Unidad 3 materiales metealicos

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b).- Aceros de alta aleación. Son aquellos en los que las adiciones de elementos diferentes al carbono superan el 5% del peso y se pueden ubicar tres categorías principales:

- Aceros inoxidables: requieren adiciones de aleación para prevenir el daño causado por una atmósfera corrosiva. Son más resistentes a la herrumbre y decoloración que los aceros al carbono y de baja aleación, debido fundamentalmente a la presencia de cromo, el cual se agrega en promedio de 4 a 10% del peso aunque en ocasiones llega hasta el 30%. La tabla 3.1 resume en cuatro categorías principales la nomenclatura de las aleaciones para varios de los aceros inoxidables. El acero inoxidable austenítico tiene la estructura de la austenita (estable desde 910 hasta 1394 °C) pero a temperatura ambiente, lo cual se consigue mediante adiciones de aleación como el níquel. Sin el alto contenido de níquel, encontramos los aceros inoxidables ferríticos, los que se usan para aplicaciones que no requieren de alta resistencia a la corrosión por ser de más baja aleación (obviamente menos caros). La tercera categoría son los aceros inoxidables martensíticos los cuales se obtienen mediante un tratamiento térmico de templado rápido que permite la formación de una estructura de cristal tetragonal más compleja, centrada en el cuerpo que se denomina martensita que otorga alta resistencia y baja ductilidad excelente para cuchillería y resortes. Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación es un tratamiento térmico que implica la producción de una microestructura de fases múltiples a partir de una sola fase, resultando un aumento en la resistencia al movimiento de las dislocaciones y por tanto, mayor resistencia o dureza. Se utilizan para producir miembros estructurales resistentes a la corrosión.

- Aceros para herramientas: Se utilizan para cortar, moldear o dar forma a otro material. Proporcionan la dureza necesaria con tratamientos térmicos más simples y la mantienen a temperaturas de operación más altas. Los principales elementos aleantes son tungsteno, molibdeno y cromo.

- Superaleaciones: requieren adiciones de aleación para proporcionar estabilidad en aplicaciones a alta temperatura como las paletas de las turbinas. Se refiere a una amplia clase de metales de alta resistencia a temperaturas elevadas (aún superiores a los 1000 °C). tienen el doble propósito de servir como aleaciones resistentes al calor (superaleaciones basadas en hierro). Sin embargo, también incluyen aleaciones basadas en cobalto y níquel. Muchas adiciones contienen cromo para la resistencia a la oxidación y corrosión. Estos materiales son costosos y en algunos casos extremos.

3.2 ALEACIONES NO FERROSAS

Aunque las aleaciones ferrosas se usan en la mayor parte de las aplicaciones metálicas, las aleaciones no ferrosas son igualmente importantes, por lo que presentaremos una lista breve de las principales familias de aleaciones no ferrosas y sus atributos clave:

- Aleaciones base cobre, aluminio, níquel

a) Aleaciones de Aluminio .- se conocen por su baja densidad y resistencia a la corrosión. También poseen alta conductividad eléctrica, fácil fabricación y su apariencia. Debido a esto, la producción de aluminio duplicó su producción de 1967 a 1977, pero a partir de esta fecha la demanda de aluminio y de oreos metales ha disminuido debido a la cada vez mayor competencia de materiales cerámicos, polímeros y compuestos. Por ejemplo la masa del automóvil disminuyó un 16% debido a la reducción del acero y el incremento del aluminio. Una de las series más activas es la aleación de Al - Li porque proporcionan baja densidad e incremento en la rigidez por lo que se utiliza en variadas aplicaciones de aeronáutica.

Numerales

Principales elementos aleantes

1XXX

Ninguno (≥ 99.00% Al)

2XXX

Cu

3XXX

Mn

4XXX

Si

5XXX

Mg

6XXX

Mg y Si

7XXX

Zn

8XXX

Otros elementos

Tabla 3.2 Sistema de nomenclatura para aleaciones de aluminio

b) Aleaciones de Magnesio.- tienen aún más baja densidad que las de aluminio, por lo que aparecen en muchas aplicaciones aeroespaciales. Estas aleaciones estiradas a presión han encontrado un amplio rango de aplicaciones en productos de consumo, desde raquetas de tenis hasta armazones de maletas.

c) Aleaciones de Titanio.- poseen la ventaja singular de mantener la resistencia a temperaturas de trabajo moderadas (por ejemplo, las temperaturas superficiales de aviones de alta velocidad), lo cual conduce a aplicaciones de numerosos diseños aeroespaciales. El titanio comparte la estructura hcp con el magnesio, lo que da una ductilidad característicamente baja. Sin embargo, una estructura bcc presente a alta temperatura puede estabilizarse a temperatura ambiente mediante la adición de de determinados aleantes como el vanadio.

d) Aleaciones de cobre.- poseen diversas propiedades importantes, su excelente conductividad eléctrica lo convierte en el principal material de alambrado eléctrico. Por su excelente conductividad térmica tiene aplicaciones en radiadores e intercambiadores de calor. Presenta una gran resistencia a la corrosión en ambientes marinos y en otros ambientes corrosivos. La estructura fcc contribuye a su frecuente alta ductilidad y formabilidad. Su coloración se usa para acabados en diseños arquitectónicos. Las familias clave se incluyen en una lista en la tabla 3.3 de acuerdo con los elementos aleantes primarios, las propiedades mecánicas de dichas aleaciones rivalizan con los aceros en su variabilidad. El cobre de alta pureza es un material excepcionalmente blando, la adición de 2% de peso de Berilio seguido por un tratamiento térmico para producir precipitados de CuBe, es suficiente para obtener una resistencia de 103 Mpa.

Familia

Elemento

Aleante

Solubilidad