TEMA 8:Los Aceros

1. ¿Qué es el acero? Microconstituyentes, estructuras cristalinas.
2. Características físicas de los aceros.
3. Diagrama hierro carbono 
4.  Clasificación de los aceros en función del porcentaje de carbono.
5. Relación entre características físicas y tamaño de grano.- Otros productos siderurgicos y sus características.
6. Aleantes y características que aportan al acero.
7. Tratamientos térmicos. Explicar en base a diagrama Fe-C y desarrollar sus diagramas TTT.

1.¿Qué es el acero? Microconstituyentes y estructuras cristalinas:

-El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una aleación de hierro con una  cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composición, dependiendo del grado. Si  la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al  

 acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

-Microcontituyentes:

El hierro puro presenta tres estados  a medida que se incrementa la temperatura desde la temperatura ambiente:

• Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es  hasta los 768 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono.
• Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.
• Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de hierro que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.

A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido.

Si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe₃C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.

-Estructura cristalina:

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.

El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedades antrópicas y discontinuas.

2.Características físicas de los aceros.

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

• Su densidad media es de 7850 kg/m³.

• En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.

• El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.

• Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.

• Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.

• Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.

• Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.

• Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

• Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.

• La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.

• Se puede soldar con facilidad.

• La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

• Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de 3 · 10⁶ S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.

• Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción.

• Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10⁻⁵ (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado. El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

3.Diagrama hierro carbono:

En el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

4. Clasificación de los aceros en función del porcentaje de carbono:

Los aceros se pueden clasificar en función de varios criterios, esto da lugar a varias clasificaciones, la más utilizada de todas ellas es la clasificación en función del porcentaje de carbono disuelto:

El porcentaje de carbono disuelto en el acero condiciona las propiedades del mismo. Así cuanto mayor sea el porcentaje de carbono disuelto en el acero, éste presenta más dureza y más resistencia a la tracción. Teniendo esto presente es posible clasificar los aceros en:

Nombre del acero	% de carbono	Resistencia a tracción (kg/mm2)
Extrasuave	0,1 a 0,2	35
Suave	0,2 a 0,3	45
Semisuave	0,3 a 0,4	55
Semiduro	0,4 a 0,5	65
Duro	0,5 a 0,6	75
Extraduro	0,6 a 0,7	85

5.Relación entre características físicas y tamaño de grano.- Otros productos siderurgicos y sus características.

Una disminución del tamaño de grano significa aumentar el índice de endurecimiento medido bien a partir de indicadores de resistencia o bien a través de indicadores de plasticidad. Un tamaño de grano más fino hace comportarse a una aleación como un material con mayor potencial de endurecimiento, disminuyendo su plasticidad.

Otros productos siderurgicos y sus características:

por ejemplo las fundiciones.

Fundiciones: La concentración de carbono oscila entre el 1,76% y el 6,67%. Contienen mas carbono del necesario para saturar la austenita a temperatura eutéctica. Como el alto contenido de carbono tiene a hacer muy frágil al hierro fundido, la mayoría del material fabricado contiene entre 2,5 y 4% de C.La ductilidad del hierro fundido es baja, lo que hace que no siempre pueda trabajarse ni en frío ni en caliente. sin embargo, es relativamente sencillo de fundir y colar sobre moldes de formas complejas.Aunque son frágiles y sus propiedades mecánicas son inferiores a las de los aceros, su costo bajo, su fácil colado y sus propiedades especificas los hacen uno de los productos de mayor tonelaje de producción en el mundo.

6.Aleantes y características que aportan al acero.

La primera clasificación para los aceros es: aceros al carbono o no aleados y aceros aleados.
El acero es una aleación hierro-carbono cuyo contenido en carbono no supera el límite de solubilidad de este elemento en la austenita, y además no contiene elementos de aleación en proporciones superiores a las establecidas en las normas UNE.

Influencia de la composición química

• Silicio: El silicio es empleado como desoxidante. Tiene un efecto doble, por un lado como agente efervescente y por otro se puede combinar con el oxígeno disuelto en el acero para disminuir las malas propiedades que este elemento pueda dar al acero (Si + O2 -> SiO2 (sílice)). El contenido en silicio no conviene que sea mayor del 0,2% en aceros que se van a soldar, debido a que el sílice tiene un punto de fusión muy alto. Sin embargo el silicio puede ser de hasta 0,3% en aceros obtenidos por moldeo, ya que le da al acero fundido fluidez. En aceros con alto contenido en carbono, el contenido de silicio deber ser bajo, ya que favorece la descomposición de la cementita y la transforma en grafito. (Fe3C -> 3Fe+C)

• Azufre: Junto con el fósforo, el azufre es el elemento más problemático, ya que prácticamente es insoluble en el hierro y se presenta fundamentalmente en forma de sulfuro de hierro (FeS). El eutéctico que se forma es: L->Fe (0,01% S) + FeS a 988ºC. Este eutéctico se forma fundamentalmente en los límites de grano del acero. Al ser la temperatura tan baja, en procesos de laminación o forja se funde el eutéctico, volviéndose más frágil el acero en los límites de grano, propiedad conocida como fragilidad en caliente. Para evitarlo se utiliza manganeso, favoreciendo la formación de MnS en lugar de FeS.

• Manganeso: El manganeso también es un elemento desoxidante, además de utilizarse como desulfurante como ya hemos dicho. Pero para la formación de MnS, ha de utilizarse el proceso básico en los hornos. El manganeso que no se combina con el azufre, favorece la maquinabilidad del acero.

• Fósforo: Normalmente, el fósforo se disuelve en la ferrita hasta un 1%, pero por encima de este valor, aparece en forma de Fe3P. El fósforo aumenta la fragilidad de los aceros, y al igual que el azufre, tiene una gran tendencia a la segregación, produciendo el fenómeno de la segregación complementaria del acero (zonas de distinta concentración). En las zonas donde el contenido de carbono es mayor, hay más perlita y menos ferrita. Por el contrario, en las zonas con menor contenido en carbono, el porcentaje de perlita es menor y el de ferrita mayor. Esto provoca la aparición de bandas alternas de ferrita y cementita, conocidas como bandas fantasmas. El contenido de fósforo en el acero no debería ser superior a 0,05%.

• Niquel: Disminuye las temperaturas críticas del acero y aumenta la templabilidad del acero. No tiende a formar carburos. Se pueden obtener aceros resistentes con menos contenido en carbono, incrementándose la tenacidad y la resistencia a la fatiga. Aumenta la ductilidad y la resistencia a la corrosión. Es un elemento caro.

• Cromo: Aumenta la resistencia a la corrosión y al disolverse en la austenita, aumenta también la templabilidad. En los aceros con un alto contenido en carbono, aumenta la resistencia a la abrasión y al desgaste. Es menos caro que el niquel.

• Molibdeno: Es un fuerte formador de carburos y aumenta fuertemente la templabilidad de los aceros. Mejora la resistencia mecánica de los aceros a altas temperaturas y reduce la susceptibilidad a la fragilidad de revenido en aceros al cromo-niquel. Da dureza secundaria de revenido. Además aumenta la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables en presencia de disoluciones de cloruros.

• Cobalto: Es el único aleante que desplaza las curvas TTT del acero hacia la izquierda. Da dureza secundaria de revenido. Aumenta la resistencia a la formación de óxidos a altas temperaturas. La adición de 8 a 10% de cobalto a los aceros para herramientas, aumenta sus propiedades de corte.

• Cobre: La presencia de cobre permite que las aleaciones puedan ser endurecidas por precipitación, dando una gran resistencia a la tracción y un elevado límite elástico. Mejora la resistencia a la corrosión electroquímica de los aceros (weathering steels).

• Plomo: Permanece disperso en forma de pequeñas partículas esféricas insolubles en el acero. Aumenta la maquinabilidad de los aceros en pequeñas proporciones (0,25%).

• Boro: Aumenta de manera muy notable la templabilidad en los aceros calmados de medio contenido en carbono. El porcentaje de boro siempre es muy pequeño (entre 0,0005 y 0,005%).

7.Tratamientos térmicos. Explicar en base a diagrama Fe-C y desarrollar sus diagramas TTT.

Normalizado:Es un tratamiento térmico que se emplea para dar al acero una estructura y características tecnológicas que se consideran el estado natural o final del material que fue sometido a trabajos de forja, laminación o tratamientos defectuosos. Se hace como preparación de la pieza para el temple.

Revenido:Es un tratamiento complementario del temple, que regularmente sigue a éste. A la unión de los dos tratamientos también se le llama "bonificado". El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero seguido del normalizado o templado, a una temperatura menor al punto crítico, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se deseen resultados elevados en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que puedan causar deformaciones.

Temple: En la ciencia de materiales, el templado o temple es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, tales como transformaciones de fase, se produzcan al sólo proporcionar una estrecha ventana de tiempo en el que la reacción es a la vez favorable termodinámicamente y posible cinéticamente.

Recocido:Es un tratamiento térmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales.

El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva, para después de se formar. 

El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Mediante la combinación de varios trabajos en frío y varios recocidos se pueden llegar a obtener grandes deformaciones en metales que, de otra forma, no podríamos conseguir.

Entrada Práctica 1ª semana de febrero.

Esta semana nos hemos puesto ya seriamente con los "champiñones" que van a ir alojados en las carcasas de los antiguos amortiguadores del bmw e36. Para ello hemos tenido que solventar un pequeño problema con la llave del cabezal del torno, no la encontrábamos, así que la tuvimos que fabricar.

Y después de la obra ya pudimos ponernos con el torno.

La parte más complicada fue centrar el amortiguador, debido a su longitud y ausencia de un contrapunto. 

Para realizar el taladro de la parte inferior,el profesor nos mostró la forma más correcta de hacerlo sin descentrar la pieza.

y por fin esta pequeña pieza que se ve aquí es el llamado champiñón, que colocaremos en la parte superior de amortiguador.

Hasta la semana que viene!

Entrada Práctica 4ª semana de enero.

Esta semana pasada hemos desmontado las manguetas del bmw, respecto a su amortiguador, hemos tenido un poco de problema con el protector del disco de freno, puesto que no teníamos la llave de 50mm para poder soltar el buje, hemos tenido que cortar el protector.

Los amortiguadores les hemos comenzado a desmontar comprimiendo el muelle, y aflojando su copela,

después les hemos realizado un corte para poder vaciar el aceite antes de seccionarles por completo.Para así poder tomar las medidas correctas para poder realizar los champiñones.

 (Esta no es la forma ni mucho menos correcta de sujetar un amortiguador, pero en este caso como va a ser seccionado para formar parte del conjunto de mangueta del seven, no dañamos nada de lo que nos va a servir)

TEMA 6: Materiales Metálicos

1.Clasificación de los materiales metálicos.

2.Enlace metálico.

3.Características físicas/químicas de los materiales metálicos.

4.Estructura interna de los materiales metálicos.

5.Pureza y aleaciones.

6.Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos.

7.Extracción, producción y reciclado de materiales metálicos.

8.Oxidación y corrosión.

1.Clasificación de los materiales metálicos.

Desde el punto de vista de su composición, se agrupan en dos grandes categorías: los 

materiales metálicos y los no metálicos. 

- Los materiales metálicos son aquellos cuya base fundamental está constituida por un 

metal, como el hierro, el cobre, el cinc, el aluminio, el plomo, el estaño y otros. 

Por su especial utilidad en el campo industrial, distinguiremos dos tipos: los materiales 

férricos, o materiales derivados del hierro, y los materiales no férricos, derivados del resto de 

los metales. 

- Los materiales no metálicos están formados por aquellos en cuya composición no 

intervienen los metales como componente básico. 

Dependiendo de su origen, distinguiremos los materiales naturales, como la seda o el 

cuarzo, lo sintéticos, como el hormigón o el vidrio, y los materiales auxiliares, en los que se 

incluyen los pulimentos, las pinturas, los lubricantes (que tanto nos gustan) y otros. 

Los materiales cumplen funciones muy distintas, dependiendo de la necesidad que se 

pretende satisfacer: la alimentación, la vivienda, el vestido y calzado, la ornamentación, la 

obtención de energía, la fabricación de herramientas, el transporte, la comunicación

Algunos ejemplos:

Aluminio:

Cobre:

oro:

titanio:

zinc:

iridio:

2.Enlace metálico.

El enlace metálico se produce cuando se unen átomos de un mismo metal, produciéndose estructuras muy compactas formando redes tridimensionales.
	Las sustancias metálicas tienen propiedades muy características, como el brillo y la conductividad eléctrica, de aquí se deduce que los electrones implicados en este tipo de enlace deben tener gran libertad de movimiento.

	Representación de red centrada en el cuerpo (Li, Na, K)

Todos los metales, excepto el mercurio (líquido a temperatura ambiente), poseen 

unas características comunes derivadas de su estructura interna, que a su vez es 

consecuencia de la particularidad propia del enlace metálico. 

Algunas de estas características son las siguientes: 

- Elevada conductividad térmica y eléctrica. 

- Considerable resistencia mecánica. 

- Gran plasticidad; es decir, considerable capacidad 

de deformación antes de la rotura. 

- Elevada maleabilidad (capacidad de laminación). 

- Carácter reciclable, ya que se pueden fundir y 

conformar de nuevo. 

3.Características físicas/químicas de los materiales metálicos.

      3.1 Físicas

• Su estado físico es sólido a excepción del mercurio que es líquido.
• Presentan un brillo característico en su superficie (brillo metálico).
• Son dúctiles (se les puede transformar en alambres) y maleables (se pueden transformar en láminas).
• Son buenos conductores del calor y la electricidad.
• Son tenaces (la mayoría de ellos se resisten a la ruptura).
• Su densidad es elevada si se compara con las de los no metales.
• Se pueden hacer aleaciones (fundir y mezclar dos o más metales).
•      A continuación se presentan una serie de elementos metálicos de la tabla periódica con sus principales características y propiedades físicas.

ejemplo:

• Cobre (Cu) propiedades y características físicas
• Metal de color rojizo, sólido. 
• Dúctil y maleable.
• Tenaz.
• Después del oro y la plata es el que conduce mejor calor y electricidad.
• Su densidad es de 8.90 g/cm³.
• Sus principales aleaciones son: latón (67% cobre y 33% zinc).  Latón blanco (más  de 50%  de zinc con cobre). Plata nueva (Cu, Zn y Ni). Constantán (Cu y Ni) y bronce (cobre y estaño).

• 3.2 Químicas

• Su molécula está formada por un átomo.
• Sus átomos  tienen 1, 2 o  3 electrones que pueden participar en un enlace químico.
• Al  ionozarse  (proceso  para  producir  iones;  átomos con  carga eléctrica) adquieren carga eléctrica positiva.

ejemplo:

•  Magnesio (Mg) propiedades químicas.
• Al quemarse se  obtiene una  llama  muy brillante (se produce óxido de magnesio).
• Arde también en presencia del vapor de agua,  óxido  de carbono, anhídrido carbónico, cloro, bromo, azufre y yodo combinándose.

4.Estructura interna de los materiales metálicos.

Los cuerpos sólidos se pueden presentar en dos estados fundamentales: 

- Cristalino. Cuando están constituidos 

por átomos perfectamente ordenados en el

espacio. En este grupo se encuentran 

englobados los metales, los materiales 

cerámicos y algunos polímeros que poseen 

regularidad suficiente. 

- Amorfo. Cuando solamente presentan 

una ordenación espacial a corta distancia. Es el 

caso de los vidrios y de los polímeros vítreos. 

La estructura espacial de un sólido cristalino 

se construye a partir de una unidad repetitiva o 

celda unidad. 

 En los vértices de estas celdas unidad se 

sitúan los átomos. La repetición de las celdas en el 

espacio da lugar a las llamadas redes cristalinas 

simples. 

También existe la posibilidad de situar 

átomos en los centros de las celdas (red cristalina 

centrada) o de las caras (red cristalina de caras 

centradas). 

5.Pureza y aleaciones.

Minerales del hierro :

El elemento químico hierro forma parte de la corteza terrestre en un porcentaje del 5 

%. Nunca se presenta en estado puro, sino combinado en forma de óxidos, hidróxidos, 

carbonatos y sulfuros. Los principales minerales de los que forma parte son la magnetita, la 

hematites roja, la siderita, la limonita y la pirita. 

. La magnetita es una mezcla de óxidos de hierro. Es de color oscuro, casi negro, y 

resulta una excelente mena de hierro, ya que posee el 60-70 % de este elemento. Sin 

embargo, es poco abundante en la naturaleza. 

. La hematites roja es óxido de hierro. Se presenta en forma de masas compactas de 

color rojo. Contiene un 40-60 % de hierro y es mucho más abundante que el mineral anterior. 

. La siderita es carbonato de hierro. Tiene color amarillento y algunos fragmentos 

presentan brillo como de vidrio. Es la mena fundamental de hierro -de ahí su nombre-, 

aunque su porcentaje de riqueza oscila en torno al 30-40 %. 

. La limonita es hidróxido de hierro. Procede de la alteración de otros minerales de 

hierro. En ocasiones se presenta en forma de masas compactas de color pardo o negruzco. 

Otras veces impregna Las arcillas y las tierras de cultivo dándoles un color amarillo 

característico. Puede aprovecharse como mena de hierro, aunque su rendimiento es escaso 

debido a su bajo contenido de este metal. 

. La pirita es sulfuro de hierro mezclado con compuestos de cobre. Es un mineral muy 

abundante en nuestro país y presenta un color amarillo característico, con brillo metálico. A 

pesar de su abundancia, apenas se utiliza como mena de hierro .

Aleaciones

 Las Aleaciones son la mezcla de un metal principal 

con otros elementos para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del metal puro. Variando la 

composición de las aleaciones se puede conseguir un rango de propiedades diferentes para un 

amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, pequeñas cantidades de Berilio en Cu metálico aumenta 

mucho la dureza y resistencia. 

El acero y otras aleaciones férreas son las más consumidas debido a la gran variedad de 

propiedades que presentan, a la facilidad en su producción y al bajo coste de fabricación. Sin 

embargo, los principales inconvenientes son (1) densidad relativamente alta, (2) conductividad 

eléctrica comparativamente baja, y (3) susceptibilidad a la corrosión en medios comunes. Por estos 

motivos se han desarrollado muchos tipos de aleaciones que abarcan una enorme gama de 

propiedades tanto físicas como químicas principalmente de resistencia a ambientes muy agresivos.

Cuando se añade un átomo extraño se pueden distinguir dos casos. Que el elemento sea 

soluble (quede dentro de la red cristalina), bien formando una disolución sólida o bien un 

compuesto. En este caso el soluto es el elemento en menor proporción y el disolvente el que está en 

mayor proporción. o Que el elemento que se añada no sea soluble sino que origina una mezcla de 

fases. Bajo el microscopio electrónico se pueden distinguir las fases fácilmente

6.Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos

Se denominan materiales férricos aquellos cuyo componente 
principal es el hierro, asociado con otras sustancias, tanto metálicas 

como no metálicas. 

Entre la gran variedad de materiales metálicos empleados por la industria, merecen 
especial atención el hierro y sus derivados, denominados genéricamente materiales férricos. 
No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la 
técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal 
susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro 
descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 
3.000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban 
adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.C. la 
técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro 
mediante tratamiento térmico. 
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del 
hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se 
clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba 

una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. 

Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de 

hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y 

cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras 

permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para 

expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido 

en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y 

un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación 

producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. 

Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro 

forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, 

con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en 

acero auténtico. 

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición 
y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla 
de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte 
superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como 
resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado 
arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El 

arrabio se refinaba después para fabricar acero. 

La producción moderna de acero emplea altos hornos que 

son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El
proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe
al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el
horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960
funcionan varios minihornos que emplean electricidad para
producir acero a partir de chatarra. Sin embargo, las grandes
instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para
producir acero a partir de mineral de hierro. 

7.Extracción, producción y reciclado de materiales metálicos.

En el proceso de extracción minera se utilizan diferentes métodos y técnicas, veamos algunos de ellos:

• Extracción de mineral a cielo abierto: se realiza cuando el yacimiento puede ser explotado en la superficie; tales son los casos de las minas de hierro en Cerro Bolívar y El Pao o las minas de bauxita en Los Pijiguaos en Guayana.
• Extracción de mineral del subsuelo: cuando se trata de excavar a cierta profundidad para extraer el rnineral, por lo general el carbón se extrae en esa forma.
• Extracción por cernido: se refiere a la búsqueda de minerales en la tierra o arena, cerniéndola y pasándola por corrientes de agua como lo hacen los mineros al buscar diamantes u otras piedras preciosas.
• Extracción por bombeo: se refiere a la remoción de grandes cantidades de arena desde el fondo de los ríos para obtener diamantes, otras piedras preciosas u oro. 

Producción

El alto horno es la construcción para efectuar la fusión y la reducción de minerales de hierro, con vistas a elaborar la fundición.

Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total.

La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque.

Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria.

La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza.

Una vez obtenido el arrabio líquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se obtienen lingotes.

8.Oxidación y corrosión.

Los materiales están expuestos continuamente a los más diversos ambientes de 
interacción material-ambiente provoca, en muchos casos, la pérdida o deterioro de las 
propiedades físicas del material. Los mecanismos de deterioro son diferentes según 
se trate de materiales metálicos, cerámicos o polímeros (plásticos). Así, en el hierro, 
en presencia de la humedad y del aire, se transforma en óxido, y si el ataque continúa 
acaba destruyéndose del todo. Desde el punto de vista económico, la corrosión 
ocasiona pérdidas muy elevadas.
En los materiales metálicos, el proceso de deterioro se llama oxidación y 
corrosión. Por otro lado, en los cerámicos las condiciones para el deterioro han de ser 
extremas, y hablaremos también de corrosión. Sin embargo, la pérdida de las 
propiedades de los materiales polímeros se denomina degradación.
En el deteriores de materiales podemos distinguir dos procesos:
1. Oxidación directa: Resulta de la combinación de los átomos metálicos con los de 
la sustancia agresiva. Ejemplos:
2 Fe + O2 2 FeO (herrumbre-óxido) (oxidación por oxígeno como causa) →
Fe + S FeS (sulfuro) (oxidación por azufre como causa) →
Esto lleva a que el metal, con el tiempo, pase de tener un estado libre 
(puro) a tener un estado combinado con otros elementos (óxidos, carbonatos, 
sulfatos,...)
En este caso, los productos de la reacción quedan adheridos a la 
superficie del metal. En algunos casos, se forman películas protectoras que los 
aislan del agente corrosivo. El caso más corriente es el ataque por oxígeno. En 
este caso, sobre el metal se forma una capa de óxido que, en algunos casos 
autoprotege al metal de una mayor oxidación. Cu, Ni, Sn, Al, Cr,... Los ambientes 
son secos.

Pero el oxígeno no es el único agente, pues también puede intervenir el 
cloro (Cl2), el azufre (S), el hidrógeno (H2), el monóxido de carbono (CO), el 
dióxido de carbono (CO2),...
En los procesos de oxidación, los metales pasan de su estado elemental a 
formar iones positivos (cationes) por pérdida de electrones.

Corrosión electroquímica o corrosión en líquidos. En este caso, el metal es 

atacado por un agente corrosivo en presencia de un un electrolito. (Un 

electrólito o electrolito es cualquier sustancia, normalmente líquida, que 

contiene iones libres, que se comportan como un medio conductor eléctrico. 

Normalmente un electrolito es una disolución, en la que el disolvente suele ser 

agua y el soluto otra sustancia). El ejemplo más conocido es el agua del mar (el 

cloruro sódico es un agente corrosivo), que actúa como electrolito.

 Los procesos de corrosión son procesos electroquímicos, ya que en la superficie 

del metal se generan “micropilas galvánicas” en las que la humedad actúa como 

electrolito. El metal actúa como ánodo (polo positivo) y, por lo tanto, se disuelve. Así, 

el electrolito actúa como medio conductor a través del cual viajan las cargas que 

abandonan los electrones del ánodo que se corroe, el metal.

Existe un tipo de corrosión de tipo electroquímico que aparece cuando se juntan 

metales diferentes o son conectados eléctricamente. Al producirse el contacto, el 

metal más electronegativo desempeña el papel de ánodo y, por tanto, sufre la 

corrosión.

Definiciones:

• a) Ánodo: Metal que cede electrones y se corroe.
• b) Cátodo: Receptor de electrones.
• c) Electrolito: Líquido que está en contacto con el ánodo y el cátodo Este líquido proporciona el medio a través del cual se asegura el desplazamiento de cargas eléctricas desde el ánodo hasta el cátodo.