Hierro:
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Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo
de su composición o el tratamiento...
Presenta estados de oxidación bajos. Los compuestos en los que el cobalto tiene un estado
de oxidación de +4 son poco comu...
Níquel:
Nombre Níquel
Número atómico 28
Valencia 2,3
Estado de oxidación
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Radio covalente (Å) 1,2...
Aplicaciones:
Aproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de acero
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metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se
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La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica
Internacional en 1913 como la refere...
conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y
transformadores. La principal alternativa...
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Aplicaciones
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Acero inoxidable
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Los aceros inoxidables que contienen solamente cromo se llaman ferríticos, ya que tienen
una estructura metalográfica form...
Siguientes aleaciones de acero inoxidable que se comercializan:
 Acero inoxidable extrasuave:contiene un13% de Cr y un0,1...
 AISI316
 AISI316L
 455
 589
Muchos de éstos pueden ser sometidos a un tratamiento térmico con el fin de modificar sus...
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Hierro

  1. 1. Hierro: El hierro o fierro (en muchos países hispanohablantes se prefiere esta segunda forma)1 es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latin fĕrrum)1 y tiene una masa atómica de 55,6 u. Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. Igualmente es uno de los elementos más importantes del Universo, y el núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro. Características principales: Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes. Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones). Aplicaciones: El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición. El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.
  2. 2. Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo. Compuestos:  Los estados de oxidación más comunes son +2 y +3. Los óxidos de hierro más conocidos son el óxido de hierro (II),FeO, el óxido de hierro (III), Fe2O3, y el óxido mixto Fe3O4. Forma asimismo numerosas sales y complejos en estos estados de oxidación. El hexacianoferrato (II) de hierro (III), usado en pinturas, se ha denominado azul de Prusia o azul de Turnbull; se pensaba que eran sustancias diferentes.  Se conocen compuestos en el estado de oxidación +4, +5 y +6, pero son poco comunes, y en el caso del +5, no está bien caracterizado. El ferrato de potasio, K2FeO4, en el que el hierro está en estado de oxidación +6, se emplea como oxidante. El estado de oxidación +4 se encuentra en unos pocos compuestos y también en algunos procesos enzimáticos.  El Fe3C se conoce como cementita, que contiene un 6,67 % en carbono, al hierro α se le conoce como ferrita, y a la mezcla de ferrita y cementita, perlita o ledeburita dependiendo del contenido en carbono. La austenita es una solución sólida intersticial de carbono en hierro γ (Gamma). Cobalto: El cobalto (del alemán kobalt,vozderivadade kobold,términoutilizadoporlosminerosde Sajonia enla Edad Mediapara describiral mineral del cual se obtiene) esun elementoquímico de número atómico27 y símbolo Co situadoenel grupo9 de la tablaperiódicade loselementos. Características principales: El cobalto es un metal duro, ferromagnético, de color blanco azulado. Su temperatura de Curie es de 1388 K. Normalmente se encuentra junto con níquel, y ambos suelen formar parte de los meteoritos de hierro. Es un elemento químico esencial para los mamíferos en pequeñas cantidades. El Co-60, un radioisótopo de cobalto, es un importante trazador y agente en el tratamiento del cáncer. El cobalto metálico está comúnmente constituido de una mezcla de dos formas alotrópicas con estructuras cristalinas hexagonal y cúbica centrada en las caras siendo la temperatura de transición entre ambas de 722 K.
  3. 3. Presenta estados de oxidación bajos. Los compuestos en los que el cobalto tiene un estado de oxidación de +4 son poco comunes. El estado de oxidación +2 es muy frecuente, así como el +3. También existen complejos importantes con el estado de oxidación +1. Aplicaciones:  Aleaciones entre las que cabe señalar superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación, aleaciones resistentes a la corrosión, aceros rápidos, y carburos cementados y herramientas de diamante. Herramientas de corte en procesos de fabricación para fresadoras.  Imanes (Alnico) y cintas magnéticas.  Catálisis del petróleo e industria química.  Recubrimientos metálicos por deposición electrolítica por su aspecto, dureza y resistencia a la oxidación.  Secante para pinturas, barnices y tintas.  Recubrimiento base de esmaltes vitrificados.  Pigmentos (cobalto azul y cobalto verde).  Electrodos de baterías eléctricas  Cables de acero de neumáticos.  El Co-60 se usa como fuente de radiación gamma en radioterapia, esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial para el control de calidad de metales (detección de grietas).
  4. 4. Níquel: Nombre Níquel Número atómico 28 Valencia 2,3 Estado de oxidación +2 Electronegatividad 1,8 Radio covalente (Å) 1,21 Radio iónico (Å) 0,78 Radio atómico (Å) 1,24 Configuración electrónica [Ar]3d8 4s2 Primer potencial de ionización (eV) 7,68 Masa atómica (g/mol) 58,71 Densidad (g/ml) 8,9 Punto de ebullición (ºC) 2730 Punto de fusión (ºC) 1453 Descubridor Alex Constedt 1751 Níquel Símbolo Ni, número atómico 28, metal duro, blanco plateado, dúctil y maleable. La masa atómica del níquel presente en la naturaleza es 58.71. El níquel tiene cinco isótopos naturales con masas atómicas de 58, 60, 61, 62, 64. También se han identificado siete isótopos radiactivos, con números de masa de 56, 57, 59, 63, 65, 66 y 67. La mayor parte del níquel comercial se emplea en el acero inoxidable y otras aleaciones resistentes a la corrosión. También es importante en monedas como sustituto de la plata. El níquel finamente dividido se emplea como
  5. 5. Aplicaciones: Aproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de acero inoxidable austenítico y otro 12% en superaleaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras aleaciones, baterías recargables, catálisis, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos y fundición:  Alnico, aleación para imanes.  El mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por su elevada permeabilidad magnética.  Las aleaciones níquel-cobre (monel) son muy resistentes a la corrosión, utilizándose en motores marinos e industria química.  La aleación níquel-titanio (nitinol-55) presenta el fenómeno de efecto térmico de memoria (metales) y se usa en robótica, también existen aleaciones que presentan superplasticidad.  Crisoles de laboratorios químicos.  Níquel Raney: catalizador de la hidrogenación de aceites vegetales.  Se emplea para la acuñación de monedas, a veces puro y, más a menudo, en aleaciones como el cuproníquel. Cobre: El cobre (del latín cŭprum, y éste del griego kýpros),6 cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo catalizador de hidrogenación. El níquel es un elemento bastante abundante, constituye cerca de 0.008% de la corteza terrestre y 0.01% de las rocas ígneas. En algunos tipos de meteoritos hay cantidades apreciables de níquel, y se piensa que existen grandes cantidades en el núcleo terrestre. Dos minerales importantes son los sulfuros de hierro y níquel, pentlandita y pirrotita (Ni, Fe)xSy; el mineral garnierita, (Ni, Mg)SiO3.nH2O, también es importante en el comercio. El níquel se presenta en pequeñas cantidades en plantas y animales. Está presente en pequeñas cantidades en el agua de mar, el petróleo y en la mayor parte del carbón. El níquel metálico es fuerte y duro (3.8 en la escala de Mohs), Cuando está finamente dividido, es de color negro. La densidad del níquel es 8.90 veces la del agua a 20ºC (68ºF); se funde a 1455ºC (2651ºF) y hierve a 2840ºC (5144ºF); es sólo moderadamente reactivo. Resiste la corrosión alcalina y no se inflama en trozos grandes, pero los alambres muy finos pueden incendiarse. Está por encima del hidrógeno en la serie electroquímica; se disuelve con lentitud en ácidos diluidos liberando hidrógeno. En forma metálica es un agente reductor fuerte. El níquel es dipositivo en sus compuestos, pero también puede existir en los estados de oxidación 0, 1+, 3+, 4+. Además de los compuestos simples o sales, el níquel forma una variedad de compuestos de coordinación o complejos. La mayor parte de los compuestos de níquel son verdes o azules a causa de la hidratación o de la unión de otros ligandos al metal. El ion níquel presente en soluciones acuosas de compuestos simples es a su vez un complejo, el [Ni(H2O)6]2+.
  6. 6. metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo luego de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas. Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas. El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana.7 El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson.8 El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el 2006, con un déficit de 10,7% frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt.9 Propiedades y características del cobre: Propiedadesfísicas El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.
  7. 7. La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58,1086 S/m.38 A este valor de conductividad se le asigna un índice 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C- 103 y C-110.39 Propiedadesmecánicas Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.2 Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas. Característicasquímicas En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1. Expuesto al aire, el color rojo salmón inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO).40 La coloración azul del Cu+2 se debe a la formación del ión [Cu (OH2)6]+2.41 Aplicaciones y usos del cobre: Cobremetálico El cobre se utiliza tanto con un gran nivel de pureza, cercano al 100%, como aleado con otros elementos. El cobre puro se emplea principalmente en la fabricación de cables eléctricos. Electricidad y telecomunicaciones El cobre es el metal no precioso con mejor conductividad eléctrica. Esto, unido a su ductilidad y resistencia mecánica, lo han convertido en el material más empleado para fabricar cables eléctricos, tanto de uso industrial como residencial. Asimismo se emplean
  8. 8. conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y transformadores. La principal alternativa al cobre en estas aplicaciones es el aluminio.36 También son de cobre la mayoría de los cables telefónicos, los cuales además posibilitan el acceso a Internet. Las principales alternativas al cobre para telecomunicaciones son la fibra óptica y los sistemas inalámbricos. Por otro lado, todos los equipos informáticos y de telecomunicaciones contienen cobre en mayor o menor medida, por ejemplo en sus circuitos integrados, transformadores y cableado interno.36 Medios de transporte El cobre se emplea en varios componentes de coches y camiones, principalmente los radiadores (gracias a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión), frenos y cojinetes, además naturalmente de los cables y motores eléctricos. Un coche pequeño contiene en total en torno a 20 kg de cobre, subiendo esta cifra a 45 kg para los de mayor tamaño.36 También los trenes requieren grandes cantidades de cobre en su construcción: 1 - 2 toneladas en los trenes tradicionales y hasta 4 toneladas en los de alta velocidad. Además las catenarias contienen unas 10 toneladas de cobre por kilómetro en las líneas de alta velocidad.10 Por último, los cascos de los barcos incluyen a menudo aleaciones de cobre y níquel para reducir el ensuciamiento producido por los seres marinos. Construcción y ornamentación Una gran parte de las redes de transporte de agua están hechas de cobre o latón,71 debido a su resistencia a la corrosión y sus propiedades anti-bacterianas, habiendo quedado las tuberías de plomo en desuso por sus efectos nocivos para la salud humana. Frente a las tuberías de plástico, las de cobre tienen la ventaja de que no arden en caso de incendio y por tanto no liberan humos y gases potencialmente tóxicos.36 El cobre y, sobre todo, el bronce se utilizan también como elementos arquitectónicos y revestimientos en tejados, fachadas, puertas y ventanas. El cobre se emplea también a menudo para los pomos de las puertas de locales públicos, ya que sus propiedades anti- bacterianas evitan la propagación de epidemias.36 Dos aplicaciones clásicas del bronce en la construcción y ornamentación son la realización de estatuas y de campanas. El sector de la construcción consume actualmente (2008) el 26% de la producción mundial de cobre.10
  9. 9. Otras aplicaciones El cobre participa en la materia prima de una gran cantidad de diferentes y variados componentes de todo tipo de maquinaria, tales como casquillos, cojinetes, embellecedores, etc. Forma parte de los elementos de bisutería, bombillas y tubos fluorescentes, calderería, electroimanes, instrumentos musicales de viento, microondas, sistemas de calefacción y aire acondicionado. El cobre, el bronce y el latón son aptos para tratamientos de galvanizado para cubrir otros metales. Zinc: El zinc o cinc (del alemán Zink1 ) es un elemento químico esencial de número atómico 30 y símbolo Zn situado en el grupo 12 de la tabla periódica de los elementos. Características principales: El zinc es un metal, a veces clasificado como metal de transición aunque estrictamente no lo sea, ya que tanto el metal como su especie dipositiva presentan el conjunto orbital completo. Este elemento presenta cierto parecido con el magnesio, y con el cadmio de su grupo, pero del mercurio se aparta mucho por las singulares propiedades físicas y químicas de éste (contracción lantánida y potentes efectos relativistas sobre orbitales de enlace). Es el 23º elemento más abundante en la Tierra y una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero. Es un metal de color blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada. El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido o carbonato básico que aísla al metal y lo protege de la corrosión. Prácticamente el único estado de oxidación que presenta es el +2. En el año 2004 se publicó en la revista Science el primer y único compuesto conocido de zinc en estado de oxidación +1, basado en un complejo organometálico con el ligando pentametilciclopentadieno. Reacciona con ácidos no oxidantes pasando al estado de oxidación +2 y liberando hidrógeno y puede disolverse en bases y ácido acético.
  10. 10. El metal presenta una gran resistencia a la deformación plástica en frío que disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los 100 °C. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente —al contrario que la mayoría de los metales y aleaciones— y pequeñas cargas el más importante. Aplicaciones: La principal aplicación del zinc —cerca del 50% del consumo anual— es el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio. Otros usos incluyen  Baterías de Zn-AgO usadas en la industria aeroespacial para misiles y cápsulas espaciales por su óptimo rendimiento por unidad de peso y baterías zinc-aire para computadoras portátiles.  Piezas de fundición inyectada en la industria de automoción.  Metalurgia de metales preciosos y eliminación de la plata del plomo. Aluminio: El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.1 En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis. Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX2 el metal que más se utiliza después del acero. Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que
  11. 11. requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio. Características: Característicasfísicas Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:  Es un metal ligero,cuyadensidad esde 2.700 kg/m3 (2,7 vecesladensidaddel agua),un terciode la del acero.  Tiene unpuntode fusiónbajo:660 °C (933 K).  El pesoatómico del aluminioesde 26,9815 u.  Es de colorblancobrillante,conbuenaspropiedadesópticasyunaltopoderde reflexión de radiacionesluminosasytérmicas.  Tiene unaelevadaconductividadeléctricacomprendidaentre 34 y38 m/(Ωmm2 ) yuna elevadaconductividadtérmica(80 a 230 W/(m·K)).  Resistente alacorrosión,alos productosquímicos,ala intemperieyal agua de mar, gracias a la capa de Al2O3 formada.  Abundante enlanaturaleza.Esel tercerelementomáscomúnenla cortezaterrestre,tras el oxígenoyel silicio.  Su producciónmetalúrgicaapartirde mineralesesmuycostosay requiere grancantidad de energíaeléctrica.  Material barato y fácil de reciclar. Característicasmecánicas Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes:  De fácil mecanizadodebidoasubaja dureza.  Muy maleable,permite laproducciónde láminasmuydelgadas.  Bastante dúctil,permite lafabricaciónde cableseléctricos.  Material blando(Escalade Mohs: 2-3-4). Límite de resistenciaen tracción:160-200 N/mm2 [160-200 MPa] enestadopuro,en estadoaleadoel rangoesde 1.400-6.000 N/mm2 .El duraluminio fue laprimeraaleaciónde aluminioendurecidaque se conoció,loque permitiósuusoenaplicacionesestructurales.  Para su usocomo material estructural se necesitaalearloconotrosmetalesparamejorar laspropiedadesmecánicas,asícomo aplicarle tratamientos Característicasquímicas  Debidoa suelevadoestadode oxidaciónse formarápidamenteal aire unafinacapa superficial de óxidode aluminio(AlúminaAl2O3) impermeable yadherenteque detieneel procesode oxidación,loque le proporcionaresistenciaalacorrosióny durabilidad.Esta capa protectora,de color grismate,puede serampliadapor electrólisis enpresenciade oxalatos.Ciertasaleacionesde altadurezapresentanproblemasgravesde corrosión intercristalina.
  12. 12.  El aluminiotiene características anfóteras.Estosignificaque se disuelve tantoen ácidos (formandosalesde aluminio) comoen bases fuertes(formandoaluminatosconel anión [Al (OH)4]- ) liberando hidrógeno.  La capa de óxidoformadasobre el aluminiose puededisolveren ácidocítricoformando citrato de aluminio.  El principal ycasi únicoestadode oxidacióndel aluminioes+IIIcomoesde esperarse por sus treselectronesenlacapade valencia(Véase también:metal pesado,electrólisis). Aplicaciones y usos: Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del aluminio excede al del cualquier otro metal exceptuando el hierro / acero. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto. Aluminio metálico El aluminio se utiliza rara vez 100% puro y casi siempre se usa aleado con otros metales para mejorar alguna de sus características. El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores. Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de aluminio son:  Transporte; como material estructural enaviones,automóviles,trenesde altavelocidad, metros,tanques,superestructurasde buques ybicicletas.  Estructuras portantes de aluminioenedificios(véase Eurocódigo9)  Embalaje de alimentos;papel de aluminio,latas,tetrabriks,etc.  Carpinteríametálica; puertas,ventanas,cierres,armarios,etc.  Bienesde uso doméstico;utensiliosde cocina,herramientas,etc.  Transmisión eléctrica.Un conductorde aluminiode mismalongitudypesoesmás conductivo que unode cobre y más barato. Sinembargoel cable sería másgrueso. Medidaenvolumen laconductividadeléctricaestansóloel 60% de la del cobre.Sumayor ligerezareduce el esfuerzoque debensoportarlastorresde altatensión ypermite una mayor separaciónentre torres,disminuyendoloscostesde lainfraestructura.En aeronáuticatambiénsustituye al cobre8  Recipientescriogénicos (hasta-200 °C),ya que contrariamente al acerono presenta temperaturade transicióndúctil afrágil.Porellolatenacidaddel material esmejorabajas temperaturas.  Calderería. Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado como combustible sólido de cohetes espaciales y para aumentar la potencia de los explosivos.
  13. 13. También se usa como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención y soldadura de metales. Acero: El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso1 de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar —a diferencia de los aceros—, se moldean. La Ingeniería Metalúrgica trata al acero a una familia muy numerosa de aleaciones metálicas, teniendo como base la aleación hierro-carbono. El hierro es un metal, relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico dA = 2,48 Å (1 angstrom Å = 10–10 m), con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. Mientras el carbono es un metaloide, con diámetro mucho más pequeño (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de diamante en que su estructura cristalográfica lo hace el más duro de los materiales conocidos). Es la diferencia en
  14. 14. diámetros atómicos lo que va a permitir al elemento de átomo más pequeño difundir a través de la celda del otro elemento de mayor diámetro. El acero es el más popular de las aleaciones, es la combinación entre un metal (el hierro) y un metaloide (el carbono), que conserva las características metálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la adición del segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. De tal forma no se debe confundir el hierro con el acero, dado que el hierro es un metal en estado puro al que se le mejoran sus propiedades físico- químicas con la adición de carbono y demás elementos. La definición anterior, sin embargo, se circunscribe a los aceros al carbono en los que este último es el único aleante o los demás presentes lo están en cantidades muy pequeñas pues de hecho existen multitud de tipos de acero con composiciones muy diversas que reciben denominaciones específicas en virtud ya sea de los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o "al carbono" que amén de ser los primeros fabricados y los más empleados,2 sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».3 Por la variedad ya apuntada y por su disponibilidad —sus dos elementos primordiales abundan en la naturaleza facilitando su producción en cantidades industriales4 — los aceros son las aleaciones más utilizadas en la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas, habiendo contribuido al alto nivel de desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas.5 Sin embargo, en ciertos sectores, como la construcción aeronáutica, el acero apenas se utiliza debido a que es un material muy denso, casi tres veces más denso que el aluminio (7.850 kg/m³ de densidad frente a los 2.700 kg/m³ del aluminio). Características mecánicas y tecnológicas del acero
  15. 15. Representaciónde lainestabilidadlateral bajolaacciónde unafuerzaejercidasobre una vigade acero. Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas 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 para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:  Su densidad mediaesde 7850 kg/m³.  En funciónde latemperaturael acerose puede contraer,dilatarofundir.  El puntode fusión del acerodepende deltipode aleaciónylosporcentajesde elementos aleantes.El de sucomponente principal,el hierroesde alrededorde 1.510 °C enestado puro (sinalear),sinembargoel aceropresentafrecuentemente temperaturasde fusiónde alrededorde 1.375 °C, y engeneral latemperaturanecesariaparalafusiónaumentaa medidaque se aumentael porcentaje de carbonoyde otros aleantes.(exceptolas aleaciones eutécticas que fundende golpe).Porotraparte el acero rápidofunde a 1.650 °C.17  Su puntode ebullición esde alrededorde 3.000 °C.18  Es un material muy tenaz,especialmente enalgunade lasaleacionesusadasparafabricar herramientas.  Relativamente dúctil.Conél se obtienenhilosdelgadosllamados alambres.  Es maleable.Se puedenobtenerláminasdelgadasllamadas hojalata.Lahojalataesuna laminade acero,de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor,recubierta,generalmente de forma electrolítica,porestaño.  Permite unabuenamecanización enmáquinasherramientas antesde recibirun tratamientotérmico.  Algunascomposicionesyformasdel aceromantienenmayor memoria,yse deformanal sobrepasarsu límite elástico.  La durezade losacerosvaría entre ladel hierroy laque se puede lograrmediante su aleaciónuotros procedimientostérmicosoquímicosentre loscuales quizáel más conocidoseael templadodel acero,aplicableaaceroscon alto contenidoencarbono,que permite,cuandoessuperficial,conservarunnúcleotenazenla piezaque evite fracturas frágiles.Acerostípicosconunalto gradode durezasuperficialsonlosque se empleanen lasherramientasde mecanizado,denominados acerosrápidos que contienencantidades significativasde cromo,wolframio, molibdenoyvanadio.Losensayostecnológicospara medirladurezason Brinell,Vickers yRockwell,entre otros.  Se puede soldarconfacilidad.  La corrosión eslamayor desventajade losacerosyaque el hierrose oxidacon suma facilidadincrementandosuvolumenyprovocandogrietassuperficialesque posibilitanel progresode la oxidaciónhastaque se consume lapiezaporcompleto.Tradicionalmente losaceros se han venidoprotegiendomediante tratamientossuperficiales diversos.Si bien existenaleacionesconresistenciaalacorrosiónmejoradacomolos aceros de construcción«corten» aptospara intemperie (enciertosambientes) olos aceros inoxidables.  Posee unaaltaconductividadeléctrica.Aunquedepende de sucomposiciónes aproximadamente de19 3· 106 S/m.En laslíneasaéreasde alta tensión se utilizancon
  16. 16. frecuenciaconductoresde aluminioconalmade aceroproporcionandoéste últimola resistenciamecánicanecesariaparaincrementarlosvanosentre latorresyoptimizarel coste de lainstalación.  Se utilizaparala fabricaciónde imanespermanentesartificiales,yaque unapiezade acero imantadano pierde suimantaciónsi nose la calientahastaciertatemperatura.La magnetizaciónartificial se hace porcontacto,inducciónomediante procedimientos eléctricos.Enloque respectaal acero inoxidable,al aceroinoxidable ferrítico síse le pega el imán,peroal aceroinoxidableaustenítico nose le pegael imánya que la fase del hierro conocidacomo austenitanoesatraída por losimanes.Losaceros inoxidablescontienen principalmente níquelycromoenporcentajesdel ordendel 10% ademásde algunos aleantesenmenorproporción.  Un aumentode la temperaturaenunelementode aceroprovocaunaumentoenla longituddel mismo.Este aumentoenlalongitudpuedevalorarse porlaexpresión:δL= α δ t° L, siendoa el coeficiente de dilatación,que parael acerovale aproximadamente 1,2 · 10−5 (esdecirα = 0,000012). Si existe libertadde dilataciónnose planteangrandes problemassubsidiarios,perosi estadilataciónestáimpedidaenmayoromenorgrado por el restode los componentesde laestructura,aparecenesfuerzoscomplementariosque hay que tenerencuenta.El acero se dilatayse contrae segúnuncoeficiente de dilatación similaral coeficiente de dilatacióndel hormigón,porloque resultamuyútil suuso simultáneoenlaconstrucción,formandounmaterial compuestoque se denomina hormigónarmado.20 El acero da una falsasensaciónde seguridadal serincombustible, perosus propiedadesmecánicasfundamentalesse vengravemente afectadasporlasaltas temperaturasque puedenalcanzarlosperfilesenel transcursode unincendio. [editar] Normalización de las diferentes clases de acero Llave de acero aleadopara herramientasoaceroal cromo-vanadio. Como existe una variedad muy grande de clases de acero diferentes que se pueden producir en función de los elementos aleantes que constituyan la aleación, se ha impuesto, en cada país, en cada fabricante de acero, y en muchos casos en los mayores consumidores de aceros, unas Normas que regulan la composición de los aceros y las prestaciones de los mismos. Por ejemplo en España actualmente están regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y antiguamente estaban reguladas por la norma UNE-36010, ambas editadas por AENOR.21 Existen otras normas reguladoras del acero, como la clasificación de AISI (de hace 70 años, y de uso mucho más extenso internacionalmente), ASTM,22 DIN, o la ISO 3506. Véase también: UNE-36010
  17. 17. [editar] Formación del acero. Diagrama hierro-carbono (Fe-C) Fases de la aleación de hierro-carbono Austenita (hierro-ɣ. duro) Ferrita (hierro-α. blando) Cementita (carburo de hierro. Fe3C) Perlita (88% ferrita, 12% cementita) Ledeburita (ferrita - cementita eutectica, 4,3% carbono) Bainita Martensita Tipos de acero Acero al carbono (0,03-2,1% C) Acero corten (para intemperie) Acero inoxidable (aleado con cromo) Acero microaleado («HSLA», baja aleación alta resistencia) Acero rápido (muy duro, tratamiento térmico) Otras aleaciones Fe-C Hierro dulce (prácticamente sin carbono) Fundición (>2,1% C) Fundición dúctil (grafito esferoidal) En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos. [editar] Fases El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura desde el ambiente:  Hasta los911 °C, el hierroordinario,cristalizaenel sistemacúbicocentradoenel cuerpo (BCC) y recibe ladenominaciónde hierroαo ferrita. Es un material dúctil ymaleable responsable de labuenaforjabilidadde lasaleacionesconbajocontenidoencarbonoyes ferromagnético hastalos770 °C (temperaturade Curie alaque pierde dichacualidad).La ferritapuede disolvermuypequeñascantidadesde carbono.  Entre 911 y 1.400 °C cristalizaenel sistemacúbicocentradoenlascaras (FCC) y recibe la denominaciónde hierroγo austenita.Dada su mayorcompacidadla austenitase deforma con mayor facilidadyes paramagnética.
  18. 18.  Entre 1.400 y 1.538 °C cristalizade nuevoenel sistemacúbicocentradoenel cuerpoy recibe ladenominaciónde hierroδque esenesenciael mismohierroalfaperocon parámetrode red mayorpor efectode la temperatura. A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido. Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita. [editar] Transformacióndelaaustenita Zona de losaceros (hasta2% de carbono) del diagramade equilibriometaestablehierro-carbono. Dado que enlosaceros el carbonose encuentraformandocarburode hierrose han incluidoen abcisaslas escalasde losporcentajesenpesode carbonoyde carburo de hierro(enazul). El diagrama de fases Fe-C muestra dos composiciones singulares:  Un eutéctico(composiciónparalacual el puntode fusiónesmínimo) que se denomina ledeburitaycontiene un4,3% de carbono (64,5% de cementita).Laledeburitaaparece entre losconstituyentesde laaleacióncuandoel contenidoencarbonosuperael 2% (regióndel diagramanomostrada) yes laresponsable de lamalaforjabilidadde la aleaciónmarcandolafronteraentre losaceroscon menosdel 2% de C (forjables)ylas fundicionesconporcentajesde carbonosuperiores(noforjablesyfabricadaspormoldeo). De este modose observaque porencimade la temperaturacrítica A3 23 losacerosestán constituidossóloporaustenita,unasoluciónsólidade carbonoenhierroγ y su microestructuraencondicionesde enfriamientolentodependeráportantode las transformacionesque sufraésta.
  19. 19.  Un eutectoide enlazonade losaceros,equivalente al eutécticoperoenestadosólido, donde latemperaturade transformaciónde laaustenitaesmínima.El eutectoide contiene un 0,77% C (13,5% de cementita) yse denomina perlita.Estáconstituidoporcapas alternasde ferritaycementita,siendosuspropiedadesmecánicasintermediasentre lasde la ferritayla cementita. La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero:  Aceroshipoeutectoides (<0,77% C).Al enfriarse pordebajode latemperaturacrítica A3 comienzaa precipitarlaferritaentre losgranos(cristales)de austenitayal alcanzar la temperaturacrítica A1 la austenitarestante se transformaenperlita.Se obtieneportanto a temperaturaambiente unaestructurade cristalesde perlitaembebidosenunamatriz de ferrita.  Aceroshipereutectoides (>0,77% C).Al enfriarse pordebajode latemperaturacríticase precipitael carburode hierroresultandoatemperaturaambiente cristalesde perlita embebidosenunamatrizde cementita. [editar] Otrosmicroconstituyentes Las microestructuras básicas descritas (perlíticas) son las obtenidas enfriando lentamente aceros al carbono, sin embargo modificando las condiciones de enfriamiento (base de los tratamientos térmicos) es posible obtener estructuras cristalinas diferentes:  La martensitaes el constituyentetípicode losaceros templados yse obtiene de forma casi instantáneaal enfriarrápidamente laaustenita.Esunasoluciónsobresaturadade carbono enhierroalfacon tendencia,cuantomayoresel carbono,a la sustituciónde la estructuracúbica centradaenel cuerpopor tetragonal centradaenel cuerpo.Tras la cementita(yloscarburosde otros metales) esel constituyente másdurode losaceros.  Velocidadesintermediasde enfriamientodanlugara la bainita, estructurasimilarala perlitaformadaporagujasde ferritaycementitaperode mayorductilidadyresistencia que aquélla.  Tambiénse puede obteneraustenitaporenfriamientorápidode aleacionescon elementosgammágenos(que favorecenlaestabilidaddel hierroγ) comoel níquel yel manganeso,tal esel caso por ejemplode los acerosinoxidablesausteníticos. Antaño se identificaron también la sorbita y la troostita que han resultado ser en realidad perlitas de muy pequeña distancia interlaminar por lo que dichas denominaciones han caído en desuso. [editar] Otros elementos en el acero [editar] Elementosaleantesdel acero ymejorasobtenidasconlaaleación Aunque la composición química de cada fabricante de aceros es casi secreta, certificando a sus clientes solo la resistencia y dureza de los aceros que producen, sí se conocen los compuestos agregados y sus porcentajes admisibles.24 25
  20. 20.  Aluminio:se empleacomoelementode aleaciónenlosacerosde nitruracion,que suele tener1% aproximadamente de aluminio.Comodesoxidante se suele emplear frecuentementeenlafabricaciónde muchosaceros.Todoslosacerosaleadosencalidad contienenaluminioenporcentajespequeñísimos,variablesgeneralmentedesde0,001 a 0,008%. Tambiénse utilizacomoelementodesoxidante.  Boro: enmuy pequeñascantidades(del0,001 al 0,0015%) lograaumentarla capacidadde endurecimientocuandoel aceroestátotalmente desoxidado,puesse combinaconel carbono para formarcarburos proporcionandounrevestimientoduroymejorandola templabilidad.Esusadoenaceros de bajaaleaciónenaplicacionescomocuchillasde arado y alambresde altaductilidadydurezasuperficial.Utilizadotambiéncomotrampa de nitrógeno,especialmente enacerosparatrefilación,paraobtenervaloresde N menoresa80 ppm. Acería. Nótese latonalidaddel vertido.  Cobalto:muyendurecedor.Disminuye latemplabilidad.Mejoraladurezaencaliente.El cobaltoesun elemento pocohabitual enlosaceros.Seusaenlosacerosrápidospara herramientas,aumentaladurezade laherramientaencaliente.Se utilizaparaaceros refractarios.Aumentalaspropiedadesmagnéticasde losaceros.  Cromo:es unode loselementosespecialesmásempleadosparalafabricaciónde aceros aleados,usándose indistintamente enlosacerosde construcción,enlosde herramientas, enlosinoxidablesy losde resistenciaencaliente.Se empleaencantidadesdiversasdesde 0,30% a 30%, segúnloscasos y sirve para aumentarladurezay la resistenciaalatracción de losaceros, mejoralatemplabilidad,impide lasdeformacionesenel temple,aumentala resistenciaal desgaste,lainoxidabilidad(conconcentracionessuperioresal 12%),etc. Forma carburosmuy durosy comunicaal aceromayor dureza,resistenciaytenacidada cualquiertemperatura.Solooaleadoconotroselementos,proporcionaalosaceros características de inoxidables yrefractarios;tambiénse utilizaenrevestimientos embellecedoresorecubrimientosdurosde granresistenciaal desgaste,comoémbolos, ejes, etc.  Estaño: esel elementoque se utilizapararecubrirláminasmuydelgadasde aceroque conformanlahojalata.  Manganeso:aparece prácticamente entodoslosaceros,debido,principalmente,aque se añade como elementode adiciónparaneutralizarlaperniciosainfluenciadel azufre ydel oxigeno,que siempre suelencontenerlosaceroscuandose encuentranenestadolíquido enloshornos durante losprocesosde fabricación.El manganesoactúatambiéncomo
  21. 21. desoxidanteyevita,enparte,que enlasolidificacióndelaceroque se desprendangases que denlugar a porosidadesperjudicialesenel material.Si losacerosnotuvieran manganeso,nose podrían laminarni forjar,porque el azufre que suele encontrarse en mayor o menorcantidadenlosaceros,formarían sulfurosde hierro,que soncuerposde muybajo puntode fusión(981 °C aproximadamente) que alastemperaturasde trabajoen caliente (forjaolaminación) funden,yal encontrarse contorneandolosgranosde acero crean zonasde debilidadylaspiezasybarras se abrenenesas operacionesde transformación.Losacerosordinariosylosaceros aleadosenlosque el manganesonoes elementofundamental,suelencontenergeneralmente porcentajesde manganeso variablesde 0,30 a 0,80%.  Molibdeno:esunelementohabitualdel aceroyaumentamuchola profundidadde endurecimientode acero,así comosu tenacidad.Losaceros inoxidablesausteníticos contienenmolibdenoparamejorarlaresistenciaala corrosión.  Nitrógeno:se agregaa algunosacerospara promoverlaformaciónde austenita.  Níquel:unade las mayoresventajasque reportael empleodel níquel,esevitarel crecimientodel granoenlostratamientostérmicos,loque sirve paraproducirenellos gran tenacidad.El níquel ademáshace descenderlospuntoscríticosypor ellolos tratamientospuedenhacerseatemperaturasligeramente másbajasque laque corresponde alosaceros ordinarios.Experimentalmente se observaque conlosaceros aleadosconníquel se obtiene paraunamismadureza,un límite de elasticidadligeramente más elevadoymayoresalargamientosyresistenciasque conlosacerosal carbono o de baja aleación.Enlaactualidadse ha restringidomuchosuempleo,perosiguesiendoun elementode aleaciónindiscutible paralosacerosde construcciónempleadosenla fabricaciónde piezasparamáquinasymotoresde gran responsabilidad,se destacansobre todoen losaceroscromo-níquel ycromo-níquel-molibdeno.Elníquel esunelementode extraordinariaimportanciaenlafabricaciónde acerosinoxidablesyresistentesaaltas temperaturas,enlosque ademásde cromose empleanporcentajesde níquel variablesde 8 a 20%. Es el principal formadorde austenita,que aumentalatenacidadyresistenciaal impacto.El níquel se utilizamuchoparaproducir acero inoxidable,porque aumentala resistenciaalacorrosión.  Plomo:el plomonose combinacon el acero,se encuentraenél enforma de pequeñísimosglóbulos,comosi estuvieseemulsionado,loque favorece lafácil mecanizaciónporarranque de viruta,(torneado,cepillado,taladrado,etc.)yaque el plomoesun buenlubricante de corte,el porcentaje oscilaentre 0,15% y 0,30% debiendo limitarse el contenidode carbonoavaloresinferioresal 0,5% debidoaque dificultael templadoydisminuyelatenacidadencaliente.Se añade aalgunosacerospara mejorar muchola maquinabilidad.  Silicio:aumentamoderadamente latemplabilidad.Se usacomoelementodesoxidante. Aumentalaresistenciade losacerosbajosencarbono.  Titanio:se usa para estabilizarydesoxidarel acero,mantiene estableslaspropiedadesdel acero a alta temperatura.  Tungsteno:tambiénconocidocomowolframio.Formaconel hierrocarburosmuy complejosestablesydurísimos,soportandobienaltastemperaturas.Enporcentajesdel 14 al 18 %, proporcionaacerosrápidos conlosque es posible triplicarlavelocidadde corte de losaceros al carbonopara herramientas.  Vanadio:posee unaenérgicaaccióndesoxidante yformacarburoscomplejosconel hierro, que proporcionanal acero una buenaresistenciaalafatiga,tracción y podercortante en losaceros para herramientas.
  22. 22.  Zinc:es elementoclave paraproducirchapade acero galvanizado. Los porcentajes de cada uno de los aleantes que pueden configurar un tipo determinado de acero están normalizados. [editar] Impurezasenel acero Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros. Se encuentran en los aceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades mínimas.  Azufre:límite máximoaproximado:0,04%.El azufre con el hierroforma sulfuro,el que, conjuntamente conlaaustenita,dalugara un eutécticocuyopuntode fusiónesbajoy que,por lotanto,aparece en bordesde grano.Cuandoloslingotesde acerocoladodeben serlaminadosencaliente,dichoeutécticose encuentraenestadolíquido,loque provoca el desgranamientodelmaterial. Se controlala presenciade sulfuromediante el agregadode manganeso.El manganeso tiene mayorafinidadporel azufre que el hierroporloque enlugar de FeSse forma MnS que tiene altopuntode fusión ybuenaspropiedadesplásticas.El contenidode Mndebe seraproximadamente cincoveceslaconcentraciónde Sparaque se produzcala reacción. El resultadofinal,unavezeliminadoslosgasescausantes,esunafundiciónmenosporosa, y por lotanto de mayor calidad. Aunque se consideraunelementoperjudicial,supresenciaespositivaparamejorarla maquinabilidadenlosprocesosde mecanizado.Cuandoel porcentaje de azufre esalto puede causarporos enla soldadura.  Fósforo:límite máximoaproximado:0,04%.El fósfororesultaperjudicial,yaseaal disolverseenlaferrita,puesdisminuye la ductilidad,comotambiénporformarFeP (fosfurode hierro).El fosfurode hierro,juntoconlaaustenitayla cementita,formaun eutécticoternariodenominado esteadita,el que essumamente frágil yposee puntode fusiónrelativamente bajo,porlocual aparece enbordesde grano, transmitiéndole al material sufragilidad. Aunque se consideraunelementoperjudicial enlosaceros,porque reduce laductilidady la tenacidad,haciéndoloquebradizo,avecesse agregapara aumentarla resistenciaala tensiónymejorarlamaquinabilidad. [editar] Desgaste Es la degradación física (pérdida o ganancia de material, aparición de grietas, deformación plástica, cambios estrucuturales como transformación de fase o recristalización, fenómenos
  23. 23. de corrosión, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material sólido y uno o varios elementos de contacto.26 [editar] Tratamientos del acero [editar] Tratamientossuperficiales Artículo principal: Tratamiento superficialdelos metales Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la atmósfera o con el agua, es necesario y conveniente proteger la superficie de los componentes de acero para protegerles de la oxidación y corrosión. Muchos tratamientos superficiales están muy relacionados con aspectos embellecedores y decorativos de los metales. Los tratamientos superficiales más usados son los siguientes:  Cincado: tratamientosuperficialantioxidante porproceso electrolíticoomecánicoal que se somete a diferentescomponentesmetálicos.  Cromado: recubrimientosuperficialparaprotegerde laoxidaciónyembellecer.  Galvanizado:tratamientosuperficial que se daa lachapa de acero.  Niquelado:bañode níquel con el que se protege unmetal de la oxidación.  Pavonado: tratamientosuperficial que se daa piezaspequeñasde acero,comola tornillería.  Pintura: usadoespecialmenteenestructuras,automóviles,barcos,etc. Tratamientostérmicos Rodamientode acerotemplado. Un proceso de tratamiento térmico adecuado permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero. Los
  24. 24. tratamientos térmicos cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades macroscópicas del acero también son alteradas. Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición química son:  Temple  Revenido  Recocido  Normalizado Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.  Cementación (C):aumentaladurezasuperficialde unapiezade acerodulce,aumentando la concentraciónde carbonoenla superficie.Se consigue teniendoencuentael medioo atmósferaque envuelve el metaldurante el calentamientoyenfriamiento.El tratamiento lograaumentarel contenidode carbonode la zona periférica,obteniéndose después,por mediode templesyrevenidos,unagrandurezasuperficial,resistenciaal desgaste ybuena tenacidadenel núcleo.  Nitruración (N):al igual que lacementación,aumentaladurezasuperficial,aunquelohace enmayor medida,incorporandonitrógenoenlacomposiciónde lasuperficie de lapieza. Se logra calentandoel aceroa temperaturascomprendidasentre 400y 525 °C, dentrode una corriente de gasamoníaco, másnitrógeno.  Cianuración (C+N):endurecimientosuperficial de pequeñaspiezasde acero.Se utilizan bañoscon cianuro,carbonato y cianatosódico.Se aplicantemperaturasentre 760 y 950 °C.  Carbonitruración(C+N):al igual que lacianuración,introduce carbonoynitrógenoenuna capa superficial,perocon hidrocarburos comometano,etanoopropano;amoníaco(NH3) y monóxidode carbono (CO).Enel procesose requierentemperaturasde 650 a 850 °C y esnecesariorealizaruntemple yunrevenidoposterior.  Sulfinización (S+N+C):aumentalaresistenciaal desgaste poraccióndel azufre.El azufre se incorporóal metal por calentamientoabajatemperatura(565 °C) en unbaño de sales. Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se encuentran la temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro factor determinante es la forma en la que el acero vuelve a la temperatura ambiente. El enfriamiento del proceso puede incluir su inmersión en aceite o el uso del aire como refrigerante.
  25. 25. El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero tome sus propiedades comerciales. Según ese método, en algunos sistemas de clasificación, se le asigna un prefijo indicativo del tipo. Por ejemplo, el acero O-1, o A2, A6 (o S7) donde la letra "O" es indicativo del uso de aceite (del inglés: oil quenched), y "A" es la inicial de aire; el prefijo "S" es indicativo que el acero ha sido tratado y considerado resistente al golpeo (Shock resistant). Mecanizado del acero Acero laminado El acero que se utiliza para la construcción de estructuras metálicas y obras públicas, se obtiene a través de la laminación de acero en una serie de perfiles normalizados de acuerdo a las Normas Técnicas de Edificación. El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación. Estos cilindros van formando el perfil deseado hasta conseguir las medidas que se requieran. Las dimensiones del acero que se consigue no tienen tolerancias muy ajustadas y por eso muchas veces a los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar su tolerancia. Acero forjado La forja es el proceso que modifica la forma de los metales por deformación plástica cuando se somete al acero a una presión o a una serie continuada de impactos. La forja generalmente se realiza a altas temperaturas porque así se mejora la calidad metalúrgica y las propiedades mecánicas del acero. El sentido de la forja de piezas de acero es reducir al máximo posible la cantidad de material que debe eliminarse de las piezas en sus procesos de mecanizado. En la forja por estampación la fluencia del material queda limitada a la cavidad de la estampa, compuesta por dos matrices que tienen grabada la forma de la pieza que se desea conseguir. Acero corrugado El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente en construcción, para armar hormigón armado, y cimentaciones de obra civil y pública, se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón está dotado de una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y doblar no sufra daños, y tiene una gran soldabilidad, todo ello para que estas operaciones resulten más seguras y con un menor gasto energético.
  26. 26. Aplicaciones El acero en sus distintas clases está presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos mecánicos y formando parte de electrodomésticos y maquinaria en general así como en las estructuras de las viviendas que habitamos y en la gran mayoría de los edificios modernos. En este contexto existe la versión moderna de perfiles de acero denominada Metalcón. Los fabricantes de medios de transporte de mercancías (camiones) y los de maquinaria agrícola son grandes consumidores de acero. También son grandes consumidores de acero las actividades constructoras de índole ferroviario desde la construcción de infraestructuras viarias así como la fabricación de todo tipo de material rodante. Otro tanto cabe decir de la industria fabricante de armamento, especialmente la dedicada a construir armamento pesado, vehículos blindados y acorazados. También consumen mucho acero los grandes astilleros constructores de barcos especialmente petroleros, y gasistas u otros buques cisternas. Como consumidores destacados de acero cabe citar a los fabricantes de automóviles porque muchos de sus componentes significativos son de acero. A modo de ejemplo cabe citar los siguientes componentes del automóvil que son de acero:  Son de acero forjadoentre otroscomponentes: cigüeñal, bielas,piñones,ejesde transmisiónde cajade velocidades ybrazosde articulaciónde la dirección.  De chapa de estampaciónsonlaspuertasy demáscomponentesde la carrocería.  De acerolaminadosonlosperfilesque conformanel bastidor.  Son de acero todoslosmuellesque incorporancomoporejemplo; muellesde válvulas,de asientos,de prensaembrague,de amortiguadores,etc.  De acerode gran calidadsontodoslos rodamientos que montanlosautomóviles.  De chapa troqueladasonlas llantasde lasruedas,exceptolasde altagama que sonde aleacionesde aluminio.  De aceroson todoslos tornillos ytuercas.
  27. 27. Acero inoxidable Este artículo o seccióncontiene algunascitasareferenciascompletase incluyeunalistade bibliografíaoenlacesexternos.Sinembargo,su verificabilidad noesdel todoclaradebidoa que no posee suficientes notasal pie. En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa.1 El acero inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro. Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno. Un metal muy diferente Como todos los tipos de aceros, el acero inoxidable no es un material simple sino una aleación. Lo que tienen en común todos los aceros es que el principal componente (elemento que forma la aleación) es el hierro, al que se añade una pequeña cantidad de carbono. El acero inoxidable fue inventado a principios del siglo XX cuando se descubrió que una pequeña cantidad de cromo (habitualmente un mínimo de 12%) añadido al acero
  28. 28. común, le daba un aspecto brillante y lo hacía altamente resistente a la suciedad y a la oxidación. Esta resistencia a la oxidación, denominada «resistencia a la corrosión», es lo que hace al acero inoxidable diferente de otros tipos de acero ] No es un revestimiento El acero inoxidable es un material sólido y no un revestimiento especial aplicado al acero común para darle características "inoxidables". Aceros comunes, e incluso otros metales, son a menudo cubiertos o “bañados” con metales blancos como el cromo, níquel o zinc para proteger sus superficies o darles otras características superficiales. Mientras que estos baños tienen sus propias ventajas y son muy utilizados, el peligro radica en que la capa puede ser dañada o deteriorarse de algún modo, lo que anularía su efecto protector. La apariencia del acero inoxidable puede, sin embargo, variar y dependerá en la manera que esté fabricado y en su acabado superficial. [editar] El acero inoxidable está en todas partes Su resistencia a la corrosión es lo que da al acero inoxidable su nombre. Sin embargo, justo después de su descubrimiento se apreció que el material tenía otras muchas valiosas propiedades que lo hacen idóneo para una amplia gama de usos diversos. Las posibles aplicaciones del acero inoxidable son casi ilimitadas, hecho que puede comprobarse con tan solo unos ejemplos:  En el hogar: cuberteríay menaje,fregaderos,sartenesybateríasde cocina,hornosy barbacoas,equipamiento de jardínymobiliario.  En la ciudad:paradas de autobús,cabinastelefónicasyrestode mobiliariourbano, fachadasde edificios,ascensoresyescaleras,vagonesde metroe infraestructurasde las estaciones.  En la industria:equipamientoparalafabricaciónde productosalimentariosy farmacéuticos,plantasparael tratamientode aguaspotablesyresiduales,plantas químicasy electroquímicas,componentesparalaautomociónyaeronáutica,depósitosde combustible yproductosquímicos. [editar] Tipos de aceros inoxidables
  29. 29. Los aceros inoxidables que contienen solamente cromo se llaman ferríticos, ya que tienen una estructura metalográfica formada básicamente por ferrita. Son magnéticos y se distinguen porque son atraídos por un imán. Con porcentajes de carbono inferiores al 0,1% de C, estos aceros no son endurecibles por tratamiento térmico. En cambio, aceros entre 0,1% y 1% en C sí son templables y se llaman aceros inoxidables "martensíticos", por tener martensita en su estructura metalográfica. Éstos también son magnéticos. Los aceros inoxidables que contienen más de un 7% de níquel se llaman austeníticos, ya que tienen una estructura formada básicamente por austenita a temperatura ambiente (el níquel es un elemento "gammágeno" que estabiliza el campo de la austenita). No son magnéticos. Los aceros inoxidables austeníticos se pueden endurecer por deformación, pasando su estructura metalográfica a contener martensita. Se convierten en parcialmente magnéticos, lo que en algunos casos dificulta el trabajo en los artefactos eléctricos. También existen los aceros dúplex (20%< Cr < 30%), (5%< Ni < 8%), (C < 0.03%), no endurecibles por tratamiento térmico, muy resistentes a la corrosión por picaduras y con buen comportamiento bajo tensión. Estructura de ferrita y austenita. A todos los aceros inoxidables se les puede añadir un pequeño porcentaje de molibdeno, para mejorar su resistencia a la corrosión por cloruros. [editar] Familias de los aceros inoxidables
  30. 30. Siguientes aleaciones de acero inoxidable que se comercializan:  Acero inoxidable extrasuave:contiene un13% de Cr y un0,15% de C. Se utilizaenla fabricaciónde:elementosde máquinas,álabesde turbinas,válvulas,etc.Tieneuna resistenciamecánicade 80 kg/mm²yuna durezade 175-205 HB.  Acero inoxidable 16Cr-2Ni:tiene de 0,20% de C,16% de Cr y 2% de Ni;resistencia mecánicade 95 kg/mm²y una durezade 275-300 HB. Se sueldacondificultad,yse utiliza para la construcciónde álabesde turbinas,ejesde bombas,utensiliosde cocina, cuchillería,etc.  Acero inoxidable al cromo níquel 18-8: tiene un0,18% de C, un18% de Cr y un8% de Ni Tiene unaresistenciamecánicade 60 kg/mm²y una durezade 175-200Hb, Es unacero inoxidable muyutilizadoporqueresiste bienel calorhasta 400 °C  Acero inoxidable al Cr- Mn: tiene un0,14% de C,un 11% de Cr y un 18% de Mn. Alcanza una resistenciamecánicade 65 kg/mm²y una durezade 175-200HB. Es soldable yresiste bienaltastemperaturas.Esamagnético.Se utilizaencolectoresde escape. La forma original del acero inoxidable todavía es muy utilizada, los ingenieros tienen ahora muchas opciones en cuanto a los diferentes tipos. están clasificados en diferentes “familias” metalúrgicas. Cada tipo de acero inoxidable tiene sus características mecánicas y físicas y será fabricado de acuerdo con la normativa nacional o internacional establecida. [editar] Usos del acero inoxidable Los aceros inoxidables se utilizan principalmente en cuatro tipos de mercados:  Electrodomésticos:grandeselectrodomésticosypequeñosaparatosparael hogar.  Automoción:especialmente tubosde escape.  Construcción:edificiosy mobiliariourbano(fachadasymaterial).  Industria:alimentación,productosquímicosypetróleo. Su resistencia a la corrosión, sus propiedades higiénicas y sus propiedades estéticas hacen del acero inoxidable un material muy atractivo para satisfacer diversos tipos de demandas, como lo es la industria médica. [editar] Acero inoxidableenlaindustria médica Existe una diversidad de composiciones químicas para el acero inoxidable, las cuales le otorgan cualidades particulares y deseadas; desde el grado de implante médico, hasta la facilitación de manufactura de instrumentos quirúrgicos. Entre los aceros empleados en la industria médica se encuentran comúnmente los siguientes:  17-4  304
  31. 31.  AISI316  AISI316L  455  589 Muchos de éstos pueden ser sometidos a un tratamiento térmico con el fin de modificar sus cualidades físicas. Por ejemplo, el acero inoxidable 17-4 puede ser tratado al calor, por una duración determinada, con el fin de lograr cierto grado de dureza y así, hacer que el objeto funcione adecuadamente por más largo tiempo. Es importante que las condiciones sean controladas, desde la temperatura y tiempo de horneado, hasta la limpieza de la atmósfera del horno y del acero en sí. La dureza del acero inoxidable puede ser medida en la escala Brinell, Rockwell u otras. Adicionalmente, una capa pasiva puede ser aplicada para la inhibición del óxido o de reacciones con algún elemento, mas no siempre es el caso pues no siempre es ni necesario ni requerido, por razones de costo o porque no todos los aceros inoxidables pueden ser tratados. [editar] Acero inoxidable serie 200 Durante la Segunda Guerra Mundial, una gran falta de níquel llevó a un grupo de científicos a buscar otras vías para fabricar acero inoxidable con un menor contenido de níquel. Se desarrollaron nuevas calidades (el acero inoxidable serie 200) que quedaron en espera al finalizar el conflicto bélico. Este acero tiene propiedades amagnéticas como el acero inoxidable 304, pero propiedades muy diferentes en cuanto a corrosión.

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