Aleació
Una aleació és una mescla homogénea de dos o més elements, dels quals a lo manco un deu ser un metal.[1] El compost resultant generalment presenta unes propietats molt diferents de les dels elements constitutius per separat, i a voltes n'hi ha prou en afegir una molt chicoteta cantitat d'un d'ells per a que apareguen.
El comportament dels elements en una aleació i la seua influència en les seues propietats generalment depén de tres factors: el tipo i número de components de l'aleació, la seua fracció de massa de l'aleació i la temperatura. Estos factors determinen la capacitat d'absorció respectiva, és dir, la solubilidad d'un element en un atre i si els components de l'aleació formen cristals mixts o mescles de cristals purs (també mescles de cristals ) dels respectius components de l'aleació.[2]
La tècnica de l'aleació s'utilisa per a millorar algunes propietats dels metals purs, com la resistència mecànica, la durea o la resistència a la corrosió. Aixina, el acer és molt més dure que el ferro, que ho compon en casi la seua totalitat i al que s'ha afegit una miqueta de carbono. Per una atra part, algunes propietats físiques com la densitat, la reactivitat, el mòdul elàstic o la conductivitat tèrmica i elèctrica de l'aleació no diferixen molt dels elements primaris. Algunes aleacions comunes són, ademés de l'acer, el latón, compost de coure i zinc, o el bronze, format per coure i estany.[3]
En una aleació, els àtoms estan units per enllaç metàlic en lloc de per enllaços covalente típics dels composts químics.[4] Els constituents de les aleacions solen medir-se en percentage de massa per a aplicacions pràctiques, i en fracció atòmica per a estudis de ciència bàsica. Les aleacions se solen classificar com a aleacions sustitucionales o intersticiales, depenent de la disposició atòmica que forma l'aleació. Ademés, poden classificar-se com a homogénees (formades per una sola fase), heterogénees (formades per dos o més fases) o intermetálicas. Una aleació pot ser una solució sòlida d'elements metàlics (una sola fase, en la que tots els grans metàlics (cristals) tenen la mateixa composició) o una mescla de fases metàliques (dos o més solucions, que formen una microestructura de cristals diferents dins del metal).
Majorment les aleacions són considerades mesclas, al no produir-se enllaços estables entre els àtoms dels elements involucrats. Excepcionalment, algunes aleacions generen composts químics.[5]
Història
[editar | editar còdic]Cobre, estany i bronze
[editar | editar còdic]El coure és un dels primers metals utilisats pel ser humà; provablement va ser descobert accidentalment fa entre 6000 i 10000 anys en fòcs de carbó vegetal que ardien particularment calents quan s'exponien a l'aire. Va donar nom a la Edat del Coure. En un punt de fusió de 1083 °C, pot escapar de les vetes de coure de la roca en forma líquida. En canvi, en calfar els minerals oxídicos que contenen coure, este només pot extraure's en cocció reductora, és dir, en presència de carbó vegetal. El estany (punt de fusió 232 °C) va ser descobert fa uns 5000 anys.[6]
El bronze[7] com a aleació de coure i estany (CuSn) es registra en la prehistòria des d'aproximadament l'any 3300 a. C. en Palestina. El bronze és més dur i més tallant que el coure i va donar lloc a la Edat del Bronze (c. 2200 a 800 a. C.) el seu nom. Objectes d'us diari, ferramentas, armas i joyas estaven fets de bronze.[8] Les campanes de les iglésies encara es fonen en bronze hui en dia; també s'utilisa per a realisar escultures.
Latón
[editar | editar còdic]
El latón és una aleació de coure i zinc (CuZn, punt de fusió 420 °C). El zinc s'ha utilisat, sobretot en forma de carbonat de zinc calamina (smithsonita), des de l'Edat de Bronze, al voltant de 3000 a. C. en Babilonia i Asiria, en Palestina al voltant de 1400 a 1000 a. C.[9] El latón va ser durant molt temps un important metal d'acunyament de moneda. També s'utilisava i s'utilisa per a la producció de joyas i escultures per la seua lluentor dorada. Quant major és el contingut de zinc, més clar és el seu to.
Aleacions de ferro
[editar | editar còdic]Les aleacions de ferro ya s'utilisaven en la prehistòria, pero només a partir de meteorits, que a sovint contenien l'aleació ferro-níquel (FeNi). Com els meteorits eren rars, els objectes de ferro eren molt valiosos. Els sumerio ho cridaven "metal del cel", els antics egipcíacs "coure negre del cel".[10] Fundició de ferro (reconeiximent per absència de níquel) s'han trobat en Mesopotamia, Anatolia i Egipte; es va originar al voltant del 3000 al 2000 a. C.. Era més valiós que el or i s'utilisava principalment en fins ceremoniales. Les aleacions de ferro són més dures que el bronze i el coure, lo que era i és important en moltes aplicacions.
Les millores en la extracció i processament del ferro varen dur a la gent a fabricar armes i ferramentes tals com llaurats de ferro. L'Edat de Bronze va aplegar al seu fi en el començ de la Edat de Ferro.
La primera fundició de ferro coneguda va començar en Anatolia, al voltant del 1800 a. C. El procés utilisat era el del forn baix, que permetia produir ferro forjat, suau pero molt dúctil. Cap a l'any 800 a. C., la tecnologia de fabricació de ferro s'havia estés a Europa i va aplegar a Japó al voltant de l'any 700 d. C. El arrabio, una aleació molt dura pero trencadiça de ferro i carbono, es produïa en China ya en l'any 1200 a. C., pero no va aplegar a Europa fins a l'Edat Mija. Este material té un punt de fusió més baix que el ferro i es va utilisar per a fabricar alguns objectes de fundició. No obstant, va tindre poc us pràctic fins a l'introducció del acer de cresol al voltant de l'any 300 a. C. Encara que s'obtenien acers de mala calitat, l'introducció del treball de forja al voltant de el I, va permetre equilibrar les propietats extremes de les aleacions per mig de laminado a martell per a crear un metal més resistent. Al voltant de l'any 700 d. C., els japonesos varen començar a doblar acer i ferro fos en capes alternes per a aumentar la resistència de les seues espases, utilisant fundentes d'argila per a eliminar les escorias i les impurees del arrabio. El método de forja d'espases japoneses va permetre produir una de les aleacions d'acer més pures del món antic.[11]
Si ben l'us del ferro va començar a generalisar-se al voltant de l'any 1200 a. C., principalment per les interrupcions en les rutes comercials de l'estany, el metal era molt més bla que el bronze. No obstant, cantitats molt chicotetes d'acer (una aleació de ferro i al voltant del 1% de carbono) sempre varen ser un subproducte del procés de fundició. La capacitat de modificar la durea de l'acer per mig de tractament tèrmic es coneixia des de l'any 1100 a. C., i este rar material era valorat per a la fabricació de ferramentes i armes. Degut a que els antics no podien produir temperatures lo suficientment altes com per a fondre completament el ferro, la producció d'acer en cantitats significatives no es va produir fins a l'introducció del acer en bruto durant l'Edat Mija, per mig d'un procediment que afegia carbono calfant el ferro forjat en carbó vegetal durant llarcs periodos de temps. No obstant, l'absorció de carbono d'esta manera és extremadament llenta, per lo que la penetració en el ferro no era molt profunda i l'aleació no era homogénea. En 1740, Benjamin Huntsman va començar a fondre acer en bruto en un cresol per a igualar el contingut de carbono, creant el primer procés per a la producció en massa d'acer per a ferramentes. El procés de Huntsman es va utilisar en la fabricació d'acer per a ferramentes fins a principis de el XX.[12]
L'introducció de l'alt forn en Europa en l'Edat Mija va significar que es podia produir arrabio en volums molt majors que el ferro forjat. Degut a que el arrabio es podia fondre, es varen començar a desenrollar processos per a reduir el carbono en el arrabio líquit en el propòsit de produir acer. El método de pudelado s'havia utilisat en China des de el I i es va introduir en Europa durant el XVIII,. Consistix en agitar el arrabio fos mentres s'expon a l'aire per a eliminar el carbono per mig de reducció-oxidació. En 1858, Henry Bessemer va desenrollar un procés de fabricació d'acer injectant aire calent a través del arrabio líquit per a reduir el contingut de carbono. El convertidor Bessemer va conduir a la fabricació d'acer a gran escala per primera volta.[12]
L'acer és una aleació de ferro i carbono, pero el terme "acer aleado" generalment solament es referix a acers que contenen atres elements (com vanadi, molibdeno o cobalt) en cantitats suficients per a alterar les propietats de l'acer base. Des de l'antiguetat, quan l'acer s'utilisava principalment per a fabricar ferramentes i armes, els métodos de producció i treball del metal eren a sovint secrets celosament guardats. Inclús molt despuix de la Ilustració, l'indústria de l'acer era molt competitiva i els fabricants varen fer tot lo possible per a mantindre els seus processos en secret, resistint-se a qualsevol intent d'analisar científicament el material per temor a que es revelaren els seus métodos. Per eixemple, se sabia que en Sheffield, un centre de producció d'acer situat en Anglaterra, rutinariamente es prohibia l'entrada a la ciutat a visitants i forasters per a evitar el espionage industrial. Per lo tant, casi no va existir informació metalúrgica sobre l'acer fins a 1860. Per la generalisada falta de documentació sobre la metalúrgia, l'acer generalment no es va considerar una aleació fins a les décades compreses entre 1930 i 1970 (principalment pel treball de científics com William Chandler Roberts-Austen, Adolf Martens i Edgar Bain), per lo que el terme acer aleado es va convertir en el nom popular per a denominar a les aleacions d'acer ternarias i cuaternarias.[13][14]
En acabant de que Benjamin Huntsman va desenrollar el seu acer de cresol en 1740, va començar a experimentar en l'adició d'elements com manganeso (en forma de arrabio en alt contingut de manganeso cridat spiegeleisen; ferro d'espill), que va ajudar a eliminar impurees com a fòsfor i oxigen; un procés adoptat per Bessemer i encara utilisat en acers moderns (encara que en concentracions lo suficientment baixes com per a seguir considerant-se acer al carbono).[15] Posteriorment, es va començar a experimentar en vàries aleacions d'acer sense molt èxit, fins que en 1882, Robert Hadfield, pioner en la metalúrgia de l'acer, es va interessar i va produir una aleació d'acer que contenia al voltant d'un 12 % de manganeso. Este compost, conegut com acer al manganeso, posseïx una durea i tenacitat extremes, convertint-se en la primera aleació d'acer comercialment viable.[16] Posteriorment va crear acer elèctric, iniciant la busca d'atres possibles aleacions d'acer.[17]
Robert Forester Mushet va descobrir que afegint wolframio a l'acer es podien produir talls molt durs que eren resistents a la pèrdua de durea a altes temperatures. El "acer especial de R. Mushet" (RMS) es va convertir en el primer acer ràpit.[18] L'acer de Mushet va ser ràpidament reemplaçat pel carbur de wolframio, desenrollat per Taylor i White en 1900, en el que varen duplicar el contingut de tungsteno i varen agregar chicotetes cantitats de cromo i vanadi, produint un acer superior per al seu us en tornos i ferramentes de mecanisat. En 1903, els germans Wright varen utilisar un acer al cromo-níquel per a fabricar el cigonyal del seu motor d'avió, mentres que en 1908 Henry Ford va començar a utilisar acers al vanadi per a peces com a cigonyals i vàlvules en la seua Ford T, per la seua major resistència i millor comportament a les altes temperatures.[19] En 1912, la Acería Krupp en Alemània va desenrollar un acer resistent a l'oxidació afegint un 21 % de cromo i un 7 % de níquel, produint el primer acer inoxidable.[20]
Característiques
[editar | editar còdic]Una aleació és una mescla d'elements químics, que forma una substància impura (mescla) que conserva les característiques d'un metal. Es diferencia d'un metal impuro en que, en una aleació, els elements agregats estan ben controlats per a produir propietats desijables, mentres que els metals impuros (com el ferro forjat) estan menys controlats, encara que a sovint es consideren útils. Les aleacions s'obtenen mesclant dos o més elements, a lo manco un dels quals és un metal. Generalment se li crida metal primari o metal base, i el nom d'este metal també pot ser el nom de l'aleació. Els atres constituents poden ser metals o no, pero, quan es mesclen en la base fosa, seran solubles i per lo tant, es dissoldran en la mescla.
Les propietats mecàniques de les aleacions solen ser prou diferents de les dels seus constituents individuals. Un metal que normalment és molt bla (maleable), com el alumini, pot alterar-se aleándolo en un atre metal bla, com el coure. Encara que abdós metals són molt blans i dúctils, la aleació d'alumini resultant tindrà una resistència molt major. Agregar una chicoteta cantitat de carbono no metàlic al ferro incrementa la seua ductilitat i li conferix una major resistència en formar una aleació coneguda com acer. Pel seu molt alta resistència, pero encara substancial tenacitat, i la seua capacitat de ser alterat en gran mida per tractament tèrmic, l'acer és una de les aleacions més útils i comunes en el món modern. En agregar cromo a l'acer, es pot millorar la seua resistència a la corrosió, creant acer inoxidable, mentres que agregar silici alterarà les seues característiques elèctriques, produint acer elèctric.
De la mateixa manera que l'oli i l'aigua, és possible que un metal fos no sempre es mescle en un atre element. Per eixemple, el ferro pur és casi completament inmiscible en el coure. Inclús quan els constituents són solubles, cada u normalment tindrà un punt de saturació, més allà del com no es pot agregar una major proporció del constituent. El ferro, per eixemple, pot contindre un màxim de 6,67 % de carbono. Encara que els elements d'una aleació normalment deuen ser solubles en l'estat líquit, és possible que no sempre ho siguen en l'estat sòlit. Si els metals permaneixen solubles quan estan sòlits, l'aleació forma una solució sòlida, convertint-se en una estructura homogénea formada per cristals idèntics, cridada fase. Si a mida que la mescla es gela els components es tornen insolubles, poden separar-se per a formar dos o més tipos diferents de cristals, creant una microestructura heterogénea de diferents fases, algunes en més d'un constituent que l'atre.
No obstant, en atres aleacions, és possible que els elements insolubles no se separen fins que es produïxca la cristalisació. Si es gelen molt ràpidament, primer cristalizan com una fase homogénea, pero són supersaturados en els components secundaris. Conforme passa el temps, els àtoms d'estes aleacions sobresaturadas poden separar-se de la ret cristalina, tornant-se més estables, i formant una segona fase que servix per a reforçar els cristals internament.
Algunes aleacions, com el electro, una aleació d'argent i or, es produïxen de forma natural. Els meteorits a voltes estan formats per aleacions naturals de ferro i níquel, pero no són natius de la Terra. Una de les primeres aleacions fabricades per humans va ser el bronze, que és una mescla dels metals estany i coure. El bronze era una aleació extremadament útil per als antics, perque és molt més fort i dur que qualsevol dels seus components. L'acer era una atra aleació comuna. No obstant, en l'antiguetat, solament podia crear-se com un subproducte accidental del calfament del mineral de ferro en els processos de fundició durant la fabricació del ferro. Atres aleacions antigues inclouen el peltre, el latón i el arrabio. En l'era moderna, el acer es pot produir de moltes formes: variant únicament el contingut de carbono, produint aleacions blanes com el acer al carbono o aleacions dures com el acer elàstic. Els acers aleados es poden fabricar agregant atres elements, com cromo, molibdeno, vanadi o níquel, lo que dona com resultat aleacions com el acer ràpit o acer per a ferramentes. Per lo general, es alean chicotetes cantitats de manganeso en la majoria dels acers moderns per la seua capacitat per a eliminar impurees no desijades, com fòsfor, sofre i oxigen, que poden tindre efectes perjudicials en l'aleació. No obstant, la majoria de les aleacions no es varen crear fins a el XX, com varis tipos de composts d'alumini, de titani, de níquel i de magnesi. Algunes superaleaciones modernes, com el incoloy, el inconel i el hastelloy, poden constar de multitut d'elements diferents.
Una aleació és tècnicament un metal impuro, pero quan es fa referència a aleacions, el terme impurees generalment denota elements indesijables. Estes impurees procedixen dels metals base i dels elements d'aleació, pero s'eliminen durant el procés de producció. Per eixemple, el sofre és una impurea comuna en l'acer, que es combina fàcilment en el ferro per a formar sulfur de ferro, que és molt fràgil i crea punts dèbils en el metal.[21] Liti, sodi i calcio són impurees comunes en les aleacions d'alumini, que poden tindre efectes adversos en el fallo estructural de les peces foses. Pel contrari, els metals purs que contenen impurees no desijades a sovint es denominen metals impuros i no solen denominar-se aleacions.[22]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Diccionario de la lengua española
- ↑ Michael F. Ashby, David Rayner Hunkin Jones (2009). Materials per a ingenieria 2: Introducció a la microestructura, el processament i el disseny, Reverte, pp. 14 de 510. ISBN 9788429172560.
- ↑ P. W. Atkins, Loretta Jones (2006). Principis de Química. La busca del coneiximent., Ed. Mèdica Panamericana, pp. 186 de 990. ISBN 9789500600804.
- ↑ Callister, W.D. "Materials Science and Engineering: An Introduction" 2007, 7ª edició, John Wiley and Sons, Inc. Nova York, Secció 4.3 i Capítul 9.
- ↑ Aranda, Beatriz.Constitució de les aleacions, p. 6.
- ↑ Tens que especificar urlarchiu = i fechaarchiu = al usar {{cita web}}.Friedrich Baumann. «Geschichte dones Zinngießens». Archivat des d'el original, el 2009-03-02.
- ↑ Manuela Rivas Sánchez (2017). UF1213 - Tècniques de mecanisat i metrologia, Editorial Elearning, S.L., pp. 63 de 298.
- ↑ «Bronze – unverzichtbarer Werkstoff der Moderne».
- ↑ Marianne Schönnenbeck, Frank Neumann: Geschichte dones Zink, seine Herstellung und seine Anwendung in: Baumetall Bd. 1, 2004, S. 42–47. «Zink – die Geschichte eines nachhaltigen Werkstoffes».
- ↑ Helmut Föll. «Geschichte dones Stahls». Einführung in die Materialwissenschaft I.
- ↑ Smith, Cyril (1960) History of metallography. MIT Press. pp. 2–4. ISBN 0-262-69120-5.
- ↑ 12,0 12,1 Roberts, George Adam; Krauss, George; Kennedy, Richard and Kennedy, Richard L. (1998) Tool steels [1] archivat en Wayback Machine.. ASM International. pp. 2–3. ISBN 0-87170-599-0.
- ↑ Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independence By Geoffrey Tweedale – Cambridge University Press 1987 Page 57—62
- ↑ Experimental Techniques in Materials and Mechanics By C. Suryanarayana – CRC Press 2011 p. 202
- ↑ Tool Steels, 5th Edition By George Adam Roberts, Richard Kennedy, G. Krauss – ASM International 1998 p. 4
- ↑ Bramfitt, B.L. (2001). Metallographer's Guide: Practice and Procedures for Irons and Steels, ASM International, pp. 13–. ISBN 978-1-61503-146-7.
- ↑ Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independence By Geoffrey Tweedale – Cambridge University Press 1987 pp. 57—62
- ↑ Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independence By Geoffrey Tweedale – Cambridge University Press 1987 pp. 66—68
- ↑ Metallurgy for the Senar-Metallurgist by Harry Chandler – ASM International 1998 Page 3—5
- ↑ Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independence By Geoffrey Tweedale – Cambridge University Press 1987 p. 75
- ↑ Verhoeven, John D. (2007). Steel Metallurgy for the Senar-metallurgist, ASM International, p. 56. ISBN 978-1-61503-056-9.
- ↑ Davis, Joseph R. (1993) ASM Specialty Handbook: Aluminum and Aluminum Alloys. ASM International. p. 211. ISBN 978-0-87170-496-2.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Aleación» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.