Aleaciones

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1. PRESENTACION
Los metales y aleaciones poseen propiedades muy interesantes para la ingeniería, lo que viene a suponer una extensa gama de aplicaciones en diseños de ingeniería. Desde su utilización como materiales estructurales, resistentes a la oxidación, resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia a la fatiga y elevada tenacidad son las propiedades que han permitido el enormedesarrollo de los metales hasta la actualidad y la optimización de sus propiedades mediante los tratamientos de endurecimiento ya explicados en las unidades precedentes. De todos los metales utilizados, la aplicación del hierro y sus aleaciones, aceros, representa alrededor del 90%, debido fundamentalmente a la combinación de sus buenas propiedades de resistencia, tenacidad y ductilidad unido a surelativo bajo precio. Cada metal presenta propiedades específicas y especiales que los hace aptos para su aplicación en proyectos de ingeniería, y su utilización se adopta tras análisis comparativos, que incluyen los costes, con otros metales y materiales. Por todo ello, en esta unidad se estudiará la aplicación de diferentes tipos de aleaciones que por sus propiedades resultan de interés eningeniería, y que son: 1 - Aleaciones de hierro, de aplicación en construcción. 2 - Aleaciones de cobre:
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Bronces, Latones, etc. Aleaciones de aluminio, Aleaciones de magnesio,
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3 - Aleaciones ligeras:
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Fundamentos de Ciencia de los Materiales
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Aleaciones de titanio. Aleaciones de zinc, Aleaciones de plomo, Aleaciones de estaño. Aleaciones de níquel, Aleaciones de cobalto.4 - Aleaciones de bajo punto de fusión:
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5 - Aleaciones especiales:
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2. ALEACIONES DE HIERRO Y CARBONO
Las aleaciones de hierro que tienen desde pequeñas cantidades, alrededor del 0.03 %, a un 1.2% de carbono, con cantidades de un 0.25 a 0.7% de Mn y/o Si y pequeñas cantidades no superiores a 0.050% de S y P, reciben el nombre de aceros al carbono o aceros ordinarios deconstrucción. Cuando en su composición aparecen otros elementos de aleación, reciben el nombre de aceros aleados. No obstante, y a pesar de que contengan ciertos elementos de aleación, los aceros se tratarán como aleaciones binarias de hierro y carbono, tratándose el efecto de los elementos sobre el diagrama de equilibrio Fe-Fe3C, que aparece recogido en la figura 13.1.

1600 1400 Temperatura, °C 12001000 800 600 400 200
α δ

L+δ Líquido γ+δ Austenita γ γ+α 0.8 Eutectoide α + Fe 3C Fe3C γ+L 1148°C 2.0 4.3 γ + Fe 3 C 723°C

L + Fe 3C Eutéctico

0.02

0 0% C 1 2 3 4 5 6 6,67 7 4,3 100% Fe Fe3C Porcentaje de carbono en peso
Figura 13.1. Diagrama de equilibrio Fe-Fe3C.

El diagrama de equilibrio se representa hasta un contenido del 6.67% de C,
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Aleaciones para ingenieríacorrespondiente a la composición del carburo de hierro que recibe el nombre de cementita. En el diagrama de equilibrio se observan las siguientes fases sólidas: ferrita δ, austenita (γ), ferrita α, y cementita (Fe3C). La ferrita δ es una solución sólida de carbono en hierro δ que tiene una estructura c.c. y un límite de solubilidad máxima de carbono de 0.09% a 1465°C. La austenita (γ), es una soluciónintersticial de carbono en el hierro γ que tiene una γ estructura cristalina c.c.c. y presenta una solubilidad máxima del carbono mucho mayor, alrededor del 2.08% a 1148°C, que disminuye hasta el 0.8% a 723°C, temperatura eutectoide. La ferrita α es una solución sólida de carbono en el hierro α que tiene igualmente una estructura cristalina c.c. y presenta una solubilidad del carbono muy reducida,tan sólo del 0.02% a la temperatura eutectoide y que disminuye hasta 0.005% de C a temperatura ambiente. La cementita es un compuesto intermetálico formado por un átomo de carbono y tres de hierro. La cementita es un compuesto duro y frágil.
Granos γ

a)
Crecimiento

b)
Granos γ

Nucleación de perlita

c)
Granos γ Colonias de perlita Nucleación de Fe3C

Nucleación de α primaria...