La aparición del bronce, entre el 3300 y el 1200 a. C., marcó el inicio del uso de aleaciones por parte de la humanidad. Estas aleaciones han experimentado un largo proceso de desarrollo, desde el bronce antiguo hasta las aleaciones modernas de alto rendimiento.
El progreso tecnológico en cada etapa ha mejorado continuamente el rendimiento y el rango de aplicación de las aleaciones, promoviendo su uso generalizado en diversos campos.
Definición de aleación
Una aleación es un material metálico compuesto por dos o más elementos, de los cuales al menos uno es un metal. Al mezclar estos elementos, las aleaciones mejoran sus propiedades, otorgándoles mejores propiedades que un solo metal, como resistencia, dureza, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, etc.
¿Cómo se fabrican las aleaciones?
Existen muchas aleaciones diferentes en la naturaleza que normalmente se forman a través de procesos químicos y geológicos naturales.
Una de las aleaciones naturales más conocidas es la aleación de hierro-níquel presente en meteoritos, que suele contener hierro 90% y níquel 10%. Esta forma diversas fases minerales, como el «hierro-níquel metálico» (kamacita) y el «hierro-níquel-níquel» (taenita) en aleaciones de hierro-níquel.
En la mayoría de los casos, la formación de aleaciones se puede lograr mediante tecnología de fundición y síntesis:
Método de fusión
Método de fusión: El método más común de producción de aleaciones implica la fusión y mezcla de elementos de aleación a altas temperaturas, generalmente en un horno.
Aleación mecánica: Los polvos metálicos se mezclan mediante fuerza mecánica (como el molino de bolas) para experimentar reacciones físicas y formar aleaciones. Este método permite producir aleaciones de grano ultrafino.
Síntesis química: Las reacciones químicas sintetizan aleaciones en fase gaseosa y las depositan sobre sustratos para formar películas o recubrimientos, o bien los elementos de aleación se reducen de sus compuestos mediante reacciones químicas y se mezclan para formar aleaciones.
Esto también incluye la pulvimetalurgia, la pulverización catódica con magnetrón, el procesamiento en frío y el tratamiento térmico.
Tipos de aleaciones
Existen muchos tipos de aleaciones. Las aleaciones comunes se clasifican según sus componentes principales, áreas de aplicación y características de rendimiento. Algunos tipos comunes de aleaciones incluyen aleaciones de acero, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de níquel, aleaciones de titanio y aleaciones especiales.
Aleaciones de acero
| Aleaciones de acero | Componentes principales | Características | Aplicaciones | Grados comunes (ASTM) |
| Acero carbono | Hierro + Carbono | Alta resistencia, dureza y rentabilidad. | Estructuras de construcción, piezas mecánicas, fabricación de automóviles | ASTM A36, ASTM A106, ASTM A500 |
| Acero aleado | Hierro + Carbono + Elementos de aleación (por ejemplo, cromo, níquel) | Excelente resistencia, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión. | Herramientas, componentes mecánicos, piezas de automoción | ASTM A514, ASTM A572 |
| Acero inoxidable | Hierro + Cromo (al menos 10,5%) + Níquel | Excelente resistencia a la corrosión y rendimiento a altas temperaturas. | Utensilios domésticos, equipos químicos, instrumentos médicos. | ASTM A240 (304, 316), ASTM A276 (410, 430) |
Aleaciones de aluminio
| Aleaciones de aluminio | Componentes principales | Características | Aplicaciones | Grados comunes (ASTM) |
| Aluminio puro | Aluminio | Ligero, resistente a la corrosión, pero de menor resistencia. | Aeroespacial, automoción, materiales de construcción | ASTM B209 (1100, 1050) |
| Aleación de aluminio y cobre | Aluminio + Cobre | Alta resistencia, excelentes propiedades mecánicas. | Aeronaves, piezas de automóviles, materiales estructurales | ASTM B209 (2024), ASTM B211 (2011) |
| Aleación de aluminio y zinc | Aluminio + Zinc | Excelente resistencia y resistencia a la corrosión. | Materiales de construcción, componentes de automoción | ASTM B209 (7075), ASTM B211 (7050) |
Aleaciones de cobre
| Aleaciones de cobre | Componentes principales | Características | Aplicaciones | Grados comunes (ASTM) |
| Latón | Cobre + Zinc | Buena maquinabilidad y resistencia a la corrosión. | Accesorios de tubería, instrumentos musicales, decoraciones. | ASTM B36 (C26000), ASTM B124 (C36000) |
| Bronce | Cobre + Estaño | Buena resistencia al desgaste y a la corrosión. | Artefactos, estatuas, componentes mecánicos. | ASTM B505 (C93200), ASTM B150 (C95400) |
| Aleación de cobre y níquel | Cobre + Níquel | Excelente resistencia a la corrosión y resistencia. | Equipos para el medio marino, monedas, instrumentos médicos. | ASTM B122 (CuNi 90/10, CuNi 70/30) |
Aleaciones de níquel
| Aleación a base de níquel | Níquel + elementos de aleación (por ejemplo, cromo, molibdeno) | Excelente rendimiento a altas temperaturas y resistencia a la corrosión. | Industria aeroespacial, química, equipos de generación de energía | ASTM B443 (Inconel 625), ASTM B637 (Inconel 718) |
| Aleación de níquel-hierro | Níquel + Hierro | Buenas propiedades magnéticas y resistencia a la corrosión. | Materiales magnéticos, equipos eléctricos. | ASTM A353 (Invar 36), ASTM A753 (Mu-metal) |
Aleaciones de titanio
| Aleaciones de titanio | Componentes principales | Características | Aplicaciones | Grados comunes (ASTM) |
| Aleación Alfa | Titanio + Aluminio + Estaño | Alta resistencia, buena resistencia a la corrosión. | Aeroespacial, implantes médicos | ASTM B348 (Grado 5), ASTM F136 (Ti-6Al-4V) |
| Aleación Beta | Titanio + elementos de aleación (por ejemplo, molibdeno, cromo) | Alta resistencia, alto módulo elástico. | Aeronaves, material deportivo | ASTM B348 (Grado 19), ASTM F2063 (Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al) |
Aleaciones de alta temperatura
| Aleaciones de alta temperatura | Componentes principales | Características | Aplicaciones | Grados comunes (ASTM) |
| Aleación de alta temperatura a base de níquel | Níquel + elementos de aleación (por ejemplo, cromo, molibdeno) | Excelente resistencia a altas temperaturas y a la corrosión. | Componentes de motores, turbinas de gas | ASTM B637 (Inconel 718), ASTM B408 (Hastelloy X) |
| Aleación de alta temperatura a base de cobalto | Cobalto + Elementos de aleación (por ejemplo, cromo, aluminio) | Excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión. | Motores aeroespaciales, álabes de turbina | ASTM F90 (Haynes 188), ASTM B815 (L-605) |
Aleaciones especiales
| Aleaciones especiales | Componentes principales | Características | Aplicaciones | Grados comunes (ASTM) |
| Aleación con memoria de forma | Níquel + titanio | Puede recuperar su forma original a temperaturas específicas. | Dispositivos médicos, equipos de automatización | ASTM F2063 (Nitinol) |
| Aleación superconductora | Plomo, aluminio, tungsteno | Presenta cero resistencia eléctrica a bajas temperaturas. | Imanes superconductores, dispositivos de imágenes médicas | ASTM B714 (Nb3Sn), ASTM B335 (NbTi) |
Ventajas y desventajas de las aleaciones
Las ventajas y desventajas de las aleaciones varían dependiendo de su composición y propósito, por lo que se deben sopesar diversas características de rendimiento al seleccionar y utilizar aleaciones para satisfacer los requisitos de aplicaciones específicas.
| Aspecto | Ventajas | Desventajas |
| Fuerza y dureza | Las aleaciones generalmente ofrecen mayor resistencia y dureza que los metales que las componen (por ejemplo, el acero es más fuerte que el hierro puro). | Algunas aleaciones pueden volverse frágiles en determinadas condiciones, lo que limita su uso en entornos específicos. |
| Resistencia a la corrosión | La resistencia mejorada a la corrosión es una característica clave de muchas aleaciones, como el acero inoxidable con cromo y níquel. | La producción de aleaciones resistentes a la corrosión puede ser costosa, lo que aumenta los costos generales del material. |
| Conductividad | Algunas aleaciones, como las de cobre, proporcionan una excelente conductividad eléctrica y térmica, crucial para la electrónica. | La producción de aleaciones requiere un control preciso sobre la composición y el proceso, lo que puede introducir complejidad. |
| Resistencia al desgaste | Las aleaciones con elementos como cromo, tungsteno o molibdeno son altamente resistentes al desgaste y adecuadas para aplicaciones de alta fricción. | Una alta resistencia al desgaste puede venir acompañada de una ductilidad reducida, lo que hace que el material sea menos versátil en los procesos de conformado. |
| Maquinabilidad | El ajuste de las composiciones de aleación puede conducir a una mejor maquinabilidad, reduciendo los desafíos y los costos de fabricación. | Ciertas aleaciones de alta resistencia pueden ser difíciles de mecanizar y requerir herramientas o procesos especiales. |
| Resistencia al calor | Las aleaciones como las superaleaciones a base de níquel mantienen la resistencia y la estabilidad a altas temperaturas, ideales para las industrias aeroespacial y energética. | Las aleaciones resistentes al calor suelen ser caras y pueden requerir una manipulación y un procesamiento especializados. |
| Costo | Las propiedades mejoradas justifican costos más altos en aplicaciones críticas donde el rendimiento supera el gasto. | El coste total de producir y utilizar aleaciones puede ser significativamente mayor en comparación con los metales puros. |
| Riesgos ambientales y para la salud | Algunas aleaciones contienen elementos tóxicos, como el cadmio o el berilio, que suponen riesgos para el medio ambiente y la salud. | La eliminación y el manejo de componentes de aleación tóxicos requieren una consideración cuidadosa y pueden generar costos adicionales. |
| Magnetismo | Las propiedades magnéticas de algunas aleaciones, como ciertos aceros inoxidables, son ventajosas en aplicaciones específicas. | El magnetismo no deseado en las aleaciones puede afectar el rendimiento en aplicaciones electrónicas o sensibles al magnetismo. |
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