Los análisis de aleaciones consisten en determinar la composición exacta de un material y son de vital importancia a la hora de seleccionar una aleación para generar nuevos productos industriales. En este post te explicamos en qué consisten los análisis de aleaciones, los tipos de aleaciones que existen en la industria y los métodos para su identificación.
¿Qué es un análisis de aleación y para qué sirve?
Se trata de un procedimiento para establecer la composición química exacta de las aleaciones. Una aleación es un material que contiene una mezcla de dos o más metales o elementos no metálicos y posee propiedades diferentes de sus metales base como, por ejemplo, mayor resistencia o ligereza.
Los análisis de aleaciones en la industria son fundamentales y son necesarios para verificar que un componente crítico está hecho de la aleación correcta dado que, una elección incorrecta puede generar fallos. Hay cientos de aleaciones diferentes, cada una con su propio conjunto de propiedades específicas y, habitualmente, la misma composición de metal base presenta conjuntos de propiedades muy diferentes. Ejemplo de ello es la resistencia de las aleaciones de acero inoxidable a la corrosión por medio del ácido; algunas aleaciones de acero son muy resistentes a ciertos ácidos, mientras que otras no lo son.
Tipos de aleaciones que existen en la industria
Los metales son unos de los materiales que más se utilizan en el sector industrial, en particular, las aleaciones metálicas que veremos a continuación.
Aleaciones de hierro
Las aleaciones ferrosas, que incluyen aceros y hierros fundidos, tienen el hierro como elemento base y son las aleaciones metálicas más comunes debido a la abundancia, la facilidad de producción y la alta versatilidad del material. La mayor desventaja es la baja resistencia a la corrosión.
El carbono es un elemento fundamental en todas las aleaciones ferrosas. En general, los niveles más altos de carbono aumentan la resistencia y la dureza, y disminuyen la ductilidad y la soldabilidad.
1. Acero al carbono
Los aceros al carbono son básicamente mezclas de hierro y carbono. Existen diferentes tipos de acero dependiendo del porcentaje de carbono, así nos encontramos con:
- Acero de bajo carbono: con menos de un 0,30% de carbono, se caracteriza por una baja resistencia, pero una alta ductilidad. Los usos comunes incluyen el alambre, las formas estructurales, las piezas de máquinas y las láminas de metal.
- Acero de medio carbono: contiene entre un 0,30% y un 0,70% de carbono y se utiliza frecuentemente para ejes, engranajes y piezas de máquinas.
- Acero con alto contenido de carbono: posee entre un 0,70% y un 1,40% de carbono, se caracteriza por tener una alta resistencia, pero baja ductilidad y sus usos más comunes incluyen taladros, herramientas de corte, cuchillos y resortes.
2. Acero inoxidable
Los aceros inoxidables poseen buena resistencia a la corrosión gracias a la adición de cromo como ingrediente de aleación.
Acero inoxidable austenítico
La aleación de acero inoxidable austenítico es la forma más común de acero inoxidable y por ello posee multitud de usos en diferentes industrias. Compuesto por aleaciones de cromo y níquel, es el que mayor resistencia presenta frente a la corrosión de entre todos los aceros inoxidables. Además, es el más soldable debido a su bajo contenido de carbono y sólo puede ser reforzado mediante trabajo en frío.
3. Hierro fundido
Presenta altos niveles de carbono, generalmente superiores al 2%, que pueden tomar la forma de grafito o carburo. Al tener una baja temperatura de fusión, el hierro fundido es muy adecuado para la fundición.
Entre los diferentes tipos destaca el hierro fundido dúctil que posee buenas propiedades de resistencia, ductilidad y maquinabilidad. Los usos más comunes incluyen engranajes, cuerpos de bomba, válvulas y partes de maquinarias.
Aleaciones de aluminio
El aluminio es un material ampliamente utilizado, particularmente en la industria aeroespacial, debido a su ligereza y resistencia a la corrosión. A pesar de que las aleaciones de aluminio no son generalmente tan fuertes como los aceros, tienen una buena relación resistencia-peso.
Aleaciones de cobre
Se caracterizan generalmente por su resistencia frente a la corrosión, su facilidad de dar forma y fundir y por ser conductoras de la electricidad. Aunque son un material de ingeniería útil, las aleaciones de cobre por su atractivo también se utilizan en aplicaciones decorativas.
Aleaciones de titanio
Son ligeras, fuertes y tienen una alta resistencia a la corrosión. Su densidad es mucho menor que la del acero y su relación resistencia-peso es excelente. Por esta razón, las aleaciones de titanio se utilizan con bastante frecuencia, especialmente en la industria aeroespacial.
Método para identificar las aleaciones de metales
El método para identificar una aleación y llevar a cabo la caracterización de materiales se denomina identificación positiva de materiales (PMI), cuya ejecución se efectúa por medio de diversas técnicas entre las que destacan la espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XRF) y la espectroscopia de emisión óptica (OES).
La fluorescencia de rayos X utiliza rayos X de baja energía para escanear la composición química de las aleaciones, mientras que la espectroscopia de emisión óptica crea una chispa en la muestra que excita los átomos y, como consecuencia, emiten luz a frecuencias específicas que luego se utilizan para determinar con precisión la composición de la aleación. Una de las ventajas principales de esta última técnica es la capacidad para medir los elementos ligeros que no son detectables por XRF.
Como conclusión, los análisis de aleaciones son fundamentales a la hora de desarrollar nuevos productos y hacerlo de manera óptima. Si quieres que te asesoremos en este sentido, no dudes en ponerte con nuestro equipo de Infinitia, expertos en materiales.