NUEVAS ALEACIONES

Inventos del Siglo XX: LOS PRIMEROS INVENTOS MAS IMPORTANTES EN LOS INICIOS DEL SIGLO XX

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Nuevos metales y aleaciones: En buena medida, el desarrollo de la industria ha estado estrechamente vinculado con los avances conseguidos en la tecnología de los metales. La primera revolución industrial del mundo, que tuvo lugar en Inglaterra, comenzó cuando Abraham Darby utilizó coque para producir hierro de primera calidad en grandes cantidades (a partir de 1709).

Hacia 1850, la introducción del proceso Bessemer (bautizado en honor a su inventor, el británico sir Henry Bessemer) hizo posible la producción masiva de acero (una forma más dura y resistente de hierro por el agregado de Carbono). (Ver: Nuevas Fuentes de Energía en el Siglo XIX)

En poco tiempo, en Estados Unidos y Gran Bretaña el acero sustituyó al hierro en sectores tan diversos como las construcciones navales, las vías de ferrocarril y la ingeniería civil. (La torre Eiffel de París, erigida en 1889 para conmemorar el centenario de la Revolución Francesa, fue el último edificio importante del mundo construido con hierro.)

Sin embargo, el inicio de la era del acero no significó la ampliación del repertorio metalúrgico de los ingenieros; sencillamente, aumentó la eficacia de un metal antiguo. Los últimos años del siglo XIX y los primeros del XX serían testigos de la introducción de nuevos metales y de una explosión en el número de aleaciones disponibles.

El primero de los nuevos metales importantes fue el aluminio. Se utilizó por primera vez en la industria en los años 80 del siglo pasado, pero al principio la ventaja de su ligereza se veía contrarrestada por su blandura.

E] punto de inflexión se produjo en Alemania, en 1909, cuando se descubrió que la dureza del aluminio en aleación con pequeñas cantidades de cobre y magnesio aumentaba radicalmente con el tiempo (librado al endurecimiento espontáneo). La aleación resultante recibió el nombre de duraluminio.

El nuevo material, que fue rápidamente adoptado por el conde alemán Ferdinand von Zeppelin para sus dirigibles, en lugar del aluminio, estaba destinado a convertirse en el principal material de construcción en la industria de la aviación.

En Gran Bretaña se desarrollaron aleaciones similares con níquel. Los sectores no relacionados con la construcción necesitaban también cantidades sustanciales de otros metales. Así pues, la producción mundial de cinc en 1900 rondaba el medio millón de toneladas. La mayor parte de este material se utilizaba para galvanizar y proteger de la corrosión el hierro que se empleaba en placas para los tejados o como alambre para separar parcelas en el campo.

Otros metales, como el níquel o el cromo, se empleaban para mejorar el aspecto de metales menos atractivos por el procedimiento de galvanoplastia. Algunos metales se utilizaban por derecho propio, aunque en muy pequeñas cantidades, para fines especiales. Las primeras bombillas eléctricas, por ejemplo, tenían filamentos incandescentes de carbono, que eran sin embargo muy quebradizos y teñían el vidrio de la bombilla por evaporación. A fines de siglo se realizaron intentos de utilizar en cambio metales raros, como osmio, tantalio y tungsteno, pero su elevadísimo punto de fusión (el del tungsteno, por ejemplo, es de 3.380 °C), que era precisamente lo que los hacía atractivos para la producción de bombillas, dificultaba enormemente su utilización en la industria.

Sin embargo, en 1906, el norteamericano W.D. Coolidge inventó una técnica metalúrgica para la fabricación de barras de tugnsteno, que se podían reducir a alambre del calibre de un cabello. Otro metal costoso y poco corriente, el platino, encontró nuevas aplicaciones como catalizador de una amplia gama de procesos químicos industriales.

La demanda de aceros de mayor rendimiento para herramientas de máquinas-herramientas de creciente complejidad fue atendida por primera vez en 1861, cuando el industrial británico Robert Mushet comenzó a utilizar aceros duros en aleación con metales poco corrientes, como vanadio, tungsteno y molibdeno: un gran adelanto en comparación con los aceros carbónicos empleados hasta entonces.

Pero el mayor avance fue tal vez el conseguido a fines del siglo por los norteamericanos F.W. Taylor y M. White, cuyo acero, que contenía vanadio, tungsteno y cromo, ofrecía un corte dos veces más rápido que el de Mushet. El nuevo acero fue la sensación de la Exposición Universal de Paris de 1900.

Hasta finales del siglo XIX, el desarrollo de nuevas aleaciones era en gran medida un proceso empírico. Se variaban las mezclas, se añadían nuevos ingredientes y se comprobaban los efectos. También se reconocían como importantes las condiciones del proceso. Pero en 1900, precursores como los británicos H.C. Sorby, geólogo, y WC. Roberts-Austen, experto en la producción de metales, sentaron las bases de una nueva ciencia de la metalurgia que relacionaba las propiedades de los metales con su composición y su estructura física, especialmente en el nivel microscópico, y con el tratamiento físico, como el martilleo y la exposición al calor.

Con el transcurso del siglo XX, la creciente importancia de las aleaciones tuvo repercusiones políticas. Aunque de ciertos metales componentes se requerían cantidades muy pequeñas, resultaban de todos modos esenciales. Surgió entonces la necesidad de asegurar su disponibilidad en todo momento, ya fuera mediante la formación de reservas o la protección militar de las fuentes. (Ver: Nuevas Fuentes de Energía en el Siglo XIX)

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También pueden obtenerse aleaciones agregando un metal a un no metal como el carbono y el silicio. La aleación más útil de todas, el acero, es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros metales. El hierro es débil y relativamente blando; en cambio el acero es una aleación dura y fuerte. Sólo se necesitan pequeñas cantidades de carbono para lograr esta modificación de sus propiedades.

El acero común tiene menos de 0,25% de carbono. La resistencia y la dureza no son las únicas cualidades que agrega un metal a otro. Un elemento de aleación puede agregarse a un metal "madre" para conferirle cantidad de otras propiedades deseables como la dureza, la durabilidad, la elasticidad y la resistencia a la corrosión. Cuando se agrega cromo y níquel, se obtiene un acero mucho más resistente a la corrosión que el hierro dulce, que se oxida con la humedad del aire. Se lo denomina acero inoxidable. Por la adecuada selección de los elementos de la aleación, éstos pueden obtenerse prácticamente a medida para una determinada aplicación. El acero inoxidable es una de las muchas aleaciones posibles de acero.

Las aleaciones se producen por mezcla de los metales fundidos. La mayoría de los metales se disuelve en alguna medida en otro. El cobre y el níquel pueden mezclarse en cualquier proporción; otros metales sólo son parcialmente miscibles mientras otros, como el plomo y el aluminio, no pueden mezclarse. Al enfriarse, las aleaciones suelen comportarse de manera algo diferente a los metales puros. Los metales puros tienen un punto de solidificación (o de fusión) único. Por encima de esa temperatura son líquidos y por debajo son sólidos. Pero el punto de fusión o de solidificación en la mayoría de las aleaciones se extiende por varios grados.

En el caso de una aleación del 50% de cobre y níquel el nivel se encuentra entre los 1312°C y los 1248°C. Entre estas temperaturas la aleación forma una masa pastosa. Son pocas las aleaciones que se comportan en forma similar a la de los metales puros con un único grado o punto de fusión. La aleación de estaño y plomo, con el 62% de estaño, funde a baja temperatura (sólo a 70°C) y se denomina metal de Wood. En cada una de estas aleaciones, las proporciones de los componentes metálicos son tales que se obtiene el punto de fusión más bajo posible. Estas aleaciones y sus temperaturas de fusión se denominan eutécticas.

ALGUNAS DE LAS IMPORTANTES ALEACIONES

Aleaciones ferrosas (principalmente hierro) Propiedades
Principales
Usos
Principales
Cantidades corrientes de los elementos que se agregan a la aleación con el hierro
Aceros aceros
especiales y inoxidables.
 
Aceros muy duros y fuertes y a menudo resistentes a la corrosión Se usa para fabricar herramientas que corten, taladren o graben otros metales Cantidades corrientes de los elementos que se agregan a la aleación con el hierro
De 0,1 a 2,0 % de carbono, hasta 27 % de cromo, 20 % de tungsteno, 15 % de níquel y cantidades menores de vanadio, cobalto, molibdeno, circonio o tántalo
Aceros dúctiles
 
Aceros duros, fuertes y maleables; más resistentes a la corrosión que el hierro puro Usados para las construcciones de acero. Muy usados para automóviles y barco De 0,1 a 1,5 % de carbono y muy pequeñas cantidades de otros elementos
Hierro colado Duro pero quebradizo Se usó mucho en los comienzos de la era industrial De 2 a 3 % de carbono y escasa proporción de silicio y otros elementos
Aleaciones no ferrosas (poco o nada de hierro) Propiedades
Principales
Usos
Principales
Cantidades corrientes de los elementos de la aleación
Aleaciones de aluminio
 
Bastante dura, fuerte; aleaciones muy livianas, a menudo con buenas resistencia a la corrosión y buenas conductoras de electricidad Ampliamente usadas donde se necesita ligereza y fuerza. Utilizadas cada vez mas en conductos para calderas, carrocerías de automóvil, construcciones, equipamientos para alimentación, chapa, baterías de cocina y cables eléctricos Del 85 % al 95 % de aluminio con pequeñas cantidades de cromo, cobre, manganeso, silicio y hasta un 4 % de magnesio
Bronce al aluminio
 
Duro pero maleable, y resistente a la corrosión del agua de mar Tornillos, tuercas, conductos para barcos y laminados
 
77,5 % de cobre, 2 % de aluminio y 20,5 % de cinc
Bronce al manganeso Muy buena resistencia al desgaste Discos para embrague de automóviles, válvulas y bombas 58,5 % de cobre, 39 % de cinc, 1,5 % de hierro y 1,0 % de estaño
Bronce fosforado
 
Fuerte, bastante resistente a la corrosión y buen conductor de electricidad Equipamiento químico; escobillas para motores eléctricos 85% de cobre, 13% de estaño y 0,25-2,5 de fósforo
Bronce Resistente a la corrosión del agua de mar Superestructura y otras partes de los
barcos
90% de cobre, 10% de estaño
 
 Latón naval
 
Bastante fuerte y maleable. De atractivo color amarillo Troneras y otras partes de los barcos 60 % de cobre, 39 % de cinc y 1 % de estaño
Latón rojo
 
Maleable, bastante resistente a la corrosión Plomería para las casas (pero los plásticos lo reemplazan a menudo)
85 % de cobre, 15 % de cinc
Aleaciones de cobre y níquel
 
Duro, resistente a la corrosión y al calor Equipamientos químicos
 
Del 69 al 88,5 % de cobre, del 10 al 30 % de níquel, algo de hierro y de manganeso
Aleaciones de níquel y cobre
 
Duro, resistente a muchos ácidos y a elementos alcalinos Equipamiento químico
 
Alrededor del 31 % de cobre, 64 % de níquel, pequeñas cantidades de carbono, hierro, manganeso y sílice
Aleaciones de níquel y cromo
 
Muy resistente al calor. Buena resistencia a la corrosión Escapes de aeroplanos, equipos alimenticios y para lechería  Alrededor del 68 % de níquel, 15 % de cromo, 9 % de hierro, pequeñas cantidades de carbono, cobre, manganeso, silicio y telurio
Aleaciones de níquel y molibdeno
 
Extremadamente buena, resistencia al calor. Buena resistencia a la corrosión Máquinas de aviones de chorro, misiles y hornos
 

Alrededor del 55 % de níquel, del 30 % de molibdeno, 5 % de cinc', 4 % de hierro, 2,5 % de cobre, algo de carbono, cromo, manganeso, silicio y plata
Aleaciones de plomo
 
Blanda, pero la aleación
antimonio-plomo es más
dura. Buena resistencia a
los ácidos (no se oxidan)
 
Techados de casas y equipamientos para ácidos. La aleación de antimonio-plomo se usa para cargar baterías.
Del 94 al 97,5 % de plomo, hasta 6 % de antimonio
Peltre Atractivo color gris
brillante
Cubiletes para bebidas y objetos de adorno 91 % de plomo, 7 % de antimonio y
2 % de cobre
Metal blanco
 
Una aleación bastante
blanda
Cojinetes para motores 92 % de estaño, 8 % de antimonio
 
Aleaciones de magnesio
 
Muy liviano, bastante
duro; poco resistente a la
corrosión
Para pequeñas piezas y partes de máquinas, donde el escaso peso es muy importante Alrededor del 90 % de magnesio, 7 % de aluminio, 1,5 % de cinc, y un poco de manganeso
Aleaciones del titanio
(aunque se usa desde hace poco tiempo, es uno de los nueve elementos más comunes de la corteza terrestre)
Poco peso, muy fuerte Aviones de chorro, misiles, maquinarias para barcos y equipamientos químicos Mayoría de titanio, con hasta 13 % de vanadio, 11 % de cromo, 8 % de manganeso, 6 % de aluminio y otros metales
Aleaciones de metales nobles Generalmente, más bien blandas y maleables. Resisten bien a la corrosión. A menudo muy resistentes al calor. Resistentes al deslustre Las aleaciones costosas se usan en joyería. Los tipos más duros de aleaciones, como el osmiridio, se usan para las puntas de las lapiceras fuentes Las aleaciones contienen platino, radio, osmio, iridio, rutenio, paladio, oro y plata

Fuente Consultada: Enciclopedia NATURCIENCIA Tomo 1

Proceso Bessemer Metales y Aleaciones Henry Ford Ford T Las Comunicaciones

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