metal

metal Metall

 

 


  1. Estructura
  2. Procesos térmicos
  3. Propiedades y clasificación
  4. Aleaciones
  5. Conceptos relacionados

Categoría 'Metal'


De la obtención y tratamiento de los metales se encarga la metalurgia (‘Metallurgie’ o ‘Hüttenwesen’). Los metales se obtienen de las menas (‘Erz’) o minerales que se extraen de las minas. La mena, p. ej., del aluminio es la ‘bauxita’ (‘Bauxit’) y la del hierro, la magnetita (‘Magnetit’), la hematites (‘Hämatit’), la limonita (‘Limonit’) y la siderita (‘Siderit’)*. Las menas no se extraen en estado puro de las minas sino que están mezcladas con otros componentes —la ganga (‘Gangart’)—, que, al no ser útiles para el proceso metalúrgico, deben ser separadas antes de proseguir su tratamiento.

1. Estructura de los metales

Los materiales, como los metales, están compuestos por átomos. Los átomos de los metales se agrupan en el espacio con una separación regular y simétrica que se denomina cristal (‘Kristall’). La agrupación más elemental de los átomos de metal constituye una celda unitaria (‘Elementarzelle’), la reunión de varias celdas forma una red o estructura cristalina (‘Kristallgitter’). Los átomos de los metales tienen en su corteza exterior (‘äußerste Schale’) electrones libres que forman un gas de electrones (‘Elektronengas’). Este gas es el responsable de algunas de las propiedades de los metales, p. ej., su brillo característico.

Observada al microscopio, la superficie de un metal está compuesta por una gran cantidad de granos (‘Korn’) — constituidos, a su vez, por un gran número de átomos de estructura cristalina — delimitados entre sí por límites o fronteras (‘Korngrenze’). El conjunto de granos forma la llamada microestructura (‘Gefüge’) de un metal, de cuyo estudio se encarga la metalografía (‘Metallografie’).

Las celdas de los átomos de los metales tienen forma cúbica. Según la disposición de sus átomos se distinguen varios tipos de celdas:

 

Defectos de la estructura

A pesar de su gran regularidad, las estructuras de los cristales no son siempre perfectas sino que presentan defectos o imperfecciones (‘Fehler’). Las más comunes son:

 

  • Defectos lineales (‚Linienfehler‘, ‚Liniendefekt‘, ‚eindimensionaler Gitterbaufehler‘), de los que cabe mencionar
    • las dislocaciones (‚Versetzung‘), que pueden ser en cuña o arista (‚Stufenversetzung‘), helicoidales o de tornillo (‚Schraubenversetzung‘) o mixtas (‚gemischte Versetzung‘).

 

Las imperfecciones se producen al formarse los granos cuando el metal se solidifica, se recristaliza o se deforma plásticamente.

2. Procesos térmicos

Los procesos térmicos se utilizan para provocar cambios en la estructura y, en consecuencia, en las propiedades de los metales. En metalurgia se utilizan básicamente los procesos térmicos siguientes:

  • Difusión (‘Diffusion’). Los átomos de la estructura cristalina de un metal no están nunca totalmente inmóviles, sino que efectúan unas oscilaciones o vibraciones (‘Schwingung’) en torno a sus posiciones de equilibrio (‘Gleichgewichtslage’) que se aceleran al aumentar la temperatura y provocan el desplazamiento de los átomos. A este movimiento de los átomos en estado sólido se le conoce como difusión. Existen varios tipos de difusión:
  • Autodifusión (‘Selbstdiffusion’)
  • Difusión de solutos o impurezas (‘Fremddiffusion’)
  • Recuperación (‘Erholung’) y recristalización (‘Rekristallisation’), después de los cuales puede producirse un crecimiento de grano (‘Kornvergrößerung’).
  • Fluencia o ‘creep’ (‘Kriechen’), que se divide en fluencia primaria (‘primäres Kriechen’, ‘Übergangskriechen’), fluencia secundaria o estacionaria (‘sekundäres Kriechen’ o ‘stationäres Kriechen’) y fluencia terciaria (‘tertiäres Kriechen’).
  • Sinterización (‘Sintern’)

 

3. Propiedades y clasificación

Las propiedades de los metales son:

  • Brillo metálico (‘metallischer Glanz’)
  • Conductividad (‘Leitfähigkeit’), tanto eléctrica (‘elektrische Leitfähigkeit’) como térmica (‘Wärmeleitfähigkeit’)
  • Densidad (‘Dichte’)
  • Ductilidad (‘plastische Verformbarkeit’)
  • Temperatura de fusión (‘Schmelztemperatur’)

 

Por otra parte, también son

  • Corrosivos (‘korrossionsanfällig’) y
  • pesados (‘schwer’)

 

En función de su densidad, se diferencian entre metales ligeros (‘Leichtmetall’) y metales pesados (‘Schwermetall’). Según su punto de fusión (‘Schmelzpunkt’), en metales con punto de fusión bajo (‘niedrigschmelzend’), alto (‘hochschmelzend’) y muy alto (höchstschmelzend’). Atendiendo a su reacción química con otros compuestos, en metales nobles (‘Edelmetall’) y metales comunes (‘unedles Metall’). Otra clasificación se establece entre el hierro y las aleaciones metálicas en las que el hierro es el principal elemento y el resto. A los primeros se les denomina metales férricos o ferrosos (‘Eisenmetall’) y a los segundos, metales no férricos o no ferrosos (‘Nichteisenmetall’).


4. Aleaciones ('Legierung')

Las aleaciones son materiales con propiedades básicamente metálicas resultantes de la adición de una sustancia (metálica o no metálica) a un metal. Las aleaciones se producen en estado líquido ya que es en este estado en el que la mayoría de metales se disuelven entre ellos. 

El incremento de la temperatura de un metal hasta su temperatura de fusión (‘Schmelztemperatur’) provoca que las vibraciones u oscilaciones de los átomos sean tan intensas que sus enlaces (‘Bindungskraft’) entre ellos se deshagan y el metal, en consecuencia, se funda.

El proceso de solidificación se divide en el de nucleación o formación de gérmenes cristalinos (‘Kristallkeimbildung’ ‘o ‘Nukleation) y en el de cristalización o desarrollo de los cristales (‘Kristallwachstum’). La nucleación puede ser homogénea (‘Eigenkeimbildung’), si los núcleos se forman a partir de los propios constituyentes del fundido (‘Schmelze’), o heterogénea (‘Fremdkeimbildung ‘o ‘heterogene Keimbildung’), si estos se forman con partículas de composición diferente a la del fundido.

Los componentes de las aleaciones se mezclan en estado sólido y forman cristales mixtos (‘Mischkristall’). En un cristal mixto los átomos del soluto (‘gelöster Stoff’) pasan a formar parte de la estructura cristalina del disolvente (‘lösender Stoff’). Si en este proceso los átomos del soluto ocupan espacios regulares del disolvente, se forman entonces cristales por sustitución (‘Austauschmischkristall’ o ‘Substitutionsmischkristall’). Si, en cambio, los átomos se sitúan en los intersticios de los átomos del disolvente, entonces surgen cristales mixtos por inserción (‘Einlagerungsmischkristall’).

Si en lugar de formarse cristales mixtos se forman cristales diferentes, entonces aparecen mezclas de cristales (‘Kristallgemisch’). Otra de las posibilidades es que los cristales se enlacen entre ellos y formen enlaces intermetálicos ('intermetallische Verbindung') con una estructura cristalina diferente a la del disolvente.

La influencia de la temperatura y de la composición química en las fases de los materiales se muestra mediante diagramas de fases o diagramas de estados de la materia (‘Zustandsdiagramm’).

4.1 Tipos

Aleaciones férricas (‘Eisenlegierung’). Son aleaciones de hierro y carbono:

 

Aleaciones no férricas ('Nichteisenlegierung')

  • bronce (‘Bronze’): cobre (‘Kupfer’) + estaño (‘Zinn’)
  • latón (‘Messing’): cobre (‘Kupfer’) + zinc (‘Zink’)

 

4.2 Estructura

Al alearse el carbono con el hierro se generan unos cristales mixtos que en metalografía reciben diversas denominaciones:

ferrita (‘Ferrit’), en sus variantes ferrita α (‘α-Ferrit’) y ferrita δ (‘δ-Ferrit’), cuando los átomos de carbono se insertan en estructuras cristalinas cúbicas centradas en el cuerpo como las del hierro α y el hierro δ, y

austenita (‘Austenit’), al insertarse los átomos de carbono en estructuras cristalinas cúbicas centradas en las caras como las del hierro γ.

Al perderse con el enfriamiento la solubilidad del carbono, este produce con el hierro un carburo de hierro (‘Eisencarbid’) –Fe3C- que en metalografía se denomina cementita (‘Zementit’). El carbono puede aparecer también en determinadas condiciones no como carburo, sino de forma libre como grafito (‘Graphit’).

El proceso de solidificación y de enfriamiento del fundente compuesto por hierro y carbono genera también mezclas de cristales. La de austenita y cementita recibe el nombre de ledeburita (‘Ledeburit’) y la de cementita y ferrita, perlita (‘Perlit’).

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Bibliografía consultada

Puntos 1 y 2 

Punto 4

  • Werkstofftechnik Maschinenbau, Läpple, Drube, Wittke, Kammer — Europa Lehrmittel
  • Werkstofftechnik, W.W. Seidel y F. Hahn — Hanser Verlag

Versión: enero de 2015 —  Bibuch SL® - Todos los derechos reservados.

 

 

Conceptos relacionados

variantes:
metal férrico, metal ligero, metal no férreo, metal noble, metal pesado, no metal, semimetal
elementos
pieza moldeada de metal
máquinas:
detector de metales, inyectora de material en polvo, prensa para metal
materiales auxiliares_
adhesivo para metales
procesos:
Metal Injection Moulding
acciones:
metalizado, obtención de metal
constituyentes
austenita, cementita, cristal, cristalita, ferrita, grano, ledeburita, martensita, microestructura, perlita
propiedades
colabilidad, conductividad, conformabilidad, dureza, plasticidad, resistencia, resistencia a la tracción
conceptos afines
ciencia de los metales, metalografía, metalurgia
soportes de impresión
papel metalizado
envases o recipientes:
envase de metal
componentes de embalaje:
esquinera de protección de metal
materiales de embalaje:
lámina metalizada
recubrimientos
imprimación para metales, pintura para metales, tinta metalizada