Propiedades de los Metales y Aleaciones: Estructura, Clasificación y Aplicaciones

Características Generales de los Metales

Los metales presentan una serie de propiedades físicas y mecánicas características:

• Elevada conductividad eléctrica y térmica.
• Alta resistencia mecánica.
• Alta plasticidad y maleabilidad.
• Alta reciclabilidad.

Estructuras Cristalinas

• Cristalino: Los átomos se encuentran perfectamente ordenados en el espacio.
• Amorfo: Se ordenan de manera de corto alcance.
• Solución Sólida: Su composición cambia. Requisitos: átomos semejantes y que cristalicen en la misma red.

Defectos e Imperfecciones

En la red cristalina se pueden encontrar imperfecciones lineales, puntuales y superficiales.

Endurecimiento de los Metales

Los metales pueden endurecerse mediante los siguientes procesos:

• Por frío.
• Afino de grano ($\sigma = \sigma_0 + \frac{K}{\sqrt{d}}$).
• Solución sólida (aleaciones).

Tratamientos para Mejorar Propiedades

• Térmicos: Varían la estructura del metal.
• Termoquímicos: Varían la composición química superficial.
• Mecánicos: Aumentan las características del metal.
• Superficiales: Mejoran la superficie del material.

Metales Ferrosos

Contienen como base el hierro ($Fe$). Tienen una densidad $\rho = 7,87\text{ g/cm}^3$, se utilizan aleados con carbono y son químicamente activos (al aire se corroe formando herrumbre).

Tipos de Metales Ferrosos

• Hierro industrial: Se utiliza aleado con carbono en porcentajes menores a 0,03%.
• Acero: Contiene entre 0,03% y 1,67% de carbono. Sus propiedades incluyen ser dúctil y maleable; la resistencia mecánica, la dureza y la fragilidad aumentan con el contenido de carbono, mientras que la soldabilidad disminuye. Se oxida con facilidad.
• Fundiciones: Son aleaciones de carbono y hierro. Son fusibles y útiles para la obtención de moldes; no son dúctiles, no se pueden soldar ni forjar fácilmente. Sus ventajas son la facilidad de fabricación, características mecánicas aceptables y menor costo.

Metales No Ferrosos

Cobre (Cu)

Presenta apariencia metálica y color pardo rojizo. Posee una elevada conductividad eléctrica y térmica, y es muy dúctil y maleable.

Aleaciones del Cobre:

• Bronces: Cobre + Estaño ($Cu + Sn$). Presentan gran resistencia a la corrosión.
• Latones: Cobre + Cinc ($Cu + Zn$). De color amarillo pálido, gran brillo y facilidad de pulimento.
• Cuproaluminio: Cobre + Aluminio ($Cu + Al$). Mayor resistencia a la corrosión que el cobre puro.
• Cuproníquel: Cobre + Níquel ($Cu + Ni$). Alta resistencia a la corrosión.
• Alpaca: Cobre + Níquel + Cinc + Estaño ($Cu + Ni + Zn + Sn$).

Estaño (Sn)

Metal blanco plateado. A 100 ºC se vuelve dúctil y maleable.

Aplicaciones del Estaño:

• Fabricación de bronce.
• Metal de soldar.
• Metal de imprenta.
• Aleaciones antifricción.
• Aleaciones de bajo punto de fusión.

Aluminio (Al)

Es uno de los principales componentes de la corteza terrestre (8%). En la naturaleza se encuentra en forma de óxido ($Al_2O_3$), obteniéndose a partir de la bauxita. Es de color blanco, con una densidad $\rho = 2,7\text{ g/cm}^3$, punto de fusión bajo ($\approx 600\text{ ºC}$) y ebullición alto ($\approx 2450\text{ ºC}$). Su conductividad es del 60% respecto a la del cobre, y posee elevada ductilidad y maleabilidad.

Aleaciones del Aluminio:

Con cobre, cinc, magnesio, manganeso y silicio; todos ellos elementos que aumentan su dureza.

Aplicaciones del Aluminio:

• Por su reducida densidad: En la industria aeronáutica, automovilística y ferroviaria.
• Por su buena conductividad eléctrica: Combinado con su baja densidad, se emplea como conductor en líneas de alta tensión.
• Por su resistencia a la corrosión: Para la fabricación de depósitos.
• Por su elevado poder reflector: En forma de polvo para la fabricación de pinturas.
• Por su afinidad con el oxígeno: Utilizado como agente reductor.