En la fabricación y el diseño, elegir el material adecuado es esencial—afecta directamente el rendimiento y la durabilidad de un producto. Los materiales metálicos, en particular, ofrecen una amplia gama de características y se utilizan en todo, desde productos industriales y edificios hasta componentes mecánicos.

Este artículo proporciona una visión clara sobre qué son los materiales metálicos, los tipos de metales ferrosos y no ferrosos, sus propiedades clave (resistencia, dureza, tenacidad, gravedad específica), así como métodos básicos de procesamiento y puntos a considerar en la selección de materiales. Está diseñado para ingenieros y diseñadores que desean una comprensión sólida y estructurada de los materiales metálicos.

¿Qué son los materiales metálicos?

Los materiales metálicos son aquellos cuyos componentes principales son elementos metálicos. Se dividen ampliamente en metales ferrosos y no ferrosos y se utilizan extensamente en productos cotidianos y equipos industriales. Los metales son conocidos por su brillo, alta conductividad eléctrica y térmica, y excelente trabajabilidad, como ductilidad y maleabilidad. Al alearse con otros elementos, sus propiedades pueden mejorarse aún más y diversificarse.

Metales Ferrosos

Los metales ferrosos son aleaciones basadas en hierro (Fe) con contenido controlado de carbono. Su dureza y resistencia varían según el nivel de carbono. Las categorías principales incluyen:

• Aceros al carbono (grados SS, SC) utilizados en estructuras y piezas automotrices
• Aceros inoxidables (grados SUS) conocidos por su alta resistencia a la corrosión
• Aceros de aleación (grados SKH, SKD) utilizados para herramientas de corte y matrices
• Hierro fundido, valorados por su excelente capacidad de fundición

Los metales ferrosos ofrecen una combinación equilibrada de resistencia y trabajabilidad, lo que los hace ampliamente aplicables en diversas industrias.

Metales No Ferrosos

Los metales no ferrosos son metales y aleaciones que no contienen hierro como componente principal. Aunque generalmente son más costosos, muchos ofrecen ventajas como bajo peso, excelente conductividad, resistencia a la corrosión y propiedades no magnéticas.
Ejemplos comunes incluyen:

• Aluminio – ligeros, utilizados en aviones y automóviles
• Cobre – altamente conductor
• Titanio – fuertes y resistentes a la corrosión
• Oro y plata – ampliamente utilizados en electrónica y artículos decorativos
• Latón y bronce – materiales de aleación populares

Estos materiales desempeñan roles importantes en aplicaciones especializadas.

Propiedades clave de los materiales metálicos

Las propiedades de los materiales metálicos determinan cómo se comportan en el diseño mecánico y el procesamiento, influyendo en su idoneidad para diferentes aplicaciones. Cada metal tiene sus propias características, y mejorar una propiedad suele implicar compromisos en otras. Comprender estas relaciones es esencial para seleccionar el material adecuado.

Las cuatro propiedades principales comúnmente utilizadas para describir el comportamiento de los metales son resistencia, dureza, tenacidad y gravedad específica.

Resistencia

La resistencia es la capacidad de un material para soportar fuerzas externas. A menudo se describe como “durabilidad” y se evalúa típicamente mediante resistencia a la tracción, la carga máxima que un material puede soportar sin romperse.

Aunque los materiales experimentan diversos tipos de fuerzas—compresión, corte, flexión—estas pueden rastrearse hasta las fuerzas de tracción a nivel microscópico. Por esta razón, la resistencia a la tracción se considera un indicador clave de la “resistencia” general de un material.”

Deben seleccionarse materiales de alta resistencia para componentes que experimentan cargas significativas.

Dureza

La dureza describe la resistencia de un material a la deformación local o daño superficial, como arañazos o hendiduras. Mientras que la resistencia permite que un material soporte deformaciones, la dureza refleja su capacidad para resistir completamente la deformación.

La dureza está estrechamente relacionada con resistencia al desgaste, y puede mejorarse mediante tratamientos térmicos como el temple. Sin embargo, una mayor dureza suele implicar una mecanización más difícil. Para piezas expuestas a fricción repetida—como engranajes y rodamientos—se recomiendan materiales de alta dureza.

Tenacidad

La tenacidad se refiere a la capacidad de un material para absorber energía y resistir la fractura—su “resiliencia”. A diferencia de materiales frágiles como la cerámica, los metales tenaces se deforman en lugar de romperse repentinamente cuando se les aplica una fuerza.

La tenacidad mide cuánta energía puede absorber un material más allá de su carga máxima antes de que ocurra una fractura completa. Los materiales con alta tenacidad son ideales para entornos que implican impactos o cargas variables.

Peso específico

La gravedad específica es la relación entre la densidad de un material y la del agua, y sirve como una medida intuitiva del peso. Los materiales con alta gravedad específica son más pesados; los de baja gravedad específica son más livianos.

Aunque la densidad es el término formal utilizado en estándares como JIS, la gravedad específica suele preferirse en entornos de diseño e ingeniería debido a su facilidad para estimar el peso de los materiales.

Cómo se relacionan entre sí las propiedades de los metales

Las propiedades de los metales muestran varias tendencias generales:

• Una mayor resistencia suele ir acompañada de un mayor peso.
  Los metales verdaderamente fuertes y ligeros son relativamente raros.
• Una mayor dureza suele reducir la tenacidad.
  Por ejemplo, las cerámicas resisten la indentación pero se rompen fácilmente bajo impacto.
• Una mayor dureza generalmente aumenta la resistencia.
• Los materiales se vuelven más difíciles de procesar a medida que aumenta la resistencia o la dureza.
  Al igual que la carne congelada es más difícil de cortar que un plátano, los materiales fuertes y duros son más difíciles de mecanizar o conformar.

Como mejorar una propiedad a menudo afecta a otras, seleccionar materiales requiere equilibrar estas características según los requisitos de diseño.