Historia de las Aleaciones y Nuevos Metales del Siglo XX Lista de Aleaciones

Historia y Nuevas Aleaciones y Metales Del  Siglo XX

ALEACIÓN:

Es una mezcla de dos o más metales mediante fusión, que da como resultado otro que posee propiedades distintas de las de sus componentes separados.

Rara vez se emplean en la industria metales puros, salvo en los conductores de electricidad.

La aleación tiene por objeto aumentar la resistencia y dureza de los metales combinados y lograr un producto resultante más ligero y fuerte, como sucede con el duraluminio, muy empleado en la fabricación de aviones, automóviles, etc.

Los antiguos utilizaban el cobre puro para fabricar armas y utensilios; pero dicho metal era demasiado blando para emplearlo en sus espadas, lanzas o escudos.

Una de las primeras aleaciones fue el latón, mezcla de cobre y cinc.

Siguió a éste el bronce, formado por cobre y estaño.

El sueño de los alquimistas de la Edad Media —la trasmutación de una sustancia de poco valor en oro— dio origen a ciertas aleaciones obtenidas al perseguir aquel afán.

El oro y la plata se usan más en combinación con otros metales que en estado puro.

El primero de los citados suele emplearse en la proporción de nueve partes de oro por una de cobre.

Esta aleación tiene un matiz que le ha valido el nombre de oro amarillo, y se utiliza en joyería y cirugía dental.

Iguales aplicaciones tiene el denominado oro blanco, que se compone de oro con pequeñas cantidades de plata.

La cantidad relativa de oro de las joyas se expresa en quilates.

El oro puro es de 24 quilates; el que contiene 20 partes de ero y 4 de otro metal, es de 20 quilates. Por lo general, en joyería se usa el oro de 18 y de 14 quilates.

Las monedas de plata contienen 9 partes de este metal y una de cobre.

Cuando abrimos un tratado de química, solemos encontrar en primer término una tabla de los elementos químicos conocidos.

La mayoría de ellos —unos 70— son metales con los que se preparan más de 10.000 aleaciones.

La Nobleza del Acero

El acero no es otra cosa que una aleación de hierro con pequeñas cantidades de carbono.

Basta el uno por ciento de este último para aumentar cuatro veces la dureza del hierro.

Las clases de acero varían según el procedimiento de su fabricación y las proporciones de los elementos agregados. Si se añade manganeso, se acrecienta notablemente su dureza.

Conviene advertir que la presencia de azufre (metaloide que siempre contiene el hierro) perjudica la calidad del acero, por lo cual debe eliminarse de antemano.

El acero que contiene níquel es muy resistente y no se oxida.

Las herramientas fabricadas con acero que contenga tungsteno no necesitan afilarse frecuentemente, particularidad que se observa también si en su composición se ha usado molibdeno.

El acero inoxidable,

muy en boga en los cuchillos de mesa, se compone de acero, cromo y níquel.

Una aleación muy útil en la fabricación de herramientas mecánicas, de alta velocidad, para cortar metales, es la estelita, compuesta de cobalto, cromo y tungsteno.

Con igual destino se utiliza la aleación denominada carboloy, formada por tungsteno, carbono y cobalto, casi tan dura como el diamante.

Una de las aleaciones modernas de más aplicación en la construcción de aviones, buques, automóviles y trenes, es el duraluminio, formado por aluminio, cobre, manganeso y magnesio.

Aunque ligeramente más pesado que el aluminio, tiene casi la dureza del acero.

Nuevos metales y aleaciones:

En buena medida, el desarrollo de la industria ha estado estrechamente vinculado con los avances conseguidos en la tecnología de los metales.

La primera revolución industrial del mundo, que tuvo lugar en Inglaterra, comenzó cuando Abraham Darby utilizó coque para producir hierro de primera calidad en grandes cantidades (a partir de 1709).

Hacia 1850, la introducción del proceso Bessemer (bautizado en honor a su inventor, el británico sir Henry Bessemer) hizo posible la producción masiva de acero (una forma más dura y resistente de hierro por el agregado de Carbono). (Ver: Nuevas Fuentes de Energía en el Siglo XIX)

En poco tiempo, en Estados Unidos y Gran Bretaña el acero sustituyó al hierro en sectores tan diversos como las construcciones navales, las vías de ferrocarril y la ingeniería civil.

(La Torre Eiffel de París, erigida en 1889 para conmemorar el centenario de la Revolución Francesa, fue el último edificio importante del mundo construido con hierro.)

Sin embargo, el inicio de la era del acero no significó la ampliación del repertorio metalúrgico de los ingenieros; sencillamente, aumentó la eficacia de un metal antiguo.

Los últimos años del siglo XIX y los primeros del XX serían testigos de la introducción de nuevos metales y de una explosión en el número de aleaciones disponibles.

El primero de los nuevos metales importantes fue el aluminio.

Se utilizó por primera vez en la industria en los años 80 del siglo pasado, pero al principio la ventaja de su ligereza se veía contrarrestada por su blandura.

E] punto de inflexión se produjo en Alemania, en 1909, cuando se descubrió que la dureza del aluminio en aleación con pequeñas cantidades de cobre y magnesio aumentaba radicalmente con el tiempo (librado al endurecimiento espontáneo).

La aleación resultante recibió el nombre de duraluminio.

El nuevo material, que fue rápidamente adoptado por el conde alemán Ferdinand von Zeppelin para sus dirigibles, en lugar del aluminio, estaba destinado a convertirse en el principal material de construcción en la industria de la aviación.

En Gran Bretaña se desarrollaron aleaciones similares con níquel. Los sectores no relacionados con la construcción necesitaban también cantidades sustanciales de otros metales.

Así pues, la producción mundial de cinc en 1900 rondaba el medio millón de toneladas.

La mayor parte de este material se utilizaba para galvanizar y proteger de la corrosión el hierro que se empleaba en placas para los tejados o como alambre para separar parcelas en el campo.

Otros metales, como el níquel o el cromo, se empleaban para mejorar el aspecto de metales menos atractivos por el procedimiento de galvanoplastia.

Algunos metales se utilizaban por derecho propio, aunque en muy pequeñas cantidades, para fines especiales.

Las primeras bombillas eléctricas, por ejemplo, tenían filamentos incandescentes de carbono, que eran sin embargo muy quebradizos y teñían el vidrio de la bombilla por evaporación.

A fines de siglo se realizaron intentos de utilizar en cambio metales raros, como osmio, tantalio y tungsteno, pero su elevadísimo punto de fusión (el del tungsteno, por ejemplo, es de 3.380 °C), que era precisamente lo que los hacía atractivos para la producción de bombillas, dificultaba enormemente su utilización en la industria.

Sin embargo, en 1906, el norteamericano W.D. Coolidge inventó una técnica metalúrgica para la fabricación de barras de tugnsteno, que se podían reducir a alambre del calibre de un cabello.

Otro metal costoso y poco corriente, el platino, encontró nuevas aplicaciones como catalizador de una amplia gama de procesos químicos industriales.

La demanda de aceros de mayor rendimiento para herramientas de máquinas-herramientas de creciente complejidad fue atendida por primera vez en 1861, cuando el industrial británico Robert Mushet comenzó a utilizar aceros duros en aleación con metales poco corrientes, como vanadio, tungsteno y molibdeno: un gran adelanto en comparación con los aceros carbónicos empleados hasta entonces.

Pero el mayor avance fue tal vez el conseguido a fines del siglo por los norteamericanos F.W. Taylor y M. White, cuyo acero, que contenía vanadio, tungsteno y cromo, ofrecía un corte dos veces más rápido que el de Mushet.

El nuevo acero fue la sensación de la Exposición Universal de Paris de 1900.

Hasta finales del siglo XIX, el desarrollo de nuevas aleaciones era en gran medida un proceso empírico.

Se variaban las mezclas, se añadían nuevos ingredientes y se comprobaban los efectos.

También se reconocían como importantes las condiciones del proceso.

Pero en 1900, precursores como los británicos H.C. Sorby, geólogo, y WC. Roberts-Austen, experto en la producción de metales, sentaron las bases de una nueva ciencia de la metalurgia que relacionaba las propiedades de los metales con su composición y su estructura física, especialmente en el nivel microscópico, y con el tratamiento físico, como el martilleo y la exposición al calor.

Con el transcurso del siglo XX, la creciente importancia de las aleaciones tuvo repercusiones políticas.

Aunque de ciertos metales componentes se requerían cantidades muy pequeñas, resultaban de todos modos esenciales.

Surgió entonces la necesidad de asegurar su disponibilidad en todo momento, ya fuera mediante la formación de reservas o la protección militar de las fuentes. (Ver: Nuevas Fuentes de Energía en el Siglo XIX)

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También pueden obtenerse aleaciones agregando un metal a un no metal como el carbono y el silicio.

La aleación más útil de todas, el acero, es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros metales.

El hierro es débil y relativamente blando; en cambio el acero es una aleación dura y fuerte. Sólo se necesitan pequeñas cantidades de carbono para lograr esta modificación de sus propiedades.

El acero común tiene menos de 0,25% de carbono.

La resistencia y la dureza no son las únicas cualidades que agrega un metal a otro.

Un elemento de aleación puede agregarse a un metal "madre" para conferirle cantidad de otras propiedades deseables como la dureza, la durabilidad, la elasticidad y la resistencia a la corrosión.

Cuando se agrega cromo y níquel, se obtiene un acero mucho más resistente a la corrosión que el hierro dulce, que se oxida con la humedad del aire.

Se lo denomina acero inoxidable.

Por la adecuada selección de los elementos de la aleación, éstos pueden obtenerse prácticamente a medida para una determinada aplicación.

El acero inoxidable es una de las muchas aleaciones posibles de acero.

Las aleaciones se producen por mezcla de los metales fundidos. La mayoría de los metales se disuelve en alguna medida en otro.

El cobre y el níquel pueden mezclarse en cualquier proporción; otros metales sólo son parcialmente miscibles mientras otros, como el plomo y el aluminio, no pueden mezclarse.

Al enfriarse, las aleaciones suelen comportarse de manera algo diferente a los metales puros.

Los metales puros tienen un punto de solidificación (o de fusión) único.

Por encima de esa temperatura son líquidos y por debajo son sólidos. Pero el punto de fusión o de solidificación en la mayoría de las aleaciones se extiende por varios grados.

En el caso de una aleación del 50% de cobre y níquel el nivel se encuentra entre los 1312°C y los 1248°C.

Entre estas temperaturas la aleación forma una masa pastosa. Son pocas las aleaciones que se comportan en forma similar a la de los metales puros con un único grado o punto de fusión.

La aleación de estaño y plomo, con el 62% de estaño, funde a baja temperatura (sólo a 70°C) y se denomina metal de Wood.

En cada una de estas aleaciones, las proporciones de los componentes metálicos son tales que se obtiene el punto de fusión más bajo posible.

Estas aleaciones y sus temperaturas de fusión se denominan eutécticas.

ALGUNAS DE LAS IMPORTANTES ALEACIONES

Aleaciones ferrosas (principalmente hierro)Propiedades
Principales
Usos
Principales
Cantidades corrientes de los elementos que se agregan a la aleación con el hierro
Aceros aceros
especiales y inoxidables.
Aceros muy duros y fuertes y a menudo resistentes a la corrosiónSe usa para fabricar herramientas que corten, taladren o graben otros metalesCantidades corrientes de los elementos que se agregan a la aleación con el hierro
De 0,1 a 2,0 % de carbono, hasta 27 % de cromo, 20 % de tungsteno, 15 % de níquel y cantidades menores de vanadio, cobalto, molibdeno, circonio o tántalo
Aceros dúctiles
Aceros duros, fuertes y maleables; más resistentes a la corrosión que el hierro puroUsados para las construcciones de acero. Muy usados para automóviles y barcoDe 0,1 a 1,5 % de carbono y muy pequeñas cantidades de otros elementos
Hierro coladoDuro pero quebradizoSe usó mucho en los comienzos de la era industrialDe 2 a 3 % de carbono y escasa proporción de silicio y otros elementos
Aleaciones no ferrosas (poco o nada de hierro)Propiedades
Principales
Usos
Principales
Cantidades corrientes de los elementos de la aleación
Aleaciones de aluminio
Bastante dura, fuerte; aleaciones muy livianas, a menudo con buenas resistencia a la corrosión y buenas conductoras de electricidadAmpliamente usadas donde se necesita ligereza y fuerza. Utilizadas cada vez mas en conductos para calderas, carrocerías de automóvil, construcciones, equipamientos para alimentación, chapa, baterías de cocina y cables eléctricosDel 85 % al 95 % de aluminio con pequeñas cantidades de cromo, cobre, manganeso, silicio y hasta un 4 % de magnesio
Bronce al aluminio
Duro pero maleable, y resistente a la corrosión del agua de marTornillos, tuercas, conductos para barcos y laminados
77,5 % de cobre, 2 % de aluminio y 20,5 % de cinc
Bronce al manganesoMuy buena resistencia al desgasteDiscos para embrague de automóviles, válvulas y bombas58,5 % de cobre, 39 % de cinc, 1,5 % de hierro y 1,0 % de estaño
Bronce fosforado
Fuerte, bastante resistente a la corrosión y buen conductor de electricidadEquipamiento químico; escobillas para motores eléctricos85% de cobre, 13% de estaño y 0,25-2,5 de fósforo
BronceResistente a la corrosión del agua de marSuperestructura y otras partes de los
barcos
90% de cobre, 10% de estaño
Latón naval
Bastante fuerte y maleable. De atractivo color amarilloTroneras y otras partes de los barcos60 % de cobre, 39 % de cinc y 1 % de estaño
Latón rojo
Maleable, bastante resistente a la corrosiónPlomería para las casas (pero los plásticos lo reemplazan a menudo)
85 % de cobre, 15 % de cinc
Aleaciones de cobre y níquel
Duro, resistente a la corrosión y al calorEquipamientos químicos
Del 69 al 88,5 % de cobre, del 10 al 30 % de níquel, algo de hierro y de manganeso
Aleaciones de níquel y cobre
Duro, resistente a muchos ácidos y a elementos alcalinosEquipamiento químico
Alrededor del 31 % de cobre, 64 % de níquel, pequeñas cantidades de carbono, hierro, manganeso y sílice
Aleaciones de níquel y cromo
Muy resistente al calor. Buena resistencia a la corrosiónEscapes de aeroplanos, equipos alimenticios y para lechería Alrededor del 68 % de níquel, 15 % de cromo, 9 % de hierro, pequeñas cantidades de carbono, cobre, manganeso, silicio y telurio
Aleaciones de níquel y molibdeno
Extremadamente buena, resistencia al calor. Buena resistencia a la corrosiónMáquinas de aviones de chorro, misiles y hornos

Alrededor del 55 % de níquel, del 30 % de molibdeno, 5 % de cinc', 4 % de hierro, 2,5 % de cobre, algo de carbono, cromo, manganeso, silicio y plata
Aleaciones de plomo
Blanda, pero la aleación
antimonio-plomo es más
dura. Buena resistencia a
los ácidos (no se oxidan)
Techados de casas y equipamientos para ácidos. La aleación de antimonio-plomo se usa para cargar baterías.
Del 94 al 97,5 % de plomo, hasta 6 % de antimonio
PeltreAtractivo color gris
brillante
Cubiletes para bebidas y objetos de adorno91 % de plomo, 7 % de antimonio y
2 % de cobre
Metal blanco
Una aleación bastante
blanda
Cojinetes para motores92 % de estaño, 8 % de antimonio
Aleaciones de magnesio
Muy liviano, bastante
duro; poco resistente a la
corrosión
Para pequeñas piezas y partes de máquinas, donde el escaso peso es muy importanteAlrededor del 90 % de magnesio, 7 % de aluminio, 1,5 % de cinc, y un poco de manganeso
Aleaciones del titanio
(aunque se usa desde hace poco tiempo, es uno de los nueve elementos más comunes de la corteza terrestre)
Poco peso, muy fuerteAviones de chorro, misiles, maquinarias para barcos y equipamientos químicosMayoría de titanio, con hasta 13 % de vanadio, 11 % de cromo, 8 % de manganeso, 6 % de aluminio y otros metales
Aleaciones de metales noblesGeneralmente, más bien blandas y maleables. Resisten bien a la corrosión. A menudo muy resistentes al calor. Resistentes al deslustreLas aleaciones costosas se usan en joyería. Los tipos más duros de aleaciones, como elosmiridio, se usan para las puntas de las lapiceras fuentesLas aleaciones contienen platino, radio, osmio, iridio, rutenio, paladio, oro y plata

Fuente Consultada: Enciclopedia NATURCIENCIA Tomo 1


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