Metales y Metalurgia Brown_5728649582b8693926b2e7bb427358c5

23.6 Aleaciones 935
como se forma el sólido a partir de la mezcla fundida. Un enfriamiento rápido da origen
a propiedades claramente distintas de las que se obtienen por enfriamiento lento.
Compuestos intermetálicos
Los compuestos intermetálicos son aleaciones homogéneas con propiedades y composición
definidas. Por ejemplo, el cobre y el aluminio forman un compuesto, CuAl 2 ,
conocido como duraluminio. Los compuestos intermetálicos desempeñan muchas
funciones importantes en la sociedad moderna. El compuesto intermetálico Ni 3 Al
es un componente importante de los motores de reacción para avión debido a su resistencia
y baja densidad. Las navajas de rasurar se suelen recubrir de Cr 3 Pt, que aumenta
la dureza y permite que la navaja conserve su filo más tiempo. El compuesto
Co 5 Sm se utiliza en los imanes permanentes de los audífonos ligeros (Figura 23.19 »)
debido a su gran fuerza magnética por unidad de peso.
Á Figura 23.19 Interior de unos
audífonos ligeros. El dispositivo puede
ser pequeño gracias al magnetismo
intenso de la aleación de Co 5 Sm que
se utiliza.
Una perspectiva más detallada
En 1961 un ingeniero naval, William J. Buechler, hizo un inesperado
y afortunado descubrimiento. En su búsqueda del mejor metal para
fabricar conos de punta de misil, probó muchas aleaciones metálicas.
Una de ellas, un compuesto intermetálico de níquel y titanio, NiTi,
se comportaba de modo muy extraño. Cuando Buechler golpeaba el
metal frío, se producía un ruido sordo. En cambio, cuando golpeaba
el metal a una temperatura más alta, éste resonaba como campana.
Buechler sabía que el modo como se propaga el sonido en un
metal guarda relación con su estructura metálica. Era evidente que
la estructura de la aleación de NiTi había cambiado al subir su temperatura.
A fin de cuentas, resultó que Buechler había descubierto
una aleación con memoria de forma.
Los metales y las aleaciones metálicas se componen de muchas
regiones cristalinas diminutas (cristalitos). Cuando se imparte cierta
forma a un metal a temperatura elevada, se obliga a los cristalitos a
acomodarse de un modo específico unos con respecto a otros. Cuando
un metal normal se enfría, los cristalitos quedan “asegurados” en
su lugar por los enlaces que existen entre ellos. Cuando más tarde se
dobla el metal, en ocasiones los esfuerzos resultantes son elásticos,
como en un resorte. Con frecuencia, sin embargo, el metal simplemente
se deforma (v. gr., cuando se dobla un clavo o se arruga una
hoja de papel de aluminio). En estos casos la flexión debilita los enlaces
que ligan los cristalitos unos con otros, y luego de repetir la flexión
varias veces, el metal se rompe.
En una aleación con memoria de forma, los átomos pueden existir
en dos formas de enlace, las cuales representan dos fases de
estado sólido diferentes. •(Sección 11.7) La fase de más alta temperatura
tiene enlaces fuertes y fijos entre los átomos de los cristalitos.
En cambio, la fase de temperatura más baja es muy flexible con
respecto a la disposición de los átomos unos con respecto a otros.
Por tanto, cuando se deforma el metal a baja temperatura, los esfuerzos
de la deformación son absorbidos dentro de los cristalitos, mediante
cambios en la red atómica. En la fase de más alta temperatura,
en cambio, la red atómica es rígida, y los esfuerzos debidos a la flexión
son absorbidos por los enlaces entre cristalitos, como en un
metal normal.
Para comprender cómo se comporta un metal con memoria de
forma, supóngase que se dobla una barra de aleación de NiTi en forma
de semicírculo [Figura 23.20(a) »] y luego se calienta a alrededor
de 500°C. Después se enfría el metal abajo de la temperatura de transición
del cambio de fase a la forma flexible de baja temperatura.
Aunque el metal frío conserva su forma semicircular, como en la fi-
Aleaciones con memoria de forma
gura 23.20(b), ahora es muy flexible y se puede enderezar o doblar
de otra forma con facilidad. Cuando más tarde se calienta el metal y
éste pasa por el cambio de fase a la fase “rígida”, “recuerda” su forma
original y la recupera de inmediato como se muestra en la figura
23.20(c).
Son muchos los usos que se pueden dar a estas aleaciones con
memoria de forma. A un aparato de ortodoncia, por ejemplo, se le imparte
a alta temperatura la forma curva que se desea sigan los dientes.
Después, a baja temperatura, cuando el metal es flexible, se
moldea de modo que se ajuste a la boca del paciente que va a utilizarlo.
Cuando se inserta el aparato en la boca y se calienta a la temperatura
del cuerpo, el metal pasa a la fase rígida y ejerce una fuerza
contra los dientes al tratar de recuperar su forma original. Los metales
con memoria de forma también se usan en válvulas de cierre accionadas
por calor para tuberías de procesos industriales, las cuales
no necesitan una fuente externa de energía. Insertados en la cara de
un palo de golf, se dice que los metales con memoria de forma imparten
más efecto a la pelota y permiten controlar mejor el palo.
Se dobla el tubo
y se trata térmicamente
para fijar su forma
(a)
Se enfría el metal por debajo de
la temperatura de transición
de fase
Se endereza el tubo metálico,
que se dobla con facilidad
(b)
Se calienta el metal arriba de la
temperatura de transición de fase;
de inmediato recupera la forma doblada
Á Figura 23.20 Ilustración del comportamiento de una
aleación con memoria de forma.
(c)