Fundamentos de la Metalurgia: Propiedades, Estructuras y Modificación de Materiales Ferrosos

Introducción a los Materiales Ferrosos

¡Buen aventurado!

Los **materiales ferrosos** han ocupado, hoy en día, un lugar preferente en el conjunto de los materiales metalúrgicos, ya que su producción mundial es **20 veces superior** a la de cualquier otro metal.

Generalidades acerca de los Metales

Los metales, excepto el mercurio, comparten propiedades similares. Sus características principales son:

• **Elevada conductividad** térmica y eléctrica.
• Considerable **resistencia mecánica**.
• Gran **plasticidad**.
• Elevada **maleabilidad**.
• Carácter **reciclable**.

Estructuras Cristalinas

Los cuerpos sólidos se pueden presentar en dos estados fundamentales:

• **Cristalino**: Átomos ordenados en el espacio.
• **Amorfo**: Ordenación espacial a corta distancia.

El sólido cristalino se constituye a partir de la **celda unidad**. Normalmente hay 7 tipos, pero en clase se estudiaron 3:

1. **BCC** (Cúbica centrada en el cuerpo).
2. **FCC** (Cúbica centrada en las caras).
3. **Hexagonal** (Compacta hexagonal).

Soluciones Sólidas

Existen dos tipos principales de soluciones sólidas:

• De **inserción**: Cuando átomos ajenos se alojan en los huecos intersticiales de la red.
• De **sustitución**: Cuando los átomos extraños desplazan a los átomos originales de la red.

Defectos en la Red Cristalina

Son imperfecciones o defectos en la red cristalina. Se clasifican en:

Imperfecciones Puntuales

• **Vacancias**: Ausencia de un átomo en un sitio de la red.
• **Intersticiales**: Átomos del mismo material u otro situados en un punto que no pertenece a la red atómica.

Imperfecciones Lineales

• Son las **dislocaciones**, debidas a las deformaciones plásticas.

Imperfecciones Superficiales

• Incluyen los límites entre **granos** y la **junta de grano**.

Mecanismos de Endurecimiento en Metales

Existen varios métodos para aumentar la dureza y resistencia de los metales:

1. **Por deformación en frío** (trabajo en frío).
2. **Por afino de grano**: Cuanto mayor sea el tamaño del grano, menor será su límite elástico (es decir, un grano más fino aumenta la resistencia).
3. **Endurecimiento por solución sólida**: Tanto la inserción como la sustitución provocan el aumento en la dureza del metal.

Tratamientos de los Metales para Mejorar sus Propiedades

Los tratamientos se agrupan en cuatro categorías principales:

• **Térmicos**
• **Termoquímicos**
• **Mecánicos**
• **Superficiales**

Tratamientos Térmicos

Consisten en el calentamiento y enfriamiento de los metales con el objeto de modificar su estructura cristalina:

• **Recocido**: Calentamiento y enfriamiento lento.
• **Temple**: Calentamiento y enfriamiento rápido.
• **Revenido**: Tratamiento complementario al temple.

Tratamientos Termoquímicos

Implican calentamiento y enfriamiento, complementados con la aportación de otros elementos en la superficie:

• **Cementación**: Se añade **C** (Carbono).
• **Nitración**: Se añade **N** (Nitrógeno).
• **Cianuración**: Se añade **C** y **N** (mediante gases).
• **Carbonización**: Se añade **C** y **N** (mediante baño).
• **Sulfurización**: Se añade **C**, **N** y **S** (Azufre).