Por qué la metalurgia se divide en tres ramas
La metalurgia es la ciencia y tecnología de los metales. Cubre cómo se obtienen los metales a partir de minerales, cómo se controla su estructura interna y cómo se les da forma para convertirlos en piezas de ingeniería útiles. Por conveniencia, el campo se divide tradicionalmente en tres ramas: metalurgia extractiva, metalurgia física y metalurgia mecánica. Las tres ramas siguen la vida completa de un metal, desde la roca en el suelo hasta un componente terminado, y permanecen estrechamente vinculadas en la práctica incluso cuando se estudian por separado.
Un comprador de ferroaleaciones atiende los tres ramos a la vez. El grado de ferrosilicio o ferromanganeso que aparece en la factura es el resultado de la metalurgia extractiva. El comportamiento de esa aleación dentro de una cuchara o de un horno depende de la metalurgia física. La forma en que el producto final moldeado o laminado se comporta en servicio depende de la metalurgia mecánica.
Metalurgia extractiva: del mineral al metal
La metalurgia extractiva se ocupa de la obtención de metales a partir de sus minerales. Comienza con el procesamiento de minerales, donde el mineral se tritura, muele y concentra mediante métodos como flotación, separación por gravedad y separación magnética. Luego, el concentrado se trata mediante pirometalurgia, hidrometalurgia o electrometalurgia. La pirometalurgia utiliza altas temperaturas, como en la fundición de mineral de cromita a ferrocromo con alto contenido de carbono o la reducción de cuarzo a silicio metálico en un horno de arco sumergido. La hidrometalurgia utiliza química acuosa, como lixiviación y extracción con disolventes para níquel y cobalto. La electrometalurgia utiliza corriente eléctrica, como la electroobtención de manganeso.
Los pasos típicos del proceso incluyen tostar para eliminar el azufre, fundir para separar la escoria del metal, refinar para ajustar el carbono y el silicio y fundir en lingotes o gránulos. Los grados de aleaciones como FeMn78C8.0 para ferromanganeso con alto contenido de carbono o FeSi75 para ferrosilicio se definen en esta rama, porque los niveles de carbono, silicio, fósforo y azufre se establecen mediante los pasos de reducción y refinamiento en lugar de cualquier tratamiento posterior.
Metalurgia Física: Estructura y Propiedades
La metalurgia física estudia la estructura interna de los metales y cómo esa estructura controla sus propiedades. Cubre la estructura cristalina, los diagramas de fases, la solidificación y las transformaciones que tienen lugar durante el calentamiento y el enfriamiento. El diagrama de hierro-carbono explica por qué el acero con aproximadamente un 0,8 por ciento de carbono se comporta de manera muy diferente del acero con un 0,2 por ciento de carbono. Las operaciones de tratamiento térmico, como el recocido, la normalización, el temple y el revenido, son diseñadas por físicos metalúrgicos para producir una microestructura elegida.
En la fundición, la metalurgia física es la rama que explica la inoculación. La adición de un inoculante a base de silicio al hierro gris fundido cambia la nucleación del grafito y, por tanto, el tamaño y la forma de las escamas de grafito. Normas como ISO 185 y ASTM A48 clasifican el hierro gris según su resistencia a la tracción, y la resistencia depende directamente de la estructura del grafito que describe la metalurgia física.
Metalurgia Mecánica: Conformación y Pruebas
La metalurgia mecánica cubre la conformación de metales y la medición de su desempeño. Incluye fundición, forja, laminación, extrusión, trefilado y mecanizado, junto con la deformación plástica y el flujo del metal bajo carga. También cubre pruebas mecánicas: pruebas de tracción para determinar resistencia y alargamiento, pruebas de dureza, pruebas de impacto para determinar tenacidad y pruebas de fatiga para determinar la vida útil.
Esta es la rama que convierte una aleación correcta en un producto utilizable. Un calor de hierro dúctil puede tener la química adecuada, pero sólo las prácticas correctas de moldeado, entrada y alimentación producirán una pieza fundida sólida. La metalurgia mecánica también proporciona los criterios de aceptación que utilizan los compradores, como los límites de resistencia a la tracción, límite elástico, alargamiento y dureza escritos en una especificación de compra.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuáles son los tres tipos de metalurgia?
Los tres tipos son metalurgia extractiva, metalurgia física y metalurgia mecánica. La metalurgia extractiva obtiene metales de los minerales, la metalurgia física controla la estructura y las propiedades, y la metalurgia mecánica da forma a los metales y prueba su rendimiento.
P: ¿Cuál es la diferencia entre metalurgia extractiva y física?
La metalurgia extractiva trabaja con minerales, escorias y metales fundidos para producir un metal o ferroaleación de la composición química requerida. La metalurgia física trabaja posteriormente con el metal sólido y relaciona su estructura cristalina y sus fases con propiedades como dureza, resistencia y ductilidad.
P: ¿A qué rama pertenece el tratamiento térmico?
El tratamiento térmico pertenece principalmente a la metalurgia física, porque su finalidad es cambiar la microestructura y por tanto las propiedades. Los hornos y equipos de manipulación utilizados para realizarlo suelen tratarse como parte de la metalurgia mecánica y la ingeniería de procesos.
P: ¿Qué rama es más importante para la calidad de las ferroaleaciones?
La metalurgia extractiva decide la composición química de la ferroaleación, que es lo que citan la mayoría de las especificaciones de compra. Luego, la metalurgia física y la metalurgia mecánica deciden si esa aleación funciona según lo previsto en el horno o en la fundición del cliente.
P: ¿Es la pulvimetalurgia un cuarto tipo?
La pulvimetalurgia normalmente se trata como una ruta de fabricación y no como una rama separada. Combina ideas extractivas en la fabricación de polvos, metalurgia física en la sinterización y metalurgia mecánica en el prensado y prueba de la pieza terminada.
