Propiedades y Clasificación de Metales: Férreos, No Férreos y Aleaciones

Propiedades Generales de los Metales

• Tenacidad: Propiedad para no romperse fácilmente ante esfuerzos bruscos.
• Dureza: Propiedad de resistencia a ser rayado o a la penetración de otro cuerpo.
• Resistencia: Capacidad de resistir fuerzas (choques, esfuerzos bruscos) sin deformarse permanentemente o romperse.
• Conductividad: Capacidad de transmitir el calor (conductividad térmica) o la corriente eléctrica (conductividad eléctrica).
• Fusibilidad: Capacidad para pasar del estado sólido al líquido al aplicar calor (fundirse).
• Alargamiento: Capacidad de estiramiento antes de la rotura bajo esfuerzo de tracción.
• Dilatabilidad: Capacidad de aumentar su volumen en proporción al aumento de temperatura.
• Maleabilidad: Propiedad que permite deformar un metal en láminas delgadas sin romperse.
• Ductilidad: Propiedad que permite estirar un metal en hilos o alambres finos sin que se rompan.
• Elasticidad: Capacidad de un material de deformarse bajo la acción de una fuerza y de recuperar su forma inicial una vez que la fuerza cesa.

Metales Férreos

Son los metales cuyo componente principal es el hierro.

Alotropía del Hierro

Alotropía: Es la capacidad de algunos elementos, como el hierro, de existir en diferentes estructuras cristalinas dependiendo de la temperatura. Este cambio molecular afecta sus propiedades.

Tipos de Metales Férreos

Hierro

En estado puro, es un material relativamente blando, maleable y dúctil.

Aceros

Son aleaciones de hierro con una cantidad controlada de carbono (generalmente inferior al 2%). Se obtienen al añadir carbono al hierro. Son más duros, tenaces y con mayor resistencia mecánica (tracción, compresión) que el hierro puro.

• Acero de bajo contenido en carbono (Acero dulce): Contiene de 0,1 a 0,3% de carbono. Es de color gris, su temperatura de fusión es de aprox. 1500-1530°C. Es dúctil y maleable, fácil de mecanizar y soldar. Usos: Tornillos, pernos, arandelas, chapas, perfiles estructurales.
• Acero de contenido medio en carbono: Contiene entre 0,3 y 0,7% de carbono. Son más duros y resistentes, pero menos dúctiles que los aceros de bajo carbono. Son muy tenaces y tienen buena resistencia a la tracción. Son de color gris oscuro. Admiten tratamiento térmico para mejorar sus propiedades. Usos: Ejes, bielas, engranajes, herramientas de mano (destornilladores).
• Acero de alto contenido en carbono: Contiene de 0,7 a 1,3% (o más) de carbono. Son muy duros, resistentes al desgaste, pero también más frágiles. Se utilizan templados. Usos: Herramientas de corte (brocas), muelles, resortes, cables de alta resistencia.

Acero Inoxidable

Aleación de hierro, cromo (mínimo 10.5-12%, comúnmente hasta 26%) y, a menudo, níquel y otros elementos (molibdeno, manganeso). Color brillante, es duro, resistente a la tracción y compresión, y destaca por su alta resistencia a la corrosión y oxidación. Usos: Tubos de escape, conducciones de líquidos (refrigerante, alimentos), cubertería, instrumental quirúrgico, fachadas, electrodomésticos.

Hierro de Fundición (Fundición de Hierro)

Aleaciones de hierro con alto contenido de carbono (típicamente 2.11% a 4.5%) y silicio (1-3%), además de otros elementos como manganeso, fósforo y azufre.

Fundición Gris: El carbono se encuentra mayoritariamente en forma de láminas de grafito. Tiene gran resistencia a la compresión, buena maquinabilidad, excelente capacidad de amortiguación de vibraciones y buena resistencia al desgaste, pero es frágil a la tracción. Usos: Bloques de motor, culatas, bancadas de máquinas, discos de freno, tapas de alcantarilla.

Metales No Férreos

Son metales que no contienen hierro como componente principal, o lo contienen en proporciones muy pequeñas.

• Aluminio y sus aleaciones: Metal ligero (baja densidad), color gris plateado. Buena conductividad eléctrica y térmica. Punto de fusión: 660°C. Elevada ductilidad y maleabilidad. Muy resistente a la corrosión debido a la formación de una capa de óxido protectora. Usos: Aeronáutica, automoción, construcción (ventanas, puertas), envases (latas), líneas eléctricas (aleado), utensilios de cocina.
• Cobre: Color rojizo brillante. Temperatura de fusión: 1083°C. Excelente conductor eléctrico y térmico (solo superado por la plata). Dúctil y maleable. Resistente a la corrosión. Usos: Cables eléctricos, tuberías de agua y gas, intercambiadores de calor, componentes electrónicos.
• Zinc: Metal de color blanco azulado. Temperatura de fusión: 419°C. Muy resistente a la corrosión atmosférica. Usos: Galvanizado (recubrimiento protector para acero), aleaciones (latón), pilas secas, piezas de fundición a presión.
• Estaño: Metal de color plateado brillante. Punto de fusión: 232°C. Muy maleable, dúctil y resistente a la corrosión. No es tóxico. Usos: Soldadura blanda, recubrimiento de acero (hojalata para envases), aleaciones (bronce, metal de peltre).
• Latón: Aleación principalmente de cobre y zinc. Color amarillo dorado. Es dúctil, maleable, fácil de mecanizar y resistente a la corrosión. Sus propiedades varían según la proporción Cu/Zn. Usos: Grifería, tornillería, instrumentos musicales (viento metal), conexiones eléctricas, terminales, casquillos de bombillas, munición.
• Bronce: Aleación principalmente de cobre y estaño, aunque también hay bronces con otros elementos (aluminio, silicio, berilio). Generalmente más duro, resistente al desgaste y a la corrosión que el latón. Usos: Cojinetes, engranajes, válvulas, campanas, esculturas, hélices de barco.

Estados Alotrópicos del Hierro Puro

• Hierro Alfa (α) o Ferrita: Es la forma alotrópica estable del hierro puro desde temperatura ambiente hasta los 911°C. Tiene una estructura cristalina Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC). Es ferromagnético por debajo de 770°C (Temperatura de Curie).
• Hierro Gamma (γ) o Austenita: Es la forma estable entre los 911°C y los 1394°C. Tiene una estructura Cúbica Centrada en las Caras (FCC). No es magnético. Puede disolver una cantidad significativa de carbono.
• Hierro Delta (δ): Forma estable entre 1394°C y el punto de fusión a 1538°C. Vuelve a tener una estructura Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC), similar a la ferrita alfa pero a mayor temperatura.

Constituyentes Microestructurales del Acero y Fundiciones

(Observados al microscopio tras enfriar desde el estado austenítico)

• Ferrita: Solución sólida de carbono disuelto en hierro alfa (BCC). Admite muy poco carbono (máximo 0,022% a 727°C). Es relativamente blanda, dúctil y magnética (por debajo de 770°C).
• Cementita: Compuesto químico intermetálico de hierro y carbono, el carburo de hierro (Fe₃C). Contiene un 6.67% de carbono en peso. Es muy dura y frágil.
• Perlita: Microconstituyente eutectoide formado por láminas (o glóbulos) alternas muy finas de ferrita y cementita. Se forma por la descomposición de la austenita con 0.77% de carbono al enfriar lentamente por debajo de 727°C. Sus propiedades son intermedias entre las de la ferrita y la cementita.
• Austenita: Solución sólida de carbono disuelto en hierro gamma (FCC). Es estable a altas temperaturas en aceros y fundiciones. Puede disolver hasta un 2,11% de carbono a 1148°C. Es relativamente blanda, dúctil, tenaz y no magnética. Puede retenerse a temperatura ambiente en algunos aceros muy aleados (inoxidables austeníticos) o mediante temple incompleto.
• Martensita: Microestructura metaestable muy dura y frágil, formada por enfriamiento muy rápido (temple) de la austenita, que impide la difusión del carbono. El carbono queda atrapado forzando una estructura tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). Su dureza depende del contenido de carbono. Es la base de los aceros templados.
• Ledeburita: Microconstituyente eutéctico que se forma en las fundiciones de hierro (con más de 2.11% C) a 1148°C, solidificando a partir del líquido con 4.3% C. Es una mezcla de austenita y cementita. A temperatura ambiente, la austenita de la ledeburita se transforma (generalmente en perlita), resultando en una mezcla de perlita y cementita. Es dura y frágil.

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