Clasificación de materiales: materiales metálicos

Según la clasificación tradicional, los materiales se dividen en metálicos, inorgánicos no metálicos (como la cerámica), poliméricos y compuestos. El acero, el oro y la plata son ejemplos de materiales metálicos. Los materiales inorgánicos no metálicos, como la cerámica y el vidrio, incluyen óxidos, sales inorgánicas, etc., en cuanto a su composición molecular. Los materiales poliméricos están compuestos de macromoléculas orgánicas, como fibras, caucho, resinas y plásticos. Los materiales compuestos se forman a partir de dos o más materiales y se clasifican en diversas categorías. Según la matriz, se dividen en matriz metálica, cerámica, resina, etc.; o según el refuerzo, en reforzados con fibras, reforzados con partículas, etc. Existen muchos tipos.

Comprender los materiales metálicos y las tendencias de desarrollo. Los materiales metálicos son aquellos con propiedades metálicas, compuestos de elementos metálicos o principalmente de ellos. Esto incluye metales puros, aleaciones, compuestos intermetálicos y materiales metálicos especiales.

Nuestra comprensión de los materiales metálicos debe partir de los siguientes aspectos:

1. Clasificación: Los materiales metálicos se dividen generalmente en metales ferrosos, metales no ferrosos y materiales metálicos especiales.

① Los metales ferrosos, también llamados materiales de acero, incluyen el hierro industrial puro con más del 90 % de hierro, el hierro fundido con entre un 2 % y un 4 % de carbono, el acero al carbono con menos del 2 % de carbono, el acero estructural, el acero inoxidable y el acero resistente al calor para diversos usos. También se incluyen el acero de alta temperatura, las aleaciones de precisión, etc. En general, los metales ferrosos comprenden además el cromo, el manganeso y sus aleaciones.

2. Los metales no ferrosos comprenden todos los metales y sus aleaciones, excepto el hierro, el cromo y el manganeso, y se clasifican generalmente en metales ligeros, metales pesados, metales preciosos, semimetales, metales raros y tierras raras. La resistencia y la dureza de las aleaciones no ferrosas suelen ser superiores a las de los metales puros, y presentan mayor resistencia y menor coeficiente de temperatura de resistencia.

③Los materiales metálicos especiales incluyen materiales metálicos estructurales y materiales metálicos funcionales para diferentes usos. Entre ellos se encuentran materiales metálicos amorfos obtenidos mediante procesos de condensación rápida, así como materiales metálicos cuasicristalinos, microcristalinos, nanocristalinos, etc.; también existen aleaciones funcionales especiales como las de sigilo, resistencia al hidrógeno, superconductividad, memoria de forma, resistencia al desgaste, reducción y amortiguación de vibraciones, etc., y materiales compuestos de matriz metálica, etc.

Los materiales metálicos se dividen en metales fundidos, metales deformados, metales conformados por inyección y materiales de pulvimetalurgia, según su proceso de producción y moldeo. Los metales fundidos se forman mediante el proceso de fundición, e incluyen principalmente acero fundido, hierro fundido y metales y aleaciones no ferrosos fundidos.

El metal deformado se obtiene mediante procesos de presión como la forja, el laminado y el estampado, y su composición química difiere ligeramente de la del metal fundido correspondiente. El metal conformado por inyección se transforma en piezas y moldes con formas y propiedades estructurales específicas mediante el proceso de moldeo por inyección.

El rendimiento de los materiales metálicos se puede dividir en dos tipos: rendimiento durante el proceso y rendimiento durante el uso.

2. Actuación: 

Para utilizar los materiales metálicos de forma más racional y aprovechar al máximo su función, es necesario dominar el rendimiento (rendimiento de usabilidad) que deben tener las piezas y componentes fabricados con diversos materiales metálicos en condiciones normales de trabajo y durante su uso en procesos de mecanizado en caliente y en frío. El rendimiento que deben poseer (rendimiento de proceso) abarca propiedades físicas (como la densidad, el punto de fusión, la conductividad eléctrica, la conductividad térmica, la dilatación térmica, el magnetismo, etc.), propiedades químicas (durabilidad, resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación) y propiedades mecánicas. El rendimiento de proceso de los materiales se refiere a su capacidad de adaptación a los métodos de mecanizado en frío y en caliente.

3. Proceso de producción: 

En la producción de materiales metálicos, el metal generalmente se extrae y funde primero. Algunos metales requieren un refinado adicional y un ajuste de su composición antes de ser procesados ​​para obtener productos con diversas especificaciones y propiedades. Para la extracción de metales, la producción de acero suele emplear procesos pirometalúrgicos, como convertidores, hornos de solera, hornos de arco eléctrico, hornos de inducción y cubilotes (para la producción de hierro). Los metales no ferrosos utilizan tanto procesos pirometalúrgicos como hidrometalúrgicos. Para metales de alta pureza, así como para aquellos que requieren propiedades especiales, también se emplean procesos de fundición zonal, fundición al vacío y pulvimetalurgia. Una vez fundido el material metálico y ajustada su composición, se moldea y conforma, o se transforma en lingotes y palanquillas mediante procesos de fundición y pulvimetalurgia, para luego ser procesado plásticamente y obtener productos de diversas formas y especificaciones.

4. Tendencia de desarrollo:

El desarrollo de materiales metálicos ha evolucionado, dejando atrás los metales puros y las aleaciones puras. Gracias a los avances en el diseño de materiales, la tecnología de procesos y las pruebas de rendimiento, los materiales metálicos tradicionales han experimentado un rápido desarrollo, y se han desarrollado continuamente nuevos materiales metálicos de alto rendimiento. Estructuras para altas temperaturas, como materiales amorfos y microcristalinos de condensación rápida, aleaciones de aluminio-litio con alta resistencia y módulo de elasticidad específicos, compuestos intermetálicos ordenados y aleaciones de aleación mecánica, aleaciones reforzadas con dispersión de óxidos, cristales columnares solidificados direccionalmente y aleaciones monocristalinas, materiales compuestos de matriz metálica y nuevos materiales metálicos funcionales, como aleaciones con memoria de forma, aleaciones de imanes permanentes de neodimio-hierro-boro y aleaciones para el almacenamiento de hidrógeno, se han aplicado en diversos campos como el aeroespacial, el energético y el electromecánico.