AGENTES ALEANTES Y ROL DE CADA UNO (DATOS IMPORTANTES)
Boro
El Boro se agrega al Acero como un endurecedor similar al Carbono en Aceros pensados para ser utilizados como barrera en centrales nucleares debido a que los átomos de Hierro son bastante resistentes a la alteración nuclear y a que los de Boro tienen una gran tasa de absorción de neutrones rápidos. En los Aceros “normales” el Boro sólo aparece como impureza y no tiene efectos perjudiciales siempre y cuando no supere en peso el contenido de Carbono en masa.
Magnesio
El Magnesio, metal alcalino-térreo, tiene una pobre afinidad por el Hierro y sólo aparece como impureza. Es muy difícil encontrarlo en esta industria a menos que se considere el empleo de sales de sacrificio como la Magnesia para la reducción del mineral que contiene Hierro.
Aluminio
El Aluminio no se agrega -normalmente- al Acero salvo circunstancias especiales. Escencialmente es un desoxidante parecido al Silicio pero que no cumple las virtudes de éste último, por lo que no se suele utilizar.
Silicio
Se utiliza como desoxidante y para aumentar la flexibilidad del Acero. Este fenómeno es extraño si uno toma en cuenta que el elemento en estado puro es extremadamente frágil (cristalino). Se usa hasta en un 1.5% en Aceros para impactos (ejemplo AISI S2) y muelles debido a su capacidad de almacenar energía cinética.
Fósforo
No se agrega de forma deliberada salvo contadas excepciones como los Aceros para uso ornamental. Tiene efectos perjudiciales para el Hierro, aunque no tanto como el Azufre, y curiosamente, aumenta su resistencia a la corrosión. Aparece en los Aceros como impureza inevitable.
Azufre
El Azufre es un elemento residual en los Aceros y se le evita a toda costa ya que lo fragiliza, especialmente a bajas temperaturas. Se añade deliberadamente en algunos Aceros que necesiten ser fácilmente maquinables, como por ejemplo los usados para fabricar monedas.
Calcio
Otro metal alcalino, apenas se usa. Es un desoxidante pero suele aparecer como impureza. No tiene importancia con respecto a los Aceros, como aleante. Es indispensable para la colada, pero su uso muere ahí.
Escandio
Poco soluble en Hierro. Demasiado caro y poco práctico. No se usa.
Titanio
A pesar de las excelentes propiedades de este metal, no suele aparecer en los Aceros comunes debido entre otras cosas a que su Óxido es poco soluble en Hierro fundido. Sí aparece, en cambio, en algunos grados especiales de Acero Inoxidable, pero éste capítulo no está dedicado a ellos.
Vanadio
Muy beneficioso para el Acero ya que aumenta la tenacidad, la dureza y por ende, la durabilidad del Acero. En muchos aspectos, se parece al Molibdeno. Se agrega en cantidades muy discretas (un 0.5% ya es notable) pero tiene efectos notorios incluso en cantidades minúsculas. Es muy frecuente encontrarlo en Aceros fuertes para labores peculiarmente exigentes pero no en los Aceros “mundanos” y corrientes. En los Aceros para herramientas y herramientas de corte (Acero rápido) es muy popular. Forma Carburos.
Cromo
Similar al Vanadio, es el metal de transición más utilizado en los Aceros (de todo tipo) después del Manganeso entre otras cosas por su abundancia y relación calidad-precio (es mucho más barato que el Vanadio). En pequeñas dosis es un endurecedor excelente, y favorece la estructura Martensita. Forma sus propios Carburos, por lo que permite que la aleación disuelva más Carbono que en un Acero de composición Hierro-Carbono sin terceros aleantes. El porcentaje de Cromo conforme se eleva, aumenta la dureza del Acero (aunque lo vuelve más frágil/cristalino). En los Aceros rápidos se usa en grandes cantidades (4-6%), a partir del 5-6% ya empieza a favorecer la resistencia a la corrosión de la aleación, y a partir de los 10.5% en masa, ya se considera un Acero Inoxidable, si bien algunos autores exigen un mínimo de 12% en masa para que se considere Acero “Inoxidable”.
Manganeso
Después del Carbono, el elemento más importante, con diferencia, de todos los Aceros no-Inoxidables. Tiene muchas ventajas: reduce el tamaño del grano, aumentando la tenacidad, eleva la dureza, la resistencia a la fatiga mecánica, fija el Azufre, etc: en pocas palabras: “purifica” el Acero.
Cobalto
Apenas se usa, por varios factores. Es caro, escaso y las propiedades que se obtienen con el no son mejores a las obtenidas con otros metales más baratos. Es importante, no obstante, cuando fabricamos Aceros especialmente resistentes a las altas temperaturas. El Cobalto es el campeón del calor entre los metales de la primera serie de metales de transición.
Níquel
Palabras mayores. Después del Cromo y el Manganeso, es el metal más importante con respecto a los Aceros. Esencialmente aumenta la tenacidad, es decir, aumenta la fuerza del Acero, sin restarle gran dureza. Los Aceros con Níquel tienen siempre mucha calidad ya que éste metal lo vuelve más tenaz, propiedad innegociable en casi cualquier tipo de Acero. Es caro y se suele utilizar sólo en aplicaciones muy exigentes.
Cobre
El Cobre no es muy soluble en Hierro por lo que no se suele utilizar salvo para circunstancias especiales como aquellas que demanden mejor prestancia en lo tocante a la resistencia a la corrosión. En pequeñas dosis reduce la temperatura de transición Ferrita-Austenita y mejora la tenacidad, pero aún con todo no se suele utilizar.
Zinc
No se alea directamente con el Acero, pero es muy importante en su industria porque con el se bañan las piezas de Acero (zincado) para protegerlas de la corrosión.
Ytrio
Apenas se utiliza en forma pura. Se han hecho investigaciones, no obstante, con la Ytria (su Óxido más estable).
Zirconio
Se utiliza, pero muy poco y sólo en Aceros Inoxidables especiales. Es un formador de Carburos, pero tanto el metal puro como su Carburo son poco solubles en Hierro.
Niobio
El metal en sí es muy beneficioso para el Acero pero debido a su elevadísimo precio se reserva para aleaciones más importantes como el propio Acero Inoxidable de élite.
Molibdeno
El cuarto metal de transición en orden de importancia después del Manganeso, Cromo y Níquel en la actualidad, habiendo reemplazado al Wolframio con el cual compite en la mayoría de sus propiedades beneficiosas. Tiene muchas ventajas: aumenta la dureza (forma Carburos), la tenacidad y la resistencia a la debilitación estructural por cambios bruscos de temperatura. También aumenta la resistencia a la deformación sin sacrificar la tenacidad.
Rutenio, Rodio y Paladio
Sólo se utilizan en joyería o aplicaciones de élite como aquellas en donde se necesite una resistencia a la corrosión fuera del rango “normal” conocido. Se han hecho pocos experimentos con estos metales del grupo del Platino y el Acero, pero yo me he leído la mayoría, y son bastante interesantes. Al parecer el Rutenio se utiliza como endurecedor, aunque no forma Carburos, eleva mucho la resistencia a la corrosión, pero no favorece la Austenita. En cambio, el Rodio y el Paladio sí promueven la Austenita en el Acero, y para ello es suficiente agregarlos en un 10%, aproximadamente.
Plata
Directamente es insoluble en el Acero. Con eso lo digo todo.
Metales de post-transición (Cadmio, Estaño, Plomo, etc)
Se utilizan muy poco. El Cadmio y el Estaño se usan como el Zinc, para recubrir el Acero (capado) y protegerlo de la corrosión. El Plomo, el Bismuto y el Antimonio son insolubles en el Acero por lo que mejoran su maquinabilidad en pequeñas dosis.
Bario, Cerio, Estroncio, Rubidio
Los metales alcalino y alcalino-térreos no forman soluciones eutécticas con el Hierro.
Lantánidos (Tierras raras)
Apenas se usan. Forman compuestos intermetálicos con el Hierro, pero no son parte de ningún tipo de Acero importante por lo que carecen de renombre en la industria. El Neodimio, por ejemplo, se usa para fabricar imanes con fórmula Fe14Nd2B pero esto no es un Acero, sino un compuesto químico inorgánico con propiedades magnéticas.
Hafnio
Similar al Zirconio, se utiliza en superaleaciones, no en el Acero normal.
Tántalo
Muy beneficioso, como cabría de esperar de este destacado miembro del grupo de los metales refractorios, pero de nuevo, demasiado caro y escaso como para ser utilizado en Aceros comunes.
Wolframio
El quinto metal en importancia con respecto al Acero. Es tan importante en la industria que su estudio comprende varios volúmenes. Su afinidad por el Hierro es excelente y de hecho, legendaria. Echando la mirada atrás en la historia, nos encontramos con una enorme cantidad de fuentes que citan a éste metal como un eje pivotante en la Primera y sobretodo en la Segunda Guerra Mundial. El Wolframio es el metal que más “endurece” al Acero, en todos los sentidos. Ningún otro metal no-precioso o semiprecioso (ejemplo: Renio, Osmio, Iridio) es más beneficioso para el Acero. Forma Carburos (aumenta la dureza) y la tenacidad enormemente, disparando el valor de módulo de elasticidad del Acero: son aleaciones extremadamente robustas, duraderas, virtualmente “invencibles” desde un punto de vista militar. El Acero al Wolframio es muy duro y denso en comparación a los Aceros comunes y sólo se usa en la élite. La única lacra de este metal es que no aumenta mucho la resistencia a la corrosión del Acero como hacen el Cromo y el Molibdeno, incluso si el Wolframio se haya en un porcentaje tan alto como un 18% en masa. A propósito de esto, también se ha dicho que el Molibdeno y el Molibdeno-Cobalto son combinaciones superiores a las formadas por el Wolframio. Esto es una falacia. El Wolframio es muy superior. El verdadero motivo de su reemplazo progresivo en aplicaciones como por ejemplo los Aceros Rápidos (HSS) obedece al precio superior del Wolframio. Otra ventaja del Wolframio es que es fácil de alear: ya en la década de los años 20' del pasado siglo se podía agregar al Hierro en estado líquido en forma de Óxido directamente: es bastante noble como para ser reducido como lo haría uno con el Hierro. El Wolframio también es útil en el blindaje nuclear ya que sus átomos son muy pesados y el elemento en sí es de tipo “par” (número atómico 74).
Renio
Un metal “fuera de serie”, aplicado al Acero le otorga propiedades similares al Wolframio, pero es muy caro y escaso. Algunas fuentes citan que los alemanes intentaron usarlo como reemplazo del Wolframio durante la Segunda Guerra Mundial si bien esto está en entredicho, las propiedades conseguidas con el Renio no son muy superiores a las obtenidas con el Wolframio, salvo por el aumento de la tenacidad y la resistencia a la corrosión. El Renio no forma Carburos estables reconocibles por lo que su efecto como endurecedor es inferior con respecto a los metales refractorios previamente citados.
Osmio, Iridio y Platino
Similar a como sucede con sus homólogos Rutenio, Rodio y Paladio, son metales preciosos con pocas aplicaciones conocidas en el Acero. Si usados, sólo se aplican a súperaleaciones usadas por organizaciones de élite como la NASA.
Oro
No tiene ninguna utilidad desde el punto de vista mecánico. Se pueden crear algunas aleaciones Hierro-Oro para la experimentación de nuevas coloraciones en el metal rey, pero realmente no tiene ningún efecto notable en él más allá del cambio de color. No obstante, el Hierro sí se usa en algunas aleaciones de Oro para conseguir tonalidades azules, aunque ésto no corresponde al Acero.
Actínidos
Me consta que la Toria (Dióxido de Torio) se usa en algunos Aceros especiales que están diseñados para resistir a temperaturas muy altas, pero son muy raros de encontrar. El Uranio, el Neptunio y el Plutonio son poco solubles en Hierro y su combinación no tiene el menor interés de cara al público. El Uranio, no obstante, se puede usar por su elevada densidad como recurso balístico (es pirofórico) en algunas aleaciones raras para fabricar munición especial, altamente penetrante. El Wolframio también se usa en este sentido, pero no es pirofórico.