Los metales ferrosos y no ferrosos: procesos industriales y aplicaciones

OOBBJJEETTIIVVOO
GGEENNEERRAALL
•• LLooss EEssttuuddiiaanntteess eennttiieennddeenn yy
ccoommpprreennddeenn llooss ddiiffeerreenntteess
ttiippooss ddee mmaatteerriiaalleess mmeettáálliiccooss,,
ssuuss pprrooppiieeddaaddeess yy ssuu
eessttrruuccttuurraa..
OOBBJJEETTIIVVOOSS
EESSPPEECCIIFFIICCOOSS
•• CCoonnoocceenn llaa ddiiffeerreenncciiaa eennttrree
mmaatteerriiaalleess FFeerrrroossooss,, NNoo
FFeerrrroossooss yy AAlleeaacciioonneess..
•• CCoonnooccee llaa ffoorrmmaa ddee
ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee llooss mmeettaalleess..
•• EEnnttiieennddee eell ccoonncceeppttoo ddee
PPoolliimmoorrffiissmmoo,, IIssoottrróóppiiccoo,,
AAnniissoottrróóppiiccoo yy ddee mmááss
pprrooppiieeddaaddeess ddee llooss mmeettaalleess..
•• CCoonnoocceenn ddiiffeerreenntteess ttiippooss ddee
mmaatteerriiaalleess ffeerrrroossooss yy nnoo
ffeerrrroossooss..
CONTENIDO:
Obtención 2
Solidificación 3
Nucleación y Crecimiento del
Grano
7
Imperfecciones y Defectos
Cristalinos
7
Tratamientos Térmicos 10
Propiedades de los Metales 13
Materiales Ferrosos 14
Materiales No Ferrosos 25
Reciclaje de Materiales
Metálicos
33
Actividad de Consulta y
Estudio
34
Actividad de Autoevaluación 39
Actividad de Investigación.
Taller No. 1
43
Bibliografía 46
Entre todos los materiales que
los seres humanos hemos
aprovechado y transformado a lo
largo de la historia, LOS
METALES ocupan un lugar
destacado, por la versatilidad en
sus uso y porque abrieron un
mar de nuevas posibilidades
tecnológicas. Su descubrimiento
y el conocimiento de cómo
transformarlos, supuso el paso
de la Prehistoria a la Historia.
La importancia de LOS METALES
hace que los primeros períodos
de la Historia se denominen
Edad del Cobre, del Bronce y del
Hierro.
En este orden de ideas, podemos
encontrar como materiales
metálicos, los metales y sus
aleaciones, así como también
sustancias inorgánicas que están
constituidas por uno o más
elementos metálicos; por
ejemplo: el hierro, el cobre, el
aluminio, el níquel y el titanio.
Es importante tener en cuenta
que el carbono es un elemento
no metálico.
Los metales tienen muchas
características, pero las más
importantes son: buena
conductividad eléctrica y térmica,
opacidad, brillo, fusibilidad,
plasticidad, dureza, etc.
Ahora bien, podemos subdividir a
los materiales metálicos en dos
grupos importantes:
Ferrosos: a este grupo
pertenece el hierro y sus
derivados: el acero y las
fundiciones.
No ferroso: este grupo esta
formado por los demás metales y
sus aleaciones.
A su vez, en función del peso,
los metales se pueden subdividir
también, en dos grupos: metales
ligeros y metales pesados.
Materia Prima. Es importante
aclarar que estos en estado
natural, no se encuentran puros,
ya que se hallan combinados con
el oxígeno o con otros no
metales, en especial del azufre,
del cloro y del carbono.
Los metales que se encuentran
puros en la naturaleza, llamados
metales nativos son: Oro, Plata,
Cobre y Platino.
El hombre para poder usar los
metales, ha tenido que aprender
como extraerlos de la naturaleza,
pues en estado natural los
metales están mezclados con
otros minerales.
Solo unos pocos aparecen solos,
en estado natural, si bien en
pequeñas cantidades como es el
caso del cobre.
PPoorr:: IInngg.. RRiiccaarrddoo AA.. FFoorreerroo RR..
Guía Académica No. 1.
MATERIALES METALICOS
FERROSOS Y NO FERROSOS
PROCESOS INDUSTRIALES
II//PP,, TT//PP,, II//II,, DD//EE,, II//MM,, MM//II
MMiinneerraalleess MMeettaallííffeerrooss:: RReecciibbeenn eessttee nnoommbbrree,, aaqquueellllooss mmiinneerraalleess aa ppaarrttiirr ddee llooss ccuuaalleess ssee oobbttiieenneenn
llooss mmeettaalleess mmeeddiiaannttee ttrraattaammiieennttooss aaddeeccuuaaddooss.. EEll ccoobbrree,, eell hhiieerrrroo,, eell aalluummiinniioo,, eell mmaannggaanneessoo,, eell
pplloommoo yy eell zziinncc ssoonn llooss mmeettaalleess mmááss ccoommuunneess.. EEll oorroo,, llaa ppllaattaa yy eell ppllaattiinnoo ssoonn mmááss eessccaassooss,, yy ppoorr lloo
ttaannttoo,, mmááss ccaarrooss.. EEnnttrree llooss mmeennooss ccoommuunneess ppooddeemmooss mmeenncciioonnaarr eell lliittiioo,, eell wwoollffrraammiioo yy eell ggeerrmmaanniioo..

Materiales Metálicos Página 2 de 46
El hierro es uno de los metales
más exuberante en la naturaleza.
Productivamente el hierro
contiene carbono y otras
sustancias que alteran sus
propiedades físicas, pero estas
se pueden cambiar, en el
momento de desarrollar las
aleaciones con otras sustancias,
incluido el carbono.
Proceso de fabricación de los
materiales metálicos. La gran
mayoría de los metales los
podemos encontrar en la
naturaleza mezclados con otros
elementos, formando minerales
metálicos.
Es por esto que, el primer paso,
es la obtención del metal: esto
consiste en localizar y extraer el
mineral, que normalmente se
encuentra en el subsuelo. A esta
etapa corresponden los trabajos
de minería.
La extracción de los minerales se
realiza practicando minas
subterráneas o a cielo abierto
con la ayuda de grandes
máquinas. Como los minerales
metálicos están mezclados con
otros materiales, hay que triturar
la roca extraída para separar el
mineral metálico del resto de
materiales.
OBTENCIÓN
Finalizado el proceso de
obtención y tratamiento del
metal, podemos fabricar con él
una gran variedad de piezas
metálicas.
Algunos de los procedimientos
de trabajo más habituales son:
fundición y moldeo, deformación,
corte y mecanizado.
Propiedades físicas. Los
metales tienen ciertas
propiedades físicas
características: a excepción del
mercurio, son sólidos a
condiciones ambientales
normales, suelen ser opacos o
brillantes, tener alta densidad,
ser dúctiles y maleables, tener
un punto de fusión alto, ser
duros, ser buenos conductores
del calor y la electricidad.
Estas propiedades se deben al
hecho de que los electrones
exteriores están ligados sólo
ligeramente a los átomos,
formando una especie de nube
(también conocido como mar de
Drude), que se conoce como
Enlace metálico.
Su uso en la Ingeniería. Es
importante destacar que los
metales se utilizan en infinidad
de aplicaciones.
El hierro por, ejemplo, es uno de
los más abundantes en la
naturaleza, y con el se obtiene el
acero. En las construcciones se
utilizan hierro y acero de
distintos tipos. Utilizamos el
cobre para cables, el estaño lo
usamos para soldar, etc.
La mayor parte del hierro se
utiliza luego de ser sometido a
tratamientos especiales, como el
hierro forjado, el hierro colado o
el acero (tal vez la más usada en
ingeniería en la actualidad por
sus características especiales).
Los metales son unos materiales
de enorme interés. Se usan
muchísimo en la industria, pues
sus excelentes propiedades de
resistencia y conductividad son
de gran utilidad en la
construcción de máquinas,
estructuras, mecanismos,
circuitos y herramientas, etc.
Los mayores productores de
los materiales metálicos.
Alemania
Países bajos
Japón
Estados Unidos.
LLaa iimmppoorrttaanncciiaa ddee LLOOSS MMEETTAALLEESS hhaaccee
qquuee llooss pprriimmeerrooss ppeerrííooddooss ddee llaa HHiissttoorriiaa
ssee ddeennoommiinneenn EEddaadd ddeell CCoobbrree,, ddeell
BBrroonnccee yy ddeell HHiieerrrroo..
La manufactura, en el sentido
que se usa en las materias de
Procesos Industriales, está
involucrada con piezas y
ensambles hechos con
materiales capaces de soportar
cargas o cumplir con otras
funciones técnicas, como son:
conducir electricidad, aislar, etc.,
siendo estos denominados:
materiales de ingeniería.
Así mismo, podemos definir
procesos de manufactura, en la
transformación de materias
primas en artículos usables.
La mayor parte de estos
materiales son productos de
operaciones previas a los de
manufactura, denominados,
procesos primarios; en los cuales
con base a los elementos
obtenidos del entorno,
“minerales”, son procesados, con
la intención de obtener las
materias primas que luego van
ha ser usadas en los procesos de
manufactura.
Estas materias primas, con
frecuencia se pueden obtener a
través de una variedad de rutas
alternas, algunas de ellas mucho
más cortas que otras. Sin
embargo, sería demasiado
apresurado concluir que los
procesos más complejos son
necesariamente los más
costosos.
Con mucha frecuencia la
economía es un asunto de
escala; así, se puede comprar
acero en lámina a un precio
menor que en polvo, en parte
debido a las vastas cantidades
que se producen en forma de
lámina.
Metales. Los metales aún son
los materiales de ingeniería que
más se utilizan en general, y el
crecimiento de su producción
(especialmente el del acero) con
frecuencia se ha tomado como
un indicador del desarrollo
industrial. Con la creciente
complejidad de muchos
productos y ante el crecimiento
de los plásticos y de los
dispositivos microelectrónicos,
estas relaciones ya no son
validas, particularmente en las
naciones industrializadas.
Sin embargo, el acero todavía
representa una porción
abrumadora de la producción
total de metal, pero otros
metales ofrecen propiedades
únicas y son indispensables.
De esta forma, la baja densidad
del magnesio y la alta razón de
resistencia por masa del titanio
han llevado a incrementar su
uso, a pesar del alto
requerimiento de energía.
Las menas, usualmente de
óxidos o sulfuros, son las
principales fuentes de metales.
Se usan varias técnicas para
enriquecerlos y hacerlos más
adecuados para procesamientos
posteriores. Por lo tanto, los
metales se extraen a gran
escala, en plantas dedicadas a
ello, con diferentes métodos.
DDaattooss ddee PPrroodduucccciióónn yy CCoonnssuummoo ddee
EEnneerrggííaa ppaarraa MMaatteerriiaalleess SSeelleeccttooss ddee
MMaannuuffaaccttuurraa..
++
MMgg == 11..000000 kkgg == TToonneellaaddaass mmééttrriiccaass == 22..220000 llbb..

Materiales MetálicosPágina 3 de la 46
LLaass iimmppuurreezzaass ssee ppuueeddeenn rreemmoovveerr aa
ttrraavvééss ddeell rreeffiinnaaddoo ppoorr ffuueeggoo;; eenn eell
ccaassoo ddeell hhiieerrrroo,, ssooppllaannddoo ooxxííggeennoo aa
ttrraavvééss ddeell aarrrraabbiioo ffuunnddiiddoo eenn uunn hhoorrnnoo
bbáássiiccoo ddee ooxxííggeennoo..
SSee ddeennoommiinnaa ffuunnddiicciióónn aall pprroocceessoo ddee
ffaabbrriiccaacciióónn ddee ppiieezzaass,, ccoommúúnnmmeennttee
mmeettáálliiccaass ppeerroo ttaammbbiiéénn ddee pplláássttiiccoo,,
ccoonnssiisstteennttee eenn ffuunnddiirr uunn mmaatteerriiaall ee
iinnttrroodduucciirrlloo eenn uunnaa ccaavviiddaadd,, llllaammaaddaa
mmoollddee,, ddoonnddee ssee ssoolliiddiiffiiccaa..
LLooss pprroodduuccttooss mmeettáálliiccooss ssee hhaacceenn aa ttrraavvééss ddee uunnaa sseeccuueenncciiaa ddee ppaassooss pprreeppaarraattoorriiooss,, nnoo aannaalliizzaaddooss eenn
eessttaa gguuííaa,, yy ddee pprroocceessooss ssuubbsseeccuueenntteess eenn llooss ccuuaalleess ssee pprroodduucceenn ppiieezzaass ddee iinnggeenniieerrííaa..
1. En la pirometalurgia, las
menas se reducen con carbono
(coque, aceite o gas) en hornos
(fundición). Por ejemplo, los
minerales de las menas de
hierro, se cargan en altos hornos
con coque y fundente
(principalmente caliza) para
producir arrabio de alto carbono
y escoria. Por lo general, la
producción excede un millón de
toneladas año por horno. Las
impurezas se pueden remover a
través del refinado por fuego; en
el caso del hierro, soplando
oxígeno a través del arrabio
fundido en un horno básico de
oxígeno. Otros metales,
principalmente el cobre y el zinc,
a menudo se refinan por
electrólisis (electrorrefinado), en
el cual, el metal impuro forma el
ánodo y uno de alta pureza se
deposita en el cátodo.
2. La reducción directa (sin
fusión) de algunas menas
produce un polvo de alta pureza.
3. La hidrometalurgia involucra
la disolución (lixiviación) de la
mena en un ácido. El metal se
puede precipitar o depositar en
un electrodo (extracción
electrolítica). Las menas de
grado bajo y las pilas de escoria
se pueden lixiviar en el sitio.
4. La electrólisis de una fusión
de temperatura elevada también
produce metal relativamente
puro pero en forma líquida,
como en la electrolisis de la
alúmina (obtenida de la bauxita)
para producir aluminio.
Un atributo importante de los
metales es que se pueden
reciclar in degradación de sus
propiedades, pero el valor de la
chatarra depende enormemente
de la calidad. Como se ve por
medio de las líneas punteadas en
el grafico superior, la chatarra
altamente contaminada puede
requerir que se pase por toda la
secuencia de producción con las
menas; la chatarra menos
contaminada puede sólo
necesitar refinamiento y la que
está separada cuidadosamente,
puede ser un sustituto de metal
nuevo (material virgen).
SOLIDIFICACIÓN
Los metales sólidos son
materiales cristalinos
caracterizados por tener enlaces
metálicos, una resistencia y una
ductilidad razonables y por una
buena conductividad eléctrica. Si
sus átomos, junto con sus
electrones, se visualizan como
esferas diminutas de diámetros
alrededor de 0,2 nm), se tiene
que estas esferas ocupan
posiciones estrictamente
prescritas en el espacio. El
arreglo de puntos que
representa el centro de los
átomos se llama red cristalina.
Los átomos vibran respecto a su
posición en la red; la vibración es
mínima en el cero absoluto.
Cuando el sólido se calienta, los
átomos vibran e amplitudes
siempre crecientes; en una
temperatura crítica –el punto de
fusión, Tm– el sólido se funde,
se convierte en un líquido. El
orden cristalino de largo alcance
el sólido se pierde en gran parte,
aunque puede existir un orden
de corto alcance extendiéndose
a varios átomos. De esta forma,
al fundirse, el sólido cristalino se
transforma en un líquido amorfo.

Metales Puros. Se puede
observar la solidificación de un
metal puro insertando un
termopar en una fusión
contenida en un crisol pequeño y
registrando el cambio de
temperatura con el tiempo. Si no
se suministra calor, la fusión se
enfría gradualmente, liberándose
calor sensible o energía interna,
hasta que en Tm, se forman
cuerpos cristalinos muy
pequeños, núcleos, en varios
puntos de la fusión. Ahora la
temperatura permanece
constante mientras los núcleos
crecen por la deposición de más
átomos en la misma orientación
cristalográfica y el calor de la
fusión es removido. Cuando toda
la fusión se solidifica, la
temperatura baja de nuevo y el
sólido libera su energía calorífica
sensible.
El cuerpo solidificado es
policristalino, es decir, consiste
de muchos cristales orientados
aleatoriamente (usualmente
llamados granos). Las
propiedades mecánicas y de
otros tipos, depende en gran
medida de cómo estén
orientados dichos granos.
Sí, los granos tienen una
dirección predominante, es decir
tienden a tener una longitud
mayor en una dirección que en
cualquiera de las otras dos
(recuerde que los cristales
crecen en un sistema de tres
dimensiones, 3D), es seguro que
el material presente propiedades
anisotrópicas, es decir, que va a
presentar una respuesta
diferente en cada dirección “X”,
“Y”, “Z”, en la que sea ensayado
el material.
Esta conducta también se puede
presentar por deformaciones
inferidas en la estructura
cristalina del material por
procesos de deformación
volumétrica; especialmente si
son procesos, adelantados en
frio, como son por ejemplo: el
trefilado, el doblado, la
compresión, el embutido, etc.
En otras oportunidades,
dependiendo de la forma de
enfriamiento del material o por
procesos posteriores de
normalizado, se pueden lograr
granos con características
similares en todas direcciones,
pero orientados aleatoriamente,
presentando un comportamiento
isotrópico (tiene las mismas
propiedades en todas las
direcciones) y sus propiedades
representan una medida en
todas las direcciones
cristalográficas.
El arreglo de empaquetamiento
de los átomos es característico
del metal y se puede describir a
través de la celda unitaria (el
volumen más pequeño que
define del todo al arreglo
atómico). Para metales prácticos
de ingeniería, son importantes
tres tipos de redes: Cúbica
Centrada en las Caras – FCC –,
con átomos en cada esquina y
en medio de la cara de un cubo;
Cúbica Centrada en el Cuerpo –
BCC –, con átomos en cada
esquina y en medio de un cubo;
y hexagonal compacta – HCP –,
con un átomo en cada esquina,
en el centro de la cara externa
(plano basal) y en tres sitios en
medo del cuerpo. La estructura
tiene funciones importantes en la
solidificación y en la deformación
plástica.
Algunos metales experimentan,
en estado sólido, un cambio en
la estructura cristalina
(transformación alotrópica) a
una temperatura crítica, en la
cual liberan el calor latente de
transformación. Por
conveniencia, las diferentes
forma cristalográficas del mismo
metal se denotan con letras
griegas. De esta forma, al
enfriarse, el hierro-δ –BCC–,
cambia a hierro-γ –BCC– a 1.400
ºC y de nuevo cambia a hierro-δ
–BCC– a 906 ºC. El titanio-β –
HCP–, cambia al enfriarse a
titanio-α –BCC– a 880 ºC. Con
frecuencia, las transformaciones
alotrópicas están acompañadas
por un cambio en volumen, lo
que puede ocasionar esfuerzos
internos suficientes para causar
agrietamientos.
Soluciones Solidas. La mayor
parte de los metales
técnicamente importantes, no
son metales puros, sino que
contienen una variedad de otros
elementos metálicos y no
metálicos, que pueden añadirse
intencionalmente (elementos de
aleación) o que están presentes
por que no pudieron ser
removidos por razones
económicas (elementos
menores, impurezas o
contaminantes). En condiciones
favorables, el elemento de
aleación puede estar distribuido
de manera uniforme en el metal
base, formando una solución
sólida.
Hay dos posibilidades, al
momento de tener una solución
solida:
1. El elemento de aleación
(soluto) tiene una estructura
similar a la del metal base
(solvente); tiene un radio
atómico similar dentro del 15% y
satisface algunos criterios de
compatibilidad en la estructura
electrónica.
PPaarraa mmeettaalleess pprrááccttiiccooss ddee iinnggeenniieerrííaa,, ssoonn iimmppoorrttaanntteess ttrreess ttiippooss ddee rreeddeess:: CCúúbbiiccaa CCeennttrraaddaa eenn eell
CCuueerrppoo –– BBCCCC ––;; CCúúbbiiccaa CCeennttrraaddaa eenn llaass CCaarraass –– FFCCCC ––;; yy hheexxaaggoonnaall ccoommppaaccttaa –– HHCCPP ––
MMeeddiicciióónn ddee llaa ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee uunn
mmeettaall ppuurroo,, iinnsseerrttaannddoo uunn tteerrmmooppaarr eenn
eell ffuunnddiiddoo,, dduurraannttee ssuu eennffrriiaammiieennttoo..
CCuurrvvaa ddee ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee uunn mmeettaall
ppuurroo..

LLooss ááttoommooss ssoolluuttoo ppuueeddeenn rreeeemmppllaazzaarr
aa llooss ááttoommooss ddeell ssoollvveennttee,, ppaarraa ddaarr uunnaa
ssoolluucciióónn ssóólliiddaa ssuussttiittuucciioonnaalleess,,
mmiieennttrraass eessttooss nnoo tteennggaann uunnaa vvaarriiaacciióónn
ddee ttaammaaññoo mmaayyoorr ddeell 1155%%..
LLaa mmiiggrraacciióónn ((ddiiffuussiióónn)) ddee ááttoommooss
ppuueeddee ooccuurrrriirr ppoorr ddiiffuussiióónn ppoorr vvaaccaanntteess
((ssuussttiittuucciioonnaall)) oo ppoorr ddiiffuussiióónn iinntteerrssttiicciiaall..
PPaarraa ffoorrmmaarr uunnaa ssoolluucciióónn ssoolliiddaa
iinntteerrssttiicciiaall,, llooss ááttoommooss ddee ssoolluuttoo ddeebbeenn
sseerr mmááss ppeeqquueeññooss qquuee llooss ááttoommooss ddeell
ssoollvveennttee,, ssiieemmpprree yy ccuuaannddoo eessttooss sseeaann
<<6600%%..
Así, los átomos soluto pueden
reemplazar a los átomos del
solvente para dar una solución
sólida sustitucionales. Algunos
metales pueden formar
soluciones sólidas sobre todo el
intervalo de composición (por
ejemplo, el Cobre y el Níquel,
con radios atómicos de 0,128 y
0,125 nm, respectivamente).
2. Los átomos del soluto son
mucho más pequeños (<60%),
que los átomos del solvente y
pueden caber en los espacios
existentes en la red cristalina del
metal solvente para formar una
solución solida intersticial (por
ejemplo, el Carbono y el
Nitrógeno, en el Hierro, también
el Hidrogeno y el Oxigeno).
Es importante darse cuenta que
los átomos no están
inamoviblemente sujetos a su
posición en la red. Si, por
ejemplo, existe una vacante, uno
de los átomos adyacentes puede
mudarse; así, el sitio
previamente ocupado ahora se
vuelve vacante. A través de la
repetición de sucesos, los
átomos se pueden mover, es
decir, se difunde dentro de la
red. El caso explicado
anteriormente, se llama difusión
por vacancia (o difusión por
átomo sustitucional). Un átomo
intersticial del soluto también se
puede mover hacia un espacio
adyacente entre los átomos del
solvente por medio de la difusión
intersticial; como no se requiere
vacancia la difusión es rápida.
Si los átomos del soluto no están
distribuidos de modo uniforme
en una solución sólida, se
difundirán hasta que se eliminen
los gradientes de concentración.
Los eventos que ocurren durante
la solidificación de las soluciones
solidas bajo condiciones de
equilibrio se pueden seguir
mediante la preparación de
fusiones diferentes de, digamos,
Cobre y Níquel.
Si fundimos “soluciones sólidas”
100% en peso (100 %wt) de
Cobre o de Níquel, no son
soluciones solidas, sino metales
puros, en cuyo caso su
comportamiento es igual al
explicado cuando hablamos de
solidificación de metales puros.
Siendo la temperatura de fusión
para el Cobre puro de 1.084 ºC y
para el Níquel puro de 1.455 ºC.
Sin embargo, si variamos el
porcentaje en peso, para cada
uno de los componentes, por
ejemplo, 50 %wt de Níquel (50
%wt Cobre), la solidificación es
diferente, inicia a 1.315 ºC, con
la formación de núcleos, cuando
se tiene un contenido de Ni del
68%. La temperatura baja
gradualmente; la aleación menos
rica en Ni se solidifica hacia los
núcleos hasta que, a 1.270 ºC,
toda la fusión desaparece. Si la
solidificación fuera muy lenta y
los átomos de Cu pudieran
difundirse hacia los cristales ya
solidificados, la composición
sería uniforme en todas partes a
50 %wt Ni – 50 %wt Cu.
Como los átomos del solvente
están uniformemente
distribuidos en los del soluto,
cada grano en un cuerpo
policristalino, aparecerá
homogéneo y se vera como el de
un metal puro.
Sin embargo, en la mayoría de
los casos, la temperatura no baja
de forma gradual, generando
esto, que la solidificación no sea
de forma homogénea, sino
heterogénea, manifestándose
esta por la aparición de granos
con frentes dendríticos, como las
ramas de los árboles, mientras
los metales puros lo hacen de
forma planar, es decir con
frentes planos.
Los granos también crecen en
dirección de la extracción de
calor, pero de forma de
dendritas. Cuando la fusión
finalmente solidifica, cada grano
contiene una o más dendritas
completas (estructura dendrítica
celular).
EEll ddiiaaggrraammaa ddee eeqquuiilliibbrriioo ddeell CCoobbrree –– NNííqquueell mmuueessttrraa uunnaa ssoolluubbiilliiddaadd ssóólliiddaa ccoommpplleettaa ddee llooss ddooss
eelleemmeennttooss,, uunnoo ccoonn oottrroo.. LLaa ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee uunnaa ssoolluucciióónn ssóólliiddaa ttiieennee lluuggaarr aa tteemmppeerraattuurraass qquuee
ddeesscciieennddeenn ggrraadduuaallmmeennttee yy aa pprrooppoorrcciióónn ddee llaass ffaasseess ssóólliiddaa yy llííqquuiiddaa ssee ppuueeddee ddeetteerrmmiinnaarr ppoorr mmeeddoo ddee
llaa rreeggllaa ddee llaa ppaallaannccaa iinnvveerrssaa..

HHaabbllaammooss ddee oottrrooss ssiisstteemmaass ccuuaannddoo nnoo hhaabbllaammooss ddee
mmeettaalleess ppuurrooss,, ssoolluucciioonneess ssóólliiddaass oo llooss ppuunnttooss eeuuttééccttiiccooss
ddee llooss ddiiaaggrraammaass ddee ffaassee.. EEnn eessttaa vveemmooss uunn eejjeemmpplloo ddee
uunnaa aalleeaacciióónn eennttrree ddooss eelleemmeennttooss AA –– BB,, llooss ccuuaalleess
pprreesseennttaann ddooss zzoonnaass ccllaarraass ddee ssoolluubbiilliiddaadd,, aa yy bb,, uunn ppuunnttoo
eeuuttééccttiiccoo,, lloo ddeemmááss ddeell ddiiaaggrraammaa eess ccoonnssiiddeerraaddoo ddeennttrroo
ddee oottrroo ssiisstteemmaass,, ppooddeemmooss vveerr ccoommoo eell ccaammbbiioo ddee llaa
mmeezzccllaa ddee llaa aalleeaacciióónn,, ddeessddee sseerr uunn mmeettaall ppuurroo hhaassttaa eell
ppuunnttoo eeuuttééccttiiccoo,, ccaammbbiiaa llaa pprrooppoorrcciióónn ddee llaass
mmiiccrrooppoorroossiiddaaddeess yy ddeell rreecchhuuppee,, ddeebbiiddoo aa llaa ddiiffeerreenncciiaa
eennttrree llaa eessttrruuccttuurraa ddeell ggrraannoo ddee ffrreennttee ppllaannaarr
((ccaarraacctteerrííssttiiccoo ddee llaa ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ddee llooss mmeettaalleess ppuurrooss yy
ddee llooss eeuuttééccttiiccooss)) yy ddee llooss ggrraannooss ddee ttiippoo ddeennddrrííttiiccoo
((ccaarraacctteerrííssttiiccoo ddee llaass ssoolluucciioonneess ssóólliiddaass yy ddee llaass
aalleeaacciioonneess eenn oottrrooss ssiisstteemmaass.. TTaammbbiiéénn,, ssee aapprreecciiaa ccoommoo
ssee aaffeeccttaann llaass pprrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass ddeell mmaatteerriiaall
ddeeppeennddiieennddoo sseeaa eell ccaassoo..
Eutécticos. Los eutécticos, igual
que los metales puros, solidifican
a una temperatura constante
(invariante) y el frente de
solidificación es más o menos
plano. Dentro de cada grano hay
varios grupos, celdas o colonias
eutécticas. Las propiedades de
las fundiciones pueden estar
influidas de varias formas.
1. El enfriamiento rápido
reduce el tamaño de la celda y
en los eutécticos laminares,
también el espaciamiento
interlaminar; de esta forma, se
incrementa la resistencia de la
fundición.
2. Los agentes de nucleación,
promueven la formación de
granos eutécticos equiaxiales
finos con propiedades mecánicas
superiores.
3. La estructura laminar es sólo
una de las formas posibles de los
eutécticos. En algunos casos, la
morfología “natural” del
eutéctico se puede cambiar por
medio de la modificación, con
cambios marcados en las
propiedades. Por ejemplo, las
laminillas de un eutéctico laminar
se pueden transformar en
esferas (estructura esferoidal) o
en partículas espiculares. Tales
estructuras tienen propiedades
marcadamente diferentes; por lo
general, un esferoide eutéctico
tiene mayor ductilidad que uno
laminar.
Otros Sistemas. Las
propiedades y porosidades en un
sistema de aleación binario se
pueden predecir con exactitud
por medio del diagrama de fase.
Por ejemplo, en el sistema
eutéctico, la microporosidad se
incrementa de A a B hasta que
se alcanza el límite de solubilidad
de la solución sólida α, luego
declina hacia la composición
eutéctica, para elevarse de
nuevo hasta la solución sólida β.
La resistencia (caracterizada aquí
por el esfuerzo de cedencia) se
eleva por medio de la aleación
de solución sólida y cambia muy
poco con la aparición de la
eutéctica. La ductilidad puede
elevarse o disminuir con la
aleación de solución sólida; el
efecto de la eutéctica depende
enormemente de su morfología.
En ocasiones un elemento de
aleación no se puede disolver
incluso en el metal líquido, en
vez de eso, existe como una fase
líquida separada (solubilidad
líquida limitada o inmiscibilidad
total). Un ejemplo típico es el
plomo, el cual es prácticamente
insoluble en muchos metales. Su
efecto en las propiedades
depende de su distribución.
Puesto que es suave, puede
actuar como un lubricante útil si
se encuentra atrapado en los
espacios interdendriticos dentro
de los graos o en forma globular
en las fronteras de grano;
también mejora la
maquinabilidad. Sin embargo,
debido a su punto de fusión
bajo, causa fragilidad en caliente
cuando se segrega en las
fronteras de los granos.
Al igual que las soluciones
sólidas, cuando estamos fuera
de los puntos eutécticos, la
solidificación es de forma de
frentes dendríticos, por lo cual se
encuentra alta concentración de
microporosidades, representado
también en una reducción
considerable del volumen del
rechupe.
EEnn eell ssiisstteemmaa PPllaattaa –– CCoobbrree ((ccoonn rraaddiiooss aattóómmiiccooss ddee 00,,11444444 yy 00,,11227788 nnmm,, rreessppeeccttiivvaammeennttee)).. EEll
ddiiaaggrraammaa ddee ffaassee iinnddiiccaa qquuee llaa ssoolluubbiilliiddaadd mmááxxiimmaa ddee llaa AAgg eenn eell CCuu eess ddee 77,,99 %%wwtt yy qquuee llaa ddeell
CCuu eenn llaa AAgg eess ddee 88,,88 %%wwtt.. UUnn ssóólliiddoo ddee ccoommppoossiicciioonneess ggeenneerraalleess eennttrree eessttooss llíímmiitteess ccoonnssiissttiirráá
eenn uunnaa mmeezzccllaa ddee ddooss ffaasseess.. EExxiissttee uunn ppuunnttoo úúnniiccoo 7711,,99 %%wwtt ddee AAgg.. UUnnaa aalleeaacciióónn ddee eessttaa
ccoommppoossiicciióónn ssee eennffrrííaa hhaassttaa qquuee ssee ssoolliiddiiffiiccaa,, ccoommoo uunn mmeettaall ppuurroo,, aa uunnaa tteemmppeerraattuurraa ccoonnssttaannttee
TTEE.. SSiinn eemmbbaarrggoo,, TTEE ((777799 ººCC)) eessttáá ddeebbaajjoo ddee TTmm,, ttaannttoo ddee llaa ddeell CCuu ((11..008844 ººCC)),, ccoommoo llaa ddee llaa AAgg
((996611 ººCC));; ppoorr lloo ttaannttoo,, eessttaa ccoommppoossiicciióónn ddee bbaajjaa ffuussiióónn ssee llllaammaa ccoommppoossiicciióónn eeuuttééccttiiccaa.. LLaa
tteemmppeerraattuurraa ddee ssuu ssoolliiddiiffiiccaacciióónn ((oo ffuussiióónn)) ssee ddeennoommiinnaa tteemmppeerraattuurraa eeuuttééccttiiccaa TTEE.. UUnn eexxaammeenn ddee
llaa mmiiccrrooeessttrruuccttuurraa ddeell eeuuttééccttiiccoo ssoolliiddiiffiiccaaddoo mmuueessttrraa qquuee ssee ppuueeddeenn ddiissttiinngguuiirr ddooss ffaasseess,, eessttaass
aappaarreecceenn ccoonn ffrreeccuueenncciiaa ccoommoo ppllaaccaass ppaarraalleellaass.. LLaa ttrraannssffoorrmmaacciióónn eeuuttééccttiiccaa ssóólloo ppuueeddee ooccuurrrriirr
eenn uunnaa ccoommppoossiicciióónn yy tteemmppeerraattuurraass ddaaddaass,, ppoorr lloo ccuuaall ssee llllaammaa rreeaacccciióónn iinnvvaarriiaannttee..

NUCLEACIÓN Y CRECIMIENTO DE GRANOS
Vamos hablar más en detalle del
proceso de solidificación, ya
teniendo claro que esta depende
principalmente del tipo de
material metálico que tengamos.
Así, en realidad, el proceso de
solidificación, pasa a través de
una secuencia de nucleación y
crecimiento.
Nucleación. Existen dos formas
en las cuales se pueden formar
los núcleos:
1. La Nucleación Homogénea,
solo ocurre en fusiones muy
limpias. El núcleo se forma por el
ordenamiento de los átomos en
posiciones correspondientes a la
red cristalina. Tal orden también
existe en la fusión, pero sólo es
distancias cortas. Debajo del
punto de fusión, el ordenamiento
de largo alcance es posible, pero
en su mayoría es sólo temporal.
Los átomo están en una
condición altamente agitada a
esta temperatura y se forman y
desaparecen de manera continua
núcleos embrionarios. Sólo los
núcleos que han alcanzado un
tamaño crítico son estables y
capaces de crecer lo cual hacen
sólo a temperaturas
considerablemente por debajo de
la Tm (el grado de tal
subenframiento se puede
expresar como una fracción del
punto de fusión y se encuentra
alrededor de 0,2 Tm en los
metales puros); como se forman
pocos núcleos, el tamaño de los
granos es grueso.
2. La Nucleación Heterogénea,
es típica en la mayor parte de los
metales prácticos. El número de
núcleos se incrementa mucho, se
reduce el tamaño de los granos y
la necesidad de subenframiento
disminuye o se elimina a través
de la nucleación sobre la
superficie sólida de los agentes
de nucleación. Éstos pueden ser
impurezas residuales o
sustancias finamente divididas (a
menudo, compuestos
intermetálicos), agregados de
modo intencional a la fusión, un
poco antes del vaciado. Si tienen
una estructura cristalina
compatible con poca diferencia
en el espaciamiento de la red y
si están humedecidos por el
material fundido, los átomos se
pueden depositar con facilidad
sobre ellos para formar cristales
en un subenfriamiento menor de
5 ºC.
Crecimiento de Cristales. Una
vez nucleados, los cristales
crecen esencialmente en dos
formas:
1. El Crecimiento Planar o
Poligonal, ocurre cuando la
extracción de calor se hace a
través de la fase sólida y una
interface sólida/líquida uniforme
se mueve hacia el líquido.
2. El Crecimiento Dendrítico, es
característico en las aleaciones
de solución sólida. De nuevo, los
cristales crecen en la dirección
de la extracción del calor, pero,
la solidificación comienza con
una solidificación más pobre,
mientras que el sólido
remanente se enriquece.
Acoplando con un
subenfriamiento local en el
líquido, esto lleva a la formación
de un esqueleto cristalino
ramificado, el cual recuerda a un
árbol, y es por lo tanto, llamado
dendrita (del griego dendron,
árbol). A velocidades de
enfriamiento mayores o en la
presencia de agentes de
nucleación, los granos se refinan
(es decir, se hacen más
pequeños) y con mayor
relevancia para las propiedades
mecánicas, también se reduce el
espaciamiento del brazo
secundario de la dendrita (las
ramificaciones que se generan
desde el la rama principal).
Realmente no existen cristales
perfectos, sino que contienen
varios tipos de imperfecciones y
defectos, que afectan a muchas
de sus propiedades físicas y
mecánicas y también influyen en
algunas propiedades de los
materiales a nivel de aplicación
ingenieril, tal como la capacidad
de formar aleaciones en frío, la
conductividad eléctrica y la
corrosión.
Las imperfecciones se clasifican
según su geometría y forma así:
1. Defectos puntuales o de
dimensión cero.
2. Defectos lineales o de una
dimensión, llamados también
dislocaciones.
3. Defectos inter-faciales o
superficiales.
También deben incluirse los
defectos macroscópicos, tales
como fisuras, poros y las
inclusiones extrañas.
1. Defectos Puntuales o de
Dimensión Cero.
VACANTE. Constituye el defecto
puntual más simple. Es un hueco
creado por la perdida de un
átomo que se encontraba en esa
posición. Puede producirse
durante la solidificación, por
perturbaciones locales durante el
crecimiento de los cristales.
También puede producirse por
reordenamientos atómicos en el
cristal ya formado, como
consecuencia de la movilidad de
los átomos.
Son las imperfecciones más
comunes en los cristales. Se dan
hasta una por cada 10000
átomos.
Las vacantes de no equilibrio,
tienen tendencia a agruparse
formando clusters, que forman
divacantes o trivacantes.
Las vacantes pueden trasladarse,
cambiando su posición con sus
vecinos. Este proceso es
importante en la migración o
difusión de los átomos en el
estado sólido, sobre todo a altas
temperaturas donde la movilidad
de los átomos es mayor.
DEFECTOS INSTERSTICIALES.
Algunas veces, un átomo extra
se inserta dentro de la estructura
de la red, en una posición que
normalmente no está ocupada
formando un defecto llamado
“Defecto intersticial”.
Generalmente este tipo de
defecto introduce relativamente
grandes distorsiones en los
alrededores, puesto que
normalmente el átomo es
sustancialmente más grande que
la posición intersticial en la que
se sitúa.
Imperfecciones y Defectos Cristalinos
EEll ffrreennttee ppllaannoo ssee ddaa pprriinncciippaallmmeennttee
ccuuaannddoo ssoolliiddiiffiiccaammooss mmaatteerriiaalleess ppuurrooss
yy mmaatteerriiaalleess eenn ppuunnttooss eeuuttééccttiiccooss..
CCrreeccee ccoonn uunn ffrreennttee ppllaannoo hhaassttaa eell
mmoommeennttoo eenn qquuee ssee eennccuueennttrraa ccoonn eell
ffrreennttee ppllaannoo ddee oottrroo ggrraannoo..
LLooss ggrraannooss ddee ttiippoo ddeennddrrííttiiccoo ssee ddaann
pprriinncciippaallmmeennttee ccuuaannddoo ssoolliiddiiffiiccaammooss
ssoolluucciioonneess ssoolliiddaass yy oottrrooss mmaatteerriiaalleess
ffuueerraa ddee llooss ppuunnttooss eeuuttééccttiiccooss.. CCrreecceenn
hhaassttaa eennccoonnttrraarr oottrraass rraammiiffiiccaacciioonneess ddee
llaass ddeennddrriittaass vveecciinnaass,, ddeejjaannddoo eennttrree
eellllaass mmiiccrroo ggrriieettaass..
VVAACCAANNTTEE.. CCoonnssttiittuuyyee eell ddeeffeeccttoo
ppuunnttuuaall mmááss ssiimmppllee.. EEss uunn hhuueeccoo
ccrreeaaddoo ppoorr llaa ppeerrddiiddaa ddee uunn ááttoommoo qquuee
ssee eennccoonnttrraabbaa eenn eessaa ppoossiicciióónn..

IMPUREZAS EN SÓLIDOS.
Este defecto se introduce cuando
un átomo es reemplazado por un
átomo diferente. El átomo
sustituyente puede ser más
grande que el átomo original y
en ese caso los átomos alrededor
están a compresión ó puede ser
más pequeño que el átomo
original y en este caso los
átomos circundantes estarán a
tensión. Este defecto puede
presentarse como una impureza
o como una adición deliberada
en una aleación.
Dependiendo de la clase de
impureza que se halle en el
cristal, de su concentración y de
la temperatura, se formará en el
cristal una solución sólida.
Cuando se habla de solución
sólida hay que hacer claridad
sobre algunos términos:
Soluto: Es el elemento o
compuesto dentro de la solución
sólida, que se encuentra en
menor concentración.
Solvente: Es el elemento
dentro de la solución sólida, que
se encuentra en mayor
concentración.
Una solución sólida se forma
cuando átomos de soluto se
adicionan al material y la
estructura cristalina original se
mantiene. Se puede asimilar a
una solución líquida en la que
también los átomos que
constituyen las impurezas
(soluto) están distribuidos al azar
y uniformemente dispersos
dentro del sólido.
Los defectos puntuales de
impurezas dentro de las
soluciones sólidas, pueden
generarse por varios
mecanismos:
a. Sustitución: Aquí el soluto
o las impurezas reemplazan a
átomos originales. Esto se da
cuando los átomos que
constituyen el soluto y el
solvente cumplen los siguientes
requerimientos (Reglas de
Hume-Rothery):
Los radios atómicos no
difieran más del 15%.
Las estructuras cristalinas
deben ser las mismas.
Las electronegatividades
deben ser similares, ya que, de
otra manera reaccionarían y se
formarían nuevos compuestos.
Deben tener la misma
valencia.
b. Intersticial: Aquí los
átomos de las impurezas llenan
los vacíos o intersticios dentro
del material original. En la
mayoría de los materiales
metálicos el empaquetamiento
atómico es alto y los intersticios
son pequeños.
Consecuentemente los diámetros
de los átomos que constituyen
las impurezas intersticiales
deben ser sustancialmente más
pequeños que los del material
original, razón por la cual, este
defecto es mucho menos común.
Un ejemplo de este tipo de
impureza por sustitución lo
constituyen el carbón y el hierro,
en una solución sólida de estos
dos elementos, el carbón puede
sustituir al hierro en no más del
0,2%.
c. Por Enlace Iónico:
Defecto Frenkel: Es una
imperfección combinada
Vacancia – Defecto intersticial.
Ocurre cuando un ion salta de un
punto normal dentro de la red, a
un sitio intersticial dejando
entonces una vacancia.
Defecto Schottky: Es un
par de vacancias en un material
con enlaces iónicos. Para
mantener la neutralidad, deben
perderse de la red tanto un
catión como un anión.
Defecto por re-
emplazamiento por iones de
diferente carga: Otro defecto
puntual importante ocurre
cuando un ion de una carga
reemplaza otro ion de diferente
carga. Por ejemplo un ion de
valencia +2 reemplaza a un ion
de valencia +1. En este caso una
carga extra positiva, se introduce
dentro de la estructura. Para
mantener un balance de carga,
se debe crear una vacante de
una carga positiva (Enlaces
iónicos).
2. Defectos Lineales o de
Una Dimensión
(Dislocaciones).
Son defectos que dan lugar a
una distorsión de la red centrada
en torno a una línea. Se crean
durante la solidificación de los
sólidos cristalinos o por
deformación plástica, por
condensación de vacantes.
Hay dos tipos de dislocaciones,
las de cuña y las helicoidales.
UUnn eejjeemmpplloo ddee uunnaa ssoolluucciióónn ssóólliiddaa eenn
llooss mmeettaalleess lloo ccoonnssttiittuuyyeenn eell CCoobbrree yy eell
NNííqquueell,, qquuee hhaacceenn uunnaa ssoolluucciióónn ssóólliiddaa
ppoorr ssuussttiittuucciióónn..
IImmppuurreezzaass iinntteerrssttiicciiaalleess ddee ccaarrbbóónn eenn
hhiieerrrroo..
AAllgguunnaass vveecceess,, uunn ááttoommoo eexxttrraa ssee
iinnsseerrttaa ddeennttrroo ddee llaa eessttrruuccttuurraa ddee llaa
rreedd,, eenn uunnaa ppoossiicciióónn qquuee nnoorrmmaallmmeennttee
nnoo eessttáá ooccuuppaaddaa ffoorrmmaannddoo uunn ddeeffeeccttoo
llllaammaaddoo ““DDeeffeeccttoo iinntteerrssttiicciiaall””..
IImmppuurreezzaa oo eemmppllaazzaammiieennttoo ppoorr
eelleemmeennttooss ddee mmuucchhoo mmeennoorr ttaammaaññoo eenn
llaa ppoossiicciióónn ddee uunn eelleemmeennttoo ddeell
ssoollvveennttee.
IImmppuurreezzaa oo eemmppllaazzaammiieennttoo ppoorr
eelleemmeennttooss ddee mmaayyoorr ttaammaaññoo eenn llaa
ppoossiicciióónn ddee uunn eelleemmeennttoo ddeell ssoollvveennttee..

DDeeffeeccttooss ppoorr EEnnllaaccee IIóónniiccoo:: AA.. DDeeffeeccttoo ddee FFrreennkkeell;; BB.. DDeeffeeccttoo SScchhoottttkkyy;; CC..
DDeeffeeccttoo ppoorr RRee-- eemmppllaazzaammiieennttoo ppoorr IIoonneess ddee DDiiffeerreennttee CCaarrggaa..
DISLOCACIÓN DE CUÑA. Se
crea por inserción de un
semiplano adicional de átomos
dentro de la red. Los átomos a
lado y lado del semiplano
insertado se encuentran
distorsionados. Los átomos por
encima de la línea de
dislocación, que se encuentra
perpendicular al plano de la
página, en el punto donde
termina el semiplano insertado,
se encuentran comprimidos y los
que están por debajo se
encuentran apartados. Esto se
refleja en la leve curvatura de los
planos verticales de los átomos
mas cercanos del extra
semiplano. La magnitud de esta
distorsión decrece con la
distancia al semiplano insertado.
La distancia de desplazamiento
de los átomos en torno a una
dislocación se llama
Deslizamiento o vector de
Burgers y es perpendicular a la
línea de dislocación de cuña.
DISLOCACIÓN HELICOIDAL.
Esta dislocación se forma cuando
se aplica un esfuerzo de
cizalladura, en un cristal perfecto
que ha sido separado por un
plano cortante.
Aquí el vector de Burgers o de
desplazamiento es paralelo a la
línea de dislocación.
DISLOCACIONES MIXTAS.
Con frecuencia los cristales
exhiben mezcla de las
dislocaciones anteriores. Su
vector de Burgers no es ni
perpendicular ni paralelo a la
línea de dislocación, pero
mantiene una orientación fija en
el espacio. La estructura atómica
local en torno a la dislocación
mixta es difícil de visualizar, pero
el vector de Burgers proporciona
una descripción conveniente y
sencilla.
SIGNIFICADO DE LAS
DISLOCACIONES. Aunque los
deslizamientos o desplaza-
mientos atómicos pueden ocurrir
en cerámicos y polímeros, estos
procesos son particularmente
útiles para entender el
comportamiento mecánico de los
metales.
Primero que todo, el
deslizamiento atómico explica
por que la resistencia de los
metales es mucho mas baja que
el valor teórico predicho de los
enlaces metálicos. Cuando los
deslizamientos ocurren, solo una
pequeña fracción de todos los
enlaces metálicos a lo largo de la
interfase necesita ser roto y la
fuerza requerida para deformar
el metal es pequeña.
Segundo, los deslizamientos
proveen ductilidad en los
metales. Si no estuvieran
presentes las dislocaciones, una
barra de hierro sería frágil y los
metales no podrían ser
moldeados por varios procesos
tales como forjado.
Tercero, es posible controlar las
propiedades mecánicas de un
metal o aleación interfiriendo con
el movimiento de las
dislocaciones. Un obstáculo
introducido dentro del cristal
evita que una dislocación se
deslice a menos de que se
aplique una fuerza muy grande.
Es posible encontrar un gran
número de dislocaciones en los
materiales. La densidad de las
dislocaciones o longitud total de
las dislocaciones por unidad de
volumen, se usa generalmente
para representar la cantidad de
dislocaciones presentes.
Densidades de dislocaciones de
10 m x mm3
, son típicas de los
metales más suaves, mientras
que densidades de dislocaciones
superiores a 1.000 Km x mm3
, se
pueden conseguir deformando el
material.
DDiissllooccaacciióónn ddee CCuuññaa..
DDiissllooccaacciióónn HHeelliiccooiiddaall..DDiissllooccaacciioonneess MMiixxttaass

3. Defectos Inter-faciales o
Superficiales.
Los defectos superficiales son los
límites, bordes o planos que
dividen un material en regiones,
cada una de las cuales tiene la
misma estructura cristalina pero
diferente orientación.
SUPERFICIE EXTERNA. Las
dimensiones exteriores del
material representan superficies
en las cuales la red termina
abruptamente. Los átomos de la
superficie, no están enlazados al
número máximo de vecinos que
deberían tener y por lo tanto,
esos átomos tienen mayor
estado energético que los
átomos de las posiciones
internas. Los enlaces de esos
átomos superficiales que no
están satisfechos, dan lugar a
una energía superficial,
expresada en unidades de
energía por unidad de área
(J/m2 o Erg/cm2). Además la
superficie del material puede ser
rugosa, puede contener
pequeñas muescas y puede ser
mucho más reactiva que el resto
del material.
BORDES DE GRANO. Se puede
definir como la superficie que
separa los granos individuales de
diferentes orientaciones cristalo-
gráficas en materiales poli-
cristalinos.
El límite de grano es una zona
estrecha en la cual los átomos
no están uniformemente
separados, o sea, que hay
átomos que están muy juntos
causando una compresión,
mientras que otros están
separados causando tensión. De
cualquier forma, los límites de
grano son áreas de alta energía
y hace de esta región una más
favorable para la nucleación y el
crecimiento de precipitados.
DDeeffeeccttoo ppoorr lliimmiittee ddee ggrraannoo,, ssee
pprreesseennttaa ppoorr qquuee llooss ááttoommooss qquuee ssee
eennccuueennttrraann eenn llaa ffrroonntteerraa,, aall eessttaarr
ddeessaappaarreeaaddooss ggeenneerraann uunnaa zzoonnaa ddee
aallttaa ccoonncceennttrraacciióónn eenneerrggééttiiccaa..
El objetivo que se persigue con
los tratamientos térmicos, es el
de mejorar o modificar las
propiedades de los metales o
aleaciones, mediante la altera-
ción de su estructura, con el fin,
que gracias a las propiedades
adquiridas puedan desempeñar
con garantías los trabajos a los
que han de ser destinados.
Aunque la mayor parte de los
metales y aleaciones admiten
tratamiento térmico, las
aleaciones de tipo ferroso son las
que mejor se prestan a ello.
El tratamiento térmico consiste
en calentar el acero a una
temperatura determinada,
mantenerlo a esa temperatura
durante un cierto tiempo hasta
que se forme la estructura
deseada y luego enfriarlo a la
velocidad conveniente. Los
factores temperatura-tiempo
deben ser muy bien estudiados
dependiendo del material,
tamaño y forma de la pieza. De
ésta forma se lograrán
modificaciones a nivel micros-
cópica, transformaciones de tipo
físico, cambios de composición o
una determinada estructura
interna cuyas propiedades
permitirán alcanzar algunos de
los siguientes objetivos:
Lograr una estructura de
mejor dureza y mayor
maquinabilidad.
Eliminar tensiones internas y
evitar deformaciones después
del mecanizado.
Eliminar la acritud que
ocasiona el trabajo en frío.
Conseguir una estructura
más homogénea.
Obtener la máxima dureza y
resistencia posible.
Variar algunas de las
propiedades físicas.
Todas las características
detalladas anteriormente se
consiguen con alguno de los
tratamientos térmicos que se
explican a continuación:
1. RECOCIDO
2. TEMPLADO
3. REVENIDO
4. ENDURECIMIENTO POR
PRECIPITACIÓN O POR
ENVEJECIMIENTO.
RECOCIDO. Tratamiento
consistente en ablandar y afinar
el grano, eliminar tensiones y la
acritud producida por la
conformación del material en
frío. El recocido se obtiene
calentando las piezas a la
temperatura adecuada y
enfriándolas lentamente en el
mismo horno o recubriéndolas
de arena o cenizas calientes.
Existen diferentes tipos de
Recocido de los que destacamos
los siguientes:
Recocido de regeneración.
Tiene por objeto afinar el grano
de los aceros sobrecalentados.
Recocido globular. Se efectúa
para lograr una más fácil
deformación en frío.
Recocido contra la acritud.
Para recuperar las propiedades
perdidas en la deformación en
frío (acritud).
Recocido de ablandamiento.
Cuando hay que mecanizar
piezas templadas con
anterioridad (Tª superior a la
crítica AC3).
Recocido de estabilización.
Elimina las tensiones internas de
las piezas trabajadas en frío.
Recocido isotérmico. Para
mejorar la maquinabilidad de las
piezas estampadas en caliente.
Doble recocido. Para lograr
una estructura mecanizable en
aceros de alta aleación.
TEMPLE. El temple es un
tratamiento que tiene por objeto
endurecer y aumentar la
resistencia del acero. Después
del temple, siempre debe de
hacerse la operación de revenido
para eliminar y suavizar las
tensiones internas creadas
durante el tratamiento anterior.
El temple consiste en calentar el
acero a una temperatura
suficientemente elevada como
para transformarlo en austenita;
seguido de un enfriamiento
adecuado para transformar la
austenita en martensita.
Se denomina templabilidad a la
capacidad de penetración del
temple que tienen los aceros; la
templabilidad depende funda-
mentalmente del espesor de la
pieza y de la calidad del acero
(composición química).
Tratamientos Térmicos
SSee ccoonnooccee ccoommoo ttrraattaammiieennttoo ttéérrmmiiccoo eell
pprroocceessoo aall qquuee ssee ssoommeetteenn llooss mmeettaalleess
ccoonn eell ffiinn ddee mmeejjoorraarr ssuuss pprrooppiieeddaaddeess
mmeeccáánniiccaass,, eessppeecciiaallmmeennttee llaa dduurreezzaa,, llaa
rreessiisstteenncciiaa yy llaa tteennaacciiddaadd..
LLaass pprrooppiieeddaaddeess mmeeccáánniiccaass ddee llaass
aalleeaacciioonneess ddee uunn mmiissmmoo mmeettaall,, rreessiiddee
eenn llaa ccoommppoossiicciióónn qquuíímmiiccaa ddee llaa
aalleeaacciióónn qquuee llooss ffoorrmmaa yy eell ttiippoo ddee
ttrraattaammiieennttoo ttéérrmmiiccoo aa llooss qquuee ssee lleess
ssoommeettee.. LLooss ttrraattaammiieennttooss ttéérrmmiiccooss
mmooddiiffiiccaann llaa eessttrruuccttuurraa ccrriissttaalliinnaa qquuee
ffoorrmmaann llooss aacceerrooss ssiinn vvaarriiaarr llaa
ccoommppoossiicciióónn qquuíímmiiccaa ddee llooss mmiissmmooss..

Una pieza de mucho espesor y
de acero al carbono se puede
decir que tiene poca
templabilidad y por lo tanto, su
interior no quedará templado
aunque el exterior lo esté.
Sin embargo, esta misma pieza
pero de acero aleado quedará
totalmente templada, en todo su
espesor y por consiguiente se
denominará acero de mucha
templabilidad.
Al realizar el temple hay que
tener en cuenta los siguientes
factores que influyen en el
mismo:
Composición del acero.
Diferencia de masas.
Temperatura y tiempo de
calentamiento.
Tipo de horno (protección o
no), sales, vacío, etc.
Velocidad de enfriamiento.
Medios de enfriamiento.
Existen diferentes tipos de
temple de los cuales podemos
destacar:
Temple continuo (completo e
incompleto).
Temple escalonado -
Isométrico (Austémpering y
Martémpering).
Temple superficial.
Temple Continuo Completo.
Se aplica a los aceros
hipoeutectoides (con un
contenido en carbono inferior al
0,8%).
Se caliente la pieza hasta la
temperatura de temple y
seguidamente se enfría en el
medio adecuado (puede ser
agua, aceite, sales o aire) el
constituyente obtenido es la
martensita.
La martensita, es el
constituyente de los aceros
cuando éstos están templados,
es magnética y tiene una dureza
de 50-60 HRC (Dureza Rokwell
C), que equivale a 450-625 HB
(Dureza Brinell).
Temple Continuo
Incompleto. Se aplica a los
aceros hipereutectoides (con un
contenido en carbono superior al
0,8%).
Se calienta la pieza hasta la
temperatura en la zona de
transición, con lo cual la perlita
se transforma en austenita y
quedando intacta la cementita.
Después de enfriar la pieza
adecuadamente; la estructura
resultante estará compuesta de
martensita y cementita.
La Perlita, es un compuesto
formado por ferrita y cementita,
en los aceros ordinarios la perlita
tiene una dureza de 15-25 HRC,
que equivale a 200-250 HB.
La Ferrita, es hierro casi puro,
normalmente lleva impurezas de
Si y P (Silicio y Fósforo). Es el
componente más blando del
acero con una dureza de 52 HRB
(Dureza Rockwell B), que
equivale a 90 HB.
La Cementita, por contra es el
componente más duro de los
aceros con una dureza superior a
las 60 a 70 HRC, que equivalen
a más de 627 HB y por
consiguiente es frágil. La
cementita es Carburo de Hierro
(Fe3 C).
Temple Escalonado Austém-
pering. Consiste en calentar el
acero a la temperatura adecuada
y mantenerla, hasta que toda la
pieza, se transforme en
Austenita, seguidamente se
enfría a una temperatura
uniforme en un baño de sales
hasta que la Austenita se
transforme en Bainita. Los
resultados de éste temple en las
piezas son satisfactorios.
La Austenita es básicamente
una solución sólida de Carburo
de hierro, es dúctil y tenaz,
blanda y resistente al desgaste
con una dureza de 32 HRC, es
decir, 300 HB.
La Bainita esta formada por
una mezcla difusa de Ferrita y
Cementita, que se obtiene al
transformar isométricamente la
Austenita a una temperatura
250º - 500 º C.
Temple Escalonado Martém-
pering. Se sigue el mismo
proceso que el temple
Austémpering con la diferencia
de que la temperatura del baño
de enfriamiento está situada
sobre 200 ºC.
Temple superficial. Se basa en
un calentamiento superficial muy
rápido de la pieza y un
enfriamiento también muy
rápido, de manera que sólo una
capa de la misma alcanza la
Austenización. Así se consigue
que el núcleo de la pieza quede
blando y tenaz, por el contrario,
la superficie exterior queda dura
y resistente al rozamiento.
Este tipo de temple es empleado
para endurecer superficies de
piezas de gran tamaño, como
por ejemplo:
Bancadas de máquinas, Guías de
carros deslizantes, etc.
REVENIDO. Este tratamiento
térmico le sigue al temple, con el
objeto de eliminar la fragilidad y
las tensiones creadas en la pieza,
durante el proceso de templado.
Consiste en calentar las piezas a
una temperatura inferior a la de
recristalización, con el fin, que la
martensita se transforme en una
estructura más estable,
terminando con un enfriamiento
más bien rápido, pero esta
dependerá del tipo de material.
Las temperaturas del revenido,
así como, el número de veces
que se debe realizar dicha
operación vendrán determinada
en función del gráfico que nos
indique el proveedor del
material.
Los factores que más influyen en
el resultado del revenido son la
temperatura y el tiempo de
calentamiento a que se somete
la pieza.
Hay que tener en cuenta que el
revenido es importantísimo para
conseguir la dureza que se
requiere, pero teniendo una
buena tenacidad en servicio, es
decir, una pieza templada por si
misma no esta apta para
servicio, pues sería una pieza
muy dura, pero a su vez muy
frágil, el revenido reacomoda la
estructura permitiendo que sea
dura y tenaz a la vez.
ENDURECIMIENTO POR
PRECIPITACIÓN O POR
ENVEJECIMIENTO. Histórica-
mente, el descubrimiento
accidental del endurecimiento
por precipitación se hizo en las
aleaciones de aluminio. Este
procedimiento se descubrió en
Alemania, cuando se repitió el
ensayo de dureza a una muestra
de Duraluminio, una aleación de
aluminio y cobre, después de
DDiiaaggrraammaa TTTTTT ((TTiieemmppoo –– TTeemmppeerraattuurraa
–– TTrraannssffoorrmmaacciióónn)),, ccoonn llaa ccuuaall ssee vvee eell
ttiieemmppoo yy llaa tteemmppeerraattuurraa qquuee ssee
rreeqquuiieerree ppaarraa oobbtteenneerr uunnaa
ttrraannssffoorrmmaacciióónn eessppeecciiffiiccaa eenn eell
mmaatteerriiaall.. EEssttooss ddiiaaggrraammaass ssoonn
eessppeeccííffiiccooss ppaarraa ccaaddaa mmaatteerriiaall..
TTaammbbiiéénn ccoonnoocciiddaa,, ccoommoo ccuurrvvaa ddee llaa
““SS”” oo ddee llaa ““CC””,, ppoorr ssuu ffoorrmmaa..
DDiiaaggrraammaa HHiieerrrroo –– CCaarrbboonnoo oo HHiieerrrroo ––
CCaarrbbuurroo ddee HHiieerrrroo ((FFee –– FFee33CC)).. EEssttee
ddiiaaggrraammaa ssaallee ddee uunn eennffrriiaammiieennttoo lleennttoo
ddeell aacceerroo ddeessddee tteemmppeerraattuurraa ddee
lliiqquuiidduuss hhaassttaa tteemmppeerraattuurraa aammbbiieennttee..
LLaa eessttrruuccttuurraa ddee llaa mmaarrtteennssiittaa ttiieennee llaa
aappaarriieenncciiaa ddee lláámmiinnaass oo ddee aagguujjaass
((vvaarriiaanntteess)).. LLaa ffaassee bbllaannccaa eess aauusstteenniittaa
qquuee nnoo ssee ttrraannssffoorrmmaa dduurraannttee eell tteemmppllee
rrááppiiddoo.. LLaa mmaarrtteennssiittaa ttaammbbiiéénn ppuueeddee
ccooeexxiissttiirr ccoonn oottrrooss ccoonnssttiittuuyyeenntteess,,
ccoommoo llaa ppeerrlliittaa..

DDeessppuuééss ddee llaa ssoolliiddiiffiiccaacciióónn,, aallgguunnaass aalleeaacciioonneess ssee ppuueeddeenn rreeffoorrzzaarr
ssuussttaanncciiaallmmeennttee ppoorr mmeeddiioo ddeell ttrraattaammiieennttoo ttéérrmmiiccoo ddee eenndduurreecciimmiieennttoo
ppoorr pprreecciippiittaacciióónn..
que había permanecido un
tiempo en el laboratorio. Al
repetir el ensayo se observo una
dureza mucho mayor. El primer
nombre que se dio al fenómeno
fue el de endurecimiento por
envejecimiento. Los estudios
sobre este fenómeno pusieron
de manifiesto que este también
ocurría en otros sistemas de
aleación, y que la razón del
endurecimiento es la formación
de precipitados en las soluciones
sobresaturadas. Por tanto, el
nombre correcto del fenómeno
es endurecimiento por
precipitación, aunque todavía se
le conoce como endurecimiento
por envejecimiento.
Los requisitos fundamentales
para que una aleación presente
endurecimiento por enveje-
cimiento, son los siguientes:
1. Que la aleación presente
solubilidad creciente de un soluto
o de una segunda fase a medida
que la temperatura aumenta.
2. Que el material a alta
temperatura, en la cual hay más
solutos en solución, pueda ser
templado o congelado, a la
temperatura ambiente o por
debajo de ella. Esto implica que
la curva “C” o de la “S” de la
aleación presente un régimen de
enfriamiento crítico factible y
razonable, con los medios de
inmersión disponible. Puesto que
la aleación templada contiene
más soluto a temperatura
ambiente que cuando está en
equilibrio, se trata de una
solución sobresaturada,
inestable, que tiende a precipitar
el exceso de solución o fase.
Con base a estos requisitos, el
proceso de tratamiento térmico
para conseguir el endurecimiento
por precipitación consiste en las
etapas siguientes:
1. Recocido por disolución.
El término disolución indica que
se calienta la aleación a una
temperatura en la que aumenta
la cantidad de soluto en la
solución sólida. Recocido indica
que el calentamiento también
reblandece la aleación.
2. Templado para formar
una solución sobresaturada.
Ésta es la etapa más crítica de la
serie de procedimientos del
tratamiento térmico. La
velocidad de templado, debe ser
mayor que la velocidad de
enfriamiento crítico para
conservar la composición a la
temperatura de recocido por
disolución y para formar una
solución sobresaturada del soluto
o fase. Esto crea la fuerza
impulsora de la precipitación del
soluto o fase en exceso.
Precipitación del exceso de
soluto o fase. El
endurecimiento de la aleación se
consigue precipitando el exceso
de soluto o fase en forma de un
precipitado transitorio,
metaestable y coherente. El
endurecimiento se debe a la
deformación de la red
(deformación coherente)
inducido por el precipitado
coherente. Cuando la
precipitación se hace a
temperatura ambiente, se trata
de un envejecimiento natural;
cuando se hace a temperaturas
más altas, se llama
envejecimiento artificial.
EEnn llaa iimmaaggeenn iizzqquuiieerrddaa ssee oobbsseerrvvaa llaa nnuucclleeaacciióónn ccoonn uunnaa vveelloocciiddaadd ddee
eennffrriiaammiieennttoo lleennttaa yy eenn eell ddee llaa ddeerreecchhaa eess ccoonn uunnaa vveelloocciiddaadd
mmooddeerraaddaammeennttee mmááss rrááppiiddaa,, ssee oobbsseerrvvaa eell ccaammbbiioo ddeell ttaammaaññoo ddee llaa
nnuucclleeaacciióónn..
DDiiaaggrraammaa TTTTTT ppaarraa llaa pprreecciippiittaacciióónn ddee llaa aalleeaacciióónn MMgg55AAll88,,
ssiieennddoo eessttaa uunnaa ssoolluucciióónn ssoolliiddaa ddee AAlluummiinniioo ((AAll)) ccoonn 55..55 %%wwtt ddee
MMgg..
SSee ppuueeddeenn uuttiilliizzaarr ddiiffeerreenntteess ttiippooss ddee hhoorrnnooss ppaarraa ccaalleennttaarr llaass ppiieezzaass oo
llooss mmaatteerriiaalleess ppaarraa sseerr ttrraattaaddooss TTéérrmmiiccaammeennttee..

Las propiedades de los metales
se clasifican en físicas,
mecánicas y tecnológicas.
PROPIEDADES FÍSICAS.
Dependen del tipo de aleación y
las más importantes son:
Peso Específico. Puede ser
absoluto o relativo. El primero,
es el peso de la unidad de
volumen de un cuerpo
homogéneo. El peso específico
relativo es la relación entre el
peso de un cuerpo y el peso de
igual volumen de una sustancia
tomada como referencia; para
los sólidos y líquidos se toma
como referencia el agua
destilada a 4°C.
Calor Específico. Es la cantidad
de calor necesaria para elevar
en 1°C la temperatura de 1 kg
de determinada sustancia. El
calor específico varía con la
temperatura. En la práctica, se
considera el calor específico
medio en un intervalo de
temperaturas.
Punto de Fusión. Es la
temperatura a la cual un material
pasa del estado sólido al líquido,
transformación que se produce
con absorción de calor.
El punto de solidificación es la
temperatura a la cual un líquido
pasa al estado sólido. Durante la
transformación hay cesión de
calor. Casi siempre coinciden los
puntos de fusión y de
solidificación.
Calor Latente de Fusión. Es el
calor necesario para vencer las
fuerzas moleculares del material
(a la temperatura de fusión) y
transformarlo de sólido en
líquido.
Resistencia a la Corrosión. La
corrosión de los metales puede
originarse por:
Reacciones químicas con los
agentes corrosivos.
Reacciones electroquímicas
producidas por corrientes
electrolíticas, generadas en
elementos galvánicos, formados
en la superficie con distinto
potencial. Las corrientes
electrolíticas se producen con
desplazamiento de iones
metálicos.
La corrosión electrolítica puede
producirse por:
Heterogeneidad de la
estructura cristalina.
Tensiones internas
producidas por deformación en
frío o tratamientos térmicos mal
efectuados.
Diferencia en la ventilación
externa.
La protección de los metales
contra la corrosión puede
hacerse por:
Adición de elementos
especiales que favorecen la
resistencia a la corrosión.
Revestimientos metálicos
resistentes a la corrosión.
Revestimientos con láminas
de resinas sintéticas o polímeros.
PROPIEDADES MECANICAS.
Son aquellas que expresan el
comportamiento de los metales
frente a esfuerzos o cargas que
tienden a alterar su forma.
Resistencia. Capacidad de
soportar una carga externa. Si,
el metal debe soportarla sin
romperse, se denomina carga de
rotura y puede producirse por
tracción, por compresión, por
torsión o por cizallamiento.
Habrá una resistencia a la rotura
(kg/mm²) para cada uno de
estos esfuerzos.
Dureza. Propiedad que expresa
el grado de deformación
permanente que sufre un metal
bajo la acción directa de una
carga determinada. Los ensayos
más importantes para designar
la dureza de los metales, son los
de penetración, en que se aplica
un penetrador (de bola, cono o
diamante) sobre la superficie del
metal, con una presión y un
tiempo determinados, a fin de
dejar una huella que depende de
de la dureza del metal, los
métodos más utilizados son los
de Brinell, Rockwell y Vickers.
Entre mayor sea la cohesión
entre las partículas, mayor va a
ser la dureza del material.
Elasticidad. Capacidad de un
material elástico, para recobrar
su forma al cesar la carga que lo
ha deformado. Se llama límite
elástico, a la carga máxima que
puede soportar un metal sin
sufrir una deformación
permanente. Su determinación
tiene gran importancia en el
diseño de toda clase de
elementos mecánicos, ya que, se
debe tener en cuenta, que las
piezas deben trabajar siempre
por debajo del límite elástico, se
expresa en Kg/mm².
Plasticidad. Capacidad de
deformación permanente de un
metal, sin que llegue a
romperse.
Tenacidad. Resistencia a la
rotura por esfuerzos de impacto,
que deforman el metal. La
tenacidad requiere la existencia
de resistencia y plasticidad.
Fragilidad. Propiedad que
expresa falta de plasticidad y por
tanto, de tenacidad. Los
materiales frágiles se rompen en
el límite elástico, es decir, su
rotura se produce espontá-
neamente al rebasar la carga
correspondiente al límite
elástico.
Resiliencia. Resistencia de un
metal a su rotura por choque, se
determina en el ensayo Charpy.
Fluencia. Propiedad de algunos
metales de deformarse lenta y
espontáneamente bajo la acción
de su propio peso o de cargas
muy pequeñas. Esta
deformación lenta, se denomina
también creep.
Fatiga. Si se somete una pieza
a la acción de cargas periódicas
(alternativas o intermitentes), se
puede llegar a producir su rotura
con cargas menores a las que
producirían deformaciones.
Hay otras dos propiedades que
se desprenden de las
propiedades mecánicas, que son
la Isotropía y la Anisotropía.
Isotropía. Característica de los
materiales que consiste en
presentar el mismo
comportamiento ante una
acción, sin importar la dirección
de aplicación.
Anisotropía. Variación del
comportamiento del material de
acuerdo a la dirección de
EEll ppuunnttoo ddee ffuussiióónn eess mmuuyy iimmppoorrttaannttee
eenn pprroocceessoo ddee ttrraannssffoorrmmaacciióónn ccoommoo
ssoonn eell ddee ffuunnddiicciióónn yy eell ddee ssoollddaadduurraa..
Propiedades de los Metales
LLaa mmaaqquuiinnaa uunniivveerrssaall ddee eennssaayyooss eess eell
eeqquuiippoo eemmpplleeaaddoo ppaarraa hhaacceerr eennssaayyooss
ccoommoo ssoonn eell ddee tteennssiióónn,, ccoommpprreessiióónn,,
fflleexxiióónn yy ffaattiiggaa..
SSoonn vvaarriiooss llooss ttiippooss ddee eennssaayyooss ddee
dduurreezzaa qquuee ssee ppuueeddeenn rreeaalliizzaarr,, ssiinn
eemmbbaarrggoo llooss mmááss uussaaddooss ssoonn DDuurreezzaa
BBrriinneellll,, DDuurreezzaa RRoocckkwweellll,, DDuurreezzaa
VViicckkeerrss yy MMiiccrroo dduurreezzaa KKnnooooppss..

aplicación de un fenómeno. En
este caso se habla de que el
material se deforma sobre unos
planos preferidos.
PROPIEDADES TECNOLO-
GICAS. Determina la capacidad
de un metal a ser conformado en
piezas o partes útiles o
aprovechables. Estas son:
Ductilidad. Es una propiedad
que presentan algunos
materiales, como las aleaciones
metálicas, los cuales bajo la
acción de una fuerza, pueden
deformarse ostensible-mente sin
romperse, permitiendo obtener
alambres o hilos de dicho
material. Los materiales poco
o nada dúctiles se clasifican de
frágiles. Disminuye al aumentar
la dureza. Los metales más
dúctiles son el oro, plata, cobre,
hierro, plomo y aluminio.
Maleabidad. Es la propiedad de
la materia, que junto a la
ductilidad presentan los cuerpos
a ser labrados por deformación.
Se diferencia de aquella en que
mientras la ductilidad se refiere
a la obtención de hilos, la
maleabilidad permite la
obtención de delgadas láminas
de material sin que éste se
rompa. También presenta esta
característica, en menor medida,
el aluminio habiéndose
popularizado el papel de
aluminio como envoltorio
conservante para alimentos así
como en la fabricación de tetra-
brick. Es la propiedad de variar
la forma del acero en frío por
golpeo, presión.
Forjabilidad. Es la capacidad
de un metal para poder soportar
en estado sólido y en caliente,
una variación de su forma por
acciones mecánicas de golpeo.
Colabilidad. Es la capacidad de
un metal fundido para producir
piezas fundidas completas y sin
defectos. Para que un metal sea
colable, debe poseer gran fluidez
para poder llenar completamente
el molde.
Los metales más fusibles y
colables son la fundición de
hierro, de bronce, de latón y de
aleaciones ligeras.
Soldabilidad. Es la aptitud de
un metal, para soldarse con otro
idéntico, bajo presión ejercida
sobre ambos en caliente.
Poseen esta propiedad los aceros
de bajo contenido de carbono.
Endurecimiento por el
temple. Es la propiedad del
metal, de sufrir transformaciones
en su estructura cristalina, como
resultado del calentamiento y
enfriamiento sucesivo y por ende
de sus propiedades mecánicas y
tecnológicas. Los aceros se
templan fácilmente debido a la
formación de una estructura
cristalina característica
denominada martensita.
Facilidad de mecanizado. Es
la propiedad de un metal, de
dejarse mecanizar con arranque
de viruta, mediante una
herramienta cortante apropiada.
La fundición gris y el bronce, al
ser mecanizados, generan
virutas cortadas en forma de
escamas; el acero dulce y las
aleaciones ligeras de alta
tenacidad, producen virutas
largas.
Constituyen la mayoría de los
metales empleados en
ingeniería. Son muy usados para
soportar cargas estructurales o
transmitir potencia.
Se dividen en tres categorías, de
acuerdo a la cantidad de carbono
que contengan:
Hierro Puro: Menos de 0.05
%wt de carbono.
Aceros: Tienen entre 0.05 y
2.0 %wt de carbono.
Fundiciones: Tienen entre
2.0 y 6,7 %wt de carbono.
Los aceros a su vez se dividen
en:
Aceros de baja aleación:
Si contienen menos del 5% en
peso de elementos aleantes.
Aceros de alta aleación:
Contienen mas del 5% en peso
de elementos aleantes.
Los elementos aleantes
incrementan el costo del material
y por ello su uso solo se justifica,
si mejora esencialmente las
propiedades, tales como la
resistencia mecánica o la
resistencia a la corrosión.
EL HIERRO PURO. Es un metal
de color gris, dúctil, maleable,
tenaz y magnético, conocido
desde la prehistoria y el más
utilizado para uso industrial, casi
siempre con cierto contenido de
carbono y en forma de
aleaciones con otros metales,
aceros y fundiciones.
Es un elemento simple,
perteneciente al grupo VIII de la
tabla periódica. Símbolo Fe,
número atómico 26 y masa
atómica 55,847.
El Hierro es el principal metal
utilizado en la industria moderna.
Representa un 5% de la corteza
terrestre, aunque, desde el
punto de vista de la explotación
sólo tienen interés, los lugares
donde el acumulamiento de este
metal va desde el 20 al 65 por
ciento.
La localización y las
características químicas, influyen
decisivamente en la viabilidad
del contenido del hierro, que
hacen de la roca un yacimiento
explotable.
Aunque se explotan algunos
yacimientos con contenidos de
un 30 por ciento, la mayoría de
las minas importantes tienen
contenidos de este elemento que
exceden el 50 por ciento.
El hierro fue descubierto en la
prehistoria y era utilizado como
adorno y para fabricar armas; el
objeto más antiguo, aún
existente, es un grupo de
cuentas oxidadas encontrado en
Egipto, y data del 4000 a.C. El
término arqueológico Edad del
Hierro, se aplica sólo al periodo
en el que se extiende la
utilización y el trabajo del hierro.
El procesado moderno del hierro
no comenzó en Europa central,
sino hasta la mitad del siglo XIV.
Materiales Ferrosos
LLaass iimmppeerrffeecccciioonneess ccrriissttaalliinnaass,, ssoonn llaass
pprriinncciippaalleess ccaauussaanntteess ddee llaa rriiqquueezzaa ddee
pprrooppiieeddaaddeess qquuee eennccoonnttrraammooss eenn llooss
mmeettaalleess..
EEll hhiieerrrroo ffuuee ddeessccuubbiieerrttoo eenn llaa
pprreehhiissttoorriiaa yy eerraa uuttiilliizzaaddoo ccoommoo aaddoorrnnoo
yy ppaarraa ffaabbrriiccaarr aarrmmaass..
LLooss mmaatteerriiaalleess FFeerrrroossooss,, ssee
mmaaggnneettiizzaann ffáácciillmmeennttee aa tteemmppeerraattuurraa
oorrddiinnaarriiaa;; eess ddiiffíícciill mmaaggnneettiizzaarrlloo eenn
ccaalliieennttee yy aa uunnooss 779900 °°CC ddeessaappaarreecceenn
llaass pprrooppiieeddaaddeess mmaaggnnééttiiccaass..

Propiedades. El hierro puro
tiene una dureza que oscila entre
4 y 5. Es blando, maleable y
dúctil. Se magnetiza fácilmente a
temperatura ordinaria; es difícil
magnetizarlo en caliente y a
unos 790 °C desaparecen las
propiedades magnéticas. Tiene
un punto de fusión de unos
1.535 °C, un punto de ebullición
de 2.750 °C y una densidad
relativa de 7,86. Su masa
atómica es 55,847.
El metal existe en tres formas
alotrópicas distintas: hierro
ordinario o hierro−α (hierro −
alfa), hierro−γ (hierro − gamma)
y hierro−δ (hierro − delta). La
disposición interna de los átomos
en la red del cristal varía en la
transición de una forma a otra.
La transición de hierro− α a
hierro− γ, se produce a unos 910
°C, y la transición de hierro− γ a
hierro− δ, se produce a unos
1.400 °C. Las distintas
propiedades físicas, de las
formas alotrópicas y la diferencia
en la cantidad de carbono
admitida por cada una de las
formas, desempeñan un papel
importante en la formación,
dureza y temple del acero, como
ya hemos visto.
Químicamente el hierro es un
metal activo. Se combina con los
halógenos (flúor, cloro, bromo,
yodo y astato) y con el azufre,
fósforo, carbono y silicio.
Desplaza al hidrógeno de la
mayoría de los ácidos débiles.
Arde con oxígeno formando
tetróxido triférrico (óxido
ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto
al aire húmedo, se corroe
formando óxido de hierro
hidratado, una sustancia
pardo−rojiza, escamosa,
conocida comúnmente como orín
o herrumbre. La formación de
orín, es un fenómeno
electroquímico, en el cual, las
impurezas presentes en el hierro,
interactúan eléctricamente con el
hierro metal. Se establece una
pequeña corriente en la que el
agua de la atmósfera
proporciona una disolución
electrolítica. El agua y los
electrólitos solubles aceleran la
reacción. En este proceso, el
hierro metálico se descompone y
reacciona con el oxígeno del aire
para formar el orín. La reacción,
es más rápida, en aquellos
lugares donde se acumula el orín
y la superficie del metal acaba
agujereándose.
Al sumergir hierro en ácido
nítrico concentrado, se forma
una capa de óxido que lo hace
pasivo, es decir, no reactivo
químicamente con ácidos u otras
sustancias. La capa de óxido
protectora se rompe fácilmente
golpeando o sacudiendo el
metal, que vuelve así a ser
activo.
El hierro químicamente puro (Fe)
es un elemento de color gris
azulado, que funde a 1,259 C.
No tiene aplicación en la
ingeniería, por lo que relegamos
su estudio a la química.
El hierro que se encuentra en el
mercado y se utiliza en la
industria no es puro, sino una
aleación de hierro y carbono.
EL HIERRO DULCE. Es de color
gris claro. Funde a temperatura
de 1,500 C y puede soldarse
consigo mismo. Es tenaz.
ACEROS. Es una aleación de
hierro y carbono, con 0,03 –
2,00 %wt de este último
elemento, junto con la adición de
diversos ligantes para mejorar
las características y las
propiedades.
La subdivisión de los distintos
tipos de acero se basa en el
número y cantidad de los
ligantes presentes. Los
elementos adicionales que
intervienen en una aleación, en
la mayoría de los casos, son
indeseables, tales como el
fósforo y el azufre. En la
práctica, la eliminación de estos
y otros elementos resulta muy
difícil. Sin embargo, hay otros
elementos que ayudan a la
obtención de aceros de mejor
calidad, y por ello, hay que
añadirlos en forma de
ferroaleaciones.
Clasificación de los Aceros.
Los aceros se pueden dividir en
dos grandes grupos que son:
Aceros al carbono
Aceros aleados.
Aceros Inoxidables.
Aceros de Baja Aleación
Ultrarresistentes.
Aceros al Carbono. En los
aceros al carbono, el único
elemento que interviene como
aleante es el carbono (C). No
obstante, siempre existirán
pequeñas cantidades de algunos
elementos, que en general,
tienen la consideración de
impurezas y que provienen de
distintas fuentes.
El fósforo, se disuelve en la
ferrita y en menor medida en la
austenita y posee un gran poder
endurecedor. No obstante, su
concentración debe mantenerse
pequeña, ya que, tiene gran
tendencia a segregarse, sobre
todo en los aceros aleados, lo
que provoca un aumento de la
fragilidad. Por ello, es
conveniente que su
concentración, esté por debajo
del 0.05%wt, excepto, en
aquellos aceros que se desea
que sean muy fáciles de
mecanizar, en cuyo caso la
concentración puede llegar a ser
del 0.15%wt.
El azufre, forma con el hierro el
correspondiente sulfuro, que es
frágil y constituye una de las
fases de un eutéctico ternario
que funde a 980 ºC, causando la
fragilización del acero, por lo que
su concentración suele ser
inferior al 0.05%.
El silicio, añadido con fines
desoxidantes, puede formar
inclusiones de silicatos, que son
duras y frágiles y al ser
incoherentes con la matriz,
pueden dar lugar a grietas. El
silicio no combinado, puede
disolverse en el hierro,
endureciendo la ferrita.
El manganeso, se añade al acero
líquido para evitar la formación
de SFe (sulfuros de hierro), por
constitución de SMn (sulfuros de
manganeso). Por ello, hay que
añadirlo en una cantidad, por lo
menos, ocho veces mayor que la
de azufre. El SMn se elimina, en
parte, en la solidificación y el
que queda en el acero como
inclusión dúctil. Asimismo, el
manganeso puede dar lugar,
también, a impurezas metálicas
que no son perjudiciales y que,
incluso, mejoran la templabilidad
del acero, por lo que se utiliza
como elemento de aleación en
cantidades mayores. Tanto el
silicio, como el manganeso, se
consideran elementos de
aleación cuando intervienen en
cantidades superiores al 0.35wt.
Los aceros al carbono se pueden
utilizar sin que presenten
problemas, si la resistencia y
EEnn llooss aacceerrooss aall ccaarrbboonnoo,, eell úúnniiccoo
eelleemmeennttoo qquuee iinntteerrvviieennee ccoommoo aalleeaannttee
eess eell ccaarrbboonnoo ((CC)).. AA mmaayyoorr ccaannttiiddaadd ddee
ppoorrcceennttaajjee ddee CC,, eell mmaatteerriiaall ssee hhaaccee
mmááss dduurroo yy mmeennooss ddúúccttiill..
LLooss eelleemmeennttooss aalleeaanntteess eenn llooss
mmaatteerriiaalleess ffeerrrroossooss,, hhaacceenn qquuee llaass
aalleeaacciioonneess ppuueeddaann tteenneerr iinnffiinniiddaadd ddee
aapplliiccaacciioonneess,, ddeessddee llooss aacceerrooss aall
ccaarrbboonnoo,, hhaassttaa llooss aacceerrooss mmááss aalleeaaddooss
yy llaass ffuunnddiicciioonneess.. EEss iimmppoorrttaannttee tteenneerr
ccllaarroo qquuee hhaaccee ccaaddaa aalleeaannttee ppoorr llaass
pprrooppiieeddaaddeess ddeell mmaatteerriiaall..

otros requerimientos mecánicos
no son demasiado severos. El
coste de este tipo de aceros es
relativamente bajo, pero
presentan algunas limitaciones,
puesto que tienen una escasa
resistencia a la corrosión y
oxidación, así como, al impacto a
bajas temperaturas.
Además, para obtener una
estructura totalmente
martensítica, los aceros de
contenido medio o bajo en
carbono deben ser enfriados
rápidamente, lo que produce
tensiones, que pueden conducir
a la rotura prematura. Por tanto,
su baja templabilidad hace que
normalmente se utilicen en
estado de recocido o
normalizado.
La resistencia aumenta con el
contenido en carbono, al mismo
tiempo que disminuye su
plasticidad y tenacidad, sobre
todo para aceros
hipereutectoides (con contenidos
superiores a 0.8% de C) que
tienen una matriz de cementita.
La elección del contenido en
carbono, en este tipo de aceros
tiene algunas limitaciones. Así,
para contenidos superiores al
0.3%, y siempre que las piezas
sean suficientemente pequeñas,
puede considerarse la posibilidad
de bonificarlos (temple más
revenido a alta temperatura).
La resistencia obtenida
dependerá tanto del contenido
en carbono como de la
temperatura y tiempo de
revenido. Se debe elegir, el
contenido en carbono mínimo
que sea capaz de suministrar la
resistencia deseada.
Otra limitación, que se tiene a la
hora de elegir el contenido en
carbono, es la necesidad de
obtener la resistencia mecánica
deseada mediante un revenido
que no induzca fragilidad, lo que
elimina en todos los casos la
realización de revenidos entre
250 y 450 ºC, y en muchos
casos los del intervalo 450 - 550
ºC.
Una alternativa, es reducir la
temperatura de revenido a 250
ºC, y aunque se obtiene una alta
resistencia, la tenacidad es muy
baja. La otra alternativa sería, el
revenido a temperaturas más
altas de 550 ºC, que producen
tenacidades excelentes, pero
acompañadas de muy bajas
resistencias.
Para superar esta y otras
deficiencias que presentan los
aceros al carbono ordinarios, se
han desarrollado aceros de
aleación, que contienen
elementos que mejoran sus
propiedades.
No obstante, en muchos casos,
combinando adecuadamente los
tratamientos térmicos y
superficiales, se pueden obtener
buenas prestaciones en piezas
en las que se requiere alta
tenacidad y dureza superficial
(cigüeñales, bielas, etc.), altas
resistencias a la deformación en
piezas de pequeña sección
(muelles), y altas resistencias al
desgaste (ejes, levas, etc.).
Aceros Aleados. Un acero
aleado puede definirse como
aquel cuyas propiedades
características, se deben a algún
elemento diferente del carbono.
En la mayoría de los métodos y
procesos industriales de
obtención del hierro y sus
aleaciones, unas veces sin
intención y otras a propósito, se
incorporan al producto final
cantidades variables de otros
elementos, que influyen de una
manera notable, no sólo en sus
propiedades tecnológicas, sino
que también producen una
variación apreciable en su
estructura.
Los átomos aleantes pueden
estar disueltos en la red atómica,
y dependiendo de que se sitúen
en nudos reticulares o no, darán
lugar a soluciones sólidas
sustitucionales o intersticiales.
En ambos casos, se tiene una
solución sólida homogénea. No
obstante, en un gran número de
aleaciones técnicas, los
elementos de aleación o al
menos una parte de ellos,
forman combinaciones entre sí o
con el hierro y pueden dar lugar,
junto con la solución sólida
homogénea, a la formación de
otras fases.
Los principales elementos de
aleación, que se adicionan para
fabricar este tipo de aceros son:
níquel, cromo, manganeso,
molibdeno y wolframio. Otros
elementos que también se
suelen añadir son: Vanadio,
cobalto, boro, cobre, aluminio,
plomo, titanio y niobio.
Los elementos de aleación que
se adicionan a los aceros tienen
diversos efectos sobre la
estructura y las propiedades, así:
Aluminio. Empleado en
pequeñas cantidades, actúa
como un desoxidante para el
acero fundido y produce un
Acero de Grano Fino.
Boro. Aumenta la
templabilidad (la profundidad a
la cual un acero puede ser
endurecido).
Cromo. Aumenta la
profundidad del endurecimiento
y mejora la resistencia al
desgaste y corrosión.
Cobre. Mejora significa-
tivamente la resistencia a la
corrosión atmosférica.
Manganeso. Elemento
básico en todos los aceros
comerciales. Actúa como un
desoxidante y también neutraliza
los efectos nocivos del azufre,
facilitando la laminación, moldeo
y otras operaciones de trabajo
en caliente. Aumenta también la
penetración de temple y
contribuye a su resistencia y
dureza.
Molibdeno. Mediante el
aumento de la penetración de
temple, mejora las propiedades
del tratameinto térmico.
Aumenta también la dureza y
resistencia a altas temperaturas.
Níquel. Mejora las
propiedades del tratamiento
térmico reduciendo la
temperatura de endurecimiento
y distorsión al ser templado. Al
emplearse conjuntamente con el
Cromo, aumenta la dureza y la
resistencia al desgaste.
Silicio. Se emplea como
desoxidante y actúa como
endurecedor en el acero de
aleación.
Azufre. Normalmente es
una impureza y se mantiene a
un bajo nivel. Sin embargo,
alguna veces se agrega
intencionalmente en grandes
cantidades (0,06 a 0,30%) para
aumentar la maquinabilidad
(habilidad para ser trabajado
mediante cortes) de los aceros
de aleación y al carbono.
Titanio. Se emplea como un
desoxidante y para inhibir el
crecimiento granular. Aumenta
también la resistencia a altas
temperaturas.
««WWoorrlldd SStteeeell DDyynnaammiiccss»» ccaalliiffiiccóó ttrreeccee
ssiiddeerrúúrrggiiccaass ccoommoo ««CCoommppaaññííaass
AAcceerreerraass ddee CCllaassee MMuunnddiiaall»»,, ddee uunn
ttoottaall ccoonnssiiddeerraaddoo ddee 7700 ccoommppaaññííaass..
LLaass SSiiddeerrúúrrggiiccaass IInntteeggrraaddaass,, pprroodduucceenn
aacceerrooss aa ppaarrttiirr ddee MMiinneerraall ddee HHiieerrrroo,,
uussaannddoo uunn aallttoo hhoorrnnoo ppaarraa oobbtteenneerr
aarrrraabbiioo ((hhiieerrrroo ddee aallttoo ccoonntteenniiddoo ddee
ccaarrbboonnoo)),, LLaass SSiiddeerrúúrrggiiccaass SSeemmii--
IInntteeggrraaddaass,,,, pprroodduucceenn aacceerroo aa ppaarrttiirr ddee
cchhaattaarrrraa,, ggeenneerraallmmeennttee uussaannddoo hhoorrnnooss
ooxxiiddoo ccoonnvveerrttiiddoorreess..

Tungsteno. Se emplea en
muchos aceros de aleación para
herramientas, impartiéndoles
una gran resistencia al desgaste
y dureza a altas temperaturas.
Vanadio. Imparte dureza y
ayuda en la formación de granos
de tamaño fino. Aumenta la
resistencia a los impactos
(resistencia a las fracturas por
impacto) y también la resistencia
a la fatiga.
En resumen, los efectos de los
elementos de aleación son:
Mayor resistencia y dureza.
Mayor resistencia a los
impactos.
Aumento de la resistencia al
desgaste.
Aumento de la resistencia a
la corrosión.
Mejoramiento de maquina-
bilidad.
Dureza al rojo (altas
temperaturas).
Aumento de la profundidad a
la cual el acero puede ser
endurecido (penetración de
temple).
Temperaturas de transfor-
mación.
Formación de carburos.
Crecimiento de grano.
Resistencia al desgaste.
Además, estos aceros de
aleación se pueden subclasificar
en:
Estructurales. Son aquellos
aceros que se emplean para
diversas partes de máquinas,
tales como engranajes, ejes y
palancas. Además, se utilizan en
las estructuras de edificios,
construcción de chasis de
automóviles, puentes, barcos y
semejantes. El contenido de la
aleación varía desde 0,25%wt a
un 6%wt.
Para Herramientas. Aceros
de alta calidad que se emplean
en herramientas para cortar y
modelar metales y no-metales.
Por lo tanto, son materiales
empleados para cortar y
construir herramientas tales
como taladros, escariadores,
fresas, terrajas y machos de
roscar.
Especiales. Los Aceros de
Aleación especiales son los
aceros inoxidables y aquellos con
un contenido de cromo
generalmente superior al
12%wt. Estos aceros de gran
dureza y gran resistencia a las
altas temperaturas y a la
corrosión, se emplean en
turbinas de vapor, engranajes,
ejes y rodamientos.
Aceros Inoxidables. Los
aceros inoxidables contienen
cromo, níquel y otros elementos
de aleación, que los mantienen
brillantes y resistentes a la
herrumbre y oxidación a pesar
de la acción de la humedad o de
ácidos y gases corrosivos.
Algunos aceros inoxidables son
muy duros; otros son muy
resistentes y mantienen esa
resistencia durante largos
periodos a temperaturas
extremas. Debido a sus
superficies brillantes, en
arquitectura se emplean muchas
veces con fines decorativos. El
acero inoxidable se utiliza para
las tuberías y tanques de
refinerías de petróleo o plantas
químicas, para los fuselajes de
los aviones o para cápsulas
espaciales. También se usa para
fabricar instrumentos y equipos
quirúrgicos, o para fijar o
sustituir huesos rotos, ya que
resiste a la acción de los fluidos
corporales. En cocinas y zonas
de preparación de alimentos los
utensilios son a menudo de
acero inoxidable, ya que no
oscurece los alimentos y pueden
limpiarse con facilidad.
Aceros de Baja Aleación
Ultrarresistentes. Esta familia
es la más reciente de las cuatro
grandes clases de acero. Los
aceros de baja aleación son más
baratos que los aceros aleados
convencionales, ya que,
contienen cantidades menores
de los costosos elementos de
aleación. Sin embargo, reciben
un tratamiento especial que les
da una resistencia mucho mayor
que la del acero al carbono. Por
ejemplo, los vagones de
mercancías fabricados con
aceros de baja aleación pueden
transportar cargas más grandes
porque sus paredes son más
delgadas que lo que sería
necesario en caso de emplear
acero al carbono. Además, como
los vagones de acero de baja
aleación pesan menos, las cargas
pueden ser más pesadas. En la
actualidad se construyen muchos
edificios con estructuras de
aceros de baja aleación. Las
vigas pueden ser más delgadas
sin disminuir su resistencia,
logrando un mayor espacio
interior en los edificios.
FUNDICIÓN. Es una aleación
de hierro – carbono, con 2,00 –
6,67 %wt. de este ultimo
elemento que eventualmente
contiene otros ligantes
fundamentales, por ejemplo
cromo, níquel, silicio y cobre,
que son solo aptos para colada.
Las propiedades de las
fundiciones vienen determinadas
tanto por su composición, como
por la velocidad de enfriamiento.
De manera general, se puede
decir, que el contenido en
carbono determina las
propiedades potenciales.
Por otro lado, el silicio influye en
la forma en que se presenta el
carbono (combinando en forma
de cementita o libre en forma de
grafito), y en la manera de
obtener dichas propiedades. Otro
factor importante, es la velocidad
de enfriamiento, de manera que
cuando aumenta favorece la
formación de carbono
combinado. De alguna manera,
la velocidad de enfriamiento está
relacionada con el efecto del
silicio, ya que, el principal efecto
microestructural del silicio, como
es la formación de carbono libre,
se puede neutralizar, al menos
parcialmente, aumentando la
velocidad de enfriamiento.
Las fundiciones son muy fluidas
en estado líquido y solidifican
con una contracción moderada
durante el enfriamiento.
Además, debido a su alto
contenido en carbono, las
temperaturas de fusión son más
bajas que en el caso de los
aceros. Estas características
facilitan su obtención,
justificando su empleo para la
obtención de piezas moldeadas
de formas complicadas y con
cambios bruscos de sección, que
resultan difíciles de obtener a
partir de la forja de aceros.
Señalar que el proceso de
moldeo consiste en verter el
material fundido en un molde y
obtener la pieza en estado de
acabado o semiacabado.
LLooss aacceerrooss iinnooxxiiddaabblleess ccoonnttiieenneenn
ccrroommoo,, nnííqquueell yy oottrrooss eelleemmeennttooss ddee
aalleeaacciióónn,, qquuee llooss mmaannttiieenneenn bbrriillllaanntteess yy
rreessiisstteenntteess aa llaa hheerrrruummbbrree..
GGeenneerraallmmeennttee,, llooss mmaatteerriiaalleess ppaarraa
ffuunnddiicciióónn nnoo ssiirrvveenn ppaarraa pprroocceessooss ddee
ddeeffoorrmmaacciióónn vvoolluummééttrriiccaa,, ccoommoo ssoonn llaa
ffoorrjjaa,, eell ttrreeffiillaaddoo,, eennttrree oottrrooss,, ppeerroo eenn
mmuucchhooss ccaassooss,, llooss mmaatteerriiaalleess ffoorrjjaabblleess,,
ssii ppuueeddeenn pprroocceessaarrssee ppoorr ffuunnddiicciióónn..

El metal en estado bruto de
fundición es poco homogéneo,
debido al fenómeno de
segregación, en virtud del cual
resultan diferencias de
composición química entre las
distintas regiones del material.
Para homogeneizar el material se
le somete a un recocido de
homogeneización a -200 ºC por
encima de su punto crítico,
durante bastante tiempo.
Clasificación de las
Fundiciones. El mejor método
para clasificar las fundiciones es
de acuerdo con sus estructuras
metalografía. Las variables a
considerar, que dan lugar a los
diferentes tipos, son:
El contenido de carbono.
El contenido de elementos
de aleación e impurezas.
La velocidad de enfriamiento
durante o después de la
solidificación.
El tratamiento térmico.
Por tanto, las podemos clasificar
en:
Ordinarias
Blanca.
Gris.
Atruchada.
Aleadas.
Especiales-
Maleables.
• Blanca.
• Negra o americana.
• Perlítica.
Grafito esferoidal o
nodular.
Fundiciones ordinarias.
Blanca. Presenta todo o parte del
carbono (entre un 2.5 y 3%) que
contiene en forma de carburo de
hierro (Fe3C) o cementita, siendo
éste el constituyente más duro
de los aceros, pero tiene el
inconveniente de ser muy frágil.
Su fractura es de color blanco
brillante, de ahí su nombre.
Características.
Dureza muy alta (300 a 400
Brinell)
Casi imposibles de mecanizar
Materia prima para la
obtención de aceros y
fundiciones maleables
Piezas con fuertes desgastes.
Gris. Presenta todo o parte del
carbono en forma de finas
láminas de grafito, repartidas
entre la masa de hierro.
Contiene entre un 3 y un 3.5 %
de carbono. Se utiliza para
piezas mecánicas que han de
servir de soporte o de
alojamiento de mecanismo
(carcasa de motores, bancadas
de máquinas, etc..)
Características.
Dureza ( 200 y 250 unidades
Brinell)
No se puede soldar ni forjar
Absorbe muy bien
vibraciones
Es fácil de mecanizar
Posee propiedades
autolubricantes.
Atruchada. Sus propiedades son
intermedias entre la fundición
blanca y la gris. Recibe este
nombre por tener el color
parecido al de las truchas.
Fundiciones Aleadas. Se dice
que una fundición es aleada
cuando se le añaden elementos
corno Ni, (: etc. En proporciones
suficientes para modificar las
propiedades de la fundición.
Fundiciones Especiales. Se
obtienen a partir de fundiciones
ordinarias, mediante tratamien-
tos térmicos adecuados o
añadiendo algún elemento
químico.
Maleables. Se obtienen a partir
de la fundición blanca y
posteriormente se le da un
tratamiento térmico. El resultado
es una fundición no tan frágil
como la fundición blanca y que
conserva su tenacidad.
Maleable de corazón blanco:
material oxidante + 950 ºC unos
10 días.
Maleable de corazón negro:
material neutro+ 875 ºC unos 6
días.
Maleables de corazón
perlítico: material neutro +
875ºC unos 6 días +
enfriamiento rápido.
Nodular. Consiste en la adición
de magnesio, níquel o cerio a la
fundición gris. Estos hacen que
el grafito adquiera forma nodular
(esferoidal) que le proporciona
características similares a las de
la fundición maleable pero con
mayor resistencia mecánica.
Puede llegar a alcanzar
propiedades cercanas a las de
los aceros con un costo de
producción mucho menor (en
ciertos casos puede llegarse a un
ahorro en costo del 60 %,
consiguiéndose propiedades
similares). Se usa en elementos
sometidos a altas carcasas de
bombas y turbinas, conducciones
oleo hidráulicas, etc.
FERROALEACIONES. Son
productos siderúrgicos que,
además del hierro, contienen
uno o varios elementos químicos
adicionales. Se emplean en la
fabricación de aceros con
propiedades especiales.
Ferromanganeso, ferrocromos,
ferrosilicios, ferrovanadios,
ferrotungstenos.
Conglomerados Férreos.
Sinterizado o Metalurgia de
los Polvos. Son productos
formados por la unión entre sí de
distintos materiales férreos, en
polvo los que se comprime en un
molde, a altas presiones y
temperaturas un poco inferiores
a la fusión, obteniéndose una
masa compacta.
Proceso de obtención:
a) Obtención de los polvos. El
tamaño oscila entre algunas
milésimas a décimas:
Molido.
Atomizado. Dirigiendo
una fuerte corriente de aire a
presión sobre un chorro de
metal líquido. Que se recoge
en un recipiente con agua.
b) Prensado. Se lleva a cabo en
matrices de acero templado
capaces de soportar los
esfuerzos sin deformarse.
Para facilitar el prensado
adicionamos lubricantes
sólidos.
c) Sinterizado. Sometemos la
pieza a una temperatura
próxima a la de fusión, en
atmósfera reductora.
d) Acabado. Con el objetivo de
obtener las dimensiones
definitivas de la pieza. Para
ello acuña, lamina o
mecaniza la pieza.
APLICACIONES.
Aplicaciones de los Aceros.
Los aceros pueden ser
clasificados en función de sus
diferentes aplicaciones. Podemos
establecer una designación
convencional numérica de la
siguiente forma, según La norma
española UNE-36010:
Se define mediante la letra F que
sirve para identificar el acero,
seguida de cuatro cifras.
LLaa FFuunnddiicciióónn NNoodduullaarr,, eess oobbtteenniiddaa bbaajjoo
oottrraass ccoonnddiicciioonneess ddee pprroocceessoo ttéérrmmiiccoo
ssoobbrree llaa ffuunnddiicciióónn bbllaannccaa,, llaa ccuuaall,, llooggrraa
qquuee eell ggrraaffiittoo pprreecciippiittee eenn ffoorrmmaa ddee
nnóódduullooss oo eessffeerraass ddeennttrroo ddee llaa mmaattrriizz
ddee cceemmeennttiittaa..
FFuunnddiicciióónn BBllaannccaa,, eess llaa qquuee ssee oorriiggiinnaa
ppoorr eell eennffrriiaammiieennttoo lleennttoo ddee llooss
mmaatteerriiaalleess ffeerrrroossooss ccoonn mmááss ddeell 22,,00
%%wwtt ddee CC.. SSee aapprreecciiaa PPeerrlliittaa yy
CCeemmeennttiittaa..
EEnn llaa FFuunnddiicciióónn GGrriiss,, eell ggrraaffiittoo eemmppiieezzaa
aa pprreecciippiittaarr,, ppoorr eeffeeccttoo ddeell ttrraattaammiieennttoo
ttéérrmmiiccoo ssoobbrree llaa ffuunnddiicciióónn ggrriiss,, eenn
llaammiinniillllaass qquuee eessttáánn eennccaappssuullaaddaass eenn
uunnaa mmaattrriizz ddee cceemmeennttiittaa..

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