener una aleación es necesario calentar los componentes que la integran, hasta su paso al estado líquido. En esta situación, los mencionados elementos comienzan a combinarse, siguiendo dos modalidades: bien como mezclas de átomos, bien reaccionando químicamente. Tras su solidificación, el compuesto forma la aleación.

Mientras se verifica el proceso de fusión, la composición de la aleación puede resultar modificada. Ello obliga a la realización de controles y reajustes constantes en la dosificación de elementos en el horno. La colada de las aleaciones se realiza en moldes metálicos que permiten la obtención de lingotes de diferentes pesos, desde unos pocos kilos hasta varias toneladas, en función de que se trate de pruebas realizadas en laboratorio o de fabricación en plantas siderúrgicas.

La solidificación provoca la aparición de heterogeneidades estructurales que han de ser eliminadas. En principio, el paso del estado líquido al sólido determina una contracción del volumen; para subsanar esta alteración es necesario volver a calentar el lingote. Asimismo, las variaciones de la temperatura de solidificación entre las distintas partes del lingote provocan la aparición de áreas de cristalización muy diferenciadas; en la zona central se concentran las impurezas y los gases. Los procesos metalúrgicos de forja y laminado se aplican para obtener productos semiacabados a partir de estos productos brutos.


- Propiedades de las aleaciones


Las propiedades de las aleaciones pueden ser físicas –conductividad eléctrica y térmica, características magnéticas–, mecánicas –resistencia a la tracción o a la dureza–, o químicas –oxidabilidad, resistencia a la corrosión–. El fundamento de este tipo de compuestos radica en que sus efectos difieren de los de los metales puros. Dado que las mencionadas propiedades no son intermedias entre las de los componentes originales, la relación entre la naturaleza y proporción de éstos y sus consecuencias sobre las características de las aleaciones resultan complejas; en este sentido, es habitual realizar numerosas pruebas antes de hallar la aleación más idónea.

El punto de fusión de una aleación es inferior al de los metales puros que la constituyen. Por otra parte, las aleaciones son, por lo general, menos dúctiles y maleables, y más duras que las materias básicas. Asimismo, suelen ser peores conductoras de la corriente más eléctrica que los elementos primarios.


- Aleaciones industriales


En las aleaciones industriales, el metal de base se encuentra asociado a una o varias adiciones principales, a numerosas adiciones secundarias –en concentraciones mucho menores–, cuya misión es la de optimizar las propiedades, y a diversas impurezas derivadas del proceso de elaboración en el molde o lingotera. La dosificación de todos estos elementos puede sufrir variaciones a lo largo de la elaboración.

Lo más habitual es definir, únicamente, los componentes principales de la aleación. En este sentido, los aceros se consideran aleaciones de hierro y carbono, sin tomar en cuenta que en su composición, compleja, aparecen pequeñas cantidades de fósforo, azufre, oxígeno, nitrógeno o silicio, entre otros. De la misma manera, es frecuente hablar, por ejemplo, de aleaciones de aluminio-silicio, cuando dicha aleación no es simplemente binaria (la formada por dos metales).

- Principales aleaciones

Entre las aleaciones más empleadas en la actualidad se encuentran el acero, el bronce, el latón y el duraluminio.

+ El acero


Se trata de una aleación de hierro y carbono –este último en una proporción inferior a un 1,8%–, cuyo tratamiento térmico y mecánico le permite adquirir propiedades muy variadas. El procedimiento usual para la obtención de acero consiste en descarburar el hierro líquido –separar de los carburos de hierro el carbono que entra en su composición–, al tiempo que se regula su contenido de fósforo, azufre, etc. En una primera fase (alto horno) se obtiene arrabio, producto de primera fusión resultante de la reducción del mineral de hierro, y que contiene un alto porcentaje de carbono. A continuación se obtiene acero por descarburación del anterior. En los procedimientos clásicos, el arrabio fundido se vierte en un convertidor, por cuya base se inyecta una corriente de aire destinada a quemar las impurezas de la fundición. La combustión desprende el calor que sirve para elevar la temperatura desde 1.200 ºC (temperatura del hierro líquido) hasta 1.600 ºC (temperatura de fusión del acero).

Para mejorar la calidad del acero se emplea otra técnica, que consiste en insuflar aire enriquecido en oxígeno en los procedimientos. De este modo, los aceros son más puros, decrece su proporción de nitrógeno y es más fácil obtener aleaciones con mayor contenido en carbono. Las aplicaciones del acero son múltiples en el ámbito de la construcción, la fabricación de cascos de barcos, maquinaria diversa, carrocerías de automóviles, equipos químicos, etc.

+ El bronce


El bronce es el resultado de la aleación del cobre con el estaño. Se obtiene por desoxidación mediante fósforo de los constituyentes oxidados, el cobre y el estaño. Dicho proceso se verifica antes de la colada. Cuando la proporción de estaño es inferior al 10%, los lingotes de bronce pueden ser transformados mediante procesos de forja, laminación y estirado en frío. Cuando dicho porcentaje aumenta, el bronce se trabaja en caliente.

Las propiedades del bronce y sus aplicaciones se encuentran en estrecha relación con la cantidad del mencionado componente; cuanto mayor es el volumen de estaño, mayor es la dureza, la sonoridad y la resistencia. Los bronces con bajo contenido en estaño suelen emplearse en la fabricación de monedas y medallas; los de elevado contenido se utilizan, por ejemplo, para fabricar estatuas, campanas, grifería, cojinetes, etc.

+ El latón


El latón es una aleación de cobre y cinc, de color amarillento pálido; al parecer, su utilización se remonta al siglo VI a.C. La fundición de los latones ofrece la ventaja de una notable facilidad de oxidación del cinc. En función de la proporción de este componente, el latón puede trabajarse en frío o en caliente.

Las principales propiedades del latón son su ductibilidad y maleabilidad, lo que permite trabajarlo de múltiples maneras. Por otra parte, hay que mencionar su facilidad de fusión o su resistencia mecánica a la corrosión atmosférica. Se trata de un material de bajo coste, susceptible de gran brillo y pulimento, lo que aconseja su empleo para el dorado de imitación en bisutería.


+ El duraluminio


Con el nombre de duraluminio se conoce la aleación de aluminio en una proporción de 90-94% con cobre (3-5%) y pequeñas proporciones de manganeso, magnesio, silicio y hierro. El proceso de obtención, descubierto a comienzos del siglo XX en Alemania, consiste en un endurecimiento por envejecimiento, denominado estructural: la mezcla de los mencionados elementos se calienta a elevada temperatura y, a continuación, se somete a un temple al agua fría y a un envejecimiento a temperatura ambiente.

Por su elevada resistencia mecánica y su gran dureza, semejante a la del acero, las principales aplicaciones del duraluminio tienen lugar en el ámbito de la aeronáutica.