Metales y aleaciones

METALES
Se llama metales a los elementos químicos caracterizados por ser buenos
conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos en
temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones
electropositivos (cationes) en disolución.
La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un
solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura
electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente
calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su
peculiar brillo.
El concepto de metal se refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con
características metálicas, como el acero y el bronce.
Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y
se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En
comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía
de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más
difícil que los ganen.
En astrofísica se llama metal a todo elemento más pesado que el helio.
http://es.wikipedia.org/wiki/Metal
ALEACIONES METÁLICAS
Una aleación es una mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está
compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.
Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos: Fe (hierro), Al
(aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo). Pueden tener algunos elementos no metálicos,
como: P, C, Si, S, As. Para su fabricación se mezclan llevándolos a temperaturas
tales que sus componentes se fundan.
http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n
Propiedades
Las aleaciones presentan brillo metálico y alta conductividad eléctrica y térmica,
aunque usualmente menor que los metales puros. Las propiedades físicas y
químicas son, en general, similares a la de los metales, sin embargo las
propiedades mecánicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad y otras pueden
ser muy diferentes, de ahí el interés que despiertan estos materiales.
Las aleaciones no tienen una temperatura de fusión única, dependiendo de la
concentración, cada metal puro funde a una temperatura, coexistiendo
simultáneamente la fase líquida y fase sólida como se puede apreciar en
los diagramas de fase.. Hay ciertas concentraciones específicas de
d cada aleación
para las cuales la temperatura de fusión se unifica. Esa concentración y la
aleación obtenida reciben el nombre de eutéctica, y presenta un punto de fusión
más bajo que los puntos de fusión de los componentes.
DIAGRAMAS DE FASE
En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase,
fase
diagrama de equilibrio de fases o diagrama de estados de la materia,
materia a la
representación gráfica
a de las fronteras entre diferentes estados de la materia de
un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo.
Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados
de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.
Los diagramas de equilibrio
quilibrio son gráficas que representan las fases y estado en
que pueden estar diferentes concentraciones de materiales que forma una
aleación a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura
por encima de la cual un material está en fase
fase líquida hasta la temperatura
ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido.
Diferentes diagramas de equilibrio
Existen diferentes diagramas de equilibrio según los materiales sean totalmente
solubles en estado sólido y líquido o sean miscibles a que sean insolubles.
También pueden darse casos particulares. Dos metales (A, B) a temperaturas
superiores a sus respectivos puntos de fusión (TA, TB) se encuentran en estado
líquido pudiéndose disolver y conformar así una fase única líquida.
líquida Esto quiere
decir que no podemos establecer diferencias de comportamiento u observación
entre las distintas partes del líquido y que los metales en las proporciones
mezcladas tienen la propiedad de miscibilidad. Si la mezcla líquida, XA + XB, la
sometemoss a un proceso de solidificación, mediante enfriamiento, llegamos a
obtener el producto que se denomina aleación de los metales A y B.
Es conocido que las aleaciones mejoran las características de los metales puros.
Realmente debería decirse que introducen variables que diferencian el
comportamiento de los metales puros que las componen, porque en algunas
circunstancias pueden perjudicar sus propiedades. Obviamente, conformar una
aleación es uno de los medios más primitivos que la ingeniería ha dispuesto para
pa
actuar sobre las propiedades de los metales puros, incluso históricamente la
aleación es predecesora como lo justifica el bronce, Edad del bronce.
bronce
Cuando la aleación es completamente miscible a estado sólido se tiene gráficas
como la siguiente:
Cuando la inmiscibilidad
lidad es total:
Eutéctico es una mezcla de dos componentes con punto de fusión (solidificación)
o punto de vaporización (licuefacción) mínimo, inferior al correspondiente a cada
uno de los compuestos en estado puro. Esto ocurre en mezclas que poseen alta
estabilidad en estado líquido, cuyos componentes son insolubles en estado sólido.
La solidificación comienza formándose un primer núcleo del componente A, y a
continuación otro núcleo de metal B. Este proceso se repite continuamente, de
manera que las dos fases A y B se disponen en forma de láminas entremezcladas.
No forman una estructura uniforme como sería el caso de sustancias con
solubilidad total en estado sólido.
Cuando la inmiscibilidad es parcial:
Líquido: miscibilidad total
Sólido= miscibilidad parcial
En este caso tenemos dos fases de soluciones sólidas de miscibilidad parcial, la
solución α que es B disuelto en A y la solución β que es A disuelto en B.
Regla de la palanca
Se traza una isoterma para definir el porcentaje en peso de cada elemento,
representada en la imagen por el segmento L α para cada temperatura T.
Esta línea
nea se traza horizontalmente desde la temperatura de composición de una
fase
ase hasta la otra (en este caso desde el líquido L al sólido α).
). El porcentaje en
peso del elemento B en el líquido viene dado por wl y en el sólido por ws. El
porcentaje de sólido y líquido puede ser calculado usando las siguientes
ecuaciones, que constituyen la regla de la palanca:
segmento T L
% peso de la fase sólida:: = ------------------segmento L α
segmento α T
% peso de la fase líquida:
líquida = ------------------segmento L α
Cantidad % de A y B presente en el sólido a la Tn se obtiene trazando la línea
vertical desde αn a la concentración correspondiente.
correspondiente
Cantidad % de A y B presente en el líquido a la Tn se obtiene trazando la línea
vertical desde Ln a la concentración correspondiente.
correspondiente
Peritéctico
La reacción peritéctica es aquella que se da en algunas aleaciones donde en el
curso de la solidificación se está formando cristales de una fase determinada
(ejemplo α), y al solidificar completamente tanto el líquido L y la fase α pasan a
una fase totalmente diferente β.
Cambios de estado alotrópicos:
Algunos metales tienen la característica de que cambian de red de
cristalización dependiendo de la temperatura a que se encuentren,
entonces se dice que el metal es politrópico, y a cada uno de los
sistemas en que cristaliza el metal se le llaman estados alotrópicos.
En el hierro puro se distinguen cuatro estados alotrópicos:
Uno de los diagramas de equilibrio más clásico es el de los aceros que tiene
particularidades y donde afecta claramente la concentración y las diferentes
cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado sólido y a
diferentes temperaturas.
En los casos de alotropía se tienen como puntos característicos el “eutectóide ξ” y
el “peritectóide ρ”
En el caso de las aleaciones hierro – carbono (FeC) se tienen tres puntos
característicos, un peritéctico a 1.493 ºC y 0,16 % de C, un eutéctico a 1.147 ºC y
4,3 % de C, y un eutectóide a 723 ºC y 0,8 % de C.