aleación - Alloy


De Wikipedia, la enciclopedia libre
De metal de Wood , un eutéctico de bajo punto de fusión de la aleación de bismuto , plomo , estaño , y cadmio

Una aleación es una combinación de metales o de un metal y otro elemento . Aleaciones se definen por un enlace metálico carácter. Una aleación puede ser una solución sólida de elementos metálicos (una sola fase) o una mezcla de fases metálicas (dos o más soluciones). Intermetálicos compuestos son aleaciones con un definido estequiometría estructura y cristal. Fases de Zintl son también a veces se consideran aleaciones dependiendo de los tipos de bonos (ver también: triángulo Van Arkel-Ketelaar para obtener información sobre la clasificación de unión en compuestos binarios).

Las aleaciones se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. En algunos casos, una combinación de metales puede reducir el coste global del material preservando al mismo tiempo propiedades importantes. En otros casos, la combinación de metales imparte propiedades sinérgicas a los elementos metálicos constituyentes tales como resistencia a la corrosión o la resistencia mecánica. Los ejemplos de aleaciones son de acero , soldadura , latón , estaño , duraluminio , bronce y amalgamas .

Los componentes de la aleación generalmente se miden por el porcentaje en masa para aplicaciones prácticas, y en la fracción atómica para los estudios de ciencia básica. Las aleaciones se clasifican generalmente como sustitutivos o aleaciones intersticiales , dependiendo de la disposición atómica que se forma la aleación. Se pueden clasificar además como homogéneo (que consiste en una sola fase), o heterogénea (que consta de dos o más fases) o intermetálico .

Introducción

Líquido de bronce , que se vierte en moldes durante la colada.
Un latón lámpara.

Una aleación es una mezcla de elementos químicos , que forma una sustancia impura (mezcla) que conserva las características de un metal de . Una aleación es distinto de un metal impuro en que, con una aleación, los elementos añadidos están bien controlados para producir propiedades deseables, mientras que los metales impuros tales como hierro forjado son menos controlados, pero a menudo se consideran útiles. Las aleaciones se preparan mezclando dos o más elementos, al menos uno de los cuales es un metal. Esto generalmente se llama el metal primario o el metal de base, y el nombre de este metal también puede ser el nombre de la aleación. Los otros constituyentes pueden o no pueden ser metales, pero, cuando se mezcla con la base fundida, que será soluble y disolver en la mezcla. Las propiedades mecánicas de las aleaciones serán a menudo muy diferentes de las de sus constituyentes individuales. Un metal que normalmente es muy suave ( maleable ), tal como de aluminio , puede ser alterado mediante la aleación con otro metal blando, como el cobre . Aunque ambos metales son muy suaves y dúctil , la resultante de aleación de aluminio tendrá mucho mayor fuerza . La adición de una pequeña cantidad de no metálico de carbono a hierro negocia su gran ductilidad para la mayor resistencia de una aleación llamada de acero . Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza , y su capacidad de ser enormemente alterada por tratamiento con calor , el acero es una de las aleaciones más útiles y comunes en uso moderno. Mediante la adición de cromo al acero, su resistencia a la corrosión se puede mejorar, la creación de acero inoxidable , mientras que la adición de silicio va a alterar sus características eléctricas, la producción de acero al silicio .

Como el aceite y el agua, un metal fundido no siempre puede mezclar con otro elemento. Por ejemplo, el hierro puro es casi completamente insoluble con el cobre. Incluso cuando los componentes son solubles, cada uno por lo general tienen un punto de saturación , más allá del cual se puede añadir no más del constituyente. El hierro, por ejemplo, puede contener un máximo de 6,67% de carbono. Aunque los elementos de una aleación por lo general deben ser solubles en el líquido de estado, que no siempre pueden ser solubles en el sólido estado. Si los metales permanecen solubles cuando son sólidos, la aleación forma una solución sólida , convirtiéndose en una estructura homogénea que consiste en cristales idénticos, llamada fase . Si, como la mezcla se enfría los componentes se hacen insolubles, que pueden separarse para formar dos o más tipos diferentes de cristales, creando un heterogéneo microestructura de diferentes fases, algunas con más de un constituyente de la otra fase tiene. Sin embargo, en otras aleaciones, los elementos insolubles pueden no separarse hasta después de que ocurra la cristalización. Si se enfría muy rápidamente, que primero se cristalizan como una fase homogénea, pero son sobresaturada con los componentes secundarios. A medida que pasa el tiempo, los átomos de estas aleaciones sobresaturadas pueden separar de la red cristalina, cada vez más estable, y formar una segunda fase que sirven para reforzar los cristales internamente.

Algunas aleaciones, tales como electro que es una aleación que consta de plata y oro , se producen de forma natural. Los meteoritos se hacen a veces de origen natural aleaciones de hierro y níquel , pero no son nativos de la Tierra. Una de las primeras aleaciones hechas por los seres humanos era de bronce , que es una mezcla de los metales estaño y cobre . El bronce era una aleación de gran utilidad para los antiguos, porque es mucho más fuerte y más duro que cualquiera de sus componentes. Acero era otra aleación común. Sin embargo, en los tiempos antiguos, que sólo pudo ser creado como un subproducto accidental del calentamiento de mineral de hierro en los incendios ( fundición ) durante la fabricación de hierro. Otras aleaciones antiguas incluyen estaño , cobre y hierro en lingotes . En la era moderna, el acero se puede crear de muchas formas. Acero al carbono se puede hacer variando sólo el contenido de carbono, la producción de aleaciones blandos como acero dulce o aleaciones duras como acero de resorte . Aceros de aleación pueden hacerse mediante la adición de otros elementos, tales como cromo , molibdeno , vanadio o níquel , dando como resultado aleaciones tales como acero de alta velocidad o acero para herramientas . Pequeñas cantidades de manganeso se alea generalmente con la mayoría de los aceros modernos debido a su capacidad para eliminar las impurezas no deseadas, como fósforo , azufre y oxígeno , que pueden tener efectos perjudiciales sobre la aleación. Sin embargo, la mayoría de las aleaciones no fueron creados hasta la década de 1900, tales como diversos aluminio, titanio , níquel y aleaciones de magnesio . Algunos modernos superaleaciones , tales como Incoloy , inconel , y hastelloy , pueden consistir en una multitud de diferentes elementos.

Terminología

Una válvula de compuerta, hecho de Inconel .

Como sustantivo, la aleación término se utiliza para describir una mezcla de átomos en la que el componente principal es un metal. Cuando se utiliza como un verbo, el término se refiere al acto de la mezcla de un metal con otros elementos. El metal primario se llama la base de , la matriz , o el disolvente . Los componentes secundarios a menudo se llaman solutos . Si hay una mezcla de sólo dos tipos de átomos (no impurezas contando) como un cobre-níquel de la aleación, entonces se llama una aleación binaria. Si hay tres tipos de átomos que forman la mezcla, tales como hierro, níquel y cromo, entonces se llama una aleación ternaria. Una aleación con cuatro constituyentes es una aleación cuaternaria, mientras que una aleación de cinco partes se denomina una aleación quinario. Debido a que el porcentaje de cada componente se puede variar, con cualquier mezcla de toda la gama de posibles variaciones se llama un sistema . A este respecto, todas las diversas formas de una aleación que contiene sólo dos componentes, como el hierro y carbono, se denomina un sistema binario, mientras que todas las combinaciones de aleación es posible con una aleación ternaria, tal como aleaciones de hierro, carbono y cromo, que se llama un sistema ternario .

Aunque una aleación es técnicamente un metal impuro, cuando se hace referencia a las aleaciones, el término "impurezas" denota generalmente aquellos elementos que no se desean. Tales impurezas se introducen entre los metales de base y elementos de aleación, pero se eliminan durante el procesamiento. Por ejemplo, el azufre es una impureza común en acero. El azufre se combina fácilmente con el hierro para formar sulfuro de hierro , que es muy frágil, la creación de puntos débiles en el acero. De litio , de sodio y de calcio son impurezas comunes en las aleaciones de aluminio, que pueden tener efectos adversos en la integridad estructural de las piezas fundidas. A la inversa, si no puros metales que simplemente contienen impurezas no deseadas son a menudo llamados "metales impuros" y no se refieren generalmente como aleaciones. Oxígeno, presente en el aire, se combina fácilmente con la mayoría de metales para formar óxidos metálicos ; especialmente a temperaturas más altas encontradas durante aleación. El gran cuidado se toma a menudo durante el proceso de aleación para eliminar el exceso de impurezas, utilizando fundentes , aditivos químicos, u otros métodos de metalurgia extractiva .

En la práctica, algunas aleaciones se utilizan de manera predominante con respecto a sus metales de base que el nombre del constituyente primario también se utiliza como el nombre de la aleación. Por ejemplo, 14 quilates de oro es una aleación de oro con otros elementos. Del mismo modo, la plata usado en la joyería y el aluminio usado como material de construcción estructural también son aleaciones.

El término "aleación" se utiliza a veces en el lenguaje cotidiano como sinónimo de una aleación particular. Por ejemplo, ruedas de vehículos hechos de una aleación de aluminio se conocen comúnmente simplemente como " llantas de aleación ", aunque en el punto de los aceros de datos y la mayoría de los otros metales en uso práctico son también aleaciones. El acero es una aleación tan común que muchos artículos hechos de ella, como ruedas , barriles , o vigas , se refieren simplemente por el nombre del elemento, si se asume que está hecho de acero. Cuando hecha de otros materiales, que normalmente se especifican como tales, (es decir: "rueda de bronce", "barril de plástico", o "viga de madera").

Teoría

La aleación de un metal se lleva a cabo mediante la combinación con uno o más otros elementos. El proceso de aleación más común y más antigua se realiza calentando el metal de base más allá de su punto de fusión y luego la disolución de los solutos en el líquido fundido, que puede ser posible incluso si el punto de fusión del soluto es mucho mayor que la de la base. Sin embargo, algunos metales y solutos, como el hierro y carbono, tienen muy altos puntos de fusión y eran imposibles para los pueblos antiguos se derritan. Por lo tanto, la aleación también puede realizarse con uno o más constituyentes en un estado gaseoso, tal como se encuentra en un alto horno para hacer arrabio, nitruración , carbonitruración o otras formas de caso de endurecimiento , o el proceso de cementación se utiliza para hacer acero blister . También se puede hacer con uno, más, o todos los constituyentes en el estado sólido, tales como se encuentran en los antiguos métodos de soldadura patrón , acero de cizallamiento , o acero de crisol producción, mezcla los elementos de vía de estado sólido de difusión .

Mediante la adición de otro elemento a un metal, las diferencias en el tamaño de los átomos crean tensiones internas en la red cristalina de los cristales metálicos; subraya que a menudo mejorar sus propiedades. Por ejemplo, la combinación de carbono con hierro produce acero , que es más fuerte que el hierro , su elemento primario. La eléctrica y conductividad térmica de las aleaciones es generalmente más bajo que el de los metales puros. Las propiedades físicas, tales como la densidad , la reactividad , el módulo de Young de una aleación pueden no difieren en gran medida de las de su elemento de base, pero las propiedades de ingeniería tales como resistencia a la tracción , ductilidad y resistencia a la cizalladura pueden ser sustancialmente diferentes de las de los materiales constituyentes. Esto es a veces un resultado de los tamaños de los átomos en la aleación, porque los átomos más grandes ejercen una fuerza de compresión sobre los átomos vecinos, y los átomos más pequeños ejercen una fuerza de tracción sobre sus vecinos, para ayudar a la aleación de resistir la deformación. A veces aleaciones pueden exhibir marcadas diferencias en el comportamiento incluso cuando pequeñas cantidades de un elemento están presentes. Por ejemplo, las impurezas en semiconductores ferromagnéticos aleaciones conducen a diferentes propiedades, como se predijo por primera vez por el blanco, Hogan, Suhl, Tian Abrie y Nakamura. Algunas aleaciones son hechas por la fusión y la mezcla de dos o más metales. Bronce , una aleación de cobre y estaño , fue la primera aleación descubierto, durante el prehistórico período ahora conocido como la edad de bronce . Era duro que el cobre puro y originalmente utilizado para fabricar herramientas y armas, pero más tarde fue sustituido por metales y aleaciones con mejores propiedades. En tiempos posteriores de bronce se ha utilizado para ornamentos , campanas , estatuas , y los cojinetes . Brass es una aleación hecha de cobre y zinc .

A diferencia de los metales puros, mayoría de las aleaciones no tienen un único punto de fusión , pero un intervalo de fusión durante el cual el material es una mezcla de sólidos y líquidos fases (un granizado). La temperatura a la que comienza la fusión se llama los solidus y la temperatura cuando la fusión es sólo completa se llama el liquidus . Para muchas aleaciones hay una proporción en particular de aleación (en algunos casos más de una), llamada o bien un eutéctico mezcla o una composición peritéctica, que da a la aleación un punto de fusión único y bajo, y no hay transición slush líquido / sólido.

aleaciones tratables térmicamente

Alótropos de hierro , ( hierro alfa y hierro gamma ) que muestra las diferencias en la disposición atómica.
Las microfotografías de acero . Top foto: recocido (enfriado lentamente) de acero forma una microestructura heterogénea, laminares llamado perlita , que consta de las fases de cementita (luz) y ferrita (oscuro). Foto inferior: Templado de acero (enfriado rápidamente) forma una sola fase denominada martensita , en la que el carbono permanece atrapado dentro de los cristales, la creación de tensiones internas.

Elementos de aleación se añaden a un metal de base, para inducir la dureza , la tenacidad , ductilidad , u otras propiedades deseadas. La mayoría de los metales y aleaciones pueden ser endurecido mediante la creación de defectos en su estructura cristalina. Estos defectos se crean durante la deformación plástica por martilleo, doblado, extrusión, etcétera, y son permanentes a menos que se el metal recristalizó . De lo contrario, algunas aleaciones pueden también han sus propiedades alterado por tratamiento térmico . Casi todos los metales pueden ser suavizadas por recocido , que recristaliza la aleación y las reparaciones de los defectos, pero no como muchos se pueden endurecer por calentamiento controlado y enfriamiento. Muchas aleaciones de aluminio , cobre , magnesio , titanio y níquel se pueden reforzar en cierto grado por algún método de tratamiento térmico, pero pocos responden a este en el mismo grado como lo hace de acero .

La plancha de metal base de la aleación de hierro-carbono conocido como el acero, sufre un cambio en la disposición ( alotropía ) de los átomos de su matriz de cristal a una temperatura determinada (por lo general entre 1500 ° F (820 ° C) y 1600 ° F ( 870 ° C), dependiendo del contenido de carbono). Esto permite que los átomos de carbono más pequeñas para entrar en los intersticios del cristal de hierro. Cuando esta difusión sucede, los átomos de carbono se dice que están en solución en el hierro, formando una fase particular único y homogéneo, cristalino llama austenita . Si el acero se enfría lentamente, el carbono puede difundirse fuera de la plancha y se revertirá gradualmente a su bajo alótropo temperatura. Durante el enfriamiento lento, los átomos de carbono ya no ser tan soluble con el hierro, y serán forzados a precipitar fuera de la solución, de nucleación en una forma más concentrada de carburo de hierro (Fe 3 C) en los espacios entre los cristales de hierro puro. El acero se convierte entonces en heterogéneo, ya que está formado por dos fases, la fase hierro-carbono llamado cementita (o de carburo ), y hierro puro de ferrita . Tal tratamiento térmico produce un acero que es más bien suave. Si el acero se enfría rápidamente, sin embargo, los átomos de carbono no tendrán tiempo para difundir y precipitar como carburo, pero serán atrapados dentro de los cristales de hierro. Cuando se enfría rápidamente, un (martensita) transformación sin difusión se produce, en el que los átomos de carbono quedan atrapados en solución. Esto hace que los cristales de hierro para deformar como la estructura cristalina trata de cambiar a su estado de baja temperatura, dejando esos cristales muy duro, pero mucho menos dúctil (más frágil).

Si bien la alta resistencia de los resultados de acero cuando se impide la difusión y la precipitación (Martinsite formando), la mayoría de las aleaciones tratables térmicamente son endurecimiento por precipitación aleaciones, que dependen de la difusión de elementos de aleación para lograr su fuerza. Cuando se calienta para formar una solución y luego se enfría rápidamente, estas aleaciones se vuelven mucho más suave de lo normal, durante la transformación sin difusión, pero luego se endurecen a medida que envejecen. Los solutos en estas aleaciones se precipitarán con el tiempo, la formación de intermetálicos fases, que son difíciles de discernir a partir del metal base. A diferencia del acero, en el que la solución sólida se separa en diferentes fases de cristal (carburo y ferrita), aleaciones de endurecimiento por precipitación forman diferentes fases dentro de la misma cristal. Estas aleaciones intermetálicos aparecen homogénea en la estructura cristalina, pero tienden a comportarse de forma heterogénea, convirtiéndose duro y algo quebradizos.

aleaciones sustitucionales e intersticiales

Diferentes mecanismos atómicos de formación de aleaciones, que muestran metal puro, de sustitución, intersticial, y una combinación de los dos.

Cuando un metal fundido se mezcla con otra sustancia, hay dos mecanismos que pueden causar una aleación para formar, llamado intercambio átomo y el mecanismo intersticial . El tamaño relativo de cada elemento en la mezcla juega un papel principal en la determinación de qué mecanismo va a producir. Cuando los átomos son relativamente similares en tamaño, el método de intercambio átomo sucede generalmente, donde algunos de los átomos que componen los cristales metálicos están sustituidos con átomos del otro constituyente. Esto se llama una aleación de sustitución . Ejemplos de aleaciones de sustitución incluyen bronce y latón, en el que algunos de los átomos de cobre están sustituidos con átomos de cualquiera de estaño o de zinc, respectivamente. En el caso del mecanismo intersticial, un átomo es generalmente mucho menor que la otra y no puede sustituir con éxito por el otro tipo de átomo en los cristales del metal base. En cambio, los átomos más pequeños quedan atrapados en los espacios entre los átomos de la matriz de cristal, llamados los intersticios . Esto se conoce como una aleación intersticial . El acero es un ejemplo de una aleación intersticial, debido a que las muy pequeñas átomos de carbono encajan en intersticios de la matriz de hierro. El acero inoxidable es un ejemplo de una combinación de aleaciones intersticiales y de sustitución, ya que los átomos de carbono encajan en los intersticios, pero algunos de los átomos de hierro se sustituyen por níquel y cromo átomos.

Historia y ejemplos

hierro meteórico

Un meteorito y un hacha que se forjó a partir de hierro meteórica .

El uso de aleaciones por los seres humanos comenzó con el uso de hierro meteórica , una aleación de origen natural de níquel y hierro . Es el principal constituyente de meteoritos de hierro que de vez en cuando caen en la Tierra desde el espacio exterior. Como no se utilizaron procesos metalúrgicos para separar el hierro de níquel, se utilizó la aleación como lo era. Hierro meteórico podría ser forjada a partir de un calor rojo para hacer objetos tales como herramientas, las armas y las uñas. En muchas culturas se forma por martilleo en frío en cuchillos y puntas de flecha. Fueron utilizados a menudo como yunques. Hierro meteórico era muy raro y valioso, y difícil para los pueblos antiguos a trabajar .

Bronce y latón

Bronce hacha 1100 AC
bronce aldaba

El hierro se encuentra generalmente como mineral de hierro en la Tierra, a excepción de un depósito de hierro nativo en Groenlandia , que fue utilizado por los inuit personas. Nativo de cobre , sin embargo, se ha encontrado en todo el mundo, junto con la plata , el oro y el platino , que también se utiliza para hacer herramientas, joyas y otros objetos desde el Neolítico. El cobre fue el más difícil de estos metales, y la más ampliamente distribuida. Se convirtió en uno de los metales más importantes para los antiguos. Eventualmente, los seres humanos aprendieron a fundir metales tales como cobre y estaño de mineral , y, alrededor de 2500 AC, comenzaron aleación los dos metales para formar bronce , que era mucho más duro que sus ingredientes. Estaño era raro, sin embargo, que se encuentran principalmente en Gran Bretaña. En Oriente Medio, la gente comenzó aleación de cobre con zinc para formar latón . Las antiguas civilizaciones tuvieron en cuenta la mezcla y las diversas propiedades que produjo, tales como dureza , tenacidad y punto de fusión , en diversas condiciones de temperatura y endurecimiento de trabajo , el desarrollo de la mayor parte de la información contenida en los modernos diagramas de fase de la aleación . Por ejemplo, las puntas de flecha de los chinos dinastía Qin (alrededor de 200 BC) se construyen a menudo con un bronce de cabeza dura, pero una más suave bronce-tang, la combinación de las aleaciones para prevenir tanto embotamiento y romper durante el uso.

amalgamas

El mercurio se ha fundido a partir de cinabrio desde hace miles de años. El mercurio se disuelve muchos metales, tales como oro, plata y estaño, para formar amalgamas (una aleación en una pasta suave o en forma líquida a temperatura ambiente). Amalgamas se han utilizado desde el año 200 aC en China para dorar objetos como armaduras y espejos con metales preciosos. Los antiguos romanos a menudo utilizan las amalgamas de mercurio de estaño para el dorado de su armadura. La amalgama se aplica como una pasta y luego se calienta hasta que el mercurio vaporizado, dejando el oro, la plata, el estaño o atrás. El mercurio se utiliza a menudo en la minería, para extraer metales preciosos como el oro y la plata de sus minerales.

aleaciones de metales preciosos

Electro , una aleación natural de oro y plata, a menudo se utiliza para la fabricación de monedas.

Muchas civilizaciones antiguas aleados metales con fines puramente estéticos. En el antiguo Egipto y Micenas , el oro fue a menudo aleado con cobre para producir rojo dorado, o de hierro para producir un brillante color burdeos y oro. El oro se encuentra a menudo aleado con plata u otros metales para producir diversos tipos de color oro . Estos metales también se utilizaron para reforzar entre sí, para los propósitos más prácticos. El cobre se añade a menudo a la plata para hacer plata , aumentando su resistencia para su uso en platos, cubiertos y otros artículos prácticos. Muy a menudo, los metales preciosos se alean con sustancias menos valiosos como un medio para engañar a los compradores. Alrededor de 250 aC, Arquímedes fue encargado por el rey de Siracusa para encontrar una manera de comprobar la pureza del oro en una corona, lo que lleva a la famosa casa de baños gritos de "¡Eureka!" en el descubrimiento de principio de Arquímedes .

Estaño

El término estaño cubre una variedad de aleaciones que consisten principalmente de estaño. Como metal puro, el estaño es demasiado blando para ser usado para cualquier propósito práctico. Sin embargo, durante la edad de bronce , estaño era un metal raro en muchas partes de Europa y el Mediterráneo; debido a esto a menudo se valora más que el oro. Para hacer joyas, cubiertos, u otros objetos de estaño, se suele aleado con otros metales para aumentar su resistencia y dureza. Estos metales eran típicamente conducir , antimonio , bismuto o cobre. Estos solutos se agregan a veces individualmente en cantidades variables, o se añaden juntos, haciendo una amplia variedad de objetos, que van desde artículos prácticos, tales como platos, instrumentos quirúrgicos, candelabros o embudos, a los elementos decorativos como orejeras y pinzas para el cabello.

Los ejemplos más antiguos de peltre vienen de antiguo Egipto, alrededor del año 1450 antes de Cristo. El uso de estaño fue generalizado en toda Europa, desde Francia hasta Noruega y el Reino Unido (donde la mayor parte de la antigua estaño se explotó) para el Cercano Oriente. La aleación también fue utilizado en China y el Lejano Oriente, llegando en Japón alrededor del año 800 DC, donde fue utilizado para la fabricación de objetos como vasos ceremoniales, latas de té, o cálices usados en shinto santuarios.

Acero y arrabio

Pudelado en China, circa 1637. Frente a la mayoría de los procesos de aleación, de hierro fundido líquido se vierte desde un alto horno en un recipiente y se agita para eliminar el carbono, que se difunde en la formación de dióxido de carbono del aire, dejando detrás de un acero dulce a hierro forjado.

La primera fundición de hierro conocida de comenzó en Anatolia , alrededor del año 1800 antes de Cristo. Llamado el proceso de bloomery , produjo muy suave pero dúctil de hierro forjado . Hacia el 800 aC, la tecnología de fabricación de hierro se había extendido a Europa, llegando en Japón alrededor del año 700 DC. El arrabio , una aleación muy dura pero quebradiza de hierro y carbono , se está produciendo en China, ya en 1200 AC, pero no llegó a Europa hasta la Edad Media. El arrabio tiene un punto de fusión más bajo que el hierro, y se utiliza para la fabricación de hierro fundido . Sin embargo, estos metales que se encuentran poco uso práctico hasta la introducción del acero de crisol alrededor de 300 AC. Estos aceros eran de mala calidad, y la introducción de la soldadura patrón , alrededor del siglo 1 DC, trataron de equilibrar las propiedades extremas de las aleaciones mediante la laminación de ellos, para crear un metal más duro. Alrededor de 700 AD, los japoneses comenzaron plegable bloomery de acero y de hierro fundido en la alternancia de capas para aumentar la fuerza de sus espadas, utilizando flujos de arcilla para eliminar la escoria y las impurezas. Este método de swordsmithing japonesa produjo uno de los más puros de acero de aleaciones de la alta Edad Media.

Mientras que el uso del hierro comenzó a ser más generalizada alrededor de 1200 aC, principalmente debido a las interrupciones en las rutas comerciales para el estaño, el metal era mucho más suave que el bronce. Sin embargo, cantidades muy pequeñas de acero , (una aleación de hierro y alrededor de 1% de carbono), fue siempre un subproducto del proceso de bloomery. La capacidad de modificar la dureza del acero por tratamiento térmico había sido conocida desde 1100 BC, y el material raro fue valorada para la fabricación de herramientas y armas. Debido a que los antiguos no podían producir temperaturas lo suficientemente altas como para fundir el hierro completamente, la producción de acero en cantidades decentes no se produjo hasta la introducción de acero de la ampolla durante la Edad Media. Este método de carbono introducida por calentamiento de hierro forjado en carbón vegetal durante largos períodos de tiempo, pero la penetración de carbono no era muy profunda, por lo que la aleación no era homogénea. En 1740, Benjamin Huntsman comenzó la fusión de acero blister en un crisol para igualar el contenido de carbono, creando el primer proceso para la producción en masa de acero para herramientas . Proceso de Huntsman fue utilizado para la fabricación de acero para herramientas hasta principios de 1900.

Con la introducción del alto horno a Europa en la Edad Media, arrabio fue capaz de ser producido en volúmenes mucho más altos que los de hierro forjado. Debido arrabio podría ser fundido, la gente comenzó a desarrollar procesos de reducir el carbono en el líquido de arrabio para crear acero. Pudela había sido utilizado en China desde el primer siglo, y fue introducido en Europa durante la década de 1700, donde arrabio fundido se agitó mientras se expone al aire, para eliminar el carbono por oxidación . En 1858, Sir Henry Bessemer desarrolló un proceso de fabricación de acero por soplado de aire caliente a través de arrabio líquido para reducir el contenido de carbono. El proceso de Bessemer fue capaz de producir la primera fabricación a gran escala de acero.

Los aceros aleados

Aunque el acero es una aleación de hierro y carbono, el término " aleación de acero " por lo general sólo se refiere a aquellos aceros que contienen otros elementos como el vanadio , molibdeno , o cobalto en cantidades suficientes para alterar las propiedades del acero base. Desde la antigüedad, cuando se utilizó acero principalmente para armas y herramientas, los métodos de producción y de trabajo del metal fueron secretos a menudo estrechamente vigilados. Incluso mucho después de la edad de la razón , la industria del acero era muy competitivo y los fabricantes pasó por un gran esfuerzo para mantener sus procesos confidenciales, resistiendo cualquier intento de analizar científicamente el material por temor a que revelar sus métodos. Por ejemplo, la gente de Sheffield , un centro de producción de acero en Inglaterra, eran conocidos para impedir de forma rutinaria a los visitantes y turistas de entrar en la ciudad para impedir el espionaje industrial . Por lo tanto, casi no hay información acerca de acero metalúrgico existía hasta 1860. Debido a esta falta de entendimiento, el acero no se considera generalmente una aleación hasta las décadas entre 1930 y 1970 (principalmente debido al trabajo de científicos como William Chandler Roberts-Austen , Adolph Martens y Edgar Bain ), por lo que "acero de aleación" se convirtió en el término popular para acero de aleaciones ternarias y cuaternarias.

Después de Benjamin Huntsman desarrolló su acero de crisol en 1740, empezó a experimentar con la adición de elementos como manganeso (en forma de un alto manganeso de hierro fundido llamado fundición especular ), que ayudó a eliminar las impurezas tales como fósforo y oxígeno; un proceso adoptado por Bessemer y todavía se utiliza en aceros modernos (aunque en concentraciones suficientemente bajas para todavía ser considerada acero al carbono). Después, muchas personas comenzaron a experimentar con diferentes aleaciones de acero sin mucho éxito. Sin embargo, en 1882, Robert Hadfield , ser un pionero en la metalurgia del acero, tomó un interés y produjo una aleación de acero que contiene alrededor de 12% de manganeso. Llamado mangalloy , exhibieron extrema dureza y tenacidad, convirtiéndose en la primera aleación de acero comercialmente viable. Más tarde, creó acero al silicio , el lanzamiento de la búsqueda de otras posibles aleaciones de acero.

Robert Forster MUSHET encontró que mediante la adición de tungsteno de acero que podría producir un borde muy duro que se resistiría a perder su dureza a altas temperaturas. "Acero especial de R. MUSHET" (RMS) se convirtió en el primer acero de alta velocidad . En 1912, el Krupp Herrajes en Alemania desarrolló un acero resistente a la corrosión mediante la adición de 21% de cromo y un 7% de níquel , la producción de la primera de acero inoxidable .

aleaciones de precipitación de endurecimiento

En 1906, el endurecimiento por precipitación aleaciones fueron descubiertas por Alfred Wilm . Aleaciones de endurecimiento por precipitación, tales como ciertas aleaciones de aluminio , titanio y cobre, son aleaciones tratables térmicamente que ablandan cuando se inactivó (enfriado rápidamente), y luego se endurecen con el tiempo. Después de inactivar una aleación ternaria de aluminio, cobre, y magnesio , Wilm descubrió que la aleación aumenta en dureza cuando se deja envejecer a temperatura ambiente. Aunque una explicación para el fenómeno no fue proporcionado hasta 1919, duraluminio fue una de las primeras aleaciones "endurecimiento por envejecimiento" que se utilizarán, y pronto fue seguido por muchos otros. Debido a que a menudo presentan una combinación de alta resistencia y bajo peso, estas aleaciones llegaron a ser ampliamente utilizados en muchas formas de la industria, incluyendo la construcción de la moderna aeronave .

Ver también

referencias

Bibliografía

  • Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Hierro y acero en la antigüedad . Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN  87-7304-308-7 .

enlaces externos