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Ciencia de Materiales, 4º curso, 2004/2005

Tema 3. Materiales Metálicos y Aleaciones
3.1. Introducción a la metalurgia. 3.2. Aleaciones homogéneas y mezclas. 3.3. Aleaciones comunes:
latones y bronces. 3.4. Aleaciones ligeras. 3.5. Aleaciones especiales.

3.1. Introducción a la metalurgia. La metalurgia se puede escribir como la ciencia de
obtención, preparación y caracterización de losmetales y sus aleaciones en formas y con
propiedades adecuadas para su empleo.
La metalurgia se divide en varias ramas. La extracción de un metal a partir de su mena es la
parte fundamental de la metalurgia extractiva o química. También estudia los fenómenos de
degradación de estos materiales, la corrosión. La metalurgia física intenta relacionar las propiedades
físicas con los cambios aniveles atómicos o microscópicos. Una vez obtenido el metal o aleación se
debe adaptar a las necesidades de su función. Esta conformación se puede realizar de dos formas
diferentes. La colada es el proceso de paso del estado líquido al sólido en un molde. El trabajo
mecánico es el proceso de dar la forma deseada al metal mediante una fuerza mecánica.

3.2. Aleaciones homogéneas y mezclas.Aleaciones son la mezcla de un metal principal
con otros elementos para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del metal puro. Variando la
composición de las aleaciones se puede conseguir un rango de propiedades diferentes para un
amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, pequeñas cantidades de Berilio en Cu metálico aumenta
mucho la dureza y resistencia.
El acero y otras aleaciones férreasson las más consumidas debido a la gran variedad de
propiedades que presentan, a la facilidad en su producción y al bajo coste de fabricación. Sin
embargo, los principales inconvenientes son (1) densidad relativamente alta, (2) conductividad
eléctrica comparativamente baja, y (3) susceptibilidad a la corrosión en medios comunes. Por estos
motivos se han desarrollado muchos tipos de aleacionesque abarcan una enorme gama de
propiedades tanto físicas como químicas principalmente de resistencia a ambientes muy agresivos
que se estudiaran en este tema.
Cuando se añade un átomo extraño se pueden distinguir dos casos. (1) Que el elemento sea
soluble (quede dentro de la red cristalina), bien formando una disolución sólida o bien un
compuesto. En este caso el soluto es el elemento enmenor proporción y el disolvente el que está en
mayor proporción. (2) Que el elemento que se añada no sea soluble sino que origina una mezcla de
fases. Bajo el microscopio electrónico se pueden distinguir las fases fácilmente así como por
difracción de rayos-X ya que coexisten miro partículas de las dos composiciones.
Dentro del tipo de aleaciones homogéneas se ha visto que se pueden clasificaren: (1)
disoluciones sólidas cuando la composición puede variar de forma continua sin modificar
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bruscamente las propiedades físicas y químicas de la aleación (aunque microscópicamente la
composición es constante) y (2) compuestos o fases de composición intermedia que tienen una
estequiometría definida con propiedades físicas y químicasdiferentes de las aleaciones homogéneas
cercanas en composición.
En el caso de las disoluciones sólidas se pueden distinguir si son sustitucionales o
intersticiales. Las aleaciones sustitucionales se dan en metales de radio, electronegatividad y carga
similares con igual número de coordinación como por ejemplo Ni y Cu (C12). Estos metales son
solubles en todas proporciones y da una seriecontinua de disolución sólida como se vio en el tema
anterior. El rango puede ser mucho más pequeño cuando los elementos son más diferentes como es
el caso del sistema Cu-Zn. Los factores que más afectan para formar disoluciones sólidas son:
(1) Radio atómico y número de coordinación. Elementos de tamaño similar son más solubles,
y no deben diferir en más de un 15 % aproximadamente. El número de...