Fundamentos de Materiales Metálicos: Aleaciones, Sinterizado y Diagramas de Fases

Conceptos Fundamentales en Ciencia de Materiales

Aleaciones

• Mezcla homogénea de dos o más elementos, de los cuales al menos uno debe ser un metal.
• Se utilizan para mejorar algunas propiedades de los metales puros, como la resistencia mecánica, la dureza o la resistencia a la corrosión.

Sinterizado

• La sinterización es el tratamiento a alta temperatura que hace que las partículas se unan, reduciendo gradualmente el volumen de poros entre ellas.
• Es un paso frecuente en la fabricación de componentes cerámicos (Alúmina), así como en la producción de piezas metálicas mediante pulvimetalurgia, una ruta de procesamiento mediante la cual los polvos metálicos se prensan y sinterizan.

Elementos Aleantes

La selección de elementos aleantes depende de factores como:

• Radio atómico
• Estructura cristalina
• Electronegatividad
• Valencia

Diagramas de Fases

Diagramas de Fases (Isomorfo)

• Línea de líquidus: Indica que en la zona que está por arriba de esta línea el sistema se encuentra en estado líquido.
• Línea de sólidus: Indica que en la zona que está por debajo de esta línea el sistema se encuentra en estado sólido, nombrada fase (α).
• Zona bifásica: Entre la línea de líquidus y la de sólidus coexisten las fases sólida y líquida (α+L).
• Puntos de fusión/solidificación: Los puntos TA y TB indican la temperatura de fusión/solidificación de cada elemento en estado puro.

Diagramas de Fases (Solubilidad Parcial)

• Línea de solvus: Indica las temperaturas para las cuales una solución sólida (α ó β) entre A y B deja de ser soluble para transformarse en dos soluciones sólidas (α +β) de distinta composición en A y B.
• Zonas bifásicas (α+L), (β +L): Entre la línea de líquidus y la de sólidus existen dos zonas donde coexisten las fases sólida y líquida.
• Punto Eutéctico: Se refiere a la temperatura con el punto de fusión/solidificación más bajo posible en el diagrama de fases. Esto quiere decir que durante la solidificación de una aleación, los constituyentes (α+β) solidifican simultáneamente a partir del líquido (1Líquido↔2 Sólidos).

Aleaciones Eutécticas

Una aleación que se encuentra exactamente en el punto eutéctico indica que tiene el menor punto de fusión en el diagrama de fases y que sus dos componentes α y β solidifican simultáneamente a la misma temperatura. Cuando los átomos se distribuyen durante la solidificación eutéctica, se desarrolla una microestructura característica. Para las aleaciones eutécticas, las fases sólidas α y β crecen en un arreglo en forma de láminas.

Aceros

Acero de Bajo Carbono

• Contenido de carbono: entre 0.08 hasta 0.25 % en peso.
• Punto de fusión: aproximadamente 1530 °C.
• Uso principal: productos industriales comunes como pernos, tuercas, hojas, placas.

Acero de Medio Carbono

• Contenido de carbono: 0.25 – 0.60 % en peso.
• Punto de fusión: aproximadamente 1430 °C.
• Uso principal: recomendable para maquinaria, equipos automotrices y otras aplicaciones donde se requiera mayor resistencia, como ejes, engranes, bielas.