📌1.3Aleaciones Ferrosas
Las aleaciones ferrosas son todas aquellas que contienen al hierro como elemento principal. En las aleaciones ferrosas tenemos cristales de hierro que definen materiales metálicos con infinidad de propiedades mecánicas. Cuando se trata de átomos de carbono, hablamos de los aceros.
📸Figura 3.1: Diagrama Hierro-Carbono
Este diagrama muestra cómo varían las fases del acero y del hierro fundido según el contenido de carbono y la temperatura.
Características de las aleaciones ferrosas.
Resistentes a la corrosión
Presentan porcentajes de carbono que oscilan entre 0.2% a 2%. Sin embargo, algunas aleaciones, tales como las fundiciones grises o blancas, albergan todavía más carbono (2.5-4%).
Muchas aleaciones ferrosas exhiben propiedades magnéticas.
Presentan coloraciones grisáceas o plateadas.
Tipos de aleaciones Ferrosas:
Hierro-carbono
Las aleaciones hierro-carbono son el corazón de las aleaciones ferrosas, pues constituyen varios tipos de aceros (dulces, medios, altos en carbono, inoxidables). Además de los aceros, estas mezclas abarcan las fundiciones grises y blancas, las cuales son todavía más ricas en carbono, y presentan propiedades mecánicas diferentes a las de los aceros.
Hierro-metal
Las aleaciones hierro-metal son aquellas que se obtienen cuando se mezclan el hierro con otros metales. Entre ellos podemos mencionar: cobre, níquel, niobio, vanadio, manganeso, cromo, molibdeno, aluminio, magnesio, tungsteno, titanio y uranio. Cada una de estas aleaciones tendrá composiciones oscilantes expresadas en porcentajes.
Hierro-no metal
El hierro no solo se alea con el carbono. También puede formar aleaciones con otros elementos no metálicos, tales como el silicio (Fe-Si), fósforo (Fe-P), nitrógeno (Fe-N) y boro (Fe-B). Al igual que como sucede con las aleaciones hierro-metal, estas pueden adicionarse a los aceros para dotarlas de propiedades o características específicas.
Aceros
Acero común: El acero común, también conocido como acero al carbono, es una aleación de hierro y carbono con una pequeña cantidad de otros elementos como manganeso, silicio y azufre. Este es el más utilizado en diversas industrias debido a su abundancia y coste relativamente bajo. Sus principales características físicas y mecánicas son: Ductilidad: es bastante dúctil, lo que significa que se puede estirar sin romperse. Tenacidad: resiste golpes y choques sin fracturarse. Maleabilidad: puede ser moldeado y trabajado fácilmente. Resistencia a la tracción: tiene una buena capacidad para soportar fuerzas de estiramiento, aunque no es tan alto como en los especiales. Soldabilidad: es fácil de soldar, lo que lo hace ideal para la construcción y la fabricación de estructuras. Acero especial. El acero especial va más allá al incorporar elementos de aleación como níquel, cromo, molibdeno y vanadio. Y, por tanto, estas adiciones modifican considerablemente las propiedades. Resistencia y durabilidad: los comunes tienen una menor resistencia a la corrosión, altas temperaturas y abrasión, esto se debe a los elementos de aleación adicionales de los especiales. Flexibilidad y maleabilidad: aunque ambos tipos son maleables, los comunes son generalmente más fáciles de trabajar debido a su menor contenido de elementos de aleación. Ductilidad: los especiales pueden tener mayor o menor ductilidad según su composición específica, permitiendo aplicaciones en entornos más extremos. De esta comparativa deducimos que mientras uno es más económico y versátil para aplicaciones generales donde las propiedades mecánicas superiores no son necesarias, el otro destaca en situaciones donde la dureza y resistencia a factores ambientales adversos son críticos.
Tipos de aceros:
✔️ Aceros al carbono: Usados en construcción.
✔️ Aceros aleados: son una mezcla de diferentes metales, como el níquel, el cobre y el aluminio,ofrece alta resistencia y tenacidad, para rodamientos de alta resistencia.
✔️ Aceros inoxidables: Resiste la corrosión (tienen cromo y níquel).
✔️ Aceros de herramientas: Muy duros, usados en maquinaria.
📸Figura 3.2: Tipos de aceros
Clasificación (SAE, AISI, ASTM)
📌 SAE (Society of Automotive Engineers): Usa números para clasificar aceros.
📌 AISI (Instituto Americano del Hierro y el Acero): Similar a SAE, pero con más detalles.
📌 ASTM (Sociedad Americana de Pruebas y Materiales): Se enfoca en estándares de calidad.
📸Figura 3.3: Logotipos de las normativas
Fundiciones
Las fundiciones son aleaciones de hierro con más de un 2% de carbono, utilizadas en tuberías, motores y estructuras.
La fundición es un proceso industrial que consiste en la fabricación de piezas metálicas a partir de la fusión de metales en estado líquido y su posterior solidificación en moldes previamente diseñados. Proceso de fundición El proceso de fundición consta de varias etapas fundamentales. En primer lugar, se selecciona el metal adecuado y se funde en un horno a altas temperaturas hasta alcanzar su punto de fusión. Una vez que el metal se encuentra en estado líquido, se vierte en un molde previamente preparado, que puede ser de arena, cerámica, yeso u otros materiales. Una vez que el metal se ha solidificado en el molde, se procede a la extracción de la pieza fundida, que puede requerir de operaciones de desmoldeo, corte y limpieza para eliminar los residuos y defectos superficiales. Finalmente, la pieza fundida se somete a tratamientos térmicos y mecánicos para mejorar sus propiedades físicas y dimensionales.
Tratamientos térmicos 🔥
Los tratamientos térmicos en metales son procesos controlados que implican cambios de temperatura para alterar las propiedades físicas y mecánicas de un material metálico. Estos tratamientos se aplican mediante calentamientos y enfriamientos controlados, ajustando la intensidad, velocidad y medios de enfriamiento, con el objetivo de mejorar la dureza, resistencia, elasticidad, ductilidad y otras características del metal según las necesidades específicas de la aplicación.
Tipos de Tratamientos Térmicos 🔥
Los tratamientos térmicos en metales son procesos controlados que implican cambios de temperatura para alterar las propiedades físicas y mecánicas de un material metálico. Estos tratamientos se aplican mediante calentamientos y enfriamientos controlados, ajustando la intensidad, velocidad y medios de enfriamiento, con el objetivo de mejorar la dureza, resistencia, elasticidad, ductilidad y otras características del metal según las necesidades específicas de la aplicación.
Tipos de Tratamientos Térmicos.
Normalizado: Aquí la intención principal es que el acero regrese a un estado normal, liberando de tensiones internas que pudiese tener después de haber pasado por otros procesos en caliente o en frío.
Recocido: En este proceso, se busca ablandar al acero, de este modo se podrá manipular de una mejor manera, además de incrementar sus propiedades mecánicas y eléctricas.
Temple: El tratamiento térmico temple permite incrementar la fuerza del acero, durante este proceso se calienta la pieza en altas temperaturas y posteriormente se enfría de manera inmediata para obtener una mayor fuerza.
Revenido: El revenido es un proceso complementario al del temple, pues solo se realiza en materiales previamente templados y con este proceso se busca mejorar la tenacidad y resiliencia del acero. Durante este trabajo, el acero se calienta a altas temperaturas para posteriormente dejarlo enfriar en agua o en aceite.
Cementación: Logra endurecer la capa exterior del acero, lo que permite que el carbono penetre en el interior del mismo. El objetivo principal de este tratamiento es conseguir una mayor resistencia en la primera capa de la pieza.
Bonificado: Durante este tratamiento, se logra darle al material que se está trabajando una mejor resistencia y tenacidad, sin embargo, a diferencia de los otros tratamientos térmicos para el acero, este metal podría adquirir una mayor elasticidad.
Recocido: Finalmente, el objetivo de este procedimiento es lograr que el acero gane una mayor flexibilidad a costa de perder dureza. De esta forma, el material puede ser mecanizado, curado o reparado de mejor manera.
- El temple: Su objetivo es aumentar la dureza y la resistencia del acero, esto se consigue elevando la presencia de los constituyentes martensíticos en el acero.
- El revenido: se realiza después de un tratamiento de temple; esto con la finalidad de reducir las tensiones internas producidas por el temple. El aumento de dureza y resistencia obtenida con el temple, trae consigo que el metal adquiera una mayor fragilidad.
- El recocido: se realiza para ablandar el acero, básicamente consiste en elevar la temperatura del metal hasta superar la temperatura de temple, seguidamente se mantiene por un tiempo controlado a una temperatura constante.
📸Figura 3.6: Diagrama TTT 
- Templabilidad y Ensayo Jominy: Mide la dureza del acero después de un tratamiento térmico.
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