Accions del document
1 de 2
Materials
2.1. Aliatges fèrrics
Són aliatges que tenen com a principal element present, el ferro. Són els més abundants i els que tenen major interès com a material d’aplicació industrial, tant per la seva abundància en la escorça terrestre, com per la seva versatilitat en quant a propietats, alhora que resulta relativament econòmic d’obtenir i processar. Els inconvenients d’aquest subgrup d’aliatge són la susceptibilitat a la corrosió, l’elevada densitat i pobres característiques de conductivitat.
Figura 8. Classificació dels aliatres fèrrics. Font: elaboració pròpia
Una primera classificació d’aliatges fèrrics, permet fer dos grans grups: els acers i els ferros colats.
2.1.1. Acers
Són aliatges ferro-carboni amb continguts en aquest segon element inferiors al 2 %, i amb concentracions variables d’altres elements. La designació AISI/SAE dels acers consta de quatre xifres, on les dues primeres indiquen el contingut en elements d’aliatge (per als acers al carboni són 1 i 0) i les dues últimes, la concentració de carboni (percentatge en carboni multiplicat per 100).
S’identifiquen segons el contingut en carboni o bé en funció de la seva aplicació:
Figura 9. Components d’acer. Font: capitalsteelbuildings.wordpress.com
- Acers de baix carboni (menys del 0,25 % C): Relativament tous i poc resistents, amb extraordinària ductilitat y tenacitat, ideals per a carrosseries d’automoció, bigues, etc. L’addició d’elements d’aliatge proporcionen característiques mecàniques molt diverses, millorant notablement les respostes dels acers que només tenen carboni com a element d’aliatge. Cal destacar el grup dels HSLA (High Strength Low Alloy, que és un grup d’acers molt més resistents mecànicament i a la corrosió que els acers al carboni d’aquest mateix grup. Les microestructures més habituals són ferrítiques i/o ferritoperlítiques.
- Acers de mig carboni (entre 0,25 i 0,6 % C): Poden ser tractats tèrmicament a fi de modificar la seva microestructura per guanyar duresa i resistència, en detriment de la ductilitat y la tenacitat. Especialment indicats per a la fabricació de rails de trens, engranatges i cigonyals.
- Acers d’alt carboni (entre 0,6 i 1,4 % C): Són més durs i resistents que els altres acers al carboni però menys dúctils. Són molt resistents al desgast i s’utilitzen habitualment com a eines de tall i matrius de conformat de materials. Presenten microestructures de perlita (eutectoide Fe-C).
- Acers inoxidables: aquest grup recull un conjunt d’acers molt resistents a la corrosió per l’alta concentració de crom (més d’un 12 %), que afavoreix la generació d’una capa d’òxid de crom superficial que evita progressius atacs del medi. Es classifiquen segons la microestructura, i així es troben inoxidables martensítics, inoxidables ferritics (fase alfa BCC) o inoxidables austenítics (fase gamma FCC). Els martensítics i ferrítics tenen comportament magnètic.
2.1.2. Ferros colats
Aliatges fèrrics amb continguts en carboni superiors al 2,1 %, tot i que la gran majoria, presenten entre un 3 i 4,5 % de carboni. Fonen a temperatures més baixes que els acers i es poden conformar fàcilment per fusió i emmotllament.
Figura 10. Components d’acer. Font: pmcfundiciones.com
Dins d’aquest subgrup, trobem la classificació següent:
- Ferro colat blanc: amb continguts en C entre 2 i 3,5 %, presenten continguts importants de cementita (carbur de ferro), que confereixen una gran duresa i fragilitat. Ideal per a aplicacions en què el material hagi de suportar tensions elevades sense deformar-se. Amb un tractament tèrmic, es pot convertir en ferro colat maleable, ja que la cementita es disgrega en grafit (nòduls ramificats) dins una matriu de ferrita o perlita.
- Ferro colat gris: amb continguts de C entre 2,5 i 4 %, i entre 1,0 i 3,0 % de Si, presenten làmines de grafit dins una matriu de ferrita alfa o de perlita, són fràgils i poc resistents a tracció, però són resistents i dúctils sota esforços de compressió. Són molt econòmics i poden ser tractats termicament per tal de modificar la seva microestructura i guanyar una mica de ductilitat (ferro dúctil o esferoïdal, amb el grafit en forma d’esferoids, en comptes de làmines).
a) b) c) d)
Figura 11. Micrografies de ferros colats. a) Ferro colat gris; b) Ferro colat nodular; c) Ferro colat blanc; d) Ferro colat maleable
Font: blog.utp.edu.co
2.1.3. Aliatges no fèrrics
Són formats per la combinació d’altres metalls diferents al ferro, amb la finalitat d’obtenir unes altres propietats (menor densitat, major resistència a la corrosió, etc.).
La classificació d’aliatges no fèrrics es fa en base a l’element majoritari (Fig. 12), tot i que cada gran grup pot contenir diversos subgrups.
Figura 12. Principals fonts de materials metàl·lics no fèrrics. Font: rimesa.com.ec
- Aliatges de coure: el coure pur és molt tou i dúctil i difícil de treballar. La seva resistència mecànica i a la corrosió millora per aliatge. Llautó: el zinc actua de solut. Bronze: coure amb estany, alumini, silici i níquel. Més resistents que el llautó.
- Aliatges d’alumini: destaquen per la seva baixa densitat i, en funció de la composició química, per l’excel·lent ductilitat que presenten així com baix punt de fusió.
- Aliatges de titani: Amb propietats mecàniques similars a la dels acers, els aliatges de titani, molt més lleugers, són considerats els millors materials metàl·lics, especialment pel que fa a les seves propietats específiques.
- Aliatges de magnesi: amb la densitat més baixa que la de cap altra tipus d’aliatge, es caracteritzen per exhibir unes propiestats mecàniques molt limitades y baixa ductilitat.
- Súper aliatges: combinació superlativa de propietats. Component principal pot ser cobalt, níquel o ferro, metalls refractaris (Nb, W, Ta). Turbines, reactors nuclears…
Els materials metàl·lics, per la seva combinació de propietats mecàniques, elèctriques, tèrmiques i industrials, són insubstituïbles per a gran quantitat d’elements elaborats dins els sectors següents:
Sector aeronàutic: en aquest sector una de les parts de l’avió que resulta més desafiant respecte la millora de mescles de metalls, es l’anomenada turbina a gas o turboreactor (Fig. 13).
Sector automoció: en aquest sector, els materials metàl·lics són, ara per ara, els més rellevants, ja que s’utilitzen a nombrosos components. Així, l’acer és un dels materials més abundants en l’estructura i carrosseria d’un automòbil; l’alumini s’utilitza en alguns elements de bastidor i en el bloc de motor, així com en llantes i alguns elements de carrosseria de determinats models; el platí i el paladi són especialment útils per control·lar les emissions contaminants i s’utilitzen als catalitzadors; el coure es pot localitzar al cablejat elèctric i als contactes; el zinc s’utilitza per recobrir la carrosseria (tractament anticorrossiu), etc. (Fig. 14).
Figura 13. Components d’una turbina a gas, sotmesos a condicions extremes de temperatura, esforços mecànics, entorn corrosiu, vibracions, etc.
Figura 14. Elements metàl·lics a un automòbil.
Sector elèctric: En aquest àmbit, es aplicacions més destacades dels materials metàl·lics són les de transformadors, connectors elèctrics, fils superconductors, suports de contactes elèctrics i parts d’interruptors, entre d’altres.
Sector electrònic: Sector en el qual els materials que s’utilitzen han de suportar estructuralment els components, proporcionar protecció contra els efectes mediambientals i dissipar els excessos de calor generats pels components electrònics. Els materials utilitzats han de mostrar alta rigidesa, alta conductivitat tèrmica, un coeficient d’expansió tèrmica baix i una densitat molt baixa.
Sector químic: En aquests casos, els materials metàl·lics tenen aplicacions molt diverses.i es podria destacar l’ús del Magnesi, per la seva lleugeresa; el zinc per la seva utilitat com a protecció catòdica d’altres metalls; els acers inoxidables com a contenidors i recipients, etc.
2 5
