Ciencia de MaterialesEl aula del Ingeniero

Metales Refractarios, Cualidades y Características

En la denominación de refractarios se agrupan los metales, cuya temperatura de fusión es superior a la del hierro (1539 °C), excepto los grupos del platino, del uranio y las tierras raras.

Por lo tanto, deben considerarse como metales refractarios, los siguientes:

  • Vanadio (1900 °C)
  • Volframio (3410 °C)
  • Hafnio (1975 °C)
  • Molibdeno (2610 °C)
  • Niobio (2415 °C)
  • Renio (3180 °C)
  • Tantalio (2996 °C)
  • Tecnecio (2700 °C)
  • Titanio (1672 °C)
  • Cromo (1875 °C)
  • Circonio (1855 °C)

Todos estos elementos están juntos en el sistema periódico y son metales de los grupos de transición. Hoy hablaremos de las propiedades y peculiaridades de la estructura de los metales refractarios, exceptuando el titanio, el tecnecio. El titanio por sus propiedades y comportamiento difiere mucho de los demás metales refractarios. Y el tecnecio que se ha obtenido en cantidades muy pequeñas, insuficientes incluso para el análisis detallado de sus propiedades en el laboratorio.

El interés por los metales refractarios ha crecido últimamente. Esto se debe a que en los cohetes, en los aviones ultrarrápidos y en las naves cósmicas hay piezas y grupos que llegan a alcanzar temperaturas de hasta 1500-2000 °C, es decir, que se aproximan e incluso superan la de fusión del hierro, del cobalto o del níquel, metales que sirven de base a todas las aleaciones resistentes a altas temperaturas. Para estos fines pueden utilizarse únicamente los metales refractarios.

Aplicaciones de los Metales Refractarios

Aunque los metales refractarios puros tienen más resistencia a altas temperaturas que otros metales, su aleación eleva las características de esta resistencia. Por esto, en la práctica no se emplean los metales refractarios puros (molibdeno, volframio, tantalio, niobio), sino aleaciones basadas en ellos.

Hay que resaltar también la extraordinaria estabilidad de estos metales a la acción de los ácidos, lo que pone de manifiesto la perspectiva de su aplicación en la industria constructora de maquinaria química.

Las principales propiedades físicas de los metales refractarios

Metales Refractarios
Propiedades físicas de los metales refractarios

Estos metales, además de su alta temperatura de ebullición, fusión y recristalización (que se indican aproximadamente para los metales de pureza industrial), tienen la misma red cristalina: cúbica centrada en el cuerpo (excepto el renio y el hafnio), carecen de polimorfismo, poseen una alta densidad (superior a la del hierro (excepto el vanadio y el cromo) y pequeño coeficiente de dilatación (excepto el vanadio).

La alta temperatura de fusión de estos metales es resultado de las grandes fuerzas de enlace interatómico. Los metales enumerados son relativamente raros lo que los hace más caros.

Los metales refractarios se obtienen en forma de masa compacta por el método de la metalurgia de polvos (se obtiene el metal en polvo, que después se sinteriza y se prensa o lámina para conseguir el perfil deseado), o por el de fundición por arco eléctrico (donde uno de los electrodos es el metal fundido).

Para los metales refractarios es característica la adquisición de fragilidad a determinadas temperaturas. La temperatura de transición al estado frágil depende de la naturaleza del metal y de su pureza. Para el volframio, el molibdeno, el cromo esta temperatura se encuentra por encima de la temperatura ambiente, y para el niobio, lo mismo que para el hierro se encuentra por debajo esta.

Los metales refractarios que más se utilizan son el niobio, el tantalio, el molibdeno y el volframio, que suelen llamarse la «gran tétrada«. Además de la «gran tétrada» tienen aplicación otros metales refractarios, pero considerablemente menos.

El vanadio se utiliza principalmente como adición de aleación en el acero (así como en las aleaciones basadas en otros metales). La temperatura de fusión del vanadio es de 1950°, no tiene transformaciones polimórficas, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo.

Las cualidades mecánicas, así como la fragilidad y la temperatura de paso al estado de fragilidad en frío se determinan por la pureza del vanadio. El vanadio muy puro es plástico, es un metal blando, con una baja temperatura de paso a estado frágil. Las aleaciones de vanadio, principalmente aleaciones con otros metales de alta temperatura de fusión, tienen una aplicación bastante variada, pero siempre específica (como aleaciones refractarias, resistentes a la acción de los ácidos, superconductoras y otras).

La utilización de las aleaciones de vanadio como resistentes a altas temperaturas se encuentra limitada por su insuficiente quimiorresistencia a altas temperaturas.

El cromo tiene su aplicación principal como elemento de aleación el acero y otras aleaciones (así como recubrimiento galvánico y revestimiento por difusión). En estado puro, el cromo y las aleaciones basadas en él a pesar de ser más baratas que otros metales con alta temperatura de fusión, a pesar de su quimiorresistencia a altas temperaturas, de su pirorresistencia, no adquirieron una gran aplicación por su fragilidad (alta temperatura de paso). Esto último está relacionado a la insuficiente depuración del cromo de impurezas, la cual para la adquisición de plasticidad (disminución de la temperatura de paso por debajo de los 20 °C) debe ser muy considerable.

El renio es un metal muy interesante desde el punto de vista de su aplicación práctica (alta resistencia, plasticidad, quimiorresistencia a altas temperaturas, pirorresistencia) pero tiene un precio excesivamente alto que limita su uso, pero no lo excluye en casos especiales.

Aunque los metales refractarios son muy resistentes a altas temperaturas, también son generalmente más caros y más difíciles de trabajar que otros metales. Además, algunos de ellos, como el tungsteno, son tóxicos y deben manipularse con cuidado.

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