2024/06/28
Mejores metales para aplicaciones de alta temperatura
Si necesita piezas de metal personalizadas que puedan funcionar a altas temperaturas, debe saber que ciertos metales son especialmente adecuados para sus necesidades. Por lo general, se trata de aleaciones resistentes al calor. Estas aleaciones poseen fuerza y resistencia a la fluencia a altas temperaturas, lo que significa que no se deformarán bajo calor y tensión extremos. Las propiedades de resistencia al calor de las aleaciones de metal son un resultado directo del tratamiento térmico, lo que les permite soportar temperaturas de hasta 4000 °C (7232 °F).
Dos factores permiten que las aleaciones metálicas de alta resistencia soporten temperaturas tan elevadas: la estructura de las aleaciones (componentes) y los enlaces entre los átomos. A continuación, presentaremos seis de los mejores metales resistentes a altas temperaturas, describiendo sus composiciones, características y aplicaciones. Con esta información, podrá decidir mejor cuál de estos metales resistentes al calor es adecuado para su solución.
Titanio
Este metal de color gris plateado se utiliza habitualmente para fabricar aleaciones resistentes, ligeras, resistentes al calor y a la corrosión. Con un punto de fusión de 1668 °C (3034 °F), el punto de fusión del titanio puede no ser el más alto entre las aleaciones resistentes al calor, pero sigue siendo bastante alto. Aunque se considera un metal raro, actualmente se utiliza como material estándar para la fabricación y la ingeniería en muchas aplicaciones industriales y de consumo. El titanio se produce normalmente mediante el proceso Kroll, en el que el dióxido de titanio se expone al gas cloro para producir tetracloruro de titanio, que luego reacciona con magnesio para eliminar el cloro restante. El titanio suele describirse como "esponjoso" debido a los agujeros porosos que se forman dentro de su estructura durante su formación. Este metal tiene muchas propiedades de ingeniería beneficiosas, las más comunes de las cuales son: resistencia al calor, alta resistencia, resistencia a la corrosión, baja densidad, peso ligero, rigidez y tenacidad. Otra propiedad notable es su capacidad para mezclarse con otras aleaciones, añadiendo una capa adicional de resistencia a la tracción, resistencia al calor y tenacidad a su forma pura.Debido a su excelente integridad estructural, el titanio se utiliza para aplicaciones de alto rendimiento, como piezas de automóviles (válvulas, resortes de válvulas, retenedores, bielas), componentes aeroespaciales (fuselaje, sujetadores, tren de aterrizaje), construcción (materiales para techos, materiales exteriores), equipos deportivos (palos de golf, raquetas de tenis, bicicletas), perforación en alta mar (puentes marinos, encepados de pilotes), dispositivos médicos (huesos artificiales, marcapasos, instrumentos quirúrgicos) e industria en general (refinerías, plantas de desalinización). Debido a que el titanio puede soportar altas temperaturas y evitar la corrosión cuando se expone a polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), ha reemplazado a la mayoría de los componentes de aluminio que se usaban principalmente en aeronaves antes de la década de 1960.
Tungsteno
Al igual que el titanio, el tungsteno es un metal de color blanco plateado. El nombre "tungsteno" proviene de las palabras suecas "tung" y "sten", que se traducen como "piedra pesada". Este nombre es apropiado porque su estructura resistente y su alto punto de fusión hacen del tungsteno uno de los materiales más resistentes de la Tierra. También tiene el punto de fusión más alto de cualquier metal o elemento de la Tierra (3422 °C—6192 °F), así como la mayor resistencia a la tracción (142 000 psi). Debido a esto, a menudo se utiliza para formar aleaciones de metales pesados, como acero de alta velocidad, para varias herramientas de corte. El tungsteno puro es difícil de moldear debido a su apariencia resistente y su alto punto de fusión, por lo que a menudo se convierte en polvo y se mezcla con otros metales en polvo para producir diferentes aleaciones, que luego se utilizan para diversas aplicaciones. El polvo de tungsteno se puede mezclar con metales en polvo como el níquel a través de un proceso de sinterización para producir diferentes aleaciones con propiedades mejoradas.Las principales propiedades del tungsteno incluyen: alta densidad (19,3 g/cm³), alto punto de fusión, resistencia a altas temperaturas, alta resistencia a la tracción, alta resistencia a la corrosión (no se necesita protección adicional contra la oxidación durante o después de la fabricación), el metal puro más duro, baja presión de vapor (la más baja entre todos los metales), baja expansión térmica y respeto al medio ambiente (no se descompone). El tungsteno es difícil de moldear, por lo que se utiliza principalmente como aditivo para ayudar a fabricar varias aleaciones especiales. Las aplicaciones incluyen componentes aeroespaciales, piezas de automóviles, cables de filamento (para iluminación), balística militar, auriculares de teléfonos móviles, equipos de corte, perforación y taladrado, aplicaciones químicas, dispositivos eléctricos y de electrodos. En su forma pura, el tungsteno también se utiliza para muchas aplicaciones electrónicas, como electrodos, contactos, láminas, cables y varillas. Además, los joyeros lo utilizan a menudo para hacer collares y anillos debido a su densidad, que es la misma que la del oro, pero con menos brillo y una estructura más dura.
Acero inoxidable
El acero inoxidable es una aleación compuesta por tres metales diferentes: hierro, cromo y níquel. Estos tres elementos se combinan mediante un proceso especial de tratamiento térmico para formar acero inoxidable. Este proceso se puede resumir en: fusión, afinación/mezcla, conformación, tratamiento térmico, corte/conformado/acabado. Entre sus muchas características, las dos propiedades de ingeniería más populares del acero inoxidable son su resistencia a la corrosión y su respeto por el medio ambiente. El acero inoxidable se suele denominar un "material ecológico" porque se puede reciclar infinitamente. En cuanto a su resistencia al calor, el punto de fusión del acero inoxidable oscila entre 1400 y 1530 °C (2550 y 2790 °F). La razón de este rango, más que un número exacto, son las diferentes cantidades de elementos mezclados, que se combinan para formar diferentes grados de acero inoxidable.Los tres elementos del acero inoxidable tienen diferentes puntos de fusión: hierro (1535 °C—2795 °F), cromo (1890 °C—3434 °F) y níquel (1453 °C—2647 °F). Dependiendo de la cantidad de cualquiera de los tres elementos utilizados, el punto de fusión final se verá afectado en mayor o menor grado. Sin embargo, el punto de fusión casi siempre se encuentra entre los valores promedio antes mencionados. Debido a su rendimiento ideal de fabricación e ingeniería, el acero inoxidable se usa ampliamente en muchas aplicaciones, incluidas la resistencia a la corrosión, la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a bajas temperaturas, la alta resistencia a la tracción, la durabilidad (a altas temperaturas y en condiciones duras), la facilidad de fabricación y conformabilidad, el bajo mantenimiento, la apariencia atractiva y el respeto al medio ambiente (infinitamente reciclable). Una vez en uso, no requiere pintura, tratamiento ni revestimiento, lo que hace que su bajo mantenimiento sea una de sus cualidades más populares.Por lo tanto, el acero inoxidable es muy popular, especialmente para las siguientes aplicaciones: edificios (paredes exteriores, encimeras, pasamanos, salpicaderos), puentes, cuchillos de acero, refrigeradores y congeladores (materiales de acabado), lavavajillas (materiales de acabado), unidades de almacenamiento de alimentos, componentes de petróleo, gas y químicos (tanques de almacenamiento, tuberías, bombas, válvulas), plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas de desalinización, hélices de barcos, componentes de energía (nuclear, geotérmica, solar, hidroeléctrica, eólica), turbinas (vapor, gas). El alto punto de fusión y la alta resistencia a la tracción del acero inoxidable aumentan la resistencia del producto a la tensión, la carga estructural y el ciclo de vida.
Molibdeno
Este metal de color blanco plateado (gris en forma de polvo) es extremadamente dúctil y muy resistente a la corrosión. Su punto de fusión y resistencia al calor también son bastante altos. El molibdeno tiene un punto de fusión de 2623 °C (4753 °F), el quinto punto de fusión más alto de todos los metales. Su alto punto de fusión permite que los componentes hechos de molibdeno funcionen de manera eficiente a altas temperaturas, lo que es útil para productos que requieren lubricación resistente al calor. El disulfuro de molibdeno se usa comúnmente como lubricante seco en recubrimientos adheridos, grasas y dispersiones para aumentar la resistencia al calor. Además, si es necesario, el polvo de molibdeno se puede convertir en bloques de metal duro a través de procesos de pulvimetalurgia o fundición por arco. En otras palabras, las formas sólidas de molibdeno se pueden utilizar para aplicaciones que las requieran. Sin embargo, el molibdeno todavía se usa principalmente en forma de polvo debido a sus muchas propiedades beneficiosas, que incluyen un alto punto de fusión, resistencia al calor, ductilidad, propiedades no magnéticas y apariencia atractiva. Muchas de estas propiedades también existen en forma sólida.El molibdeno también se utiliza para producir aleaciones comerciales que son duras, fuertes, conductoras y muy resistentes al desgaste. Estas aleaciones se utilizan en aplicaciones como armamento, piezas de motores, hojas de sierra, aditivos para lubricantes, tintas para placas de circuitos, filamentos de calentadores eléctricos, recubrimientos protectores (calderas) y catalizadores de petróleo. A pesar de ser abundante en la naturaleza, el molibdeno no se encuentra libremente (1,1 ppm). Por lo tanto, su costo suele ser ligeramente superior al de otros metales resistentes al calor, especialmente cuando la demanda de producción de acero es alta, ya que a menudo se utiliza para recubrimientos de acero.
Níquel
Al igual que muchos otros metales resistentes al calor de esta lista, el níquel es un metal de transición de color blanco plateado conocido por su alto punto de fusión (1455 °C—2651 °F) y su resistencia a la corrosión. La alta resistencia a la corrosión del níquel lo hace útil para galvanizar y recubrir otros metales, así como para fabricar aleaciones como el acero inoxidable. El alto punto de fusión del níquel es un resultado directo de sus iones positivos y negativos (protones y electrones) que se atraen entre sí para formar enlaces fuertes que permanecen intactos bajo una inmensa presión y calor. Dado que el níquel es un metal de origen natural, que se encuentra en abundancia en los depósitos de la Tierra, no se produce a través de ningún proceso, sino que se extrae de capas de roca (hierro de magnesio ultramáfico y rocas ígneas máficas) que se encuentran principalmente en climas tropicales. Por otro lado, las aleaciones de níquel se crean combinando níquel con otros metales como aluminio, titanio, hierro, cobre y cromo a través de un simple proceso de tratamiento térmico. Estas aleaciones luego se utilizan para fabricar varios productos para diferentes industrias.Actualmente, se utilizan alrededor de 3000 aleaciones a base de níquel. Las propiedades comunes que exhiben todas las variantes de aleación de níquel incluyen resistencia, tenacidad, propiedades magnéticas suaves, resistencia a la corrosión, resistencia al calor y fácil fabricación (buena soldabilidad). Como se mencionó anteriormente, las aleaciones a base de níquel se utilizan en muchas aplicaciones en diferentes industrias, y la lista es bastante extensa. Se puede resumir de la siguiente manera: hornos eléctricos, tostadoras, transformadores, inductores, placas blindadas, ejes de hélices marinas, álabes de turbinas, recubrimientos de acero, aleaciones de acero inoxidable, aleaciones resistentes a la corrosión, baterías (níquel-cadmio, níquel-hidruro metálico), amplificadores magnéticos, blindaje magnético, dispositivos de almacenamiento, bujías, electrodos automotrices. El níquel tiene una fuerte resistencia a la oxidación incluso en condiciones extremas.
temperaturas y puede prevenir la corrosión electroquímica. Por lo tanto, es una excelente opción para fabricar aleaciones resistentes al calor y a la corrosión, que son esenciales para aplicaciones que funcionan en entornos corrosivos y de alta temperatura.
Tantalio
Este raro metal de color gris azulado es conocido por su estructura extremadamente dura, su alto punto de fusión y su resistencia a casi todas las formas de ácidos corrosivos. El punto de fusión del tantalio (3020 °C—5468 °F) es el tercero más alto entre todos los elementos. El tantalio en bruto se encuentra generalmente en depósitos llamados columbita-tantalita (o coltán). Una vez extraído, se separa del niobio y otros metales que se encuentran en los minerales de una de tres formas: aplicación electrolítica, reducción del fluoruro de potasio de tantalio con sodio o reacción de carburos con óxidos. El proceso de reducción por termita con sodio es probablemente el método más popular para producir polvo de tantalio, un material ampliamente utilizado en aplicaciones eléctricas. En comparación con otros materiales de fabricación, el tantalio permite una gama más amplia de variaciones de grano, lo que ayuda a reducir los costos y mejorar las capacidades de diseño y las propiedades mecánicas.El tantalio tiene muchas propiedades que han aumentado su uso en el siglo XXI, entre ellas, alta estabilidad, alta resistencia, resistencia a la corrosión (sin degradación química a bajas temperaturas), resistencia al calor, punto de fusión extremadamente alto, conductividad térmica, conductividad eléctrica, protección de la capa de óxido (que evita todas las formas de corrosión, incluida la oxidación y la corrosión ácida), fácil fabricación, ductilidad, densidad y dureza. El tantalio se combina a menudo con otros elementos para producir aleaciones con puntos de fusión más altos y resistencia a la tracción. En términos de aplicaciones, el tantalio se utiliza principalmente para producir componentes para la industria energética. Sin embargo, debido a su alta resistencia al calor y a la corrosión, también se considera un material de fabricación útil en las industrias aeronáutica, de defensa y química. El tantalio se utiliza comúnmente en aplicaciones como condensadores electrolíticos, piezas de hornos de vacío, componentes electrónicos (circuitos, condensadores, resistencias), componentes de reactores nucleares, equipos de procesamiento químico, piezas de aeronaves, armamentos, herramientas quirúrgicas, lentes de cámara, tratamiento de superficies de acero (recubrimientos) y pesticidas y herbicidas.Entre todas las aplicaciones enumeradas, el tantalio es el más valorado por su uso en condensadores electrolíticos, capaces de almacenar la mayor carga por unidad de cualquier condensador.
Conclusión
Los metales mencionados en la guía anterior son los seis materiales resistentes al calor más importantes disponibles para fabricar piezas metálicas personalizadas de alta temperatura. Poseen excelentes propiedades mecánicas y de ingeniería, que incluyen resistencia a la corrosión, resistencia a la tracción, resistencia a la fatiga, alta ductilidad, fácil fabricación y tenacidad. El metal resistente al calor adecuado para su proyecto dependerá de sus requisitos. La información anterior puede ayudarlo a elegir el adecuado. Antes de tomar su decisión final, recuerde consultar con un fabricante de metales con experiencia y conocimientos para encontrar el material adecuado para su aplicación prevista.
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