Metales ferrosos y no ferrosos: guía completa para principiantes

Los metales ferrosos tienen base de hierro. Los no ferrosos tienen base de otros metales, aunque sus aleaciones pueden contener hierro como adición o impureza. La clasificación por sí sola no determina la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión ni el comportamiento magnético.

Ejemplos de metales ferrosos:

1. Acero
2. Acero inoxidable
3. Fundición
4. y hierro forjado.

Ejemplos de metales no ferrosos:

1. Aluminio
2. Cobre
3. Latón/bronce
4. Oro, plata y platino
5. Titanio

Esta distinción ayuda a elegir el metal adecuado para su proyecto. Su elección influye en la durabilidad, el rendimiento y los costes durante toda la vida útil.

El hierro es el metal base de los materiales ferrosos. No utilice un único umbral porcentual para deducir propiedades mecánicas o magnéticas; importan la composición, la microestructura y el estado del material.

El término « ferroso » procede del latín « ferrum », que significa hierro. Por eso, el símbolo químico del hierro se escribe Fe en lugar de I. Esta raíz latina aparece en los libros de ciencias y metalurgia.

Muchos aceros son fuertemente magnéticos, pero algunas aleaciones de hierro, incluidos inoxidables austeníticos habituales, pueden responder débilmente a un imán. Una prueba magnética por sí sola no identifica una aleación.

Los materiales ferrosos incluyen calidades utilizadas en estructuras y maquinaria. La resistencia y la durabilidad dependen de la calidad especificada, su estado, el diseño y el entorno.

La densidad y el comportamiento frente a la corrosión dependen de la aleación. Algunos metales no ferrosos son más densos que el acero. La susceptibilidad a oxidarse no se explica simplemente por un alto contenido de carbono.

Los aceros dulces suelen tener bajo contenido de carbono; 0.05-0.25% es un intervalo aproximado, no una especificación universal. Compruebe la calidad concreta para los requisitos de soldadura, conformado, mecanizado y estructuras.

El carbono y la microestructura pueden aumentar la resistencia del acero respecto al hierro puro. El carbono no actúa como pegamento entre átomos; las propiedades dependen de la composición y del procesamiento.

El acero al carbono puede necesitar protección en ambientes húmedos. Seleccione recubrimientos u otras medidas según el entorno, sin considerar que cualquier aceite o pintura sea suficiente en todos los casos.

Elementos como cromo, níquel y manganeso modifican las propiedades del acero. Seleccione una calidad y un tratamiento térmico cualificados para la aplicación; la denominación «acero aleado» no demuestra aptitud para un motor a reacción.

La calidad 4140 contiene cromo y molibdeno, con un contenido nominal de carbono de aproximadamente 0.40%. Se utiliza para componentes como ejes y engranajes cuando el estado especificado cumple los requisitos de diseño.

La calidad 4130 tiene un contenido nominal de carbono menor que el 4140. Su soldabilidad y aptitud estructural dependen de la sección, del estado y de un procedimiento de soldadura cualificado.

La calidad 4340 es un acero de níquel-cromo-molibdeno cuyas propiedades dependen del tratamiento térmico. ¿Es el 4340 mejor que el 4140? Compare la resistencia, la tenacidad, las dimensiones y el procesamiento requeridos, sin suponer una superioridad universal.

El acero inoxidable no es simplemente hierro corriente. Para hacerlo «inoxidable», se añade cromo.

Los aceros inoxidables contienen al menos un 10.5% de cromo. Su película pasiva puede regenerarse en condiciones adecuadas, pero la contaminación y los ambientes agresivos aún pueden causar corrosión.

Calidad 304

La calidad 304 contiene:

• 18% de cromo
• 8% de níquel

La calidad 304 se utiliza en muchas aplicaciones de cocina y de uso general. Compruebe los productos químicos, la temperatura, el estado superficial y los requisitos de fabricación, sin dar por hecho un funcionamiento sin problemas.

Calidad 316

La calidad 316 contiene molibdeno y puede resistir mejor ciertos mecanismos de corrosión localizada que la calidad 304. Las aplicaciones marinas, químicas y médicas requieren la especificación adecuada y una evaluación del servicio.

La calidad 316 no es inmune al ataque de cloruros, y la calidad 304 puede ser adecuada en condiciones menos agresivas. Considere la concentración, la temperatura, los intersticios y el estado superficial; la resistencia a los ácidos también depende del medio.

Las fundiciones suelen contener alrededor del 2-4% de carbono, pero las propiedades varían entre fundición gris, nodular y otros tipos. Importan la forma del grafito y el estado de la matriz; no todas tienen la misma fragilidad.

La fundición gris contiene láminas de grafito que proporcionan buenas propiedades de amortiguación. Se utiliza en bloques de motor, bancadas de máquinas herramienta y tapas de alcantarilla.

Un tratamiento especial mejora la ductilidad de la fundición nodular. Sus propiedades se acercan a las del acero, manteniendo la colabilidad. Se utiliza en tuberías, piezas de automoción y componentes de aerogeneradores.

El hierro forjado contiene muy poco carbono, a menudo menos del 0.08%. Se trata de hierro casi puro con inclusiones fibrosas de escoria.

La escoria fibrosa puede dar al hierro forjado una fractura veteada y propiedades direccionales. No suponga una resistencia a la fatiga superior a la de cualquier acero; evalúe el estado, los defectos y las cargas.

Algunas calidades de acero para herramientas pueden superar 60 HRC tras un tratamiento térmico adecuado. La dureza elegida debe equilibrarse con la tenacidad y los requisitos de aplicación; no es una propiedad de todos los aceros para herramientas.

Los aceros para herramientas incluyen calidades para distintos métodos de endurecimiento y aplicaciones. El coste, la distorsión y el riesgo de fisuración dependen de la calidad, la geometría y el tratamiento térmico.

Los aceros rápidos utilizan distintas combinaciones de aleación para conservar la dureza a temperaturas de corte elevadas. No todas las calidades contienen las mismas cantidades de wolframio, molibdeno, cromo y vanadio.

Los materiales no ferrosos tienen como base un metal distinto del hierro. Algunos contienen adiciones deliberadas o hierro residual; una regla fija de menos del 1% no es una definición universal.

El uso del cobre y la producción de bronce se desarrollaron en épocas diferentes según la región. Los nombres de los periodos arqueológicos no deben interpretarse como una única transición mundial.

La resistencia a la corrosión varía mucho según la aleación no ferrosa y el entorno. Seleccione una calidad y una protección superficial adecuadas para exteriores o ambientes marinos.

No ferroso no significa no magnético: el níquel y el cobalto son excepciones conocidas. Verifique las propiedades magnéticas cuando las aplicaciones electrónicas o de instrumentación lo requieran.

El aluminio es mucho menos denso que el acero, pero el cobre, el plomo y otros metales no ferrosos no son alternativas ligeras. Compare la densidad real de la aleación.

El aluminio es hoy el metal no ferroso más utilizado. El aluminio puro es blando, pero la aleación permite aumentar considerablemente su resistencia.

La calidad 6061 contiene magnesio y silicio. Ofrece buena soldabilidad, conformabilidad y resistencia moderada. La calidad 6061 puede extruirse para obtener perfiles complejos.

La calidad 7075 es una aleación de aluminio de alta resistencia que contiene zinc. La resistencia, el comportamiento frente a la corrosión y la conformabilidad dependen del estado y de la especificación del producto.

El aluminio forma una película de óxido, pero aun así puede corroerse. Un anodizado adecuado puede mejorar la protección; seleccione el tratamiento según la aleación y la exposición.

El cobre tiene alta conductividad eléctrica. La referencia del 100% IACS no significa que todo producto de cobre puro o aleación de cobre tenga exactamente esa conductividad; importan el estado y la temperatura.

El cobre suele tener aspecto rojizo y puede desarrollar una pátina al exponerse a la atmósfera. El color por sí solo no identifica fiablemente una aleación; el comportamiento frente a la corrosión depende del entorno.

El cobre es muy dúctil y maleable. Se adapta bien al conformado, doblado y trefilado.

Los latones son aleaciones de cobre y zinc de composición variable. Los intervalos de 60-70% de cobre y 30-40% de zinc describen algunas composiciones habituales, no toda la familia.

La adición de zinc aumenta la resistencia del metal y reduce el coste respecto al cobre puro.

Algunas calidades de latón se mecanizan fácilmente, pero la maquinabilidad y el acabado dependen de la composición, el estado, las herramientas y los datos de corte.

¿Es el bronce lo mismo que el latón? No: el latón pertenece a la familia cobre-zinc, mientras que el bronce incluye bronces de estaño y otras familias de aleaciones de cobre. Compare las calidades concretas, sin suponer que todo bronce es más duro o resistente a la corrosión.

El plomo es muy diferente de muchos otros metales. Es muy blando, denso y pesado, con un punto de fusión muy bajo.

La densidad del plomo lo hace útil en algunos sistemas de protección radiológica. El espesor necesario y la eficacia dependen de la energía de la radiación y del sistema completo de protección.

El plomo funde a solo 621°F. Esto permite colarlo en moldes con equipos sencillos. Es mucho más fácil de fundir que el acero o el cobre.

El zinc se utiliza principalmente como recubrimiento protector. La inmersión del acero en un baño de zinc líquido forma una capa adherente que protege frente a la oxidación.

El zinc tiene un punto de fusión bajo, de unos 787°F. Por ello, la fundición a presión de zinc permite fabricar económicamente formas complejas, como carburadores o juguetes pequeños.

El estaño se utiliza en determinadas aplicaciones de recubrimiento y aleación. Su idoneidad debe establecerse según la composición real y el servicio previsto.

El acero estañado se utiliza en envases alimentarios. La integridad del recubrimiento, el barniz interior cuando se especifica, la química del alimento y los requisitos del envase determinan su idoneidad.

El titanio y sus aleaciones ofrecen combinaciones útiles de resistencia, densidad y resistencia a la corrosión para determinadas aplicaciones de ingeniería.

El titanio forma una película protectora de óxido. Su resistencia depende del entorno y no es universalmente superior a la de todos los aceros inoxidables.

Sin embargo, el titanio cuesta bastante más que el acero o el aluminio. Su extracción es difícil y su mecanizado exigente.

El níquel se utiliza como metal base y elemento de aleación. Participa en muchas aleaciones inoxidables y resistentes a la corrosión, pero el cromo es esencial para la pasividad del inoxidable; el rendimiento depende de toda la composición.

Las aleaciones de níquel incluyen calidades para condiciones térmicas y corrosivas exigentes. Inconel es una familia de composiciones diversas; seleccione la aleación especificada, sin tratar el nombre como un único material. Los recubrimientos de níquel también requieren diseño y aplicación adecuados.

El oro se valora por su resistencia a la corrosión en determinadas aplicaciones de joyería y electrónica. El comportamiento de las aleaciones de oro y las piezas recubiertas depende de la composición y de la calidad del recubrimiento.

La plata tiene una conductividad eléctrica y térmica muy alta. El rendimiento de los contactos también depende del estado superficial, el desgaste, la temperatura y el diseño.

El platino se utiliza en catálisis, laboratorios y determinadas aplicaciones médicas. Evalúe la especificación requerida y el coste actual; no siempre es más caro que el oro.

La maquinabilidad depende de la aleación, del estado y de la operación, no solo de la clasificación como ferroso. Las opciones incluyen herramientas de corte de metal duro adecuadas como una fresa de mango de metal duro y brocas de metal duro; también pueden ser adecuados otros materiales de herramienta.

Los latones de fácil mecanizado con plomo pueden ofrecer buena maquinabilidad, pero ninguna calidad es la mejor para todas las operaciones. Compruebe las restricciones de composición y cualifique los datos de corte para la pieza.

Las aleaciones de aluminio difieren en maquinabilidad. Adapte el material de herramienta, la geometría del filo y la lubricación a la aleación, incluidos sus componentes abrasivos y su tendencia a adherirse.

Las herramientas de diamante, incluidas las fresas de mango PCD, las brocas PCD y los escariadores PCD, pueden ser adecuadas para determinadas aplicaciones no ferrosas. Deben comprobarse la compatibilidad, la geometría y la rentabilidad para el material y la operación concretos.

La soldadura del acero es un proceso bien establecido. Entre los métodos disponibles están la soldadura con electrodo revestido, MIG, TIG y con hilo tubular. Con técnicas adecuadas, estos procesos permiten unir el acero.

Para soldar aluminio, seleccione un proceso, limpieza, protección y material de aporte cualificados para la aleación y la unión. TIG y MIG son opciones habituales, pero no existe una comparación fija de aporte térmico válida para todas las uniones de acero y aluminio.

Al soldar acero inoxidable debe evitarse el empobrecimiento en cromo. Las técnicas inadecuadas pueden causar sensibilización y reducir la resistencia a la corrosión. Los materiales de aporte adecuados y el control térmico ayudan a conservar las propiedades de la zona soldada.

El acero bajo en carbono admite conformado en frío con radios de doblado moderados. Las chapas pueden estamparse, laminarse y plegarse. El endurecimiento por deformación aumenta la resistencia en las zonas conformadas.

La conformabilidad del aluminio depende de la aleación y del estado. Compare 3003, 5052 y 7075 en sus estados especificados; un doblado severo no justifica un calentamiento no cualificado ni garantiza ausencia de fisuras.

Las calidades de cobre y latón difieren en su comportamiento durante el conformado en frío. Seleccione el estado, el radio de doblado y el tratamiento intermedio según la deformación requerida; una alta ductilidad no excluye las fisuras.

Seleccione la aleación y el estado según los requisitos de resistencia, corrosión, masa, fabricación y coste. Ferroso y no ferroso son categorías amplias, no reglas completas de selección, y el aspecto por sí solo no identifica todos los metales.

1. Aluminio
2. Cobre
3. Plomo
4. Níquel
5. estaño, titanio y zinc

Las siguientes observaciones pueden ayudar a examinar un metal desconocido, pero no sustituyen un certificado de material ni un análisis de composición adecuado. Utilice un método de identificación apropiado y controlado.

1. Prueba del imán: el método más rápido
2. Inspección visual
3. Prueba de chispa
4. Peso y sonido