Las aleaciones resistentes a la corrosión, como su nombre lo indica, son aleaciones con mayor resistencia a la corrosión. Algunos metales y aleaciones ferrosos y muchos no ferrosos se utilizan ampliamente en entornos corrosivos. En todos los casos, depende en gran medida de cierto entorno y otras condiciones. Las aleaciones resistentes a la corrosión se utilizan para tuberías de agua y muchas aplicaciones químicas e industriales. En el caso de las aleaciones ferrosas, hablamos de aceros inoxidables y, en cierta medida, de fundiciones. Pero algunas aleaciones no ferrosas resistentes a la corrosión exhiben una notable resistencia a la corrosión y, por lo tanto, pueden usarse para muchos propósitos especiales. Hay dos razones principales por las que se prefieren los materiales no ferrosos a los aceros y aceros inoxidables para muchas de estas aplicaciones. Por ejemplo, muchos de losLos metales y aleaciones no ferrosos poseen una resistencia a la corrosión mucho mayor que los aceros aleados y los grados de acero inoxidable disponibles. En segundo lugar, una alta relación resistencia-peso o una alta conductividad térmica y eléctrica pueden proporcionar una clara ventaja sobre una aleación ferrosa.
Propiedades de las aleaciones resistentes a la corrosión
Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.
Densidad de aleaciones resistentes a la corrosión
La densidad del bronce de aluminio típico es de 7,45 g/cm3 (UNS C95400).
La densidad de una superaleación típica es de 8,22 g/cm3 (Inconel 718).
La densidad de una aleación de titanio típica es de 4,51 g/cm3 (Grado 2).
La densidad de una aleación de aluminio típica es de 2,7 g/cm3 (aleación 6061).
La densidad del acero inoxidable típico es de 8,0 g/cm3 (acero 304).
La densidad se define como la masa por unidad de volumen. Es una propiedad intensiva, que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:
ρ = m / V
En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es kilogramos por metro cúbico (kg/m3). La unidad de inglés estándar es libras de masa por pie cúbico (lbm/ft3).
Dado que la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia, es obvio que la densidad de una sustancia depende en gran medida de su masa atómica y también de la densidad del número atómico (N; átomos/cm3),
- Peso atómico. La masa atómica es transportada por el núcleo atómico, que ocupa sólo alrededor de 10-12 del volumen total del átomo o menos, pero contiene toda la carga positiva y al menos el 99,95% de la masa total del átomo. Por lo tanto, está determinado por el número de masa (número de protones y neutrones).
- Densidad del número atómico. La densidad del número atómico (N; átomos/cm3), que está asociada con los radios atómicos, es el número de átomos de un tipo dado por unidad de volumen (V; cm3) del material. La densidad del número atómico (N; átomos/cm3) de un material puro que tiene un peso atómico o molecular (M; gramos/mol) y la densidad del material (⍴; gramos/cm3) se calcula fácilmente a partir de la siguiente ecuación utilizando el número de Avogadro (NA = 6,022×1023 átomos o moléculas por mol):
- Estructura cristalina. La densidad de la sustancia cristalina se ve afectada significativamente por su estructura cristalina. La estructura de FCC, junto con su relativo hexagonal (hcp), tiene el factor de empaque más eficiente (74%). Los metales que contienen estructuras de FCC incluyen austenita, aluminio, cobre, plomo, plata, oro, níquel, platino y torio.
Propiedades mecánicas de las aleaciones resistentes a la corrosión
Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia de las aleaciones resistentes a la corrosión
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La máxima resistencia a la tracción del bronce de aluminio: UNS C95400 es de aproximadamente 550 MPa.
Resistencia máxima a la tracción de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1200 MPa.
La máxima resistencia a la tracción del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 340 MPa.
La resistencia máxima a la tracción de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de aproximadamente 290 MPa.
La resistencia máxima a la tracción del acero inoxidable – tipo 304 es de 515 MPa.
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Límite de elasticidad
El límite elástico del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 250 MPa.
Límite elástico de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 1030 MPa.
El límite elástico del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 300 MPa.
El límite elástico de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de unos 240 MPa.
El límite elástico del acero inoxidable – tipo 304 es 205 MPa.
El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Módulo de Young
El módulo de Young del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 110 GPa.
Módulo de Young de la superaleación: Inconel 718 es 200 GPa.
El módulo de Young del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 105 GPa.
El módulo de Young de la aleación de aluminio 6061 es de aproximadamente 69 GPa.
El módulo de Young del acero inoxidable – tipo 304 y 304L es 193 GPa.
El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young.. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.
Dureza de las aleaciones resistentes a la corrosión
La dureza Brinell del bronce de aluminio – UNS C95400 es de aproximadamente 170 MPa.
La dureza Brinell de la superaleación: Inconel 718 depende del proceso de tratamiento térmico, pero es de aproximadamente 330 MPa.
La dureza Rockwell del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 80 HRB.
La dureza Brinell de la aleación de aluminio 6061 depende en gran medida del temple del material, pero para el temple T6 es de aproximadamente 95 MPa.
La dureza Brinell del acero inoxidable – tipo 304 es de aproximadamente 201 MPa.
La prueba de dureza Rockwell es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.
La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale ( cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.
Los metales ligeros y sus aleaciones son materiales de densidad relativamente baja y relaciones de resistencia a peso elevadas. Estos metales y aleaciones son de gran importancia en aplicaciones de ingeniería para uso en transporte terrestre, marítimo, aéreo y espacial. El magnesio, el aluminio y el titanio son metales ligeros de gran importancia comercial. Estos tres metales y sus aleaciones comprenden la mayor parte de los materiales metálicos de alta relación resistencia / peso utilizados en los sistemas industriales. El aluminio es el más versátil de estos materiales y el titanio es el más resistente a la corrosión con una resistencia muy alta, mientras que el magnesio tiene la densidad más baja. Sus densidades de 1,7 (magnesio), 2,7 (aluminio) y 4,5 g/cm3 (titanio) oscilan entre el 19 y el 56% de las densidades de los metales estructurales más antiguos, hierro (7,9 g/cm3) y cobre (8,9 g/cm3). Los metales comúnmente clasificados como metales ligeros son aquellos cuya densidad es menor que la densidad del acero (7,8 g/cm3, o 0,28 lb/in.3).
