Materiales Férreos, Clasificación y Propiedades Tecnológicas

Tipos de Materiales Férreos

Hierro Dulce

Presenta gran permeabilidad magnética. Es dúctil y maleable. Se emplea comúnmente para la conducción eléctrica.

Fundiciones

El arrabio, cuando solidifica, es muy duro, frágil y quebradizo, y no admite forja ni soldadura.

• La fundición gris se obtiene cuando el contenido de silicio es elevado.
• La fundición blanca se obtiene cuando el contenido de manganeso es elevado.

Acero

Es un material dúctil, maleable y capaz de soportar impactos. Se obtiene principalmente en convertidores u hornos eléctricos.

Obtención del Acero

Convertidor LD (BOS - Basic Oxygen Steelmaking)

Está formado por una olla de acero recubierta en su interior con material refractario, en la que se deposita el arrabio a tratar. A través de una lanza situada en la parte superior se inyecta oxígeno al recipiente. La lanza se enfría continuamente mediante serpentines de agua interiores para evitar que se funda. La carga y la descarga de la olla se realizan por la parte superior, por lo que la olla está montada sobre ejes rotatorios que permiten su volcado.

Cuando la olla se ha cargado con arrabio (procedente del carro torpedo) y con chatarra seleccionada, se coloca en posición vertical. Se hace descender en su interior la lanza de oxígeno hasta unos 2 metros por encima de la carga. A continuación, se inyecta en el horno gran cantidad de oxígeno a elevada presión. El oxígeno reacciona con el carbono y otros elementos no deseados e inicia una reacción que quema con rapidez las impurezas del arrabio, produciendo una escoria.

Horno Eléctrico de Arco (EAF - Electric Arc Furnace)

En estos hornos, el calor aportado procede de un arco eléctrico que se hace saltar entre unos electrodos de grafito y la superficie de la chatarra con que se carga el horno. La resistencia del metal al flujo de corriente genera calor que, junto con el producido por el arco eléctrico, funde el metal con rapidez. Se emplean para producir acero inoxidable y aceros aleados de extraordinaria calidad, que deben ser fabricados según especificaciones muy exigentes.

Clasificación de los Materiales

Los materiales se pueden clasificar según diversos criterios: su composición, su origen, de acuerdo con sus propiedades físico-químicas, desde el punto de vista de la fabricación, etc.

Según su Origen

• Materiales Naturales: Seda, lana, algodón, madera, materiales pétreos, etc.
• Materiales Artificiales: Los obtenemos a partir de los naturales. Ejemplos: vidrio, papel, cemento.
• Materiales Sintéticos: Se obtienen mediante procesos químicos, a menudo a partir de derivados del petróleo. Por ejemplo, algunos plásticos.

Según su Composición

• Elementos y compuestos.
• Homogéneos y heterogéneos.
• Metálicos y no metálicos.
• Inorgánicos y orgánicos.

Según sus Propiedades (Criterio Tecnológico)

Este es el criterio más empleado desde un punto de vista tecnológico:

• Rígidos y flexibles.
• Tenaces y frágiles.
• Conductores y aislantes.
• Reciclables y no reciclables, etc.

Desde una perspectiva tecnológica y funcional, se clasifican en:

Materiales Estructurales

1. Materiales metálicos y sus aleaciones.
2. Materiales compuestos o derivados.
3. Polímeros (llamados vulgarmente plásticos).
4. Materiales cerámicos.
5. Nuevos materiales o de última generación.

Materiales Funcionales

1. Ópticos
2. Magnéticos
3. Eléctricos
4. Térmicos
5. Radiactivos
6. Otros: Nanomateriales, biomateriales y materiales inteligentes.

Propiedades de los Materiales

1. Propiedades Químicas

Se refieren a los procesos que modifican químicamente un material.

• Estabilidad química: Resistencia a reaccionar con otras sustancias.
• Oxidación y Corrosión: Reacción con el oxígeno u otros agentes que degradan el material.

2. Propiedades Físicas

Se refieren a las características de los materiales debido al ordenamiento atómico o molecular del mismo.

• Densidad
• Peso específico
• Resistencia eléctrica
• Propiedades ópticas (color, brillo, transparencia)

3. Propiedades Térmicas

Se refieren al comportamiento del material frente al calor.

• Dilatabilidad: Capacidad de expandirse con el calor.
• Calor específico (Ce): Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura.
• Temperatura de fusión: Temperatura a la cual pasa de sólido a líquido.
• Conductividad térmica: Capacidad de conducir el calor.

4. Propiedades Magnéticas

Se refieren a la capacidad de algunos materiales al ser sometidos a campos magnéticos.

• Materiales diamagnéticos: Repelen débilmente los campos magnéticos.
• Materiales paramagnéticos: Son atraídos débilmente por los campos magnéticos.
• Materiales ferromagnéticos: Son atraídos fuertemente por los campos magnéticos (ej. Hierro).

5. Propiedades Mecánicas

Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos.

• Elasticidad: Capacidad de recuperar la forma original tras retirar una fuerza.
• Plasticidad: Capacidad de deformarse permanentemente sin romperse.
• Resistencia a la fluencia: Esfuerzo a partir del cual un material empieza a deformarse plásticamente.
• Resistencia a la tracción: Máximo esfuerzo de tracción que soporta antes de romperse.
• Resistencia a la torsión: Capacidad de soportar un esfuerzo de giro.
• Resistencia a la fatiga: Capacidad de soportar cargas cíclicas.
• Dureza: Resistencia a ser rayado o penetrado.
• Fragilidad: Facilidad para romperse con poca deformación.
• Tenacidad: Resistencia a la rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación.
• Resistencia al choque (Resiliencia): Energía que absorbe un material antes de romperse por impacto.
• Maleabilidad: Capacidad de deformarse en láminas delgadas.
• Maquinabilidad: Facilidad con la que un material puede ser mecanizado por arranque de viruta.
• Moldeabilidad (Colabilidad): Facilidad con la que un material fundido puede llenar un molde.