Aleaciones Metales
Aleaciones Metales
Aleaciones Metales
1. INTRODUCCION
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 enorme desarrollo 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 su relativo 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 e importancia de las mas
importantes aleaciones de los últimos anos.
2. OBJETIVOS
Elaborar un informe técnico acerca del uso de las aleaciones descubiertas
recientemente
Conocer las propiedades físicas y químicas de las aleaciones.
Conocer las aplicaciones de las aleaciones en el campo industrial.
3. FUNDAMENTO TEORICO
3.1. ALEACION
Una aleación es una combinación de propiedades metálicas, que está compuesta de
dos o más elementos metálicos sólidos.
Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al
(aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que
se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metálico, como: P (fósforo), C (carbono),
Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).
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Se denomina aleación a la sustancia que se obtiene mediante la fusión y posterior
solidificación de una mezcla de dos o mas elementos, siempre que el conjunto conserve las
propiedades metálicas en estado solido. En función de los elementos que la forman,
podemos clasificar las aleaciones en metálicas, cuando todos los elementos son metales,
y no metálicos, cuando alguno de los elementos es un no metal
En las aleaciones se distinguen disolvente y soluto en función de las siguientes
variables:
Si los metales cristalizan en el mismo sistema cristalino, el disolvente será el que esta
en mayor proporción y el soluto el que se encuentra en menor proporción
Si los dos metales cristalizan en distinto sistema cristalino, el disolvente es aquel metal
que conserva la red cristalina y el soluto el que no la mantiene.
3.2. ULTIMAS ALEACIONES
3.2.1. ALEACIONES A BASE DE ALUMINIO
CARACTERISTICAS
La combinacion unica de propiedades que presentan el aluminio y sus aleaciones,
hacen de este material uno de los mas versatiles, economicos y atractivos para una amplia
gama de usos y aplicaciones; desde la fabricación de papel de aluminio para embalajes y
usos domesticos hasta aplicaciones de ingenieria mas exigentes, como ser en fuselajes de
aeronaves.
Las aleaciones de aluminio ocupan el segundo lugar (con respecto a los aceros) en
los materiales que se utilizan con fines estructurales. Tienen una densidad de solo 2,7
g/cm3 (aproximadamente un tercio del acero (7,83 g/cm3)); un pie cubico de acero pesa
alrededor de 490 libras (222 Kg); un pie cubico de aluminio, solo alrededor de 170 libras
(77 Kg). Este peso tan leve, junto con la alta resistencia en algunas aleaciones de aluminio
(proxima o similar a la de algunos aceros estructurales), permite la construccion de
estructuras ligeras y resistentes, particularmente ventajosas en vehiculos espaciales,
aviones, y en todo tipo de vehiculos terrestres y nauticos.
El aluminio es un importante metal de uso corriente en ingeniería que más se usa
en la actualidad, así como las aleaciones que forma con los siguientes elementos:
• Mg.
• Ni-Co, para constituir una aleación llamada Alnico.
• Cu.
• Zn.
• Li, etc.
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APLICACIÓN:
- Como conductores eléctricos.
- Componentes para avión.
- Envases para alimentos.
- Cancelería.
- Fabricación de pomos.
- Diversos componentes automotrices.
- Dado que son livianas pueden utilizarse en construcción aeronáutica (duraluminio: 95,5%
Al, 3% Cu, 1% Mn, 0,5% Mg).
- Fabricación de barcos (hidronalio: 90% Al, 10% Mg), siendo resistentes a la corrosión del
agua de mar.
- Pulverizado finamente como combustible sólido de cohetes espaciales. - Aumentar la
potencia de los explosivos.
Aleación Al-Li
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T6),lasaleacionesderesistenciamedia(2014-T6,7075-
T73)ylasaleacionescontoleranciaaldaño(2024-T3).
Aleaciones Al-Li
—Altos niveles de resistencia mecánicas que cubren todo el rango abarcado por
las aleaciones convencionales: desde la 2024 T4 a la 7150 T657.
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El titanio es un metal considerado ligero. Si bien su peso es superior al de otros
metales ligeros como el aluminio o el magnesio, su relación peso/resistencia es muy
superior.
Inicialmente la producción mundial de este metal era casi exclusivamente para uso
en aplicaciones aeronáuticas y espaciales. Desde entonces su producción ha credido
enormemente. Hoy en día, las aleaciones de titanio son comunes, metales de ingeniería
fácilmente disponibles que compiten directamente con acero inoxidable y aceros
especiales, aleaciones de cobre, de niquel, etc.
La combinación del Titanio con otros metales permite obtener una amplia gama de
aleaciones -cada una con características excepcionales propias- cubriendo un considerable
espectro de posibilidades.
Minerales de titanio: Se encuentra como óxido en minerales: Ilmenita (FeTiO3),
Rutilo (TiO2), Esfena (CaO · TiO2 · SiO2)
Aleaciones comunes
• Titanio, aluminio y vanadio
• Ferrocarbono titanio
• Cuprotitanio
• Manganotitanio
• Titanio, aluminio y berilio
• Titanio, cobre y níquel
• Nitrurotitanio
Aplicación:
En aleaciones como substituto del aluminio
Aleado con aluminio y vanadio en aeronáutica
Motores a reacción
En ingeniería aeroespacial
En medicina
Industria alimenticia
Plantas de desalinización en metalurgia
Pigmentación
Chips de ordenadores
Creación de polímetros y gemas
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Existen unos 30 tipos de titanio para el 90% de
trabajos se utlizan dos: el titanio gr. 2 y la aleación de titanio gr. 5 (5Al-4V). Se pueden
dividir en cinco grupos:
Titanio Comercialmente puro. Mas del 99% de titanio.
Titanico puro con resistencia corrosión aumentada. Pequeños valores de Paladio y
Rutilio.
Aleaciones Alpha. Mejores propiedades mecánicas.
Aleaciones Alpha-Beta. Alta resistencia mecánica.
Aleaciones Beta. Alta resistencia mecánica. Soldabilidad limitada.
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Aplicaciones de las superaleaciones de níquel.
Debido a sus propiedades, estas aleaciones son empleadas para la construcción de
turbinas de gas (álabes), turborreactores de avión, toberas y cámaras de combustión,
reactores químicos, generadores y prensas de extrusión.
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Las aleaciones con memoria de forma o AMF, en inglés Shape Memory Alloys
(SMA), son materiales metálicos que tienen la capacidad de ‘recordar’ una forma
determinada, incluso después de severas deformaciones, los materiales con memoria de
forma, son capaces de experimentar transformaciones significativas a escala atómica ante
estímulos externos, como pueden ser, por ejemplo, los cambios de temperatura o la
aplicación de un campo magnético, materiales como las aleaciones metálicas de níquel y
titanio, variedades de poliuretano y poliestireno capaces de «recordar» la disposición de su
estructura espacial y volver a ella después de una deformación.
3.2.4.2. APLICACIÓN:
Se utilizan en sistemas de unión y separación de alambres dentales para ortodoncia,
películas protectoras adaptables y válvulas de control de temperatura.
Las aleaciones con memoria de forma (SMA) han cobrado gran interés comercial en
los últimos años debido al amplio rango de funciones que pueden cumplir en el área de la
medicina, la odontología y las aplicaciones electrónicas. Un ejemplo Ilustrativo podría ser
Figura 1.
Descripción
microscópica del
proceso de
memoria de
forma; la
austenita (a) es
enfriada para
formar
martensita
manclada (b),
aunque hay una
reacomodación
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de átomos no
sufre cambio en
la forma.
Posteriormente
un hilo de níquel-titanio que en fase martensítica sea maleable. Podríamos ajustarlo, por
ejemplo, al contorno de los dientes de un paciente que precise ortodoncia. Aunque parezca
que el material ha quedado con la forma que le acabamos de dar, no es así, ya que el hilo
de níquel-titanio, una vez colocado en la boca, recobrará la temperatura inicial y tenderá a
recuperar su anterior forma, ejerciendo presión sobre los dientes del paciente. Esta aleación
mantendrá, casi de forma constante, una presión sobre los dientes.
Por su superelasticidad estas aleaciones se emplean también en numerosos
dispositivos de cirugía no invasiva, ya que permiten generar grandes deformaciones en el
material que se recuperan cuando se elimina la carga. Esta propiedad posibilita
aplicaciones en dispositivos utilizados en medicina, como los stents, prótesis tubulares que
restablecen la capacidad de flujo de cualquier conducto corporal afectado de
estrechamiento. Pero su campo de aplicación abarca, actualmente numerosos sectores que
va desde su uso en antenas para satélites desplegables a sensores de distintas
maquinarias, pasando por materiales para la construcción de puentes colgantes o
dispositivos antisísmicos.
El grupo de Física Aplicada centra sus últimas investigaciones en las aleaciones con
memoria de forma ferromagnéticas, en las que se puede inducir un cambio de fase
mediante la aplicación de un campo magnético y hacerlo, además, de manera instantánea.
Realizan experimentos sobre la estabilidad térmica y mecánica de asociaciones como la de
Níquel-Manganeso-Galio o del Níquel con otros elementos, como el Hierro, el Cobalto o el
Aluminio. Se trata de investigaciones básicas, sin las cuales no sería posible desarrollar
nuevas aleaciones, y/o mejorar las conocidas, para ser posteriormente aplicadas en
distintos campos con plenas garantías de fiabilidad.
Respecto a su utilización en la industria, estos materiales son muy útiles para unir
tubos sin soldadura en aeronáutica, lo que genera un ahorro en costes de mantenimiento.
Además, también se utilizan para fabricar fusibles térmicos, detectores y accionadores de
dispositivos de control térmico, entre otros dispositivos. Hoy en día, la aleación con memoria
de forma más utilizada es el llamado Nitinol, una aleación de Níquel-Titanio (NiTi)
descubierta en 1962 por Buehler y sus colaboradores en el Naval Ordnance Laboratory.
Pese a los avances realizados en el descubrimiento de nuevas aleaciones metálicas con
estas propiedades, el Nitinol es la más comercial y la más extendida gracias a su buena
estabilidad al ciclado, biocompatibilidad, resistencia a la corrosión y capacidad de recuperar
grandes deformaciones. Otras aleaciones con memoria de forma, como las de Cu-AlNi, Fe-
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Mn-Si, Cu-Sn, Fe-Pt, Au-Cd, etc., son mecánicamente más débiles y con límites de
deformaciones recuperables mucho menores, además de no ser biocompatibles 1 .
3.2.5. CERMET
Un cermet es un metal duro con partículas duras de base de titanio. El nombre
cermet viene de combinar las palabras cerámica y metal. Originalmente, los cermets eran
compuestos de TiC y níquel. Los cermets modernos no contienen níquel y tienen una
estructura diseñada con un núcleo de partículas de carbonitruro de titanio Ti(C,N), una
segunda fase dura de (Ti,Nb,W)(C,N) y un aglutinante de cobalto rico en W.
El Ti(C,N) aporta resistencia al desgaste a esta calidad, la segunda fase dura
incrementa la resistencia a la deformación plástica y la cantidad de cobalto controla la
tenacidad.
Si se compara con el metal duro, el cermet tiene mejor resistencia al desgaste y
menor tendencia al empastamiento. Por otro lado, presenta también menos tensión
compresiva y menos resistencia a los cambios bruscos de temperatura. Los cermets
también pueden llevar recubrimiento PVD para mejorar la resistencia al desgaste.
Aplicaciones
Las calidades cermet se utilizan en aplicaciones con empastamiento en las que el
filo de aportación resulta problemático. Su patrón de desgaste autoafilante mantiene bajas
las fuerzas de corte incluso tras periodos prolongados de mecanizado. En operaciones de
acabado, esta característica supone una prolongación de la vida útil de la herramienta y
tolerancias estrechas, con resultado de superficies brillantes.
Las aplicaciones típicas son acabado en acero inoxidable, fundición nodular, acero
de bajo contenido en carbono y acero ferrítico. Los cermets también se pueden aplicar para
resolver problemas en materiales férreos.
Son materiales ligeros y de gran resistencia mecánica y altas temperaturas,
utilizados en la industria aeronáutica y de embarcaciones, en motores y reactores de
aviación.
Aplicaciones
• Sellos y juntas que unen mate
riales cerámicos con metales.
• Celdas de combustible.
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• Herramientas de corte y taladros. (corte en seco).
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La parte "tierra" en el nombre es una denominación antigua de los óxidos.
APLICACIÓN:
Las tierras raras tienen aplicaciones en generadores eolicos, automoviles modernos,
telefonos celulares, equipos de comunicacion y superconductores. Tipicamente un
generador electrico eolico grande requiere varias toneladas de material magnetico hecho
con aleaciones de tierras raras como el neodimio o el praseodimio.
Tabla 1. Algunas de las importantes aleaciones
Aleaciones Cantidades corrientes
ferrosas Propiedades Usos de los elementos que se
(principalmente Principales Principales agregan a la aleación
hierro) con el hierro
Se usó mucho en los De 2 a 3 % de carbono y
Hierro colado Duro pero quebradizo comienzos de la era escasa proporción de
industrial silicio y otros elementos
Aleaciones no
Cantidades corrientes
ferrosas (poco Propiedades Usos
de los elementos de la
o nada de Principales Principales
aleación
hierro)
Ampliamente usadas
donde se necesita
ligereza y fuerza.
Bastante dura, fuerte; Del 85 % al 95 % de
Utilizadas cada vez mas
aleaciones muy livianas, aluminio con pequeñas
Aleaciones de en conductos para
a menudo con buenas cantidades de cromo,
aluminio calderas, carrocerías de
resistencia a la corrosión cobre, manganeso, silicio
automóvil, construcciones,
y buenas conductoras de y hasta un 4 % de
equipamientos para
electricidad magnesio
alimentación, chapa,
baterías de cocina y
cables eléctricos
Tornillos, tuercas,
Bronce al Duro pero maleable, y
conductos para barcos y 77,5 % de cobre, 2 % de
aluminio resistente a la corrosión
laminados aluminio y 20,5 % de cinc
del agua de mar
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Discos para embrague de 58,5 % de cobre, 39 % de
Bronce al Muy buena resistencia al
automóviles, válvulas y cinc, 1,5 % de hierro y 1,0
manganeso desgaste
bombas % de estaño
Fuerte, bastante
Bronce Equipamiento químico; 85% de cobre, 13% de
resistente a la corrosión
fosforado escobillas para motores estaño y 0,25-2,5 de
y buen conductor de
eléctricos fósforo
electricidad
Del 69 al 88,5 % de cobre,
Aleaciones de
Duro, resistente a la Equipamientos químicos del 10 al 30 % de níquel,
cobre y níquel
corrosión y al calor algo de hierro y de
manganeso
Alrededor del 31 % de
Aleaciones de Duro, resistente a cobre, 64 % de níquel,
Equipamiento químico
níquel y cobre muchos ácidos y a pequeñas cantidades de
elementos alcalinos carbono, hierro,
manganeso y sílice
Alrededor del 68 % de
níquel, 15 % de cromo, 9
Aleaciones de Muy resistente al calor. Escapes de aeroplanos,
% de hierro, pequeñas
níquel y cromo Buena resistencia a la equipos alimenticios y
cantidades de carbono,
corrosión para lechería
cobre, manganeso, silicio
y telurio
Alrededor del 55 % de
Aleaciones de Extremadamente buena, níquel, del 30 % de
Máquinas de aviones de
níquel y resistencia al calor. molibdeno, 5 % de cinc’, 4
chorro, misiles y hornos
molibdeno Buena resistencia a la % de hierro, 2,5 % de
corrosión cobre, algo de carbono,
cromo, manganeso, silicio
y plata
Blanda, pero la aleación
Aleaciones de Techados de casas y
antimonio-plomo es más Del 94 al 97,5 % de
plomo equipamientos para
dura. Buena resistencia plomo, hasta 6 % de
ácidos. La aleación de
a antimonio
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los ácidos (no se oxidan) antimonio-plomo se usa
para cargar baterías.
92 % de estaño, 8 % de
Metal blanco Una aleación bastante
Cojinetes para motores antimonio
blanda
4. ANALISIS Y DISCUSION
Por lo expuesto anterior se observa
Las superaleaciones base níquel, formadas principalmente por níquel, cromo y hierro,
son un tipo de material en auge en el sector aeroespacial y aeronáutico, debido a sus
buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas y sus excelente comportamiento.
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Sobre las aleaciones cermets:
Las herramientas de cerámico, cuando se montan adecuadamente en
soportes adecuados y se utilizan máquinas precisas y rígidas, ofrecen las
siguientes ventajas:
El tiempo de maquinado es menor al que efectúan las herramientas de
carburo, debido a las altas velocidades de corte a las que se someten estas
herramientas de cerámico.
Sobre las aleaciones con memoria:
El efecto de memoria de forma, básicamente, se produce por la influencia que
tiene el cambio de temperatura sobre el material; es decir, las temperaturas a
las cuales la transformación martensítica comienza y concluye y las
temperaturas a las cuales la formación austenítica empieza y termina.
Así, la aleación se extiende de nuevo cuando se calienta y se contrae cuando
se enfría, repitiéndose indefinidamente. Para producir el doble efecto de
memoria de forma el material se somete a un tratamiento térmico, llamado
tratamiento de educación o adiestramiento, con el cual se puede conseguir que
el material recuerde sucesivamente y de forma cíclica, tanto la forma en
caliente como en frío.
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El desarrollo en aleaciones ha producido varias composiciones ternarias con
propiedades más ventajosas sobre las binarias, y es probable así mismo que
en los próximos años se multiplique el número de aleaciones diseñadas
específicamente para determinados fines.
Es importante también, de cara a mejorar las futuras aplicaciones de este tipo
de aleaciones, prestar una especial atención a los procesos, pues en ellos hay
contaminantes comunes como el oxígeno y el carbono que pueden, tanto
modificar la temperatura de transformación como degradar las propiedades
mecánicas de la aleación, por lo que se ha de tratar de minimizar su cantidad
en la muestra. De este modo, uno de los mayores desafíos consiste en el
desarrollo de los procesos de producción adecuados que conduzcan a
materiales que posean las propiedades y características deseadas para la
aplicación en cuestión.
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6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS
1) http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/13A-Titanio-aleaciones.pdf
2) http://www.elmundo.es/elmundo/2009/06/15/baleares/1245088839.html
3) 299184717-Aleaciones.pdf
4) https://icono.fecyt.es/informesypublicaciones/Documents/BVT_MAT_N1.pdf
5) METAL_ALLOY_FROM_ANAYYA_BOOK.pdf267959842
6) https://www.ticdm.es/titanio-y-sus-aleaciones/
7) https://es.scribd.com/doc/139450801/CERMET-materiales-en-ingenieria-docx
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