Nick Connor

Aleaciones de aluminio

El aluminio de alta pureza  es un material blando con una resistencia máxima de aproximadamente 10 MPa, lo que limita su facilidad de uso en aplicaciones industriales. El aluminio de pureza comercial (99-99,6%) se vuelve más duro y resistente debido a la presencia de impurezas, especialmente de Si y Fe. Pero cuando se alean, las aleaciones de aluminio son tratables térmicamente, lo que cambia significativamente sus propiedades mecánicas.

Las aleaciones de aluminio  se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. Las composiciones de aleación de aluminio están registradas en The Aluminum Association. Las aleaciones de aluminio se dividen en 9 familias (Al1xxx a Al9xxx). Las diferentes familias de aleaciones y los principales elementos de aleación son:

• 1xxx: sin elementos de aleación
• 2xxx: cobre
• 3xxx: manganeso
• 4xxx: silicio
• 5xxx: magnesio
• 6xxx: magnesio y silicio
• 7xxx: zinc, magnesio y cobre
• 8xxx: otros elementos que no están cubiertos por otras series

También hay dos clasificaciones principales, a saber,  aleaciones de fundición  y  aleaciones forjadas, las cuales se subdividen en las categorías tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio que contienen elementos de aleación con una solubilidad sólida limitada a temperatura ambiente y con una fuerte dependencia de la solubilidad del sólido con la temperatura (por ejemplo, Cu) pueden reforzarse mediante un tratamiento térmico adecuado (endurecimiento por precipitación). La resistencia de las aleaciones comerciales de Al tratadas térmicamente supera los 550 MPa.

Las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio dependen en gran medida de su composición de fase y microestructura. Se puede lograr una alta resistencia, entre otras cosas, mediante la introducción de una fracción de gran volumen de partículas finas de segunda fase distribuidas homogéneamente   y mediante un refinamiento del tamaño de grano. En general, las aleaciones de aluminio se caracterizan por una densidad relativamente baja (2,7 g/cm³ en comparación con 7,9 g/cm³ para acero), alta conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión en algunos entornos comunes, incluida la atmósfera ambiental. La principal limitación del aluminio es su baja temperatura de fusión (660°C), que restringe la temperatura máxima a la que se puede utilizar. Para la producción general, las aleaciones de las series 5000 y 6000 proporcionan una resistencia adecuada combinada con una buena resistencia a la corrosión, alta tenacidad y facilidad de soldadura.

El aluminio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, automotrices, arquitectónicas, litográficas, de embalaje, eléctricas y electrónicas. Es el principal material de construcción para la  industria aeronáutica a lo  largo de la mayor parte de su historia. Aproximadamente el 70% de las estructuras de las aeronaves civiles comerciales están hechas de aleaciones de aluminio, y sin el aluminio la aviación civil no sería económicamente viable. La industria automotriz ahora incluye el aluminio como piezas de fundición de motores, ruedas, radiadores y, cada vez más, como partes de la carrocería. El aluminio 6111 y la aleación de aluminio 2008 se utilizan ampliamente para paneles externos de carrocería de automóviles. Los bloques de cilindros y los cárteres suelen estar hechos de aleaciones de aluminio.

Aleaciones de magnesio

El magnesio puro es un sólido gris brillante que tiene un gran parecido físico con los otros cinco elementos de la segunda columna (grupo 2,o metales alcalinotérreos) de la tabla periódica.

Las aleaciones de magnesio  son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su  densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el  punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como  aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Debemos agregar que el magnesio puro es  altamente inflamable, especialmente cuando se pulveriza o se raspa en tiras delgadas, aunque es difícil de encender en masa o a granel. Produce una luz blanca intensa, brillante cuando arde. Las temperaturas de la llama del magnesio y algunas aleaciones de magnesio pueden alcanzar los 3100°C. El magnesio quemado o fundido reacciona violentamente con el agua. Una vez encendidos, estos incendios son difíciles de extinguir, porque la combustión continúa en nitrógeno (formando nitruro de magnesio), dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono) y agua. La quema de magnesio se puede apagar usando un extintor de incendios químico seco de Clase D. Su inflamabilidad se reduce en gran medida por una pequeña cantidad de calcio en la aleación.

Usos de las aleaciones de magnesio – Aplicación

Las aleaciones de magnesio  se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones estructurales y no estructurales. Las aplicaciones estructurales incluyen equipos automotrices, industriales, de manipulación de materiales, comerciales y aeroespaciales. Las aleaciones de magnesio se utilizan para piezas que operan a altas velocidades y, por lo tanto, deben ser livianas para minimizar las fuerzas de inercia. Las aplicaciones comerciales incluyen herramientas de mano, computadoras portátiles, equipaje y escaleras, automóviles (por ejemplo, volantes y columnas, armazones de asientos, cajas de transmisión). Magnox (aleación), cuyo nombre es una abreviatura de “magnesio no oxidante”, es 99% magnesio y 1% aluminio, y se utiliza en el revestimiento de barras de combustible en reactores de energía nuclear magnox.

Propiedades de la aleación de aluminio frente a la aleación de magnesio

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 la aleación de aluminio frente a la aleación de magnesio

La densidad de una aleación de aluminio típica es de 2,7 g/cm³ (aleación 6061).

La densidad de una aleación de magnesio típica es de 1,8 g/cm³ (Elektron 21).

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 (N_A = 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 la aleación de aluminio frente a la aleación de magnesio

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 la aleación ligera de aluminio frente a la aleación de magnesio

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 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 280 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 de 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 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 145 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 superado el límite elástico, una parte 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 de la aleación de aluminio 6061 es de aproximadamente 69 GPa.

El módulo de Young de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 45 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 la aleación de aluminio frente a la aleación de magnesio

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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 70 HB.

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.

Propiedades térmicas de la aleación de aluminio frente a la aleación de magnesio

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de la aleación de aluminio frente a la aleación de magnesio

El punto de fusión de la aleación de aluminio 6061 es de alrededor de 600°C.

El punto de fusión de Elektron 21 – UNS M12310 es de alrededor de 550 – 640°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de la aleación de aluminio frente a la aleación de magnesio

La conductividad térmica de la aleación de aluminio 6061 es de 150 W/(mK).

La conductividad térmica de Elektron 21 – UNS M12310 es 116 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Hierros Fundidos

En la ingeniería de materiales,  los hierros fundidos  son una clase de aleaciones ferrosas con contenidos de carbono  superiores al 2,14% en peso. Normalmente, los hierros fundidos contienen de  2,14% en peso a 4,0% en peso de carbono  y en cualquier lugar de 0,5% en peso a 3% en peso de  silicio. Las aleaciones de hierro con menor contenido de carbono se conocen como  acero. La diferencia es que los hierros fundidos pueden aprovechar la  solidificación eutéctica  en el sistema binario hierro-carbono. El término eutéctico es griego para «fusión fácil o bien«, y el punto eutéctico representa la composición en el diagrama de fases donde   se alcanza la temperatura de fusión más baja . Para el sistema hierro-carbono el  punto eutéctico se produce a una composición de 4,26% en peso de C y una temperatura de  1148°C.

El hierro fundido , por lo tanto, tiene un punto de fusión más bajo (entre aproximadamente 1150°C y 1300°C) que el acero tradicional, lo que lo hace más fácil de fundir que los aceros estándar. Debido a su alta fluidez cuando se funde, el hierro líquido llena fácilmente moldes intrincados y puede formar formas complejas. La mayoría de las aplicaciones requieren muy poco acabado, por lo que los hierros fundidos se utilizan para una amplia variedad de piezas pequeñas y grandes. Es un material ideal para la fundición en arena en formas complejas, como colectores de escape, sin la necesidad de un mecanizado adicional extenso. Además, algunos hierros fundidos son muy frágiles y el  vaciado  es la técnica de fabricación más conveniente. Hierros fundidos se han convertido en un material de ingeniería con una amplia gama de aplicaciones y se utilizan en tuberías, máquinas y piezas de la industria automotriz, como culatas, bloques de cilindros y cajas de engranajes. Es resistente al daño por oxidación.

Tipos de hierro fundido

Los hierros fundidos  también comprenden una gran familia de diferentes tipos de hierro, dependiendo de  cómo se forme la fase rica en carbono durante la solidificación. La microestructura de los hierros fundidos se puede controlar para proporcionar productos que tengan una excelente ductilidad, buena maquinabilidad, excelente amortiguación de vibraciones, excelente resistencia al desgaste y buena conductividad térmica. Con una aleación adecuada, la  resistencia a la corrosión  de los hierros fundidos puede igualar a la de los aceros inoxidables y las aleaciones a base de níquel en muchos servicios. Para la mayoría de los hierros fundidos, el carbono existe como grafito, y tanto la microestructura como el comportamiento mecánico dependen de la composición y el tratamiento térmico. Los tipos de hierro fundido más comunes son:

• Hierro fundido gris. El hierro fundido gris es el tipo de hierro fundido más antiguo y común. La fundición gris se caracteriza por su microestructura grafítica, que provoca que las fracturas del material tengan un aspecto gris. Esto se debe a la presencia de grafito en su composición. En hierro fundido gris, el grafito se forma como escamas, adquiriendo una geometría tridimensional. El hierro fundido gris tiene menos  resistencia a la tracción  y resistencia a los golpes que el acero, pero su resistencia a la compresión es comparable al acero con bajo y medio carbono. El hierro fundido gris  tiene buena conductividad térmica y capacidad calorífica específica, por lo que se usa a menudo en utensilios de cocina y rotores de freno. El hierro fundido gris  también tiene una  excelente capacidad de amortiguación, que viene dado por el grafito porque absorbe la energía y la convierte en calor. Es deseable una gran capacidad de amortiguación para materiales utilizados en estructuras donde se inducen vibraciones no deseadas durante el funcionamiento, tales como bases de máquinas herramienta o cigüeñales. Los materiales como el latón y el acero tienen pequeñas capacidades de amortiguación que permiten que la energía de vibración se transmita a través de ellos sin atenuación.
• Hierro fundido blanco. Como se escribió, los hierros fundidos son una de las aleaciones más complejas que se utilizan en la industria. Debido al mayor contenido de carbono, la estructura del hierro fundido, a diferencia de la del  acero, presenta una fase rica en carbono. Dependiendo principalmente de la composición, la velocidad de enfriamiento y el tratamiento de la masa fundida, la fase rica en carbono puede solidificarse con la formación de uneutécticoestable (austenita-grafito) o metaestable (austenita-Fe₃C). Con un contenido de silicio más bajo (que contiene menos de 1.0% en peso de agente de grafitización de Si) y una velocidad de enfriamiento más rápida, el carbón en el hierro fundido precipita fuera de la masa fundida como la  fase metaestable de cementita, Fe₃C, en lugar de grafito. El producto de esta solidificación se conoce como  hierro fundido blanco. (también conocido como planchas refrigeradas). Los hierros fundidos blancos  son  duros ,  quebradizos e  imposibles de mecanizar, mientras que los hierros grises con grafito más blando son razonablemente fuertes y mecanizables. Una superficie de fractura de esta aleación tiene un  aspecto blanco y, por lo tanto, se denomina hierro fundido blanco. Es difícil enfriar las piezas fundidas gruesas lo suficientemente rápido como para solidificar la masa fundida como hierro fundido blanco hasta el final. Sin embargo, se puede utilizar un enfriamiento rápido para solidificar una carcasa de hierro fundido blanco, después de lo cual el resto se enfría más lentamente para formar un núcleo de hierro fundido gris. Este tipo de fundición, a veces denominada «fundición fría«, tiene una superficie exterior más dura y un núcleo interior más resistente. Hierro blanco es demasiado frágil para su uso en muchos componentes estructurales, pero con buena dureza y resistencia a la abrasión y un costo relativamente bajo, encuentra uso en aplicaciones donde la resistencia al desgaste es deseable, como en los dientes de excavadoras, impulsores y volutas de bombas de pulpa, carcasa revestimientos y barras elevadoras en molinos de bolas.
• Hierro fundido maleable. El arrabio maleable  es arrabio blanco que ha sido recocido. Mediante un tratamiento térmico de recocido, la  estructura frágil  como primer molde se transforma en la  forma maleable. Por tanto, su composición es muy similar a la del hierro fundido blanco, con cantidades ligeramente superiores de carbono y silicio. Hierro maleable contiene nódulos de grafito que no son verdaderamente esféricos como lo son en el hierro dúctil, porque se forman como resultado del tratamiento térmico en lugar de formarse durante el enfriamiento de la masa fundida. El hierro maleable se fabrica fundiendo primero un hierro blanco para que se eviten las escamas de grafito y todo el carbono no disuelto esté en forma de carburo de hierro. El hierro maleable comienza como una fundición de hierro blanco que luego se trata térmicamente durante uno o dos días a aproximadamente 950°C (.740°F) y luego se enfría durante uno o dos días. Como resultado, el carbono en el carburo de hierro se transforma en nódulos de grafito rodeados por una matriz de ferrita o perlita, dependiendo de la velocidad de enfriamiento. El proceso lento permite que la tensión superficial forme nódulos de grafito en lugar de escamas. . Hierro maleable, como hierro dúctil, posee una considerable ductilidad y tenacidad debido a su combinación de grafito nodular y matriz metálica baja en carbono. Como el hierro dúctil, el hierro maleable también exhibe alta resistencia a la corrosión, excelente maquinabilidad. El La buena capacidad de amortiguación  y la resistencia a la fatiga del hierro maleable también son útiles para un servicio prolongado en piezas sometidas a grandes esfuerzos. Hay dos tipos de hierro maleable ferrítico: corazón negro y corazón blanco. A menudo se utiliza para piezas pequeñas que requieren una buena resistencia a la tracción y la capacidad de flexionarse sin romperse (ductilidad). Las aplicaciones de los hierros fundidos maleables incluyen muchas piezas automotrices esenciales, como portadiferenciales, cajas de diferenciales, tapas de cojinetes, cajas de engranajes de dirección. Otros usos incluyen herramientas manuales, soportes, piezas de máquinas, accesorios eléctricos, accesorios de tubería, equipos agrícolas y hardware de minería.
• Hierro fundido dúctil. El hierro dúctil, también conocido como  hierro nodular  o hierro grafito esferoidal, es muy similar en composición al hierro gris, pero durante la solidificación el grafito se nuclea como  partículas esféricas  (nódulos) en el hierro dúctil, en lugar de como escamas. El hierro dúctil  no es un material único sino parte de un grupo de materiales que pueden producirse con una amplia gama de propiedades mediante el control de su microestructura. La fase de la matriz que rodea a estas partículas es perlita o ferrita, dependiendo del tratamiento térmico. Hierro dúctil es más fuerte y más resistente a los golpes que el hierro gris, por lo que, aunque es más caro debido a las aleaciones, puede ser la opción económica preferida porque una fundición más ligera puede realizar la misma función. Las aplicaciones típicas de este material incluyen válvulas, cuerpos de bombas, cigüeñales, engranajes y otros componentes automotrices y de máquinas debido a su buena maquinabilidad, resistencia a la fatiga y mayor módulo de elasticidad (en comparación con el hierro gris), y en engranajes de servicio pesado debido a su alto límite elástico y resistencia al desgaste.

Propiedades del hierro gris frente al hierro blanco frente al hierro dúctil

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 hierro gris vs hierro blanco vs hierro dúctil

La densidad del hierro fundido típico es de 7,03 g/cm³.

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 (N_A = 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 del hierro gris frente al hierro blanco frente al hierro dúctil

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 del hierro gris frente al hierro blanco frente al hierro dúctil

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 resistencia máxima a la tracción del hierro fundido gris (ASTM A48 Clase 40) es 295 MPa.

La resistencia máxima a la tracción del hierro fundido blanco martensítico (ASTM A532 Clase 1 Tipo A) es 350 MPa.

Resistencia máxima a la tracción del hierro fundido maleable – ASTM A220 es 580 MPa.

La resistencia máxima a la tracción del hierro fundido dúctil – ASTM A536 – 60-40-18 es 414 Mpa (> 60 ksi).

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 de 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.

Módulo de Young

El módulo de Young del hierro fundido gris (ASTM A48 Clase 40) es 124 GPa.

El módulo de Young del hierro fundido blanco martensítico (ASTM A532 Clase 1 Tipo A) es de 175 GPa.

El módulo de Young del hierro fundido maleable – ASTM A220 es 172 GPa.

El módulo de Young de hierro fundido dúctil – ASTM A536 – 60-40-18 es 170 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 del hierro gris vs hierro blanco vs hierro dúctil

La dureza Brinell del hierro fundido gris (ASTM A48 Clase 40) es de aproximadamente 235 MPa.

La dureza Brinell del hierro fundido gris martensítico blanco fundido (ASTM A532 Clase 1 Tipo A) es de aproximadamente 600 MPa.

La dureza Brinell del hierro fundido maleable – ASTM A220 es de aproximadamente 250 MPa.

La dureza Brinell del hierro fundido dúctil – ASTM A536 – 60-40-18 es de aproximadamente 150 – 180 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.

Propiedades térmicas del hierro gris frente al hierro blanco frente al hierro dúctil

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión del hierro gris frente al hierro blanco frente al hierro dúctil

Punto de fusión del hierro fundido gris: el acero ASTM A48 es de alrededor de 1260°C.

El punto de fusión del hierro fundido blanco martensítico (ASTM A532 Clase 1 Tipo A) es de alrededor de 1260°C.

El punto de fusión del hierro fundido maleable – ASTM A220 es de alrededor de 1260°C.

El punto de fusión del hierro fundido dúctil – ASTM A536 – acero 60-40-18 es de alrededor de 1150°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica del hierro gris frente al hierro blanco frente al hierro dúctil

La conductividad térmica del hierro fundido gris – ASTM A48 es 53 W/(mK).

La conductividad térmica del hierro fundido blanco martensítico (ASTM A532 Clase 1 Tipo A) es de 15 a 30 W/(mK).

La conductividad térmica del hierro fundido maleable es de aproximadamente 40 W/(mK).

La conductividad térmica del hierro fundido dúctil es de 36 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Aleaciones de aluminio

El aluminio de alta pureza  es un material blando con una resistencia máxima de aproximadamente 10 MPa, lo que limita su facilidad de uso en aplicaciones industriales. El aluminio de pureza comercial (99-99,6%) se vuelve más duro y resistente debido a la presencia de impurezas, especialmente de Si y Fe. Pero cuando se alean, las aleaciones de aluminio son tratables térmicamente, lo que cambia significativamente sus propiedades mecánicas.

Las aleaciones de aluminio  se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. Las composiciones de aleación de aluminio están registradas en The Aluminum Association. Las aleaciones de aluminio se dividen en 9 familias (Al1xxx a Al9xxx). Las diferentes familias de aleaciones y los principales elementos de aleación son:

• 1xxx: sin elementos de aleación
• 2xxx: cobre
• 3xxx: manganeso
• 4xxx: silicio
• 5xxx: magnesio
• 6xxx: magnesio y silicio
• 7xxx: zinc, magnesio y cobre
• 8xxx: otros elementos que no están cubiertos por otras series

También hay dos clasificaciones principales, a saber,  aleaciones de fundición  y  aleaciones forjadas, las cuales se subdividen en las categorías tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio que contienen elementos de aleación con una solubilidad sólida limitada a temperatura ambiente y con una fuerte dependencia de la solubilidad del sólido con la temperatura (por ejemplo, Cu) pueden reforzarse mediante un tratamiento térmico adecuado ( endurecimiento por precipitación ). La resistencia de las aleaciones comerciales de Al tratadas térmicamente supera los 550 MPa.

Las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio dependen en gran medida de su composición de fase y microestructura. Se puede lograr una alta resistencia, entre otras cosas, mediante la introducción de una fracción de gran volumen de partículas finas de segunda fase distribuidas homogéneamente   y mediante un refinamiento del tamaño de grano. En general, las aleaciones de aluminio se caracterizan por una densidad relativamente baja (2,7 g/cm³  en comparación con 7,9 g/cm³ para acero), alta conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión en algunos entornos comunes, incluida la atmósfera ambiental. La principal limitación del aluminio es su baja temperatura de fusión (660°C), que restringe la temperatura máxima a la que se puede utilizar. Para la producción general, las aleaciones de las series 5000 y 6000 proporcionan una resistencia adecuada combinada con una buena resistencia a la corrosión, alta tenacidad y facilidad de soldadura.

El aluminio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, automotrices, arquitectónicas, litográficas, de embalaje, eléctricas y electrónicas. Es el principal material de construcción para la  industria aeronáutica a lo  largo de la mayor parte de su historia. Aproximadamente el 70% de las estructuras de las aeronaves civiles comerciales están hechas de aleaciones de aluminio, y sin el aluminio la aviación civil no sería económicamente viable. La industria automotriz ahora incluye el aluminio como piezas de fundición de motores, ruedas, radiadores y, cada vez más, como partes de la carrocería. El aluminio 6111 y la aleación de aluminio 2008 se utilizan ampliamente para paneles externos de carrocería de automóviles. Los bloques de cilindros y los cárteres suelen estar hechos de aleaciones de aluminio.

Propiedades de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de zinc

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 las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de zinc

La densidad de una aleación de aluminio típica es de 2,7 g/cm³ (aleación 6061).

Densidad de la aleación de  zinc – Zamak 3  es 6,6 g/cm³  (0,24 lb/in³).

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 (N_A = 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 de aluminio frente a las aleaciones de zinc

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 de aluminio frente a las aleaciones de zinc

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 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 máxima resistencia a la tracción de la aleación de  zinc – Zamak 3  es de aproximadamente 268 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 de 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 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 de la aleación de  zinc – Zamak 3  es de aproximadamente 208 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 superado el límite elástico, una parte 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 de la aleación de aluminio 6061 es de aproximadamente 69 GPa.

El módulo de Young de la aleación de  zinc – Zamak 3  es de aproximadamente 96 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 de aluminio frente a las aleaciones de zinc

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 de la aleación de  zinc – Zamak 3  es de aproximadamente 82 HB.

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.

Propiedades térmicas de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de zinc

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de zinc

El punto de fusión de la aleación de aluminio 6061 es de alrededor de 600°C.

El punto de fusión de la aleación de  zinc – Zamak 3  es de alrededor de 385°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de zinc

La conductividad térmica de la aleación de aluminio 6061 es de 150 W/(mK).

La conductividad térmica de la aleación de  zinc – Zamak 3  es 113 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Aleaciones de aluminio

El aluminio de alta pureza  es un material blando con una resistencia máxima de aproximadamente 10 MPa, lo que limita su facilidad de uso en aplicaciones industriales. El aluminio de pureza comercial (99-99,6%) se vuelve más duro y resistente debido a la presencia de impurezas, especialmente de Si y Fe. Pero cuando se alean, las aleaciones de aluminio son tratables térmicamente, lo que cambia significativamente sus propiedades mecánicas.

Las aleaciones de aluminio  se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. Las composiciones de aleación de aluminio están registradas en The Aluminum Association. Las aleaciones de aluminio se dividen en 9 familias (Al1xxx a Al9xxx). Las diferentes familias de aleaciones y los principales elementos de aleación son:

• 1xxx: sin elementos de aleación
• 2xxx: Cobre
• 3xxx: manganeso
• 4xxx: silicio
• 5xxx: magnesio
• 6xxx: magnesio y silicio
• 7xxx: zinc, magnesio y cobre
• 8xxx: otros elementos que no están cubiertos por otras series

También hay dos clasificaciones principales, a saber,  aleaciones de fundición  y  aleaciones forjadas, las cuales se subdividen en las categorías tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio que contienen elementos de aleación con una solubilidad sólida limitada a temperatura ambiente y con una fuerte dependencia de la solubilidad del sólido con la temperatura (por ejemplo, Cu) pueden reforzarse mediante un tratamiento térmico adecuado (endurecimiento por precipitación). La resistencia de las aleaciones comerciales de Al tratadas térmicamente supera los 550 MPa.

Las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio dependen en gran medida de su composición de fase y microestructura. Se puede lograr una alta resistencia, entre otras cosas, mediante la introducción de una fracción de gran volumen de partículas finas de segunda fase distribuidas homogéneamente   y mediante un refinamiento del tamaño de grano. En general, las aleaciones de aluminio se caracterizan por una densidad relativamente baja (2,7 g/cm³  en comparación con 7,9 g/cm³ para acero), alta conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión en algunos entornos comunes, incluida la atmósfera ambiental. La principal limitación del aluminio es su baja temperatura de fusión (660°C), que restringe la temperatura máxima a la que se puede utilizar. Para la producción general, las aleaciones de las series 5000 y 6000 proporcionan una resistencia adecuada combinada con una buena resistencia a la corrosión, alta tenacidad y facilidad de soldadura.

El aluminio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, automotrices, arquitectónicas, litográficas, de embalaje, eléctricas y electrónicas. Es el principal material de construcción para la  industria aeronáutica a lo  largo de la mayor parte de su historia. Aproximadamente el 70% de las estructuras de las aeronaves civiles comerciales están hechas de aleaciones de aluminio, y sin el aluminio la aviación civil no sería económicamente viable. La industria automotriz ahora incluye el aluminio como piezas de fundición de motores, ruedas, radiadores y, cada vez más, como partes de la carrocería. El aluminio 6111 y la aleación de aluminio 2008 se utilizan ampliamente para paneles externos de carrocería de automóviles. Los bloques de cilindros y los cárteres suelen estar hechos de aleaciones de aluminio.

Aleaciones de titanio

El titanio puro es más resistente que los aceros comunes con bajo contenido de carbono, pero un 45% más ligero. También es dos veces más fuerte que las aleaciones de aluminio débiles, pero solo un 60% más pesado. Las dos propiedades más útiles del metal son la  resistencia a la corrosión  y la relación  fuerza-densidad, el más alto de cualquier elemento metálico. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio a temperaturas normales es inusualmente alta. La resistencia a la corrosión del titanio se basa en la formación de una capa de óxido protectora estable. Aunque el titanio «comercialmente puro» tiene propiedades mecánicas aceptables y se ha utilizado para implantes ortopédicos y dentales, para la mayoría de las aplicaciones el titanio se alea con pequeñas cantidades de aluminio y vanadio, típicamente 6% y 4% respectivamente, en peso. Esta mezcla tiene una solubilidad sólida que varía drásticamente con la temperatura, lo que le permite experimentar un  fortalecimiento por precipitación.

Las aleaciones de titanio  son metales que contienen una mezcla de titanio y otros elementos químicos. Estas aleaciones tienen una resistencia a la tracción y una tenacidad muy altas (incluso a temperaturas extremas). Son livianos, tienen una  extraordinaria resistencia a la corrosión  y la capacidad de soportar temperaturas extremas.

Grado 2

El titanio comercialmente puro de grado 2 es muy similar al grado 1, pero tiene mayor resistencia que el grado 1 y excelentes propiedades de conformado en frío. Proporciona excelentes propiedades de soldadura y tiene una excelente resistencia a la oxidación y la corrosión. Este grado de titanio es el grado más común de la industria del titanio comercialmente puro. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:

• Aeroespacial
• Automotor
• Procesamiento químico y fabricación de clorato
• Desalinización
• Generación de energía

Grado 5 – Ti-6Al-4V

El grado 5 es la aleación más utilizada y es una aleación alfa + beta. La aleación de grado 5 representa el 50% del uso total de titanio en todo el mundo. Tiene una composición química de 6% de aluminio, 4% de vanadio, 0,25% (máximo) de hierro, 0,2% (máximo) de oxígeno y el resto de titanio. Generalmente, Ti-6Al-4V se usa en aplicaciones de hasta 400 grados Celsius. Tiene una densidad de aproximadamente 4420 kg/m³. Es significativamente más fuerte que el titanio comercialmente puro (grados 1-4) debido a su posibilidad de ser tratado térmicamente. Este grado es una excelente combinación de fuerza, resistencia a la corrosión, soldadura y facilidad de fabricación. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:

• Turbinas de aviones
• Componentes del motor
• Componentes estructurales de aeronaves
• Sujetadores aeroespaciales
• Piezas automáticas de alto rendimiento
• Aplicaciones marinas

Aplicación de aleaciones de titanio – Usos

Las dos propiedades más útiles del metal son la  resistencia a la corrosión y la relación  fuerza-densidad, la más alta de cualquier elemento metálico. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio a temperaturas normales es inusualmente alta. Estas propiedades determinan la aplicación del titanio y sus aleaciones. La primera aplicación de producción de titanio fue en 1952, para las góndolas y cortafuegos del avión Douglas DC-7. Alta resistencia específica, buena resistencia a la fatiga y vida útil a la fluencia, y buena tenacidad a la fractura son características que hacen que el titanio sea un metal preferido para  aplicaciones aeroespaciales. Las aplicaciones aeroespaciales, incluido el uso en componentes estructurales (fuselajes) y motores a reacción, siguen representando la mayor parte del uso de aleaciones de titanio. Sobre el avión supersónico SR-71, se utilizó titanio para el 85% de la estructura. Debido a su muy alta inercia, el titanio tiene muchas aplicaciones biomédicas, las cuales se basan en su inercia en el cuerpo humano, es decir, la resistencia a la corrosión por los fluidos corporales.

Propiedades de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de titanio

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 las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de titanio

La densidad de una aleación de aluminio típica es de 2,7 g/cm³ (aleación 6061).

La densidad de una aleación de titanio típica es de 4,43 g/cm³ (Ti-6Al-4V).

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 (N_A = 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 de aluminio frente a las aleaciones de titanio

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 de aluminio frente a las aleaciones de titanio

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 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 de la aleación de aluminio 2024 depende en gran medida del temple del material, pero es de aproximadamente 450 MPa.

La máxima resistencia a la tracción de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 1170 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del  titanio comercialmente puro – Grado 2  es de aproximadamente 340 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 de 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 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 de la aleación de aluminio 2024 depende en gran medida del temple del material, pero es de unos 300 MPa.

El límite elástico de Ti-6Al-4V: la aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 1100 MPa.

El límite elástico del  titanio comercialmente puro – Grado 2  es de aproximadamente 300 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 superado el límite elástico, una parte 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 de la aleación de aluminio 6061 es de aproximadamente 69 GPa.

El módulo de Young de la aleación de aluminio 2024 es de aproximadamente 76 GPa.

El módulo de Young de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 114 GPa.

El módulo de Young del  titanio comercialmente puro – Grado 2  es de aproximadamente 105 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 de aluminio frente a las aleaciones de titanio

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 de la aleación de aluminio 2024 depende en gran medida del temple del material, pero es de aproximadamente 110 MPa.

La dureza Rockwell de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 41 HRC.

La dureza Rockwell del  titanio comercialmente puro – Grado 2  es de aproximadamente 80 HRB.

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.

Propiedades térmicas de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de titanio

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de titanio

El punto de fusión de la aleación de aluminio 6061 es de alrededor de 600°C.

El punto de fusión de la aleación de aluminio 2024 es de alrededor de 570°C.

El punto de fusión de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de alrededor de 1660°C.

El punto de fusión del  titanio comercialmente puro – Grado 2  es de alrededor de 1660°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de las aleaciones de aluminio frente a las aleaciones de titanio

La conductividad térmica de la aleación de aluminio 6061 es de 150 W/(mK).

La conductividad térmica de la aleación de aluminio 2024 es de 140 W/(mK).

La conductividad térmica de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de 6,7 W/(mK).

La conductividad térmica del  titanio comercialmente puro – Grado 2  es de 16 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Aleaciones de magnesio

El magnesio puro es un sólido gris brillante que tiene un gran parecido físico con los otros cinco elementos de la segunda columna (grupo 2, o metales alcalinotérreos) de la tabla periódica.

Las aleaciones de magnesio  son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su  densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el  punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como  aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Debemos agregar que el magnesio puro es  altamente inflamable, especialmente cuando se pulveriza o se raspa en tiras delgadas, aunque es difícil de encender en masa o a granel. Produce una luz blanca intensa, brillante cuando arde. Las temperaturas de la llama del magnesio y algunas aleaciones de magnesio pueden alcanzar los 3100 ° C. El magnesio quemado o fundido reacciona violentamente con el agua. Una vez encendidos, estos incendios son difíciles de extinguir, porque la combustión continúa en nitrógeno (formando nitruro de magnesio), dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono) y agua. La quema de magnesio se puede apagar usando un extintor de incendios químico seco de Clase D. Su inflamabilidad se reduce en gran medida por una pequeña cantidad de calcio en la aleación.

Usos de las aleaciones de magnesio – Aplicación

Las aleaciones de magnesio  se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones estructurales y no estructurales. Las aplicaciones estructurales incluyen equipos automotrices, industriales, de manipulación de materiales, comerciales y aeroespaciales. Las aleaciones de magnesio se utilizan para piezas que operan a altas velocidades y, por lo tanto, deben ser livianas para minimizar las fuerzas de inercia. Las aplicaciones comerciales incluyen herramientas de mano, computadoras portátiles, equipaje y escaleras, automóviles (por ejemplo, volantes y columnas, armazones de asientos, cajas de transmisión). Magnox (aleación), cuyo nombre es una abreviatura de “magnesio no oxidante”, es 99% magnesio y 1% aluminio, y se utiliza en el revestimiento de barras de combustible en reactores de energía nuclear magnox.

Aleaciones de titanio

El titanio puro es más resistente que los aceros comunes con bajo contenido de carbono, pero un 45% más ligero. También es dos veces más fuerte que las aleaciones de aluminio débiles, pero solo un 60% más pesado. Las dos propiedades más útiles del metal son la  resistencia a la corrosión  y la relación  fuerza-densidad, el más alto de cualquier elemento metálico. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio a temperaturas normales es inusualmente alta. La resistencia a la corrosión del titanio se basa en la formación de una capa de óxido protectora estable. Aunque el titanio «comercialmente puro» tiene propiedades mecánicas aceptables y se ha utilizado para implantes ortopédicos y dentales, para la mayoría de las aplicaciones el titanio se alea con pequeñas cantidades de aluminio y vanadio, típicamente 6% y 4% respectivamente, en peso. Esta mezcla tiene una solubilidad sólida que varía drásticamente con la temperatura, lo que le permite experimentar un  fortalecimiento por precipitación.

Las aleaciones de titanio  son metales que contienen una mezcla de titanio y otros elementos químicos. Estas aleaciones tienen una resistencia a la tracción y una tenacidad muy altas (incluso a temperaturas extremas). Son livianos, tienen una  extraordinaria resistencia a la corrosión  y la capacidad de soportar temperaturas extremas.

Grado 2

El titanio comercialmente puro de grado 2 es muy similar al grado 1, pero tiene mayor resistencia que el grado 1 y excelentes propiedades de conformado en frío. Proporciona excelentes propiedades de soldadura y tiene una excelente resistencia a la oxidación y la corrosión. Este grado de titanio es el grado más común de la industria del titanio comercialmente puro. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:

• Aeroespacial
• Automotor
• Procesamiento químico y fabricación de clorato
• Desalinización
• Generación de energía

Grado 5 – Ti-6Al-4V

El grado 5 es la aleación más utilizada y es una aleación alfa + beta. La aleación de grado 5 representa el 50% del uso total de titanio en todo el mundo. Tiene una composición química de 6% de aluminio, 4% de vanadio, 0,25% (máximo) de hierro, 0,2% (máximo) de oxígeno y el resto de titanio. Generalmente, Ti-6Al-4V se usa en aplicaciones de hasta 400 grados Celsius. Tiene una densidad de aproximadamente 4420 kg/m³. Es significativamente más fuerte que el titanio comercialmente puro (grados 1-4) debido a su posibilidad de ser tratado térmicamente. Este grado es una excelente combinación de fuerza, resistencia a la corrosión, soldadura y facilidad de fabricación. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:

• Turbinas de aviones
• Componentes del motor
• Componentes estructurales de aeronaves
• Sujetadores aeroespaciales
• Piezas automáticas de alto rendimiento
• Aplicaciones marinas

Aplicación de aleaciones de titanio – Usos

Las dos propiedades más útiles del metal son la  resistencia a la corrosión  y la relación  fuerza-densidad, la más alta de cualquier elemento metálico. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio a temperaturas normales es inusualmente alta. Estas propiedades determinan la aplicación del titanio y sus aleaciones. La primera aplicación de producción de titanio fue en 1952, para las góndolas y cortafuegos del avión Douglas DC-7. Alta resistencia específica, buena resistencia a la fatiga y vida útil a la fluencia, y buena tenacidad a la fractura son características que hacen que el titanio sea un metal preferido para aplicaciones aeroespaciales. Las aplicaciones aeroespaciales, incluido el uso en componentes estructurales (fuselajes) y motores a reacción, siguen representando la mayor parte del uso de aleaciones de titanio. Sobre el avión supersónico SR-71, se utilizó titanio para el 85% de la estructura. Debido a su muy alta inercia, el titanio tiene muchas aplicaciones biomédicas, las cuales se basan en su inercia en el cuerpo humano, es decir, la resistencia a la corrosión por los fluidos corporales.

Propiedades de la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

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 la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

La densidad de una aleación de magnesio típica es de 1,8 g/cm³ (Elektron 21).

La densidad de una aleación de titanio típica es de 4,43 g/cm³ (Ti-6Al-4V).

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 (N_A = 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 la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

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 la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

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 resistencia máxima a la tracción de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 280 MPa.

La máxima resistencia a la tracción de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 1170 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 de 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 145 MPa.

El límite elástico de Ti-6Al-4V: la aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 1100 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 superado el límite elástico, una parte 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 45 GPa.

El módulo de Young de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 114 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 la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

La dureza Brinell de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 70 HB.

La dureza Rockwell de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 41 HRC.

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.

Propiedades térmicas de la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

El punto de fusión de Elektron 21 – UNS M12310 es de alrededor de 550 – 640°C.

El punto de fusión de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de alrededor de 1660°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de la aleación de magnesio frente a la aleación de titanio

La conductividad térmica de Elektron 21 – UNS M12310 es 116 W/(mK).

La conductividad térmica de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de 6,7 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Aleaciones de magnesio

El magnesio puro es un sólido gris brillante que tiene un gran parecido físico con los otros cinco elementos de la segunda columna (grupo 2, o metales alcalinotérreos) de la tabla periódica.

Las aleaciones de magnesio  son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su  densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el  punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como  aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Debemos agregar que el magnesio puro es  altamente inflamable, especialmente cuando se pulveriza o se raspa en tiras delgadas, aunque es difícil de encender en masa o a granel. Produce una luz blanca intensa, brillante cuando arde. Las temperaturas de la llama del magnesio y algunas aleaciones de magnesio pueden alcanzar los 3100°C. El magnesio quemado o fundido reacciona violentamente con el agua. Una vez encendidos, estos incendios son difíciles de extinguir, porque la combustión continúa en nitrógeno (formando nitruro de magnesio), dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono) y agua. La quema de magnesio se puede apagar usando un extintor de incendios químico seco de Clase D. Su inflamabilidad se reduce en gran medida por una pequeña cantidad de calcio en la aleación.

Usos de las aleaciones de magnesio – Aplicación

Las aleaciones de magnesio  se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones estructurales y no estructurales. Las aplicaciones estructurales incluyen equipos automotrices, industriales, de manipulación de materiales, comerciales y aeroespaciales. Las aleaciones de magnesio se utilizan para piezas que operan a altas velocidades y, por lo tanto, deben ser livianas para minimizar las fuerzas de inercia. Las aplicaciones comerciales incluyen herramientas de mano, computadoras portátiles, equipaje y escaleras, automóviles (por ejemplo, volantes y columnas, armazones de asientos, cajas de transmisión). Magnox (aleación), cuyo nombre es una abreviatura de “magnesio no oxidante”, es 99% magnesio y 1% aluminio, y se utiliza en el revestimiento de barras de combustible en reactores de energía nuclear magnox.

Aceros

Los aceros  son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico  al  hierro  cambia su gran  ductilidad  por una  mayor  ductilidad.  Debido a su muy alta resistencia, pero aún una dureza sustancial , y su capacidad para ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Existen miles de aleaciones que tienen diferentes composiciones y / o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono, que normalmente es inferior al 1,0% en peso. Según la clasificación AISI, el acero al carbono se divide en cuatro clases según el contenido de carbono.

Tipos de aceros: clasificación basada en la composición

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  Acero. Los aceros son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza, y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Existen miles de aleaciones que tienen diferentes composiciones y / o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono, que normalmente es inferior al 1,0% en peso. Según la clasificación AISI, el acero al carbono se divide en cuatro clases según el contenido de carbono:

  • Aceros bajos en carbono. El acero con bajo contenido de carbono, también conocido como acero dulce, es ahora la forma más común de acero porque su precio es relativamente bajo y proporciona propiedades de material que son aceptables para muchas aplicaciones. El acero con bajo contenido de carbono contiene aproximadamente entre un 0,05 y un 0,25% de carbono, lo que lo hace maleable y dúctil. El acero dulce tiene una resistencia a la tracción relativamente baja, pero es barato y fácil de formar; la dureza de la superficie se puede aumentar mediante la carburación.
  • Aceros Medio Carbono. El acero con contenido medio de carbono tiene aproximadamente un 0,3–0,6% de contenido de carbono. Equilibra la ductilidad y la fuerza y ​​tiene buena resistencia al desgaste. Este grado de acero se utiliza principalmente en la producción de componentes de máquinas, ejes, ejes, engranajes, cigüeñales, acoplamientos y forjas, y también podría utilizarse en rieles y ruedas de ferrocarril.
  • Aceros con alto contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono tiene aproximadamente un 0,60 a un 1,00% de contenido de carbono. La dureza es más alta que los otros grados pero la ductilidad disminuye. Los aceros con alto contenido de carbono se pueden utilizar para resortes, cables, martillos, destornilladores y llaves.
  • Aceros con alto contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono tiene aproximadamente un 1,25% a un 2,0% de contenido de carbono. Aceros que pueden ser templados a gran dureza. Este grado de acero podría usarse para productos de acero duro, como resortes de camiones, herramientas de corte de metal y otros propósitos especiales como cuchillos, ejes o punzones (de uso no industrial). La mayoría de los aceros con más del 2,5% de contenido de carbono se fabrican mediante pulvimetalurgia.
• Aceros Aleados. El acero es una aleación de hierro y carbono, pero el término acero de aleación generalmente solo se refiere a aceros que contienen otros elementos, como vanadio, molibdeno o cobalto, en cantidades suficientes para alterar las propiedades del acero base. En general, el acero aleado es acero que se alea con una variedad de elementos en cantidades totales entre 1.0% y 50% en peso para mejorar sus propiedades mecánicas. Los aceros aleados se dividen en dos grupos:
  • Aceros de baja aleación
  • Aceros de alta aleación
• Acero inoxidable. Los aceros inoxidables se definen como aceros bajos en carbono con al menos un 10% de cromo con o sin otros elementos de aleación. Su fuerza y ​​resistencia a la corrosión a menudo lo convierten en el material de elección en equipos de transporte y procesamiento, piezas de motores y armas de fuego. El cromo aumenta la dureza, el límite de elsaticidad a la corrosión. El níquel brinda beneficios similares pero agrega dureza sin sacrificar la ductilidad y tenacidad. También reduce la expansión térmica para una mejor estabilidad dimensional.

Propiedades de la aleación de magnesio frente al acero

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 la aleación de magnesio frente al acero

La densidad de una aleación de magnesio típica es de 1,8 g/cm³ (Elektron 21).

La densidad del acero típico es de 8,05 g/cm³.

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 (N_A = 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 la aleación de magnesio frente al acero

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 la aleación de magnesio frente al acero

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 resistencia máxima a la tracción de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 280 MPa.

La resistencia máxima a la tracción del acero con bajo contenido de carbono se encuentra entre 400 y 550 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del acero con alto contenido de carbono es de 1100 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 de 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 145 MPa.

El límite elástico del acero con bajo contenido de carbono es de 250 MPa.

El límite elástico del acero con alto contenido de carbono es de 800 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 superado el límite elástico, una parte 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 45 GPa.

El módulo de Young del  acero con bajo contenido de carbono  es de 200 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 la aleación de magnesio frente al acero

La dureza Brinell de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 70 HB.

La dureza Brinell del  acero con bajo contenido de carbono  es de aproximadamente 120 MPa.

La dureza Brinell del acero con alto contenido de carbono es de aproximadamente 200 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.

Propiedades térmicas de la aleación de magnesio frente al acero

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de la aleación de magnesio frente al acero

El punto de fusión de Elektron 21 – UNS M12310 es de alrededor de 550 – 640°C.

El punto de fusión del  acero con bajo contenido de carbono  es de alrededor de 1450°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de la aleación de magnesio frente al acero

La conductividad térmica de Elektron 21 – UNS M12310 es 116 W/(mK).

La conductividad térmica del acero típico  es de 20 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Latón

Latón  es el término genérico para una variedad de aleaciones de  cobre y zinc. El latón se puede alear con zinc en diferentes proporciones, lo que da como resultado un material de diferentes propiedades mecánicas, anticorrosivas y térmicas. Cantidades mayores de zinc proporcionan al material una resistencia y ductilidad mejoradas. Los latón  con un contenido de cobre superior al 63% son los más dúctiles de cualquier aleación de cobre y se moldean mediante complejas operaciones de conformado en frío. El latón tiene una  mayor maleabilidad  que el bronce o el zinc. El punto de fusión relativamente bajo del latón y su  fluidez lo  convierten en un material relativamente fácil de  fundir. El latón puede variar en el color de la superficie de rojo a amarillo a dorado a plateado, dependiendo del contenido de zinc. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, acoplamientos de mangueras, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.

Por ejemplo, la  aleación de latón del cartucho UNS C26000  (70/30) es de la serie de latón amarillo, que tiene la mayor ductilidad. Los latones de cartucho se forman en su mayoría en frío y también se pueden mecanizar fácilmente, lo cual es necesario para fabricar cartuchos. Se puede usar para núcleos y tanques de radiadores, carcasas de linternas, accesorios de lámparas, sujetadores, cerraduras, bisagras, componentes de municiones o accesorios de plomería.

Bronces

Los  bronces  son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel). Los bronces  son algo más fuertes que los latones, pero aún tienen un alto grado de resistencia a la corrosión. Generalmente se utilizan cuando, además de la resistencia a la corrosión, se requieren buenas propiedades de tracción. Por ejemplo, el cobre berilio alcanza la mayor resistencia (hasta 1400 MPa) de cualquier aleación a base de cobre.

Tipos de bronces

Como se escribió, los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, pero pueden referirse a aleaciones de cobre y otros elementos (por ejemplo, aluminio, silicio y níquel).

• Bronce de estaño y fósforo. En general, los bronces son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, comúnmente con alrededor de 12 a 12,5% de estaño. La adición de pequeñas cantidades (0,01–0,45) de fósforo aumenta aún más la dureza, la resistencia a la fatiga y la resistencia al desgaste. La adición de estas aleaciones conduce a aplicaciones tales como resortes, sujetadores, fijaciones de mampostería, ejes, husillos de válvulas, engranajes y cojinetes. Otras aplicaciones de estas aleaciones son impulsores de bombas, anillos de pistón y accesorios de vapor. Por ejemplo, la aleación de fundición de cobre UNS C90500 es una aleación de fundición de cobre y estaño, que también se conoce como metal de pistola. Originalmente utilizado principalmente para fabricar armas de fuego, ha sido reemplazado en gran medida por acero.
• Bronce de silicio. El bronce de silicio generalmente contiene aproximadamente un 96 por ciento de cobre. El bronce de silicio tiene una composición de Si: 2,80–3,80%, Mn: 0,50–1,30%, Fe: 0,80% máx., Zn: 1,50% máx., Pb: 0,05% máx. Los bronces de silicio tienen una buena combinación de resistencia y ductilidad, buena resistencia a la corrosión y fácil soldabilidad. Los bronces de silicio se desarrollaron originalmente para la industria química debido a su excepcional resistencia a la corrosión en muchos líquidos. Se utilizan en aplicaciones de productos arquitectónicos como:
  • Herrajes para puertas
  • Barandillas
  • Puertas de la iglesia
  • Marcos de ventana
• Bronce de aluminio. Los bronces de aluminio son una familia de aleaciones a base de cobre que ofrecen una combinación de propiedades mecánicas y químicas incomparables con cualquier otra serie de aleaciones. Contienen entre un 5 y un 12% de aluminio. Tienen una resistencia excelente, similar a la de los aceros de baja aleación, y una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en agua de mar y entornos similares, donde las aleaciones a menudo superan a muchos aceros inoxidables. Su excelente resistencia a la corrosión se debe al aluminio de las aleaciones, que reacciona con el oxígeno atmosférico para formar una capa superficial delgada y resistente de alúmina (óxido de aluminio) que actúa como barrera a la corrosión de la aleación rica en cobre. Se encuentran en forma forjada y fundida. Los bronces de aluminio suelen ser de color dorado. Los bronces de aluminio se utilizan en aplicaciones de agua de mar que incluyen:
  • Servicios generales relacionados con el agua de mar
  • Aspectos
  • Accesorios de tuberia
  • Bombas y componentes de válvulas
  • Intercambiadores de calor
• Bronce de berilio. El berilio de cobre, también conocido como bronce de berilio, es una aleación de cobre con 0,5 a 3% de berilio. El berilio de cobre es el más duro y resistente de todas las aleaciones de cobre (UTS hasta 1400 MPa), en condiciones de tratamiento térmico completo y trabajo en frío. Combina alta resistencia con cualidades no magnéticas y antichispas y es similar en propiedades mecánicas a muchos aceros aleados de alta resistencia pero, en comparación con los aceros, tiene una mejor resistencia a la corrosión.
• Latón rojo (Bronce de alto estaño). En general, los metales de campana se refieren generalmente a bronces con alto contenido de estaño que son una familia de aleaciones a base de cobre tradicionalmente aleadas con estaño, comúnmente con más del 20% de estaño (típicamente, 78% de cobre, 22% de estaño en masa). El metal de campana se utiliza para la fundición de campanas de alta calidad.

Propiedades del latón frente al bronce

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 latón vs bronce

La densidad del latón típico – UNS C26000  es 8,53 g/cm³.

La densidad del bronce típico  es de 8,7 g/cm³.

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 (N_A = 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 del latón frente al bronce

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 del latón frente al bronce

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 latón de  cartucho: UNS C26000  es de aproximadamente 315 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del bronce de  aluminio: UNS C95400  es de aproximadamente 550 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del bronce de  estaño (UNS C90500)  es de aproximadamente 310 MPa.

La resistencia máxima a la tracción del berilio de  cobre  – UNS C17200  es de aproximadamente 1380 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 de 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 latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 95 MPa.

El límite elástico del bronce de  aluminio – UNS C95400  es de aproximadamente 250 MPa.

El límite elástico del bronce de  estaño (UNS C90500)  es de aproximadamente 150 MPa.

El límite elástico del berilio de  cobre – UNS C17200  es de aproximadamente 1100 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 superado el límite elástico, una parte 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 latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 110 GPa.

El módulo de Young del bronce de  aluminio – UNS C95400  es de aproximadamente 110 GPa.

El módulo de Young del bronce de  estaño (UNS C90500)  es de aproximadamente 103 GPa.

El módulo de Young del berilio de  cobre  – UNS C17200  es de aproximadamente 131 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 del latón vs bronce

La dureza Brinell del latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 100 MPa.

La dureza Brinell del bronce de  aluminio – UNS C95400  es de aproximadamente 170 MPa. La dureza de los bronces de aluminio aumenta con el contenido de aluminio (y otras aleaciones), así como con las tensiones causadas por el trabajo en frío.

La dureza Brinell del bronce de  estaño (UNS C90500)  es de aproximadamente 75 BHN.

La dureza Rockwell del  cobre  berilio – UNS C17200  es de aproximadamente 82 HRB.

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.

Propiedades térmicas del latón frente al bronce

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión del latón frente al bronce

El punto de fusión del latón del  cartucho – UNS C26000  es de alrededor de 950°C.

El punto de fusión del bronce de  aluminio – UNS C95400  es de alrededor de 1030°C.

El punto de fusión del bronce de  estaño (UNS C90500)  es de alrededor de 1000°C.

El punto de fusión del berilio de  cobre  – UNS C17200  es de alrededor de 866°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica del latón frente al bronce

La conductividad térmica del latón de  cartucho – UNS C26000  es de 120 W/(mK).

La conductividad térmica del bronce de  aluminio – UNS C95400  es 59 W/(mK).

La conductividad térmica del bronce de  estaño, UNS C90500,  es de 75 W/(mK).

La conductividad térmica del  cobre  berilio – UNS C17200  es 115 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Aleaciones de magnesio

El magnesio puro es un sólido gris brillante que tiene un gran parecido físico con los otros cinco elementos de la segunda columna (grupo 2, o metales alcalinotérreos) de la tabla periódica.

Las aleaciones de magnesio  son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su  densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el  punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como  aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Debemos agregar que el magnesio puro es  altamente inflamable, especialmente cuando se pulveriza o se raspa en tiras delgadas, aunque es difícil de encender en masa o a granel. Produce una luz blanca intensa, brillante cuando arde. Las temperaturas de la llama del magnesio y algunas aleaciones de magnesio pueden alcanzar los 3100°C. El magnesio quemado o fundido reacciona violentamente con el agua. Una vez encendidos, estos incendios son difíciles de extinguir, porque la combustión continúa en nitrógeno (formando nitruro de magnesio), dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono) y agua. La quema de magnesio se puede apagar usando un extintor de incendios químico seco de Clase D. Su inflamabilidad se reduce en gran medida por una pequeña cantidad de calcio en la aleación.

Usos de las aleaciones de magnesio – Aplicación

Las aleaciones de magnesio  se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones estructurales y no estructurales. Las aplicaciones estructurales incluyen equipos automotrices, industriales, de manipulación de materiales, comerciales y aeroespaciales. Las aleaciones de magnesio se utilizan para piezas que operan a altas velocidades y, por lo tanto, deben ser livianas para minimizar las fuerzas de inercia. Las aplicaciones comerciales incluyen herramientas de mano, computadoras portátiles, equipaje y escaleras, automóviles (por ejemplo, volantes y columnas, armazones de asientos, cajas de transmisión). Magnox (aleación), cuyo nombre es una abreviatura de “magnesio no oxidante”, es 99% magnesio y 1% aluminio, y se utiliza en el revestimiento de barras de combustible en reactores de energía nuclear magnox.

Aceros inoxidables

En metalurgia, el  acero inoxidable  es una aleación de acero con al menos un 10,5% de cromo con o sin otros elementos de aleación y un máximo de 1,2% de carbono en masa. Los aceros inoxidables, también conocidos como aceros inox o inox de francés inoxidables (inoxidables), son  aleaciones de acero muy conocidas por su  resistencia a la corrosión, que aumenta al aumentar el contenido de cromo. La resistencia a la corrosión también se puede mejorar mediante la adición de níquel y molibdeno. La resistencia de estas aleaciones metálicas a los efectos químicos de los agentes corrosivos se basa en la  pasivación . Para que se produzca la pasivación y se mantenga estable, la  aleación Fe-Cr  debe tener un  contenido mínimo de cromo de aproximadamente el 10,5% en peso, por encima del cual puede ocurrir la pasividad y por debajo del cual es imposible. El cromo se puede utilizar como elemento de endurecimiento y se utiliza con frecuencia con un elemento de endurecimiento como el níquel para producir propiedades mecánicas superiores.

Usos de los aceros inoxidables – Aplicaciones

La fuerza y ​​la resistencia a la corrosión del  acero inoxidable a  menudo lo convierten en el material de elección en equipos de transporte y procesamiento, piezas de motores y armas de fuego. La mayoría de las aplicaciones estructurales se producen en las industrias de la ingeniería química y energética, que representan más de la tercera parte del mercado de productos de acero inoxidable. La amplia variedad de aplicaciones incluye  recipientes de reactores nucleares ,  intercambiadores de calor. El cuerpo de la vasija del reactor está construido con  acero al carbono de baja aleación de alta calidad , pero todas las superficies que entran en contacto con el refrigerante del reactor (altamente corrosivo debido a la presencia de ácido bórico)  están revestidas  con un mínimo de aproximadamente 3 a 10 mm de  acero inoxidable austenítico para minimizar la corrosión.

El acero inoxidable  se puede enrollar en láminas, placas, barras, alambres y tubos. Los aceros inoxidables no necesitan ser pintados ni revestidos, lo que los hace adecuados para su uso en aplicaciones donde se requiere limpieza: en utensilios de cocina, cubiertos e instrumental quirúrgico.

Tipos de aceros inoxidables

El acero inoxidable  es un término genérico para una gran familia de aleaciones resistentes a la corrosión que contienen al menos un 10,5% de cromo y pueden contener otros elementos de aleación. Existen numerosos grados de acero inoxidable con diferentes contenidos de cromo y molibdeno y con una estructura cristalográfica variable para adaptarse al medio ambiente que debe soportar la aleación. Los aceros inoxidables se pueden dividir en cinco categorías:

• Aceros inoxidables ferríticos. En los aceros inoxidables ferríticos, el carbono se mantiene en niveles bajos (C <0,08%) y el contenido de cromo puede oscilar entre el 10,50 y el 30,00%. Por lo general, su uso está limitado a secciones relativamente delgadas debido a la falta de tenacidad en las soldaduras. Además, tienen una resistencia a altas temperaturas relativamente pobre. Los aceros ferríticos se eligen por su resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, lo que los convierte en una alternativa atractiva a los aceros inoxidables austeníticos en aplicaciones donde prevalece el SCC inducido por cloruros.
• Aceros inoxidables austeníticos. Los aceros inoxidables austeníticos contienen entre 16 y 25% de Cr y también pueden contener nitrógeno en solución, los cuales contribuyen a su relativamente alta resistencia a la corrosión. Los aceros inoxidables austeníticos tienen la mejor resistencia a la corrosión de todos los aceros inoxidables y tienen excelentes propiedades criogénicas y buena resistencia a altas temperaturas. El grado más conocido es el acero inoxidable AISI 304, que contiene metales de cromo (entre 15% y 20%) y níquel (entre 2% y 10,5%) como principales componentes distintos del hierro. El acero inoxidable 304 tiene una excelente resistencia a una amplia gama de entornos atmosféricos y muchos medios corrosivos. Estas aleaciones generalmente se caracterizan por ser dúctiles, soldables y endurecibles por conformado en frío.
• Aceros inoxidables martensíticos. Los aceros inoxidables martensíticos son similares a los aceros ferríticos en que se basan en cromo, pero tienen niveles de carbono más altos hasta el 1%. A veces se clasifican como aceros inoxidables martensíticos con bajo contenido de carbono y alto contenido de carbono. Tienen una resistencia a la corrosión moderada, pero se consideran duros, fuertes y ligeramente quebradizos. Son magnéticos y pueden probarse de forma no destructiva mediante el método de inspección por partículas magnéticas, a diferencia del acero inoxidable austenítico. Un acero inoxidable martensítico común es el AISI 440C, que contiene del 16 al 18% de cromo y del 0,95 al 1,2% de carbono. El acero inoxidable de grado 440C se utiliza en las siguientes aplicaciones: bloques de calibre, cubiertos, rodamientos de bolas y pistas, moldes y matrices, cuchillos.
• Aceros Inoxidables Dúplex. Los aceros inoxidables dúplex, como su nombre indica, son una combinación de dos de los principales tipos de aleaciones. Tienen una microestructura mixta de austenita y ferrita, el objetivo suele ser producir una mezcla 50/50, aunque en las aleaciones comerciales la proporción puede ser 40/60. Su resistencia a la corrosión es similar a la de sus homólogos austeníticos, pero su resistencia a la corrosión bajo tensión (especialmente al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro), resistencia a la tracción y límites elásticos (aproximadamente el doble del límite elástico de los aceros inoxidables austeníticos) son generalmente superiores a los de los aceros inoxidables austeníticos. Los grados. Superdúplex Los aceros tienen una mayor resistencia y resistencia a todas las formas de corrosión en comparación con los aceros austeníticos estándar. Los usos comunes son en aplicaciones marinas, plantas petroquímicas, plantas desalinizadoras, intercambiadores de calor e industria de fabricación de papel. Hoy en día, la industria del petróleo y el gas es el mayor usuario y ha impulsado grados más resistentes a la corrosión, lo que ha llevado al desarrollo de aceros superdúplex.
• Aceros inoxidables PH.  Los aceros inoxidables PH (endurecimiento por precipitación) contienen alrededor de un 17% de cromo y un 4% de níquel. Estos aceros pueden desarrollar una resistencia muy alta mediante la adición de aluminio, titanio, niobio, vanadio y / o nitrógeno, que forman precipitados intermetálicos coherentes durante un proceso de tratamiento térmico denominado envejecimiento por calor. De todos los grados de acero inoxidable disponibles, generalmente ofrecen la mejor combinación de alta resistencia junto con excelente tenacidad y resistencia a la corrosión. Son tan resistentes a la corrosión como los austeníticos. Los usos comunes se encuentran en la industria aeroespacial y en algunas otras industrias de alta tecnología.

Propiedades de las aleaciones de magnesio frente a los aceros inoxidables

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 las aleaciones de magnesio frente a los aceros inoxidables

La densidad de una aleación de magnesio típica es de 1,8 g/cm³ (Elektron 21).

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 (N_A = 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 de magnesio frente a los aceros inoxidables

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 de magnesio frente a los aceros inoxidables

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 resistencia máxima a la tracción de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 280 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del  acero inoxidable – tipo 304L  es de 485 MPa.

Resistencia máxima a la tracción del  acero inoxidable ferrítico  : el grado 430  es de 480 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del  acero inoxidable martensítico  : el grado 440C  es de 760 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 de 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 145 MPa.

El límite elástico del  acero inoxidable – tipo 304L  es de 170 MPa.

Límite elástico del  acero inoxidable ferrítico  – el grado 430  es 310 MPa.

Límite elástico del  acero inoxidable martensítico – el grado 440C  es de 450 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 superado el límite elástico, una parte 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 de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 45 GPa.

El módulo de Young del  acero inoxidable ferrítico  – Grado 430  es 220 GPa.

El módulo de Young del  acero inoxidable martensítico – Grado 440C  es 200 GPa.

El módulo de Young de los  aceros inoxidables dúplex – SAF 2205  es 200 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 de magnesio frente a los aceros inoxidables

La dureza Brinell de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 70 HB.

La dureza Brinell del  acero inoxidable ferrítico  – Grado 430  es de aproximadamente 180 MPa.

La dureza Brinell del  acero inoxidable martensítico  – Grado 440 C  es de aproximadamente 270 MPa.

La dureza Brinell de los  aceros inoxidables dúplex – SAF 2205  es de aproximadamente 217 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.

Propiedades térmicas de las aleaciones de magnesio frente a los aceros inoxidables

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica , la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de las aleaciones de magnesio frente a los aceros inoxidables

El punto de fusión de Elektron 21 – UNS M12310 es de alrededor de 550 – 640°C.

El punto de fusión del  acero inoxidable – acero tipo 304  es de alrededor de 1450°C.

Punto de fusión del  acero inoxidable ferrítico:  el acero de grado 430  es de alrededor de 1450°C.

Punto de fusión del  acero inoxidable martensítico:  el acero de grado 440C  es de alrededor de 1450°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de aleaciones de magnesio frente a aceros inoxidables

La conductividad térmica de Elektron 21 – UNS M12310 es 116 W/(mK).

La conductividad térmica del  acero inoxidable – tipo 304  es de 20 W/(mK).

La conductividad térmica del  acero inoxidable ferrítico – Grado 430  es 26 W/(mK).

La conductividad térmica del  acero inoxidable martensítico – Grado 440C  es 24 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Latón

Latón  es el término genérico para una variedad de aleaciones de  cobre y zinc. El latón se puede alear con zinc en diferentes proporciones, lo que da como resultado un material de diferentes propiedades mecánicas, anticorrosivas y térmicas. Cantidades mayores de zinc proporcionan al material una resistencia y ductilidad mejoradas. Los latón  con un contenido de cobre superior al 63% son los más dúctiles de cualquier aleación de cobre y se moldean mediante complejas operaciones de conformado en frío. El latón tiene una  mayor maleabilidad  que el bronce o el zinc. El punto de fusión relativamente bajo del latón y su  fluidez lo  convierten en un material relativamente fácil de  fundir. El latón puede variar en el color de la superficie de rojo a amarillo a dorado a plateado, dependiendo del contenido de zinc. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, acoplamientos de mangueras, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.

Por ejemplo, la  aleación de latón del cartucho UNS C26000  (70/30) es de la serie de latón amarillo, que tiene la mayor ductilidad. Los latones de cartucho se forman en su mayoría en frío y también se pueden mecanizar fácilmente, lo cual es necesario para fabricar cartuchos. Se puede usar para núcleos y tanques de radiadores, carcasas de linternas, accesorios de lámparas, sujetadores, cerraduras, bisagras, componentes de municiones o accesorios de plomería.

Aleaciones de aluminio

El aluminio de alta pureza  es un material blando con una resistencia máxima de aproximadamente 10 MPa, lo que limita su facilidad de uso en aplicaciones industriales. El aluminio de pureza comercial (99-99,6%) se vuelve más duro y resistente debido a la presencia de impurezas, especialmente de Si y Fe. Pero cuando se alean, las aleaciones de aluminio son tratables térmicamente, lo que cambia significativamente sus propiedades mecánicas.

Las aleaciones de aluminio  se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. Las composiciones de aleación de aluminio están registradas en The Aluminum Association. Las aleaciones de aluminio se dividen en 9 familias (Al1xxx a Al9xxx). Las diferentes familias de aleaciones y los principales elementos de aleación son:

• 1xxx: sin elementos de aleación
• 2xxx: cobre
• 3xxx: manganeso
• 4xxx: silicio
• 5xxx: magnesio
• 6xxx: magnesio y silicio
• 7xxx: zinc, magnesio y cobre
• 8xxx: otros elementos que no están cubiertos por otras series

También hay dos clasificaciones principales, a saber,  aleaciones de fundición  y  aleaciones forjadas, las cuales se subdividen en las categorías tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio que contienen elementos de aleación con una solubilidad sólida limitada a temperatura ambiente y con una fuerte dependencia de la solubilidad del sólido con la temperatura (por ejemplo, Cu) pueden reforzarse mediante un tratamiento térmico adecuado (endurecimiento por precipitación). La resistencia de las aleaciones comerciales de Al tratadas térmicamente supera los 550 MPa.

Las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio dependen en gran medida de su composición de fase y microestructura. Se puede lograr una alta resistencia, entre otras cosas, mediante la introducción de una fracción de gran volumen de partículas finas de segunda fase distribuidas homogéneamente   y mediante un refinamiento del tamaño de grano. En general, las aleaciones de aluminio se caracterizan por una densidad relativamente baja (2,7 g/cm³ en comparación con 7,9 g/cm³ para acero), alta conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión en algunos entornos comunes, incluida la atmósfera ambiental. La principal limitación del aluminio es su baja temperatura de fusión (660°C), que restringe la temperatura máxima a la que se puede utilizar. Para la producción general, las aleaciones de las series 5000 y 6000 proporcionan una resistencia adecuada combinada con una buena resistencia a la corrosión, alta tenacidad y facilidad de soldadura.

El aluminio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, automotrices, arquitectónicas, litográficas, de embalaje, eléctricas y electrónicas. Es el principal material de construcción para la  industria aeronáutica a lo  largo de la mayor parte de su historia. Aproximadamente el 70% de las estructuras de las aeronaves civiles comerciales están hechas de aleaciones de aluminio, y sin el aluminio la aviación civil no sería económicamente viable. La industria automotriz ahora incluye el aluminio como piezas de fundición de motores, ruedas, radiadores y, cada vez más, como partes de la carrocería. El aluminio 6111 y la aleación de aluminio 2008 se utilizan ampliamente para paneles externos de carrocería de automóviles. Los bloques de cilindros y los cárteres suelen estar hechos de aleaciones de aluminio.

Propiedades del latón frente a la aleación de aluminio

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 del latón frente a la aleación de aluminio

La densidad del latón típico – UNS C26000  es 8,53 g/cm³.

La densidad de una aleación de aluminio típica es de 2,7 g/cm³ (aleación 6061).

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 / cm ³ ), 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 (N_A = 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 del latón frente a la aleación de aluminio

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 del latón ligero frente a la aleación de aluminio

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 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 máxima resistencia a la tracción del latón de  cartucho: UNS C26000  es de aproximadamente 315 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 de 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 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 latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 95 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 superado el límite elástico, una parte 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 de la aleación de aluminio 6061 es de aproximadamente 69 GPa.

El módulo de Young del latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 110 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 del latón frente a la aleación de aluminio

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 latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 100 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.

Propiedades térmicas del latón frente a la aleación de aluminio

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión del latón frente a la aleación de aluminio

El punto de fusión de la aleación de aluminio 6061 es de alrededor de 600°C.

El punto de fusión del latón del  cartucho – UNS C26000  es de alrededor de 950°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica del latón frente a la aleación de aluminio

La conductividad térmica de la aleación de aluminio 6061 es de 150 W/(mK).

La conductividad térmica del latón de  cartucho – UNS C26000  es de 120 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Latón

Latón  es el término genérico para una variedad de aleaciones de  cobre y zinc. El latón se puede alear con zinc en diferentes proporciones, lo que da como resultado un material de diferentes propiedades mecánicas, anticorrosivas y térmicas. Cantidades mayores de zinc proporcionan al material una resistencia y ductilidad mejoradas. Los latón  con un contenido de cobre superior al 63% son los más dúctiles de cualquier aleación de cobre y se moldean mediante complejas operaciones de conformado en frío. El latón tiene una  mayor maleabilidad  que el bronce o el zinc. El punto de fusión relativamente bajo del latón y su  fluidez lo  convierten en un material relativamente fácil de  fundir. El latón puede variar en el color de la superficie de rojo a amarillo a dorado a plateado, dependiendo del contenido de zinc. Algunos de los usos comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cerraduras, bisagras, engranajes, cojinetes, acoplamientos de mangueras, carcasas de municiones, radiadores de automóviles, instrumentos musicales, envases electrónicos y monedas. El latón y el bronce son materiales de ingeniería comunes en la arquitectura moderna y se utilizan principalmente para techos y revestimientos de fachadas debido a su apariencia visual.

Por ejemplo, la  aleación de latón del cartucho UNS C26000  (70/30) es de la serie de latón amarillo, que tiene la mayor ductilidad. Los latones de cartucho se forman en su mayoría en frío y también se pueden mecanizar fácilmente, lo cual es necesario para fabricar cartuchos. Se puede usar para núcleos y tanques de radiadores, carcasas de linternas, accesorios de lámparas, sujetadores, cerraduras, bisagras, componentes de municiones o accesorios de plomería.

Aceros

Los aceros  son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico  al  hierro  cambia su gran  ductilidad  por una  mayor  ductilidad. Debido a su muy alta resistencia, pero aún una dureza sustancial, y su capacidad para ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Existen miles de aleaciones que tienen diferentes composiciones y / o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono, que normalmente es inferior al 1,0% en peso. Según la clasificación AISI, el acero al carbono se divide en cuatro clases según el contenido de carbono.

Tipos de aceros: clasificación basada en la composición

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  Acero. Los aceros son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza, y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Existen miles de aleaciones que tienen diferentes composiciones y / o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono, que normalmente es inferior al 1,0% en peso. Según la clasificación AISI, el acero al carbono se divide en cuatro clases según el contenido de carbono:

  • Aceros bajos en carbono. El acero con bajo contenido de carbono, también conocido como acero dulce, es ahora la forma más común de acero porque su precio es relativamente bajo y proporciona propiedades de material que son aceptables para muchas aplicaciones. El acero con bajo contenido de carbono contiene aproximadamente entre un 0,05 y un 0,25% de carbono, lo que lo hace maleable y dúctil. El acero dulce tiene una resistencia a la tracción relativamente baja, pero es barato y fácil de formar; la dureza de la superficie se puede aumentar mediante la carburación.
  • Aceros Medio Carbono. El acero con contenido medio de carbono tiene aproximadamente un 0,3–0,6% de contenido de carbono. Equilibra la ductilidad y la fuerza y ​​tiene buena resistencia al desgaste. Este grado de acero se utiliza principalmente en la producción de componentes de máquinas, ejes, ejes, engranajes, cigüeñales, acoplamientos y forjas, y también podría utilizarse en rieles y ruedas de ferrocarril.
  • Aceros con alto contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono tiene aproximadamente un 0,60 a un 1,00% de contenido de carbono. La dureza es más alta que los otros grados pero la ductilidad disminuye. Los aceros con alto contenido de carbono se pueden utilizar para resortes, cables, martillos, destornilladores y llaves.
  • Aceros con alto contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono tiene aproximadamente un 1,25% a un 2,0% de contenido de carbono. Aceros que pueden ser templados a gran dureza. Este grado de acero podría usarse para productos de acero duro, como resortes de camiones, herramientas de corte de metal y otros propósitos especiales como cuchillos, ejes o punzones (de uso no industrial). La mayoría de los aceros con más del 2,5% de contenido de carbono se fabrican mediante pulvimetalurgia.
• Aceros Aleados. El acero es una aleación de hierro y carbono, pero el término acero de aleación generalmente solo se refiere a aceros que contienen otros elementos, como vanadio, molibdeno o cobalto, en cantidades suficientes para alterar las propiedades del acero base. En general, el acero aleado es acero que se alea con una variedad de elementos en cantidades totales entre 1.0% y 50% en peso para mejorar sus propiedades mecánicas. Los aceros aleados se dividen en dos grupos:
  • Aceros de baja aleación
  • Aceros de alta aleación
• Acero inoxidable. Los aceros inoxidables se definen como aceros bajos en carbono con al menos un 10% de cromo con o sin otros elementos de aleación. Su fuerza y ​​resistencia a la corrosión a menudo lo convierten en el material de elección en equipos de transporte y procesamiento, piezas de motores y armas de fuego. El cromo aumenta la dureza, la fuerza y ​​la resistencia a la corrosión. El níquel brinda beneficios similares pero agrega dureza sin sacrificar la ductilidad y tenacidad. También reduce la expansión térmica para una mejor estabilidad dimensional.

Aceros inoxidables

En metalurgia, el  acero inoxidable  es una aleación de acero con al menos un 10,5% de cromo con o sin otros elementos de aleación y un máximo de 1,2% de carbono en masa. Los aceros inoxidables, también conocidos como aceros inox o inox de francés inoxidables (inoxidables), son  aleaciones de acero muy conocidas por su  resistencia a la corrosión, que aumenta al aumentar el contenido de cromo. La resistencia a la corrosión también se puede mejorar mediante la adición de níquel y molibdeno. La resistencia de estas aleaciones metálicas a los efectos químicos de los agentes corrosivos se basa en la  pasivación. Para que se produzca la pasivación y se mantenga estable, la  aleación Fe-Cr  debe tener un  contenido mínimo de cromo de aproximadamente el 10,5% en peso, por encima del cual puede ocurrir la pasividad y por debajo del cual es imposible. El cromo se puede utilizar como elemento de endurecimiento y se utiliza con frecuencia con un elemento de endurecimiento como el níquel para producir propiedades mecánicas superiores.

Usos de los aceros inoxidables – Aplicaciones

La fuerza y ​​la resistencia a la corrosión del  acero inoxidable a  menudo lo convierten en el material de elección en equipos de transporte y procesamiento, piezas de motores y armas de fuego. La mayoría de las aplicaciones estructurales se producen en las industrias de la ingeniería química y energética, que representan más de la tercera parte del mercado de productos de acero inoxidable. La amplia variedad de aplicaciones incluye  recipientes de reactores nucleares,  intercambiadores de calor. El cuerpo de la vasija del reactor está construido con  acero al carbono de baja aleación de alta calidad, pero todas las superficies que entran en contacto con el refrigerante del reactor (altamente corrosivo debido a la presencia de ácido bórico) están revestidas  con un mínimo de aproximadamente 3 a 10 mm de  acero inoxidable austenítico para minimizar la corrosión.

El acero inoxidable  se puede enrollar en láminas, placas, barras, alambres y tubos. Los aceros inoxidables no necesitan ser pintados ni revestidos, lo que los hace adecuados para su uso en aplicaciones donde se requiere limpieza: en utensilios de cocina, cubiertos e instrumental quirúrgico.

Tipos de aceros inoxidables

El acero inoxidable  es un término genérico para una gran familia de aleaciones resistentes a la corrosión que contienen al menos un 10,5% de cromo y pueden contener otros elementos de aleación. Existen numerosos grados de acero inoxidable con diferentes contenidos de cromo y molibdeno y con una estructura cristalográfica variable para adaptarse al medio ambiente que debe soportar la aleación. Los aceros inoxidables se pueden dividir en cinco categorías:

• Aceros inoxidables ferríticos. En los aceros inoxidables ferríticos, el carbono se mantiene en niveles bajos (C <0,08%) y el contenido de cromo puede oscilar entre el 10,50 y el 30,00%. Por lo general, su uso está limitado a secciones relativamente delgadas debido a la falta de tenacidad en las soldaduras. Además, tienen una resistencia a altas temperaturas relativamente pobre. Los aceros ferríticos se eligen por su resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, lo que los convierte en una alternativa atractiva a los aceros inoxidables austeníticos en aplicaciones donde prevalece el SCC inducido por cloruros.
• Aceros inoxidables austeníticos. Los aceros inoxidables austeníticos contienen entre 16 y 25% de Cr y también pueden contener nitrógeno en solución, los cuales contribuyen a su relativamente alta resistencia a la corrosión. Los aceros inoxidables austeníticos tienen la mejor resistencia a la corrosión de todos los aceros inoxidables y tienen excelentes propiedades criogénicas y buena resistencia a altas temperaturas. El grado más conocido es el acero inoxidable AISI 304, que contiene metales de cromo (entre 15% y 20%) y níquel (entre 2% y 10,5%) como principales componentes distintos del hierro. El acero inoxidable 304 tiene una excelente resistencia a una amplia gama de entornos atmosféricos y muchos medios corrosivos. Estas aleaciones generalmente se caracterizan por ser dúctiles, soldables y endurecibles por conformado en frío.
• Aceros inoxidables martensíticos. Los aceros inoxidables martensíticos son similares a los aceros ferríticos en que se basan en cromo, pero tienen niveles de carbono más altos hasta el 1%. A veces se clasifican como aceros inoxidables martensíticos con bajo contenido de carbono y alto contenido de carbono. Tienen una resistencia a la corrosión moderada, pero se consideran duros, fuertes y ligeramente quebradizos. Son magnéticos y pueden probarse de forma no destructiva mediante el método de inspección por partículas magnéticas, a diferencia del acero inoxidable austenítico. Un acero inoxidable martensítico común es el AISI 440C, que contiene del 16 al 18% de cromo y del 0,95 al 1,2% de carbono. El acero inoxidable de grado 440C se utiliza en las siguientes aplicaciones: bloques de calibre, cubiertos, rodamientos de bolas y pistas, moldes y matrices, cuchillos.
• Aceros Inoxidables Dúplex. Los aceros inoxidables dúplex, como su nombre indica, son una combinación de dos de los principales tipos de aleaciones. Tienen una microestructura mixta de austenita y ferrita, el objetivo suele ser producir una mezcla 50/50, aunque en las aleaciones comerciales la proporción puede ser 40/60. Su resistencia a la corrosión es similar a la de sus homólogos austeníticos, pero su resistencia a la corrosión bajo tensión (especialmente al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro), resistencia a la tracción y límites elásticos (aproximadamente el doble del límite elástico de los aceros inoxidables austeníticos) son generalmente superiores a los de los aceros inoxidables austeníticos. Los grados. Superdúplex Los aceros tienen una mayor resistencia y resistencia a todas las formas de corrosión en comparación con los aceros austeníticos estándar. Los usos comunes son en aplicaciones marinas, plantas petroquímicas, plantas desalinizadoras, intercambiadores de calor e industria de fabricación de papel. Hoy en día, la industria del petróleo y el gas es el mayor usuario y ha impulsado grados más resistentes a la corrosión, lo que ha llevado al desarrollo de aceros superdúplex.
• Aceros inoxidables PH.  Los aceros inoxidables PH (endurecimiento por precipitación) contienen alrededor de un 17% de cromo y un 4% de níquel. Estos aceros pueden desarrollar una resistencia muy alta mediante la adición de aluminio, titanio, niobio, vanadio y / o nitrógeno, que forman precipitados intermetálicos coherentes durante un proceso de tratamiento térmico denominado envejecimiento por calor. De todos los grados de acero inoxidable disponibles, generalmente ofrecen la mejor combinación de alta resistencia junto con excelente tenacidad y resistencia a la corrosión. Son tan resistentes a la corrosión como los austeníticos. Los usos comunes se encuentran en la industria aeroespacial y en algunas otras industrias de alta tecnología.

Propiedades del latón frente al acero y el acero inoxidable

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 del latón frente al acero y acero inoxidable

La densidad del latón típico – UNS C26000  es 8,53 g/cm³.

La densidad del  acero inoxidable típico  es de 8,0 g/cm³  (acero 304).

La densidad del acero típico es de 8,05 g/cm³.

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 (N_A = 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 del latón frente al acero y acero inoxidable

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 del latón frente al acero y acero inoxidable

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 latón de  cartucho: UNS C26000  es de aproximadamente 315 MPa.

La máxima resistencia a la tracción del  acero inoxidable – tipo 304L  es de 485 MPa.

La resistencia máxima a la tracción del acero con bajo contenido de carbono se encuentra entre 400 y 550 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 de 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 latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 95 MPa.

El límite elástico del  acero inoxidable – tipo 304L  es de 170 MPa.

El límite elástico del acero con bajo contenido de carbono es de 250 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 superado el límite elástico, una parte 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 latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 110 GPa.

El módulo de Young del  acero inoxidable – tipo 304 y 304L  es 193 GPa.

El módulo de Young del  acero con bajo contenido de carbono  es de 200 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 del latón frente al acero y acero inoxidable

La dureza Brinell del latón de  cartucho – UNS C26000  es de aproximadamente 100 MPa.

La dureza Brinell del  acero inoxidable – tipo 304  es de aproximadamente 201 MPa.

La dureza Brinell del  acero con bajo contenido de carbono  es de aproximadamente 120 MPa.

La dureza Brinell del acero con alto contenido de carbono es de aproximadamente 200 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.

Propiedades térmicas del latón frente al acero y el acero inoxidable

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica , la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión del latón frente al acero y acero inoxidable

El punto de fusión del latón del  cartucho – UNS C26000  es de alrededor de 950°C.

El punto de fusión del  acero inoxidable – acero tipo 304  es de alrededor de 1450°C.

El punto de fusión del  acero con bajo contenido de carbono  es de alrededor de 1450°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica del latón frente al acero y acero inoxidable

La conductividad térmica del latón de  cartucho – UNS C26000  es de 120 W/(mK).

La conductividad térmica del  acero inoxidable – tipo 304  es de 20 W/(mK).

La conductividad térmica del acero típico  es de 20 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones