Aleación

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De acero es una aleación de metal, cuyo principal componente es el hierro , con el carbono contenido entre 0,02% y 2,14% en masa.

Una aleación es una mezcla homogénea o metálicos solución sólida compuesta por dos o más elementos . [1] completa aleaciones de solución sólida dar un solo sólida fase de la microestructura, mientras que las soluciones parciales dan dos o más fases que pueden o no ser homogénea en la distribución, en función de térmica (tratamiento térmico) de la historia. Aleaciones por lo general tienen propiedades diferentes a las de los elementos componentes.

Componentes de la aleación se miden generalmente en masa.

Contenido

[ editar ] Teoría

Aleación de un metal se lleva a cabo mediante la combinación con uno o más de otros metales o no metales, que a menudo mejorar sus propiedades. Por ejemplo, de acero es más fuerte que el hierro , el elemento principal. Las propiedades físicas, tales como la densidad , la reactividad , el módulo de Young y eléctrica y la conductividad térmica , de una aleación no muy diferentes de las de sus elementos, pero las propiedades de ingeniería, tales como resistencia a la tracción [2] y la resistencia al corte pueden ser sustancialmente diferentes de las de los materiales constitutivos. Esto a veces es resultado de los tamaños de los átomos en la aleación, porque los átomos más grandes ejercen una fuerza de compresión en los átomos vecinos, y más pequeños átomos ejercen una fuerza de tracción sobre sus vecinos, ayudando a la aleación de resistir la deformación. A veces, las aleaciones pueden presentar marcadas diferencias en el comportamiento, incluso cuando pequeñas cantidades de un elemento de ocurrir. Por ejemplo, las impurezas en semiconductores ferromagnéticos aleaciones de plomo a las diferentes propiedades, como predijo por primera vez por White, Hogan, Suhl, Abrie Tian y Nakamura. [3] [4] Algunas aleaciones se hacen por la fusión y la mezcla de dos o más metales. Bronce , una aleación de cobre y estaño , la aleación se descubrió por primera vez, durante la prehistoria período que ahora se conoce como la Edad de Bronce , que fue más duro que el cobre puro y originalmente utilizados para fabricar herramientas y armas, pero fue reemplazado más adelante por los metales y aleaciones con mejores las propiedades. En épocas posteriores de bronce ha sido utilizado para adornos , campanas , estatuas , y los cojinetes . Latón es una aleación de cobre y zinc .

A diferencia de los metales puros, la mayoría de las aleaciones no tienen un solo punto de fusión , sino un punto de fusión en la que el material es una mezcla de sólidos y líquidos fases. La temperatura de fusión en el que comienza se llama la solidificación , y la temperatura de fusión, cuando es completa se llama la fase líquida . Sin embargo, para la mayoría de las aleaciones hay una parte concreta de los componentes (en raras ocasiones dos), el eutéctico mezcla-que da a la aleación de un punto de fusión único.

[ editar ] Terminología

La aleación se utiliza el término para describir una mezcla de átomos en la que el componente principal es un metal. El metal primario se llama la base o matriz. Si hay una mezcla de sólo dos tipos de átomos, no contando las impurezas, tales como cobre y níquel 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 componentes es una aleación cuaternaria, mientras que una aleación de cinco partes que se denomina una aleación de quinario. Dado que el porcentaje de cada componente puede ser variada, con una mezcla de toda la gama de posibles variaciones se llama un sistema. En este sentido, todas las diversas formas de una aleación que contiene sólo dos componentes, como el hierro y el carbono, que se llama un sistema binario, mientras que todas las combinaciones posibles de aleación con una aleación ternaria, como las aleaciones de hierro, carbono y cromo, se llama un sistema ternario. [5]

Cuando un metal fundido se mezcla con otra sustancia, hay dos mecanismos que pueden causar una aleación para formar, llamado átomo de cambio y el mecanismo intersticial. El tamaño relativo de cada átomo en la mezcla juega un papel primordial en la determinación de qué mecanismo va a producir. Cuando los átomos son relativamente similares en tamaño, el método de intercambio de un átomo suele ocurrir, donde algunos de los átomos que componen los cristales metálicos son reemplazados por átomos de los otros constituyentes. Con el mecanismo intersticial, un átomo es generalmente mucho menor que el otro, por lo que no puede sustituir satisfactoriamente a un átomo en los cristales del metal base. Los átomos más pequeños quedan atrapados en los espacios entre los átomos de la matriz de cristal, llamado los intersticios. [6]

Aleaciones se hacen a menudo para modificar las propiedades mecánicas del metal base, para inducir a la dureza , resistencia , ductilidad , u otras propiedades deseadas. Aunque la mayoría de los metales y aleaciones pueden ser endurecido mediante la inducción de defectos en su estructura cristalina, causado por la deformación plástica , algunas aleaciones también pueden tener sus propiedades alteradas por tratamiento térmico . Casi todos los metales pueden ser ablandados por recocido , que repara los defectos de cristal, pero no como muchos pueden ser endurecido por calentamiento y enfriamiento. Muchas aleaciones de aluminio , cobre , magnesio , titanio y níquel se puede reforzar en alguna medida por algún método de tratamiento térmico, pero pocos responden a esta en el mismo grado que el acero lo hace. [6]

A cierta temperatura, el metal base de acero, hierro, experimenta un cambio en la disposición de los átomos en su matriz de cristal, llamado alotropía . Esto permite que los átomos de carbono pequeñas para entrar en los intersticios de los cristales. Cuando esto sucede, los átomos de carbono se dice que están en solución, o se mezcla con el hierro. Si el hierro se enfría lentamente, los átomos de carbono se verá obligado de la solución, en los espacios entre los cristales. Si el acero se enfría rápidamente, los átomos de carbono queda atrapado en una solución, haciendo que los cristales de hierro para deformar la estructura cristalina cuando se trata de cambiar a su estado de baja temperatura, provocando una gran dureza. [6]

En la práctica, algunas aleaciones se utilizan de modo predominante con respecto a su base de metales que el nombre del componente principal 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 utilizada en joyería y el de aluminio utilizado como material de construcción estructurales son también aleaciones.

El término "aleación" se utiliza a veces en el lenguaje cotidiano como sinónimo de una aleación particular. Por ejemplo, las ruedas del automóvil hecha de una aleación de aluminio se les conoce simplemente como "llantas de aleación", aunque en el punto de aceros de hecho y la mayoría de los otros metales en el uso práctico son también aleaciones.

[ editar ] Historia

Un meteorito se muestra a continuación un hacha que se forjó a partir de hierro meteórico.
Bronce hacha del año 1100 aC

El uso de aleaciones de los seres humanos comenzaron con el uso de hierro meteórico , una aleación natural de níquel y hierro . Como no procesos metalúrgicos se utiliza para separar el hierro del níquel, la aleación se utilizó como estaba. [7] de hierro meteórico puede ser forjada a partir de un rojo vivo para hacer objetos como herramientas, armas, y las uñas. En muchas culturas se formó por el martilleo en frío cuchillos y puntas de flecha. Que se utiliza a menudo como los yunques. Hierro meteórico era muy raro y valioso, y difícil para los pueblos antiguos a trabajar. [8]

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. [9] Nativo de cobre , sin embargo, se encontró en todo el mundo, junto con la plata , oro y platino , que se También se utiliza para hacer herramientas, joyas y otros objetos desde el Neolítico. El cobre fue el más duro de estos metales, y la más amplia difusión. Se convirtió en uno de los metales más importantes para los antiguos. Con el tiempo, los humanos aprendieron a fundir metales como el cobre y el estaño a partir de mineral , y, alrededor de 2500 aC, comenzaron los dos metales de aleación para formar bronce , que es mucho más difícil de sus ingredientes. Estaño era raro, sin embargo, se encuentran principalmente en Gran Bretaña. En el Medio Oriente, la gente comenzó aleación de cobre con zinc para formar latón . [10] Las civilizaciones antiguas tuvieron en cuenta la mezcla y las diversas propiedades que producen, tales como la dureza , resistencia y punto de fusión , en diversas condiciones de temperatura y el endurecimiento de trabajo , el desarrollo de gran parte de la información contenida en los modernos esquemas de aleación de constitución . [11]

La primera fundición de hierro conocida comenzó en Anatolia , alrededor de 1800 AC. Llama el proceso de bloomery, produjo muy suave, pero dúctil de hierro forjado y, por el año 800 aC, la tecnología se había extendido a Europa. arrabio , una aleación muy dura pero frágil de hierro y carbono , se están produciendo en China, ya en 1200 aC , pero no llegó a Europa hasta la Edad Media. Estos metales que se encuentran poco uso práctico hasta la introducción del acero de crisol alrededor del 300 aC. Estos aceros son de mala calidad, y la introducción de la soldadura patrón , alrededor del siglo primero, trató de equilibrar las propiedades extremas de las aleaciones mediante laminación de ellos, para crear un metal más duro. [11]

El mercurio se ha fundido de cinabrio durante miles de años. El mercurio se disuelve muchos metales, como oro, plata y estaño, para formar amalgamas , (una aleación en una pasta blanda, o en forma líquida a temperatura ambiente). Las amalgamas se han utilizado desde el año 200 aC en China para el recubrimiento de objetos de metales preciosos, llamado dorado , como la armadura y espejos . Los antiguos romanos utilizan a menudo el estaño amalgamas de mercurio 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, plata, estaño o detrás. [12] El mercurio se utiliza a menudo en la minería, para extraer los metales preciosos como el oro y la plata de sus minerales. [13]

Muchas civilizaciones antiguas metales aleados con fines puramente estéticos. En el antiguo Egipto y Micenas , el oro fue a menudo aleado con cobre para producir rojo-oro o hierro para producir un brillante color burdeos y oro. La plata fue encontrado a menudo aleado con oro. Estos metales también se utilizaron para fortalecerse mutuamente, con fines más prácticos. Muy a menudo, los metales preciosos en aleación con menos sustancias valiosas como un medio para engañar a los compradores. [14] Alrededor de 250 aC, Arquímedes fue encargado por el rey para encontrar una manera de comprobar la pureza del oro en una corona, lo que lleva a los famosos baño de la casa gritando de "¡Eureka!" en el descubrimiento del principio de Arquímedes . [15]

Mientras que el uso del hierro comenzó a ser más generalizado en torno a 1200 aC, principalmente debido a las interrupciones en las rutas de comercio del estaño, el metal es mucho más suave que el bronce. Sin embargo, cantidades muy pequeñas de acero , (una aleación de hierro y alrededor del 1% de carbono), siempre fue un subproducto del proceso de bloomery. La capacidad de modificar la dureza del acero por el tratamiento térmico se conocía desde el año 1100 aC, y el material raro fue valorado por el uso de herramientas y fabricación de armas. Porque los antiguos no podían producir temperaturas lo suficientemente alta como para fundir el hierro totalmente, la producción de acero en cantidades decentes no se produjo hasta la introducción del acero ampollas durante la Edad Media. Este método de carbono introducido por el calentamiento de hierro forjado en el carbón vegetal por largos períodos de tiempo, pero la penetración de carbono no era muy profunda, por lo que la aleación no fue homogénea. En 1740, Benjamin Huntsman comenzó fundición de acero blister en un crisol para igualar el contenido de carbono, creando el primer proceso para la producción masiva de acero para herramientas . Proceso de Huntsman fue utilizado para la fabricación de acero de la herramienta hasta el año 1900. [16]

Con la introducción de los altos hornos en Europa en la Edad Media, de hierro fundido fue capaz de ser producido en cantidades mucho más altas que el hierro forjado. Como el hierro de cerdo podría ser fundido, la gente comenzó a desarrollar procesos de reducción del carbono en el líquido de hierro fundido para crear el acero. fangueo se introdujo durante la década de 1700, donde se agitó arrabio fundido, mientras que se expone al aire, para eliminar el carbono por la 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. [16] Una vez que el proceso de Bessemer comenzó a ganar su uso generalizado, otras aleaciones de acero comenzaron a seguir, como mangalloy , una aleación de acero y manganeso , que exhibe extrema dureza y tenacidad. [17]

[ editar ] Véase también

[ editar ] Referencias

  1. ^ [1]
  2. ^ Adelbert Phillo Mills, (1922) Materiales de construcción: su fabricación y propiedades, John Wiley & Sons, Inc., publicado originalmente por la Universidad de Wisconsin, Madison
  3. ^ Hogan, C. (1969). "La densidad de los Estados de una aleación de aislamiento ferromagnéticos" Physical Review 188 (2):. 870. Bibcode 1969PhRv .. 188 .. 870H . DOI : 10.1103/PhysRev.188.870 .  
  4. ^ Zhang, X.; Suhl, H. (1985). "Spin-ola relacionados con duplicaciones de periodo y el caos en el bombeo transversal" Physical Review A 32 (4):.. 2530-2533 Bibcode 1985PhRvA .. 32.2530Z . DOI : 10.1103/PhysRevA.32.2530 . PMID 9896377 .  
  5. ^ Michael Bauccio (2005) ASM metales libro de referencia, ASM International 2005
  6. ^ un b c Jon L. Dossett, Howard E. Boyer (2006) Práctica de tratamiento térmico, ASM International, pp 1-14
  7. ^ TA Rickard (1941). "El uso de hierro meteórico" La Revista de la Real Instituto Antropológico de Gran Bretaña e Irlanda (Real Instituto Antropológico de Gran Bretaña e Irlanda) 71 (1 / 2):.. 55-66 DOI : 10.2307/2844401 . JSTOR 2844401 .  
  8. ^ Vagn Fabritius Buchwald hierro y acero en los tiempos antiguos, Det Danske Kongelige Videnskabernes Selskab 2005 pp 13-22
  9. ^ Vagn Fabritius Buchwald hierro y acero en los tiempos antiguos, Det Danske Kongelige Videnskabernes Selskab 2005 pp 35-37
  10. ^ Vagn Fabritius Buchwald hierro y acero en los tiempos antiguos, Det Danske Kongelige Videnskabernes Selskab 2005 pp 39-41
  11. ^ un b Cyril Smith (1960) Historia de la metalografía, MIT Press, ISBN 0262691205 pp 2.4
  12. ^ George Rapp (2009) Archaeomineralogy , Springer, p. 180 ISBN 3540785930
  13. ^ Harry A. Miskimin (1977) La economía de Europa luego del Renacimiento, 1460-1600 , Cambridge University Press, ISBN 0521292085 , p. 31
  14. ^ Pablo T. Nicholson, Ian Shaw (2000) Antiguo Egipto y la tecnología de materiales , Cambridge University Press, ISBN 0521452570 pp 164-167
  15. ^ Melvyn Kay (2008) Práctica Hidráulica , Taylor and Francis, ISBN 0415351154 p. 45
  16. ^ un b George Adam Roberts, George Krauss, Richard Kennedy, Richard L. Kennedy (1998) Aceros de herramientas , ASM International, ISBN 0871705990 pp 2.3
  17. ^ de acero fundido: Acero austenítico al manganeso

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