01-Cristalografía

Un metal tiene sus átomos ordenados en el espacio de forma similar a un montón de canicas. A esta ordenación se le denomina estructura cristalina, en contraposición con las estructuras desordenadas o vítreas.

Analizando la ordenación de los átomos se llega a la conclusión de que en toda la red espacial se repite el mismo patrón, y a la parte más pequeña que se repite se le llama celda unitaria o elemental. Esta celda unitaria se caracteriza por varios valores, entre los cuales tenemos la longitud de las aristas o constante reticular y los ángulos entre dichas aristas.

Otros parámetros que caracterizan a las redes cristalinas son el índice de coordinación (i), que es el número de átomos a igual distancia de uno dado, y el factor de empaque (FPA), que es la relación entre el volumen ocupado por los átomos de la celda unitaria y el volumen total de esa celda.

El análisis de las redes cristalinas recibe el nombre de Cristalografía, y a las catorce distintas redes existentes, redes de Bravais. Pero los metales responden mayoritariamente a tres tipos de redes, que son:

Red cúbica centrada en el cuerpo (BCC)

Este cristal es poco compacto y permite la vibración de los átomos. Tiene los siguientes parámetros:

Índice de coordinación: i = 8

Número de átomos en la celda unitaria: n = 1 + 8 (1/8) = 2

Relación entre la arista y el radio atómico:

Y el factor de empaque:

Red cúbica centrada en las caras (FCC)

Esta red tiene los siguientes parámetros:

ndice de coordinación: i = 12

Número de átomos en la celda unitaria: n = 8 (1/8) + 6(1/2) = 4

Relación entre la arista y el radio atómico:

Y el factor de empaque:

Red hexagonal compacta (HCP)

En este caso, los parámetros son:

Índice de coordinación: i = 12

Número de átomos en la celda unitaria: n = [6·(1/6)·2 + 2·(1/2)] + 6·(1/2)

n = 6

Para la relación entre la arista y el radio atómico, así como para el factor de empaque, coinciden con los valores de la red FCC. La única deiferencia entre ambas estructuras estriba en un pequeño detalle: la

colocación de las esferas en la tercera capa. Compara las dos redes:

Red hexagonal Red cúbica centrada en las caras

En ocasiones, los átomos de un elemento tienen una disposición cristalina a temperatura ambiente, y a medida que aumenta la temperatura esta disposición cambia para amoldarse mejor a la vibración de los átomos. A este fenómeno se le llama alotropía.

02-Propiedades

Las distintas propiedades de los materiales se suelen clasificar atendiendo a la utilización o el principio que las rige, y así podemos tener propiedades químicas (acidez, reactividad, resistencia a la corrosión,...), físicas (color, densidad,...) o decorativas (calidez, tacto agradable,...). Pero lo que se analiza para la utilización técnica de los materiales son las propiedades mecánicas. Veamos algunas de estas propiedades:

La cohesión es la resistencia a la separación de los átomos o moléculas de un material. Es la propiedad que determina el resto de propiedades mecánicas.

Un material es elástico cuando recupera su forma inicial después de someterlo a una deformación. Lo contrario de elasticidad es la rigidez.

La plasticidad es una propiedad ligada con la elasticidad, sin llegar a ser opuesta. Cuando se deforma un material elástico, éste puede recuperar su forma, pero si se rebasa un cierto límite, el material quedará deformado. Entonces decimos que el material se ha comportado de forma plástica. Esta propiedad es muy característica de los metales, pues sus átomos pueden aplastarse para transformarse en chapas o alambres. En el primer caso se habla de maleabilidad y en el segundo de ductilidad.

Maleabilidad Ductilidad

Aunque en lenguaje común decimos que algo es duro cuando se resiste a ser deformado, el concepto físico de dureza es la resistencia a hacer rayas sore el material. Esto se traduce en que un material duro presenta dificultad para clavar algo sobre él.

Por último, cabe destacar la resistencia a la fatiga, la cual significa que el material soporta muchas deformaciones repetidas sin romperse, como cuando se dobla muchas veces un alambre hasta conseguir que se rompa.

Para determinar estas propiedades se hacen unas pruebas que se denominan ensayos, con los cuales se analiza el comportamiento del material y se obtienen valores numéricos para comparar distintos materiales y elegir el más adecuado a cada aplicación. Los ensayos se clasifican atendiendo al rigor, al método o al uso de la muestra, y tenemos:

Por su rigor, los ensayos científicos se realizan en laboratorios especializados y someten al material a pruebas precisas y normalizadas para obtener valores precisos, mientras que los ensayos técnicos se realizan en los lugares de trabajo para obtener la calidad del material y tomar decisiones de su utilización.

Laboratorio para ensayos científicos Ensayos técnicos in situ

Los ensayos se denominan destructivos cuando el material queda roto y desechado tras el estudio, o no destructivos cuando sólo se verifica algo sin afectar al estado del material.

Por último, en cuanto al método usado, se puede estudiar la composición o la respuesta ante reacciones químicas (ensayos químicos), los ensayos físicos obtienen propiedades físicas, el método metalográfico consiste en mirar por microscopio la disposición de las redes de un metal. Los ensayos mecánicos

En este curso se van a introducir los siguientes:

Ensayos de dureza Ensayos de deformación

Ensayos de resiliencia

Ensayos de resistencia a fatiga

03-Ensayo de tracción

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza pequeña que trata de deformarlo se produce una deformación elástica, que se recupera al desaparecer esa fuerza. Pero superado un cierto valor, la deformación que sufre el cilindro es permanente, o plástica.

La respuesta de un material ante la deformación está influenciada por la relación entre la fuerza aplicada y el tamaño del objeto. Por lo tanto, no se analiza la fuerza sino ésta dividida entre el área que debe soportarla. A este valor se le denomina esfuerzo, y la unidad del Sistema Internacional es el N/m² o Pa (pascal), un valor muy pequeño, por lo que es más corriente su múltiplo el MPa o el kp/mm²:

Asímismo, la deformación que sufre el material debe ser considerada en relación con la longitud total del objeto, y se analiza la deformación unitaria, ε, obtenida al dividir la deformación total entre la longitud del objeto. A veces se habla de elongación como el tanto por ciento de deformación, y que se obtiene al multiplicar la deformación unitaria por 100:

Con estas premisas, el ensayo de tracción de un material consiste en someter un cilindro o una placa con dimensiones normalizadas de ese material a un estiramiento creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Con ésto se obtienen gráficas como la del dibujo, de un ensayo de tracción, en el que se observan varias zonas características de los materiales elásticos:

1 - Es la zona elástica del material hasta un esfuerzo denominado límite elástico (LE). En buena parte de la curva se mantiene la proporcional y a la pendiente de la curva se le llama módulo elástico o módulo de Young. La recta responde a una ecuación llamada Ley de Hooke:

2 - Esta es también una zona elástica, aunque en ella no se cumple la proporcionalidad.

3 - Esta zona se denomina de fluencia, en la que el material cede sin apenas aumentar el esfuerzo, el cual recibe el nombre de esfuerzo de fluencia (LF). Es el incio de las deformaciones plásticas.

4 - Cuando se sigue aumentando el esfuerzo de tracción el material sigue alargandose de forma plástica. Al desaparecer el esfuerzo, aunque el material deja de estar estirado, no recupera su tamaño original y se queda deformado permanentemente.

5 - A partir de un cierto límite llamado esfuerzo de rotura (LR) el estiramiento es tan grande que se produce la estricción de la sección, es decir, el material adelgaza, y acaba rompiéndose.

 

Los diseños técnicos se realizan para que las piezas trabajen siempre en la zona elástica. Incluso se trabaja con un coeficiente de seguridad n, que limita un esfuerzo máximo de trabajo σT:

Ya sabemos que cuando se somete un material a un esfuerzo superior al límite de fluencia, éste se estira, y al desaparecer la fuerza, aunque el material deja de estar estirado, no recupera su tamaño original y se queda deformado permanentemente. Si ahora se vuelve a cargar ese material, resulta que su límite elástico es el valor del esfuerzo alcanzado anteriormente. A este efecto se le denomina provocar acritud en el material, y es una forma de mejorar sus propiedades.

Cuando se alarga un metal por efecto de la tracción, a la vez sufre un estrechamiento que se puede calcular mediante el volumen de la pieza:

V = S0 · l0

volumen que se mantiene cuando la pieza se alarga y se estrecha. Por este motivo, en la expresión del esfuerzo sería aconsejable indicar que se usa la sección inicial S0, aunque las ínfimas variaciones de la misma hacen despreciable ser tenidas en cuenta para los cálculos.

Sin embargo, como se puede ver en la animación, en la rotura sí se produce un estrechamiento considerable. Al igual que ocurría con la deformación unitaria ε, se puede analizar el valor de estricción como la diferencia de secciones en relación con la sección original:

Estricción = (S0 - SROTURA ) / S0

04-Ensayos de dureza

La dureza es la resistencia de un material a ser rayado o penetrado, por lo cual estamos midiendo la cohesión entre los átomos del material. Ésto, por tanto, guarda relación con la resistencia a la deformación y a la rotura, y cuanto más duro sea un material, más resistente será también.La escala de Mohs sigue siendo empleada en geología, y consiste en rayar los materiales con una roca de referencia, empezando con el talco, que recibe el número 1, y terminando con el diamante, al que se asigna el número 10.

Con los metales se utiliza un ensayo técnico conocido como método Martens que consiste en medir el surco que deja una punta de diamante de forma piramidal que se desplaza sobre la superficie. Sin embargo, es más frecuente hablar de otro tipo de ensayos en los que se mide la marca que se deja en un material cuando se intenta clavar en él otra pieza de formas definidas, llamada penetrador.

El método consiste en aplicar una fuerza y medir la huella que queda. Según la forma del penetrador y la forma de aplicar la fuerza tenemos varios ensayos de dureza, entre los que destacan tres: el método Brinell, el método Vickers y los métodos Rockwell. En los dos primeros se trata de calcular el

esfuerzo resistente (F/S) y ese será el valor de dureza.

DUREZA BRINELL

Este método consiste en aplicar una fuerza a una bola de acero y calcular el cociente entre la fuerza y la superficie de la huella, que viene dada por la expresión S = Π · D · f

El diámetro d de la huella se mide fácilmente con un microscopio, pero la profundidad f no es sencilla. Por lo tanto, se busca la relación matemática entre los valores:

Ahora se divide la fuerza entre la superficie de la huella y se obtiene el valor de la dureza Brinell, que se expresa mediante una expresión normalizada, en la que se escribe el valor de dureza en kp/mm², las letras HB (Hardness Brinell), el diámetro en mm de la bola, la fuerza en kp y el tiempo que dura la aplicación de la fuerza en segundos:

100 HB 5 250 30

Este ensayo se considera correcto cuando el tamaño de la bola no es demasiado pequeño (se clavaría) ni demasiado grande (apenas dejaría marca). Se establece como criterio que el diámetro de la huella obtenida esté comprendido entre la mitad y un cuarto del tamaño de la bola del penetrador:

D/4 < d < D/2

La relación entre la fuerza y el tamaño de la bola recibe el nombre de constante de ensayo K (F = K·D²), que suele rondar el valor de 30. Dos ensayos que tengan la misma constante K darán el mismo valor de dureza.

DUREZA VICKERS

Este ensayo se utiliza cuando el grosor del material es pequeño o cuando su dureza es muy grande para que una bola de acero deje marca. En este caso el penetrador es una pirámide de diamante con base cuadrada y ángulo en el vértice de 136°.

Al igual que en el caso anterior, se divide el valor de la fuerza entre la superficie dejada por el penetrador, expresada en función de las distancias dejadas en una superficie formada por cuatro triángulos, que se calcula así:

 

 

De forma idéntica que en la dureza Brinell, en la escala Vickers también se indica el valor resultante de dividir la fuerza entre la superficie en kp/mm², y la expresión normalizada consiste en escribir este valor, las iniciales HV (Hardness Vickers) y luego la fuerza aplicada en kp:

700 HV 30

 

DUREZA ROCKWELL

En los ensayos anteriores no se tiene en cuenta que el material penetrado tiene una cierta recuperación elástica tras la desaparición de la carga. Para obviar este punto se desarrollaron los métodos Rockwell, en los que además se mide la profundidad de la huella mediante máquinas de precisión llamadas durómetros.

Se usan penetradores y fuerzas normalizadas para cubrir un amplio espectro de materiales, y cada combinación recibe una letra, de las cuales las más frecuentes son las escalas Rockwell B (con una bola de acero) y la Rockwell C (con un cono de diamante).

El proceso es el siguiente:

1º Se aplica al penetrador una precarga baja de 10 kp para provocar una deformación elástica, y se obtiene una profundidad h0.

2º A continuación se aplica una carga adicional hasta alcanzar los 100 kp (HRB) o de 150 kp (HRC), con lo cual el penetrador se introduce hasta una profundidad h1 produciendo una deformación plástica.

3º Por último se retira esta carga adicional y se vuelve hasta el valor de 10 kp de la precarga, con lo cual el penetrador se queda a una profundidad h2.

La diferencia entre la profundidad inicial y la final d = h2 - h0 elimina la componente elástica de la deformación. A continuación se comprueba cuántas veces cabe en esta diferencia "d" la unidad Rockwell de 0,002 mm y éste es el valor de penetración.

Este valor es tanto menor cuanto más duro sea el material. Para que los materiales más duros tengan valores de dureza más altos, se resta la penetración Rockwell de 130 (en la escala HRB) o de 100 (en la escala HRC).

HRB = 130 - e

HRC = 100 - e

05-Resiliencia

Cuando sobre un objeto se ejerce una fuerza, éste se deforma absorbiendo energía, y llegando incluso a romperse. Esta propiedad es lo que hemos denominado tenacidad. Cuando la aplicación de la fuerza se realiza en un instante, lo que tenemos es un impacto, y la resistencia al impacto se llama resiliencia.

El ensayo de resiliencia más ampliamente utilizado es el método Charpy, que consiste en medir la energía que pierde un péndulo cuando choca en su trayectoria contra una probeta tipo Mesnager del material, que es una barra de sección cuadrada de 1 cm de lado con una entalla o ranura de 2 mm de profundidad en el centro:

Para comparar la energía absorbida respecto al grosor de la pieza, la resiliencia se cuantifica mediante el cociente entre la energía absorbida y la sección resistente; se representa por ρ o KVC y se mide comunmente en J/mm² (cuando se usa el SI se expresa como KVC y se mide en J/m²):

ENSAYO DE FATIGA

El principio de la rotura por fatiga estriba en que con un esfuerzo muchísimo menor que el de rotura pero aplicado de forma reiterada se consigue que el material acabe por romperse, mostrando una superficie muy típica: un punto de inicio o incubación, una zona de playas o propagación por la que se va extendiendo la grieta hasta que la sección efectiva del material es muy pequeña

Zonas de rotura por fatiga

Los ensayos de fatiga consisten en someter a una probeta a una serie de esfuerzos de forma repetida hasta producir la rotura. Los valores se tabulan y se construyen gráficas llamadas curvas de Woehler, en las que se compara el número de ciclos con el valor del esfuerzo:

05-Resiliencia

Cuando sobre un objeto se ejerce una fuerza, éste se deforma absorbiendo energía, y llegando incluso a romperse. Esta propiedad es lo que hemos denominado tenacidad. Cuando la aplicación de la fuerza se realiza en un instante, lo que tenemos es un impacto, y la resistencia al impacto se llama resiliencia.

El ensayo de resiliencia más ampliamente utilizado es el método Charpy, que consiste en medir la energía que pierde un péndulo cuando choca en su trayectoria contra una probeta tipo Mesnager del material, que es una barra de sección cuadrada de 1 cm de lado con una entalla o ranura de 2 mm de profundidad en el centro:

Para comparar la energía absorbida respecto al grosor de la pieza, la resiliencia se cuantifica mediante el cociente entre la energía absorbida y la sección resistente; se representa por ρ o KVC y se mide comunmente en J/mm² (cuando se usa el SI se expresa como KVC y se mide en J/m²):

ENSAYO DE FATIGA

El principio de la rotura por fatiga estriba en que con un esfuerzo muchísimo menor que el de rotura pero aplicado de forma reiterada se consigue que el material acabe por romperse, mostrando una superficie muy típica: un punto de inicio o incubación, una zona de playas o propagación por la que se va extendiendo la grieta hasta que la sección efectiva del material es muy pequeña

Zonas de rotura por fatiga

Los ensayos de fatiga consisten en someter a una probeta a una serie de esfuerzos de forma repetida hasta producir la rotura. Los valores se tabulan y se construyen gráficas llamadas curvas de Woehler, en las que se compara el número de ciclos con el valor del esfuerzo:

06-Diagrama Fe-C

El hierro y el carbono constituyen aleaciones únicamente hasta un 6,67% en peso de carbono. Con esta concentración y con concentraciones superiores se crea un compuesto químico denominado cementita (Fe3C) que no tiene propiedades metálicas. Por lo tanto, únicamente se estudia el diagrama hasta esa proporción.

En la solidificación aparece una solución sólida llamada austenita para proporciones inferiores al 1,76% de carbono, y con un 4,30% se crea un eutéctico llamado ledeburita. Ésto provoca la primera clasificación del sistema hierro-carbono: se habla de aceros si la proporción de carbono es inferior a 1,76%, y de fundiciones para proporciones entre 1,76 y 6,67%.

La austenita también se llama hierro-γ, y tiene una red cúbica centrada en las caras (FCC) que en su interior admite átomos de carbono. Pero cuando se contrae la red al disminuir la temperatura, disminuye la solubilidad como ya sabemos, y se expulsa el carbono sobrante en forma de cementita. Cuando la temperatura baja hasta 723° C el hierro sufre un cambio alotrópico y su red se transforma en cúbica centrada en el cuerpo (BCC), que no acepta apenas átomos de carbono en su seno; entonces el hierro se denomina ferrita o hierro-α. Este cambio de solubilidad en estado sólido conlleva la formación de un eutectoide llamado perlita con una concentración de 0,89% de carbono que está formado por láminas de ferrita y de cementita.

A los aceros que tienen una proporción menor que 0,89% de carbono se les denomina hipoeutectoides, y si tienen entre 0,89 y 1,76% de carbono, hipereutectoides. 

Recopilando todo, el diagrama del sistema hierro-carbono tiene este aspecto:

07- Los aceros

La parte del diagrama correspondiente a los aceros es la siguiente:

En el diagrama se distinguen dos temperaturas: A1, de aparición de la perlita y A3 o temperatura de austenización completa, que varía con el contenido en carbono del acero. La temperatura A2 (768°C) se conoce como temperatura de Curie y en ella el hierro pasa de ser una sustancia fácilmente magnetizable a temperatura ambiente a perder esas propiedades magnéticas.

Cuando el enfriamiento de un acero eutectoide es muy lento, la austenita se transforma en perlita. Para un acero hipoeutectoide, un enfriamiento lento significa obtener una estrucutra perlítica rodeada de ferrita. A esto se le conoce como matriz ferrítica. Para aceros hipereutectoides la cementita tiende a formar nódulos o pequeños granos en el seno de la austenita, a ésto se le denomina cementita proeutectoide, que se mantendrá cuando la austenita se transforme en perlita.

Con la siguiente animación se puede ver cómo evoluciona durante el enfriamiento un acero

eutectoide:

Y aquí hay otra animación, en este caso, del enfriamiento de un acero hipoeutectoide:

Cuando se hace un estudio de la microestructura de un metal, se pule la superficie y se la ataca con sustancias ácidas que resaltan los límites de grano. A continuación se fotografía el aspecto, y se obtiene la micrografía del metal. Para los aceros tenemos esta muestra de micrografías:

AustenitaFerrita

Ferrita + Perlita

 

Perlita

Perlita + Cementita

08-Tratamientos térmicos

Las estructuras que se han visto hasta ahora sólamente se obtienen cuando el enfriamiento es muy lento. En particular, para conseguir que un acero eutectoide se quede como perlita es necesario que transcurran muchas horas para que se desplacen los átomos de las redes y la cementita y la ferrita

acaben formando las consabidas capas alternadas.

Cuando la austenita se enfría más rápidamente se obtiene un material similar a la perlita pero con una microestructura menos definida, que se llama bainita. Cuando el enfriamiento de la austenita es

muy rápido, el carbono disuelto no tiene tiempo de salir de la red y la estructura se queda "congelada"; al material resultante se le denomina martensita, que tiene una gran resistencia

mecánica y una elevada tenacidad. Este proceso de congelación se llama temple o templado.

Perlita Bainita Martensita

En realidad, el carbono de la austenita se queda bloqueado dentro de la red, pero la contracción y la tendencia a que la estructura se transforme en la red BCC de la ferrita es tan fuerte, que los átomos de carbono deforman el cristal, creando una red centrada en el cuerpo pero tetragonal (BCT):

Con objeto de analizar las distintas estructuras que se obtienen al variar la temperatura y el tiempo de enfriamiento, se lleva a cabo un ensayo que consiste en calentar un gran número de placas de

acero (digamos 100) de una determinada composición por encima de su temperatura A3, a fin de que todas las placas se transformen en austenita. A continuación se introduce una serie de placas (por ejemplo 10) en un baño de sales cuya temperatura se mantiene constante. Otra serie (otras 10, por ejemplo) se introducen en otro baño que se mantiene a temperatura diferente, y así sucesivamente. De cada baño se extrae una placa cada cierto tiempo, para templarla y ver su microestructura. De

esta forma se anota el tiempo que ha tardado en empezar la transformación, así como el instante en que la transformación se ha completado, y se obtienen los diagramas tiempo-temperatura-

transformación, conocidos simplemente como curvas TTT:

Al representar un enfriamiento en el diagrama TTT, se puede analizar qué estructura se obtendrá, estudiando si ha comenzado la transformación de la austenta, si se ha completado la transformación, hasta qué proporción, etc.

Los tratamientos térmicos básicos del acero se pueden resumir como:

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que A3 y se enfría luego rápidamente en un medio como agua o aceite. Las contracciones que conlleva el enfriamiento dan lugar a que las piezas queden con tensiones internas y hasta se agrieten.

Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para eliminar las tensiones creadas en el temple, conservando parte de la dureza y mejorando la tenacidad. Consiste en calentar hasta temperaturas inferiores a A3 para permitir una ligera expulsión del carbono de la martensita y después enfriar el material.

  Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización

(800-925ºC) seguido de un enfriamiento muy lento para anular totalmente el temple. Se realiza para facilitar el mecanizado de las piezas al ablandar el material.

  Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de

tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Es un tratamiento idéntico al recocido, con una velocidad de enfriamiento algo más rápida. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

En la siguiente animación se pueden ver algunos de estos tratamientos:

09-Tratamientos superficiales

Cuando se trabaja con un material, es deseable que sea muy tenaz para aguantar impactos, pero que su superficie sea muy dura para evitar el desgaste. Ésto se consigue obteniendo las propiedades deseadas para toda la pieza mediante tratamientos térmicos adecuados y después variar las propiedades de la superficie sometiéndola a otro tratamiento diferente, que puede ser térmico, termoquímico o mecánico.

El tratamiento térmico superficial consiste en calentar únicamente la superficie de una pieza de acero mediante inducción o con soplete, para después enfriar rápidamente y así producir un temple únicamente en la superficie.

En el caso de tratamientos termoquímicos se añaden diferentes productos químicos a aceros de bajo contenido en carbono mediante el calentamiento y enfriamiento de las piezas a tratar en atmósferas especiales. Los dos casos más corrientes son:

Cementación: Aumenta la dureza superficial aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue cubriendo el metal con carbón vegetal o en atmósfera de metano durante y manteniéndolo por encima de la temperatura A3, con lo que se logra que se difunda carbono únicamente en la zona exterior. Posteriormente se obtiene, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial y resistencia al desgaste, manteniendo una buena tenacidad en el núcleo.

Nitruración: Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial por aparición de un compuesto de mayor dureza que la cementita (Fe4N), al incorporar nitrógeno en la composición de la superficie. Se logra calentando el acero dentro de una corriente de gas amoniaco con nitrógeno y manteniendo una temperatura de unos 500º C.

El tratamiento mecánico superficial por excelencia es el granallado o shot-peening, que consiste en lanzar un chorro de pequeñas bolas de acero contra la pieza, con objeto de rebasar el límite elástico en la superficie y provocar acritud. Además, con este tratamiento se cierran las posibles microgrietas que dan origen a la rotura por fatiga.

Merecen especial atención los tratamientos anticorrosión. El proceso de la corrosión consiste en la reacción del metal con el oxígeno o con otros elementos del entorno. Aunque comunmente a ésto se le llama oxidación, se reserva este término para la reacción del acero con el oxígeno a elevadas temperaturas. La corrosión se produce por alguno de los siguientes efectos:

por erosión con materiales abrasivos por ataque químico de sustancias corrosivas

por reacciones galvánicas entre metales de distinta electronegatividad en contacto con un electrolito conductor

por reacción con el oxígeno del aire en presencia de humedad

corrosión intergranular de eutécticas

Para evitar la corrosión se utilizan varios métodos, los más importantes son:

diseño adecuado, evitando lugares propicios a acumulaciones selección adecuada del material, procurando usar aceros pasivados, es decir aleados con

materiales protectores

recubrimiento superficial, que puede ser fundido (recubrimiento de estaño para formar hojalata o galvanizado con cinc), plaqueado (con láminas de aluminio por ejemplo) o pintado

protección catódica, mediante baterías que evitan las reacciones galvánicas o, más frecuentemente, con ánodos de sacrificio más electronegativos aún que el material a proteger. En la imagen inferior se puede ver el típico ánodo de cinc para proteger el casco de la embarcación, que es de acero y se corroe ante el bronce de la hélice, puesto que el hierro es más electronegativo que el

cobre (a veces se dice que el hierro es menos noble).

Corrosión electrolítica Ánodos de sacrificio

En el gráfico de la corrosión electrolítica, la zona anódica es el metal más electronegativo, que actúa como polo positivo y se corroe. La zona catódica o polo negativo es el metal menos electronegativo. Por su parte, el electrolito es un líquido con iones de hidrógeno, y normalmente es una sustancia ácida.

10-Reciclaje

El reciclaje es la obtención de materias primas a partir de desechos, introduciéndolos de nuevo en el ciclo de vida. Se produce ante la perspectiva de tres factores: el agotamiento de recursos naturales, la eliminación eficaz los desechos y la rentabilidad económica de la actividad.

La mayor parte de los metales que existen se pueden fundir y volver a procesar. Los residuos metálicos se clasifican en dos tipos:

Metales férricos, originados en el proceso de producción, transformación y uso del acero Metales no-férricos, que son el resto de metales, principalmente aluminio y cobre.

CADENA DE RECICLAJE

La cadena de reciclado posee varios eslabones:

Origen: que puede ser doméstico (RSU) o industrial (RSI)

Recuperación: que puede ser realizada por empresas públicas o privadas. Consiste únicamente en la recolección y transporte de los residuos hacia el siguiente eslabón de la cadena

Plantas de transferencia: se trata de un eslabón que no siempre se usa. Aquí se mezclan los residuos para realizar transportes mayores a menor coste (usando contenedores más

grandes o compactadores más potentes)

Plantas de clasificación (o separación): donde se clasifican los residuos y se separan los valorizables

Reciclador final (o planta de valoralización): donde finalmente los residuos se reciclan (acerías, papeleras, plastiqueros,...), se almacenan (vertederos) o se usan para producción de energía (incineración, biogás, cementeras,...)

La tendencia en la actualidad es la de separación en origen, que permite reducir los costes económicos a los entes públicas y empresas privadas. Además es una obligación impuesta por la Ley 10/1998 de residuos en España, tanto para los RSU como para los RSI.

 

METALES FÉRRICOS

Son los que tienen mayor demanda comercial. El uso de chatarra de hierro ahorra el 62 % de energía respecto a la producción con mineral de hierro, además de gran cantidad de agua y evitar mucha contaminación.

Existe una red de chatarreros a nivel nacional, que recolecta y acopia el material que proviene de automóviles y electrodomésticos desguazados, de construcciones, y también de la basura urbana, donde este tipo de materiales constituye alrededor del 3%.

La chatarra recibida en la planta de reciclaje llega generalmente mezclada y sucia. Es necesario, por lo tanto, verificar que no existan elementos contaminantes o peligrosos, como material bélico o recipientes cerrados de gas, entre otros. Luego, la chatarra es tomada por un gigantesco electroimán el que, gracias a las propiedades magnéticas del hierro, además de seleccionarla, se traslada hasta la cesta, un enorme recipiente de acero ultrarresistente.

La cesta introduce su carga de chatarra a un horno eléctrico, donde se logra el paso del estado sólido (chatarra) al estado líquido (acero líquido), mediante la energía liberada por un arco eléctrico entre tres electrodos de grafito. Mediante la inyección de oxígeno y la introducción de un carburante para generar más energía, se logra fundir todo el metal. La escoria, más liviana, flota sobre el acero líquido, del que es separada. Una vez que el acero líquido está libre de escoria, se vierte en otro recipiente, denominado cuchara de colada, donde se termina de ajustar la composición química definitiva.

Posteriormente, en esta cuchara se transporta hacia unos anillos refrigerados con agua donde entra el acero líquido por la parte superior y sale por la parte inferior continuamente. Este proceso es conocido como colada continua y permite producir las palanquillas, las que posteriormente son laminadas para producir barras de acero.

 

METALES NO FÉRRICOS

Suelen ser metales de alto valor como el aluminio, cobre, plomo y el oro o el platino de los equipos electrónicos. Por ello se realiza un gran esfuerzo en su recuperación, ya que ahorra grandes cantidades de materias primas muy caras y difíciles de extraer además de ahorros energéticos que pueden llegar al 96% para el caso del aluminio. Éste, además, es el metal más frecuente en las basuras domésticas, llegando a proporciones del 1%, y el residuo de aluminio es ligero, no arde ni se oxida y también es fácil de transportar.

La separación de estos metales es más difícil y requiere técnicas más complicadas. Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada. La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario.

 

La preparación de la chatarra descartando los elementos metálicos no deseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el horno de manera más rápida y económica.