Clasificación y Propiedades de Materiales

I. Aleaciones Metálicas y la Ley de Aleación

1. Definición de Aleaciones Metálicas

• Las aleaciones metálicas son mezclas homogéneas de dos o más elementos, donde al menos uno de ellos es un metal.
• El propósito principal es mejorar las propiedades de los metales puros, como la dureza, la resistencia a la corrosión, la resistencia mecánica y el punto de fusión.
• Las aleaciones ofrecen un equilibrio de propiedades que rara vez se encuentran en los metales puros; por ejemplo, el oro puro se alea para ser más durable.
• Se forman generalmente fundiendo el metal base y mezclándolo con los agentes de aleación en estado líquido, formando una solución sólida con una estructura cristalina uniforme al solidificar.
• La modificación de las proporciones de los elementos permite ajustar sus propiedades (ej. un ligero cambio en el porcentaje de carbono en el acero altera su dureza).

2. La Ley de Aleación (Pureza)

• En una aleación siempre intervienen un metal fino o precioso (metal base) y un metal ordinario (liga).
• La Ley de Aleación es la relación o razón entre el peso del metal fino o base (el más valioso) y el peso total de la aleación.
• Matemáticamente, la Ley se define como:

$$L_a = \frac{\text{Peso Base}}{\text{Peso Total}}$$

Donde Peso Base es el peso del metal base y Peso Total es el peso total de la aleación.

• Ley de Aleación de una mezcla de dos metales (A y B):

Cuando se mezclan dos metales o aleaciones, A y B, con leyes distintas, la ley del metal resultante se calcula mediante la suma ponderada de las leyes:

$$L_{resultante} = \frac{(P_A \cdot L_A) + (P_B \cdot L_B)}{\text{Peso Total}}$$

II. Clasificación de Materiales Metálicos

Los materiales metálicos se clasifican comúnmente en ferrosos y no ferrosos.

1. Materiales Ferrosos (Base Hierro)

• Composición: Contienen hierro (Fe) como su componente principal.
• Ejemplos Comunes: Acero (aleación de hierro con carbono) y Hierro Fundido.
• Propiedades Clave:
  • Resistencia y Dureza: Notables por su gran resistencia, durabilidad y dureza, esenciales para aplicaciones estructurales.
  • Magnetismo: La mayoría presenta propiedades magnéticas.
  • Corrosión: Susceptibles a la oxidación y corrosión al exponerse a la humedad y el oxígeno, a menos que estén protegidos (ej. acero inoxidable).
• Usos: Construcción (vigas), automoción, maquinaria pesada y herramientas.
• Ejemplos Específicos:
  • Arrabio: Aleación de hierro y aproximadamente 3.5% a 4.5% de carbono. Es la materia prima principal para el acero y la fundición. El alto contenido de carbono lo hace quebradizo e inadecuado para la forja directa.
  • Hierro Fundido: Alto contenido de carbono (2% a 4%). Es muy duro pero frágil (baja maleabilidad). Se utiliza en utensilios de cocina y bloques de motor.
  • Acero al Carbono: Clasificado por el porcentaje de carbono, que influye en su dureza y ductilidad:
    • Bajo Carbono (Acero Dulce): Hasta 0.25% C. Blando, altamente dúctil y con buena soldabilidad. Usado en clavos, alambre y tubos.
    • Medio Carbono: Entre 0.25% y 0.60% C. Más fuerte y menos dúctil que el de bajo carbono. Usado en engranajes y rieles de ferrocarril.
    • Alto Carbono: Entre 0.60% y 1.25% C. Mayor resistencia y dureza, muy resistente al desgaste. Ideal para herramientas de filo (cuchillos, hojas de sierra).

2. Materiales No Ferrosos

• Composición: No contienen hierro en cantidades apreciables.
• Ejemplos Comunes: Aluminio, Cobre, Bronce, Latón, Plomo, Zinc, Titanio y Níquel.
• Propiedades Clave:
  • Resistencia a la Corrosión: Excelente resistencia al óxido y la corrosión, ideales para exteriores o ambientes húmedos.
  • Peso Ligero: Tienen menor densidad y son más ligeros que los ferrosos.
  • Conductividad: Poseen excelente conductividad térmica y eléctrica.
  • No Magnéticos: Útil donde los campos magnéticos deben evitarse.
  • Costo: Generalmente son más caros.
• Usos: Cableado eléctrico, aviones, latas de bebidas, fontanería y elementos decorativos.
• Ejemplos de Aleaciones No Ferrosas:
  • Bronce: Cobre + Estaño.
  • Latón: Cobre + Zinc.

III. Materiales No Metálicos

1. Características Generales

• Son un grupo diverso de elementos y compuestos que carecen de las características típicas de los metales (brillo, maleabilidad, alta conductividad eléctrica y térmica).
• Propiedades Principales:
  • Aislantes/Baja Conductividad: Malos conductores del calor y la electricidad.
  • Resistencia Química: Suelen ser muy resistentes a la corrosión y a los productos químicos.
  • Frágiles: En estado sólido, tienden a ser frágiles; no son dúctiles ni maleables.
  • Baja Densidad: Generalmente más ligeros que los metales.
  • Baja Resistencia Mecánica: Por lo general, menor resistencia que los metales, aunque existen excepciones (compuestos reforzados).
• Estados de la Materia: Pueden existir como sólidos (carbono, azufre), líquidos (bromo) o gases (oxígeno, nitrógeno) a temperatura ambiente.

2. Clasificación y Ejemplos

Los materiales no metálicos se clasifican en Cerámicas, Polímeros y Compuestos.