¿Te has preguntado cómo se crean los materiales que hacen posible rascacielos, aviones y hasta dispositivos electrónicos? Las aleaciones, combinaciones precisas de metales y otros elementos, son necesarias en múltiples industrias. Hoy conocerás con detalle el proceso de fabricación de aleaciones a manos de expertos.
¿Cuál es el propósito de las aleaciones?
El propósito es claro: mejorar propiedades como la dureza, resistencia, maleabilidad o resistencia al calor, adaptándolas a necesidades necesarias del uso que se le quiera dar.
El proceso de fabricación de aleaciones
El desarrollo de una aleación implica una serie de pasos técnicos precisos y controlados:
1. Selección y preparación de materiales
El primer paso es elegir el metal base y los elementos de aleación según las propiedades buscadas. Esto incluye:
- Metal base: Constituye entre el 90% y el 99% de la aleación, los principales metales bases que se suelen utilizar son:
| Metal Base | Número Atómico | Símbolo |
|---|---|---|
| Aluminio | 13 | Al |
| Hierro | 26 | Fe |
| Cobre | 29 | Cu |
| Níquel | 28 | Ni |
| Titanio | 22 | Ti |
| Zinc | 30 | Zn |
| Magnesio | 12 | Mg |
| Plomo | 82 | Pb |
| Oro | 79 | Au |
| Plata | 47 | Ag |
| Estaño | 50 | Sn |
- Elementos de aleación: Añaden características específicas. Algunos ejemplos:
| Elemento de Aleación | Número Atómico | Símbolo | Características Principales |
|---|---|---|---|
| Carbono | 6 | C | Mejora la dureza y resistencia en aleaciones de hierro (acero). |
| Cromo | 24 | Cr | Aumenta la resistencia a la corrosión y al desgaste. |
| Níquel | 28 | Ni | Mejora la ductilidad, resistencia a altas temperaturas y corrosión. |
| Molibdeno | 42 | Mo | Aumenta la dureza, resistencia al calor y estabilidad química. |
| Vanadio | 23 | V | Mejora la resistencia a la fatiga y el endurecimiento. |
| Silicio | 14 | Si | Aumenta la resistencia a la oxidación y reduce el peso. |
| Manganeso | 25 | Mn | Mejora la dureza y la resistencia al impacto. |
| Cobalto | 27 | Co | Proporciona estabilidad térmica y resistencia al desgaste. |
| Tungsteno | 74 | W | Incrementa la resistencia al calor y al desgaste. |
| Zirconio | 40 | Zr | Mejora la resistencia a la corrosión y la tenacidad. |
| Boro | 5 | B | Aumenta la dureza y resistencia al desgaste en pequeñas cantidades. |
| Fósforo | 15 | P | Mejora la dureza, pero puede reducir la ductilidad. |
| Azufre | 16 | S | Mejora la maquinabilidad, pero puede reducir la resistencia. |
| Titanio | 22 | Ti | Aporta ligereza, resistencia a la corrosión y alta resistencia. |
| Cobre | 29 | Cu | Mejora la conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión. |
| Magnesio | 12 | Mg | Reduce el peso y mejora la resistencia específica. |
Fórmula básica:
Si A es el porcentaje de metal base y B,C son los porcentajes de elementos de aleación, entonces:
Aleación final = A+B+C
Es necesario limpiar los materiales para eliminar impurezas y prepararlos (trituración o fundición preliminar) según el método de fabricación.
2. Fusión de los materiales
En esta etapa, los materiales se calientan en hornos especializados hasta alcanzar su punto de fusión
- Hornos de inducción: Utilizan campos magnéticos para fundir los metales rápidamente.
- Hornos eléctricos de arco: Generan calor a través de arcos eléctricos, ideales para grandes volúmenes.
Cada metal tiene un punto de fusión específico.
| Metal Base | Símbolo | Punto de Fusión (°C) |
|---|---|---|
| Aluminio | Al | 660 |
| Hierro | Fe | 1,538 |
| Cobre | Cu | 1,085 |
| Níquel | Ni | 1,455 |
| Titanio | Ti | 1,668 |
| Zinc | Zn | 419.5 |
| Magnesio | Mg | 650 |
| Plomo | Pb | 327.5 |
| Oro | Au | 1,064 |
| Plata | Ag | 961.8 |
| Estaño | Sn | 231.9 |
Si se trabaja con múltiples componentes, el proceso debe considerar sus diferentes puntos de fusión para evitar que algunos elementos se evaporen antes de mezclarse.
3. Mezcla homogénea
Cuando los materiales están en estado líquido, se mezclan para formar una solución uniforme. Este paso requiere:
- Agitación mecánica: Mantiene la mezcla homogénea.
- Protección contra oxidación: A menudo, se añade un gas protector (como argón) para evitar que el metal líquido reaccione con el oxígeno del aire.
En este punto, se asegura que los elementos se distribuyan de manera uniforme en toda la aleación. Si no se controla, pueden formarse defectos como inclusiones o burbujas.
4. Solidificación controlada
Una vez que la mezcla está lista, la aleación se enfría para solidificarse. Este paso es crítico para definir las propiedades mecánicas y estructurales.
- Enfriamiento rápido: Aumenta la dureza y reduce la ductilidad.
- Enfriamiento lento: Permite que los cristales se formen de manera ordenada, mejorando la elasticidad.
Fórmula del control de enfriamiento
La velocidad de enfriamiento (V) afecta las propiedades del material:
Tamaño del grano Tama ∝ 1/V
Donde:
- Tamaño del grano: Representa el tamaño de los cristales en el material solidificado.
- V: Velocidad de enfriamiento.
Un enfriamiento rápido genera granos pequeños (mayor dureza), mientras que uno lento produce granos grandes (mayor flexibilidad).
5. Tratamientos adicionales
La aleación solidificada puede someterse a procesos adicionales según el uso que se le vaya a dar:
- Tratamientos térmicos: Alteran la estructura interna para modificar dureza, resistencia o elasticidad.
- Moldeo y acabado: La aleación se transforma en barras, láminas u otras formas mediante laminado o forja.
- Recubrimientos: Se aplican capas protectoras para evitar la corrosión o mejorar la estética.
Métodos alternativos para fabricar aleaciones
Además de la fusión, existen métodos no convencionales:
Metalurgia de polvos
Los materiales se pulverizan, se mezclan y luego se compactan a alta presión y temperatura para formar una aleación sólida. Es ideal para componentes pequeños y precisos.
Fórmula aproximada de compactación:
Los materiales se pulverizan, se mezclan y luego se compactan a alta presión y temperatura para formar una aleación sólida. Es ideal para componentes pequeños y precisos.
D= M/V
Donde:
- D: Densidad
- M: Masa de material
- V: Volumen del material
Implantación de iones
Se disparan iones de un material hacia la superficie de otro, alterando su estructura química. Este método es común en piezas médicas o aeroespaciales.
Conclusión
El proceso de fabricación de aleaciones combina ciencia, ingeniería y precisión para transformar metales básicos en materiales clave para nuestras industrias. En Aleaciones y Fundidos HM, nos especializamos en ofrecer soluciones adaptadas a las necesidades específicas de cada cliente. Si buscas materiales de alta calidad para tus proyectos, ¡contáctanos y hablemos de cómo podemos ayudarte!
