Introducción
La obtención y uso de metales exige comprender no solo su extracción y refinado, sino también cómo sus propiedades emergen de la estructura atómica y la microestructura. Esta guía técnica amplía conceptos clave para selección, procesamiento y control de calidad en aplicaciones industriales.
Estructura cristalina y microestructura
- Redes cristalinas (FCC, BCC, HCP) gobiernan la ductilidad y la facilidad de deslizamiento de dislocaciones.
- Microestructura: fases, tamaño de grano y distribución de precipitados definen resistencia, tenacidad y comportamiento frente a fatiga.
- Control práctico: reducir tamaño de grano aumenta resistencia (ley de Hall‑Petch); precipitados finos endurecen por dispersión.
Propiedades físicas y térmicas
- Densidad: varía desde ~2.7 g/cm³ (Al) hasta >20 g/cm³ (metales del grupo del platino); condiciona diseño estructural y coste por masa.
- Puntos de fusión: determinan procesos de fundición y soldadura; por ejemplo Al ~660 °C, Fe (acero) ~1450 °C, W > 3400 °C.
- Conductividad térmica y eléctrica: Cu y Ag son los mejores conductores; la conductividad disminuye con impurezas y temperatura.
Propiedades mecánicas y su optimización
- Ductilidad y maleabilidad permiten conformado; dureza y resistencia se ajustan por aleación y tratamientos térmicos.
- Tratamientos térmicos: recocido para ablandar y homogeneizar; temple y revenido para aumentar resistencia manteniendo tenacidad.
- Fatiga y creep: seleccionar aleaciones y tratamientos según carga cíclica y temperatura de servicio; controlar inclusiones y microdefectos.
Propiedades químicas y corrosión
- Reactividad: desde metales alcalinos altamente reactivos hasta metales nobles inertes.
- Corrosión: fenómeno electroquímico influido por pH, cloruros y microestructura; pasivación (ej. acero inoxidable) y recubrimientos son estrategias de protección.
- Selección práctica: evaluar ambiente de servicio y coste de protección frente a sustitución por aleaciones resistentes.
Aleaciones, diagramas de fases y diseño de materiales
- Aleaciones permiten combinar propiedades: latón (Cu‑Zn) para maquinabilidad, aceros (Fe‑C) para resistencia.
- Diagramas de fases son herramientas para predecir fases estables y transformaciones durante enfriamiento; T‑T‑T y C‑C‑T guían tratamientos térmicos.
- Endurecimiento por solución sólida, precipitación y trabajo en frío son mecanismos de diseño metalúrgico.
Ensayos y caracterización
- Ensayos mecánicos: tracción, dureza (Rockwell, Vickers), impacto (Charpy).
- Ensayos microestructurales: metalografía óptica, SEM, análisis de fases y tamaño de grano.
- Ensayos no destructivos: ultrasonido, radiografía y partículas magnéticas para detectar defectos internos.
Recomendaciones prácticas para ingeniería
- Definir requisitos de servicio (carga, temperatura, corrosión) antes de seleccionar material.
- Usar diagramas de fases y DoE para optimizar composición y tratamiento.
- Implementar control de calidad con ensayos mecánicos y microestructurales en producción.
- Documentar procesos: composición, ciclos térmicos y historial de tratamiento para trazabilidad.
Conclusión
La propiedad final de un metal es el resultado de su composición química y de la microestructura controlada por procesos metalúrgicos. Dominar aleación, solidificación y tratamientos térmicos permite adaptar materiales a requisitos específicos, optimizando rendimiento, coste y vida útil en aplicaciones industriales.