La composición de un metal —es decir, los elementos que contiene y sus proporciones— es lo que, en última instancia, determina su grupo, sus propiedades y sus aplicaciones. En función de su composición, los metales se clasifican generalmente en tres grupos: metales ferrosos, metales no ferrosos y aleaciones.
El grupo de los metales ferrosos está compuesto principalmente por hierro. Se pueden añadir pequeñas cantidades de otros metales o elementos, como el carbono, el manganeso, el níquel, el cromo, el silicio, el titanio y el tungsteno, para conseguir las propiedades requeridas. Los metales no ferrosos, por el contrario, no contienen hierro. Entre los metales puros más comunes se encuentran el aluminio, el cobre, el plomo, el zinc, el estaño, la plata y el oro. Una aleación es un nuevo metal formado al mezclar dos o más metales, y en ocasiones otros elementos. Los metales más utilizados en general son el hierro, el aluminio, el cobre, el titanio, el zinc y el magnesio.
El hierro es el componente básico del acero. Cuando se añade carbono —un no metal— al hierro en cantidades de hasta un 2,1 %, el resultado es una aleación conocida como acero. En términos más generales, el acero es una aleación de hierro y otros elementos, como el carbono, el manganeso, el fósforo, el azufre, el níquel, el cromo, el tungsteno, el niobio (columbio) y el titanio. Cada elemento añadido a la base de hierro influye en las propiedades del acero, y estas adiciones de aleación son las responsables de muchas de las diferencias entre los distintos tipos y calidades de acero.
En función de su contenido en carbono, los aceros se dividen en tres grupos principales. Los aceros de bajo contenido en carbono incluyen los grados que van desde el AISI 1005 hasta el AISI 1026, junto con los aceros IF, HSLA, TRIP y TWIP. Los aceros de carbono medio abarcan desde el AISI 1029 hasta el AISI 1053, y los aceros de alto contenido en carbono, desde el AISI 1055 hasta el AISI 1095.
Según la norma EN, las calidades de acero se clasifican, en cambio, en varios grupos: aceros sin alear (por ejemplo, EN DC01 a DC06, S235 y S275), aceros aleados (por ejemplo, 20CrMo4 y 25CrMo4), aceros inoxidables, aceros para herramientas (por ejemplo, DIN-EN 1.1545, AISI/SAE W110 y DIN-EN 1.2436 o AISI/SAE D6), aceros para chapas y bandas, y aceros para chapas y bandas eléctricas (por ejemplo, EN 1.0890 y EN 1.0803).
La industria del aluminio utiliza el aluminio en forma de aleaciones de aluminio fundido y forjado. Estas dos clases pueden subdividirse a su vez en familias en función de su composición química y de la designación de su estado de templado. Según el sistema de designación de normas CEN comúnmente aceptado, los grados de aluminio más habituales se clasifican en las siguientes series:
Las aleaciones de titanio no se clasifican tanto en función de un único elemento como del equilibrio de propiedades que ofrece su composición. Al ajustar los elementos de aleación —principalmente aluminio, vanadio, molibdeno, estaño, circonio y paladio—, el metal se clasifica en una de estas tres categorías prácticas: resistencia a la corrosión, alta resistencia mecánica o rendimiento a altas temperaturas.
El grupo resistente a la corrosión se basa en el titanio comercialmente puro (grados 1 a 4) y en variantes ligeramente aleadas a las que se añaden pequeñas cantidades de paladio, molibdeno y níquel para mejorar la resistencia en entornos químicos agresivos. Dado que la resistencia mecánica no es la prioridad en este caso, estas composiciones se mantienen muy próximas al titanio puro. Entre los ejemplos típicos se incluyen los grados Ti-Pd (7, 11, 16 y 17) y el Ti-0,3Mo-0,8Ni (grado 12), que son los preferidos para el procesamiento químico y el uso marítimo.
El grupo de alta resistencia incorpora mayores cantidades de aluminio y vanadio, y a menudo molibdeno, cromo u estaño, para aumentar la resistencia mecánica con vistas a su uso estructural y como elementos portantes. El producto estrella de este grupo, y de la industria del titanio en su conjunto, es el Ti-6Al-4V (grado 5). Otros ejemplos son el Ti-6Al-6V-2Sn, el Ti-10V-2Fe-3Al y el Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, todos ellos desarrollados para ofrecer una alta resistencia sin renunciar al bajo peso característico del titanio.
El grupo de altas temperaturas está diseñado para mantener la resistencia y resistir la fluencia a temperaturas elevadas, lo que hace que estas aleaciones sean adecuadas para componentes de motores y otras secciones calientes. Su composición suele combinar aluminio y estaño con circonio, molibdeno y pequeñas adiciones de silicio que mejoran la estabilidad a altas temperaturas. Entre los grados representativos se incluyen el Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, la serie IMI, como el IMI 685 y el IMI 834, y el TIMETAL 1100.
La pureza, o finura, del oro en joyería se indica mediante su número de quilates. El oro de 24 quilates (24K) es la clasificación más pura del oro para joyería. También conocido como «oro fino», tiene una pureza superior al 99,7 %. El oro «proof» es aún más fino, con una pureza superior al 99,95 %, pero se utiliza únicamente con fines de estandarización y no está disponible para joyería.
Las formas más utilizadas del cobre y sus aleaciones son los latones y los bronces. Un latón es una aleación de cobre y zinc que contiene entre un 5 % y un 42 % de zinc, como el CuZn28, el CuZn37 y el CuZn42. Su nombre en alemán es «Messing» (por ejemplo, Ms58 equivale a CuZn42), y los latones suelen ser de color amarillo.
El bronce es una aleación de cobre con otros metales. El más habitual es el estaño (por ejemplo, CuSn6, CuSn10 y CuSn14), seguido del fósforo (por ejemplo, PB1C, PB4C, PB3 y LPB1C) y el manganeso (por ejemplo, HTB1, HTB2 y HTB3), aunque los bronces también pueden contener aluminio (por ejemplo, AB1C y AB2C) y plomo (por ejemplo, LG1C, LG2C y LG3C).
La composición de los metales es solo una parte de lo que hay que saber para comprender cómo se definen, comparan y seleccionan los materiales. Para obtener una visión completa, consulta los artículos relacionados de nuestra serie sobre metales. Descubre cómo se describe el comportamiento físico y mecánico de los materiales en «Propiedades de los metales» y obtén más información sobre cómo se clasifican los materiales en familias en «Calidades de los metales». Comprenda los documentos que definen los materiales en «Especificaciones de los metales» y los marcos acordados que los regulan en «Normas de los metales». Por último, descubra cómo se equiparan entre sí las designaciones de los diferentes sistemas en «Equivalencias y referencias cruzadas de los metales». En conjunto, estas guías conectan la composición, las propiedades, los grados, las especificaciones, las normas y las equivalencias en una única referencia interrelacionada.
Los metales se clasifican, según su composición, en tres grupos: los metales ferrosos, que se basan principalmente en el hierro; los metales no ferrosos, que no contienen hierro; y las aleaciones, que se forman al combinar dos o más metales o elementos. Los elementos específicos presentes y sus proporciones determinan las propiedades de cada metal.
Al añadir carbono al hierro en cantidades de hasta un 2,1 %, se obtiene acero. El contenido de carbono se utiliza para definir tres grupos principales: aceros de bajo contenido en carbono (AISI 1005 a 1026), aceros de contenido medio en carbono (AISI 1029 a 1053) y aceros de alto contenido en carbono (AISI 1055 a 1095). Otros elementos, como el manganeso, el cromo y el níquel, modifican aún más las propiedades.
El aluminio se utiliza en forma de aleaciones de fundición y forjadas, que se subdividen en series en función de sus principales elementos de aleación, desde la serie 1xxx (aluminio prácticamente puro) hasta la serie 8xxx. Cada serie ofrece un equilibrio distinto de propiedades.
El latón es una aleación de cobre y zinc que contiene entre un 5 % y un 42 % de zinc y suele ser de color amarillo. El bronce es una aleación de cobre con otros metales, normalmente estaño, pero también fósforo, manganeso, aluminio o plomo.
El número de quilates indica la pureza, o finura, del oro. El oro de 24 quilates (fino) tiene una pureza superior al 99,7 %, lo que lo convierte en la clasificación más pura utilizada en joyería. El oro «proof», con una pureza superior al 99,95 %, se utiliza únicamente con fines de estandarización y no está disponible para joyería.