Propiedades Mecánicas de los Metales

Cohesión: Resistencia que oponen los átomos de los metales a separarse entre sí. El tener más o menos cohesión depende de la forma en que estén enlazados los átomos.

Elasticidad: Es la propiedad en virtud de la cual un cuerpo, deformado por fuerzas exteriores, recobra su forma y dimensiones primitivas al cesar dichas fuerzas. Los metales son elásticos dentro de ciertos límites; si se rebasa el límite de elasticidad, las deformaciones producidas son permanentes.

Plasticidad: Capacidad de los materiales para adquirir deformaciones permanentes, sin llegar a la rotura, cuando se aplican fuerzas que producen su deformación. Como variantes:

• Ductilidad: Capacidad de estirarse formando hilos.
• Maleabilidad: Capacidad de deformarse en láminas.

Dureza: Es la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros. La dureza de un cuerpo es directamente proporcional a su cohesión atómica.

Acritud: Es una dureza superficial originada por procesos de conformado donde se han sometido los metales a fuerzas superficiales de deformación.

Tenacidad: Un material es tenaz si opone gran resistencia a la rotura o deformación cuando actúan sobre él fuerzas exteriores de choque.

Resiliencia: No es una propiedad en sí, en realidad es el resultado de un ensayo. Es la energía absorbida por la probeta por unidad de sección antes de romperse.

Fragilidad: Es la propiedad contraria a la tenacidad. Los materiales frágiles oponen poca resistencia al choque. El material más frágil es el vidrio.

Fatiga: Es la capacidad de resistencia a los esfuerzos repetitivos, variables en magnitud y sentido.

Tipos de Cargas en Materiales

Cargas Estáticas

Se aplican gradualmente, desde cero hasta el valor máximo F, previa existencia de un contacto. En la práctica, no es frecuente observar este tipo de carga, a no ser la carga permanente. A veces, por aproximación, se asimila a carga estática alguna que no lo es.

(Por ejemplo: el peso propio de la estructura, el peso de un objeto colocado sobre una mesa)

Cargas Dinámicas

Es aquella que se aplica con velocidad sobre la pieza que la debe soportar. La tensión producida es mayor que la de la carga estática, pues la energía cinética de la carga es absorbida elásticamente por la pieza, lo cual origina un aumento de tensión.

Tipos de Esfuerzos Mecánicos

Esfuerzo de Tracción: Un cuerpo está sometido a tracción cuando sobre él actúan dos fuerzas iguales y de sentido contrario, paralelas al eje longitudinal (esfuerzos axiales) que tienden a separar las secciones.

Esfuerzo de Compresión: Un cuerpo está sometido a compresión cuando sobre él actúan dos fuerzas iguales y de sentido contrario, paralelas al eje longitudinal que tienden a acercar sus secciones.

Esfuerzo de Cizalladura: Un cuerpo está sometido a cizalladura, cortadura o esfuerzo cortante cuando sobre él actúan dos fuerzas iguales.

Flexión: Un cuerpo está sometido a flexión cuando sobre él actúan fuerzas perpendiculares a su eje longitudinal que tienden a flexionar el cuerpo, apareciendo colateralmente dos esfuerzos simultáneos.

Pandeo: Un cuerpo está sometido a pandeo cuando sobre él actúan dos fuerzas iguales de sentido contrario coincidentes con el eje longitudinal, que en teoría generarían compresión pero que dan lugar a una flexión.

Torsión: Un eje o barra está sometido a torsión cuando sobre él se aplican dos fuerzas iguales en sentido contrario y perpendiculares al eje longitudinal, separadas del eje una distancia que tienden a retorcer el elemento sobre el eje longitudinal.

Conceptos Clave en Siderurgia y Metalurgia

Productos Siderúrgicos: Todas aquellas sustancias férreas que han sufrido un proceso metalúrgico.

Proceso Metalúrgico: Es el conjunto de técnicas físicas, químicas y físico-químicas que se utilizan para extraer, refinar y transformar metales y sus aleaciones a partir de minerales.

Siderurgia Integral: Se parte del mineral de hierro y, a lo largo de varios procesos, se obtiene finalmente el acero, el cual después se somete a tratamientos de transformación.

Acería Eléctrica: Se parte principalmente de chatarra, de hierro y de acero. Mediante un solo paso se obtiene el acero, que posteriormente se someterá a tratamientos de transformación.

Aleación: Sustancia constituida por varios metales en diferentes proporciones. Se caracteriza porque el producto resultante presenta estructura y comportamiento metálico, con todas las propiedades características de estos elementos.

Fundición: Suele contener entre 1,7% y 4% de carbono. Vista al microscopio, presenta varios cuerpos distintos mezclados entre sí.

Acero: Contiene menos de un 1,7% de carbono, el cual está combinado perfectamente con el hierro.

Se llama hierro a un producto siderúrgico cuando no contiene más que el elemento químico de este nombre o si, aun conteniendo otros elementos, estos solamente tienen carácter de impurezas. Llamamos hierro puro cuando la cantidad de impurezas es insignificante.

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono que contienen de 1,7% a 4% de carbono. Además, pueden contener otros elementos. La propiedad más importante de las fundiciones es su bajo punto de fusión, lo que permite obtener piezas de geometrías complejas por medio de moldes.

Clasificación de las Fundiciones

Según el Proceso de Elaboración

• Fundición de primera fusión o arrabio: Es tal como sale del alto horno. Se emplea en forma de lingotes para refundir o bien para la fabricación del acero.
• Fundición de segunda fusión: Se consigue fundiendo de nuevo los lingotes de la primera fusión. Esta fundición se emplea para aquellos elementos que no requieren propiedades mecánicas muy elevadas y que presentan formas complejas, por ejemplo, engranajes.
• Fundición maleable: Se trata de una fundición dotada de cierta ductilidad y maleabilidad gracias a la aplicación de un tratamiento térmico.
• Fundición endurecida o fundición templada: Es la que, a través de un tratamiento térmico llamado temple (el cual consiste en un enfriamiento rápido), ha adquirido una dureza mayor de la normal.

Según su Composición y Estructura

• Fundición gris: Se caracteriza porque la mayor parte del carbono que contiene se encuentra en forma de finas láminas de grafito, apreciables al microscopio, repartidas dentro de la masa metálica. Recibe el nombre de gris por el color que presenta la superficie de rotura. No posee gran dureza.
• Fundición blanca: Se caracteriza porque todo el carbono, o la mayoría, queda disuelto o combinado con el hierro. Vista al microscopio, ya no aparecen láminas de grafito. Se llama así porque el color de la superficie de rotura es blanco. Posee mayor dureza y mayor fragilidad que la gris.
• Fundición atruchada: Es intermedia entre la fundición blanca y la gris.

Clasificación del Acero según sus Aplicaciones

Aceros para Estructuras

Empleados principalmente para construcciones de ingeniería.

• Aceros de uso general.
• Aceros para calderas y recipientes.
• Aceros para tuberías.
• Aceros para hormigón.

Aceros para Construcción Mecánica

Empleados para la fabricación de maquinaria.

• Aceros no tratables.
• Aceros para temple y revenido.
• Aceros para endurecimiento superficial.
• Aceros para muelles.
• Aceros para rodamientos.

Aceros para Útiles y Herramientas

Empleados para la fabricación de útiles de toda clase.

• Aceros de herramientas al carbono.
• Aceros de herramientas para trabajos en frío.
• Aceros de herramientas para trabajos en caliente.
• Aceros de corte rápido.
• Aceros para moldes para plásticos.
• Aceros para moldes para fundición.

Aceros con Propiedades Específicas

Empleados para aplicaciones muy específicas.

• Aceros para aplicaciones eléctricas y magnéticas.
• Aceros para trabajar en condiciones de servicio y especiales.
• Aceros con aptitudes especiales para ser trabajados.

Proceso de Obtención de Metales

Paso 1: Extracción

El objetivo consiste en extraer el mineral del macizo rocoso para ser transportado a las plantas de tratamiento.

Paso 2: Trituración

El objetivo es disminuir el tamaño de los fragmentos de roca a un diámetro aproximado de 1,2 cm. El proceso se realiza por etapas, reduciendo el tamaño progresivamente.

Paso 3: Tratamiento del Mineral

En función del tipo de mineral, sulfurado u oxidado, se seguirán distintos caminos.

Sulfuros

• Molienda
• Flotación
• Fundición
• Electrorrefinación

Óxidos

• Lixiviación
• Electroobtención

Etiquetas: Acero, fundición, propiedades de los metales, siderurgia