Introducción
En términos simples, los metales ferrosos son metales cuyo elemento principal es el hierro, mientras que los no ferrosos carecen de él. Esta es su diferencia más básica y significativa. Esta diferencia fundamental también hace que los metales ferrosos y no ferrosos presenten numerosas diferencias en rendimiento, uso, tecnología de procesamiento, propiedades físicas, etc. Comprender estas diferencias nos permitirá elegir los materiales metálicos adecuados para el proyecto y concebir soluciones que consideren tanto la eficiencia operativa como la rentabilidad. Este artículo comparará las diferencias entre los metales ferrosos y no ferrosos desde múltiples perspectivas para ayudar a los recién llegados a la industria metalúrgica a adquirir conocimientos básicos y proporcionar nuevas perspectivas y reflexiones a los profesionales de la manufactura, la ingeniería, la construcción y otras industrias.
Ejemplos de metales ferrosos y no ferrosos
Antes de comparar metales ferrosos y no ferrosos, primero debemos comprender ejemplos de metales ferrosos y no ferrosos comunes.
Metales ferrosos
Los metales ferrosos se refieren principalmente al hierro y a las aleaciones de hierro, y las aleaciones de hierro se dividen en hierro fundido y acero.
Hierro fundido
Hierro fundido gris
Hierro fundido dúctil
Hierro fundido maleable
Hierro fundido blanco
Hierro fundido aleado
Hierro forjado
Acero
Acero sin alear = acero con contenido de carbono (bajo/medio/alto)
Acero aleado/acero inoxidable
Metales no ferrosos
Aluminio
Latón
Bronce
Cobre
Dirigir
Zinc
Estaño
Oro
Plata
Titanio
Níquel
¿Cuál es la diferencia entre metales ferrosos y metales no ferrosos?
A continuación, compararemos los metales ferrosos y no ferrosos en detalle desde múltiples perspectivas. Se adjunta una tabla simplificada al final del artículo para su comodidad.
Apariencia
Apariencia de los metales ferrosos
Hierro fundido
El hierro fundido es un metal ferroso producido mediante fundición. Entre ellos, el carbono suele presentarse en forma de grafito. Existen dos tipos más comunes de hierro fundido: la fundición gris y la fundición dúctil.
Hierro fundido gris
La fundición gris presenta una apariencia gris oscura mate (la más común) a negra. Esta apariencia oscura se debe principalmente a su gran cantidad de grafito en escamas. Tras la oxidación, la superficie de la fundición gris presenta óxido de color marrón rojizo. Su superficie suele ser rugosa e irregular, debido principalmente a que el grafito en escamas de su microestructura se distribuye irregularmente en forma de red y capas, lo que le da un aspecto macroscópico irregular. Además, la fundición gris se suele fundir en moldes de arena, lo que la hace propensa a diversos defectos (como poros). En la producción de piezas de fundición de gran tamaño, la rugosidad superficial causada por estos huecos es más intuitiva.
Hierro fundido dúctil
A diferencia de la fundición gris, la estructura esférica de grafito de la fundición dúctil se distribuye de forma más regular que la de grafito en escamas de la fundición gris, por lo que su superficie es lisa y delicada, de color gris oscuro brillante o gris plateado. La fundición dúctil, en comparación con la fundición gris, presenta buena tenacidad y ductilidad, lo que la hace más resistente y resistente a impactos.
Hierro forjado
El hierro forjado es otro metal negro producido mediante forja. Su color general es gris plateado o gris oscuro. Al igual que el hierro fundido, tras la oxidación, se forma una capa de óxido marrón rojizo en la superficie. Dado que la forja es un proceso de formación del hierro mediante forja, martillado, etc., la superficie del hierro forjado presenta una textura fibrosa y conserva algunas marcas de forja, como las del martillo, siendo en general relativamente lisa.
Acero sin alear/Acero de bajo/medio/alto contenido de carbono
El acero al carbono, también conocido como acero no aleado, es una aleación compuesta de hierro y carbono. Según su contenido de carbono, se divide en acero de bajo carbono, acero de medio carbono y acero de alto carbono, y sus respectivas características de apariencia difieren.
acero bajo en carbono
El contenido de carbono del acero bajo en carbono oscila entre 0,05 y 0,151 TP3T. Su superficie es de color gris claro o gris plateado. Gracias a su bajo contenido de carbono, su dureza es baja y su procesamiento es sencillo. Por lo tanto, tras su procesamiento, su superficie suele ser lisa y delicada.
Acero al carbono medio
El contenido de carbono del acero de medio carbono es de 0,3 a 0,51 TP3T. Su superficie es de color gris metálico. Su aspecto no es tan brillante como el del acero de bajo carbono, y presenta principalmente una textura mate de bajo brillo.
Acero con alto contenido de carbono
El contenido de carbono del acero de alto carbono es de 0,6 a 1,01 TP3T. Su color es principalmente gris metálico o gris oscuro. Su alto contenido de carbono le confiere una mayor dureza, pero también es propenso a pequeñas protuberancias y arañazos durante el procesamiento, lo que hace que la superficie del acero de alto carbono sea irregular y presente una textura completamente mate.
Acero aleado/acero inoxidable
El acero aleado es otro tipo importante de metal ferroso. Se obtiene mezclando elementos de aleación como cromo, níquel, silicio, cobre, titanio y hierro. Estos elementos de aleación también le confieren una buena superficie.
El acero inoxidable es el acero de aleación más común. Su componente básico sigue siendo el hierro, seguido del cromo y otros elementos de aleación como el níquel, el molibdeno y el titanio. La superficie de los materiales de acero inoxidable suele ser lisa, con un reflejo blanco plateado, blanco grisáceo o casi especular. Además, los materiales de acero inoxidable pueden someterse a diversos tratamientos superficiales, como pulido y cepillado, para mejorar su apariencia y ser más adecuados para aplicaciones que requieren una apariencia moderna.
Apariencia de metales no ferrosos
Los metales no ferrosos tienen una variedad de colores metálicos en condiciones normales.
Aluminio
En condiciones normales, el aluminio tiene una apariencia visual similar a la plata, con un acabado metálico gris plateado. El aluminio tiene una superficie lisa que refleja la luz visible como un espejo. Las aleaciones de aluminio tienen un brillo metálico blanco plateado cuando están lisas y un gris oscuro cuando están rugosas.
Latón
El latón es una aleación de cobre y zinc. Tiene un aspecto dorado brillante y es un material popular para muchas aplicaciones estéticas. El latón con mayor contenido de cobre es más blando y de color más dorado; por el contrario, el latón con menor contenido de cobre y mayor contenido de zinc es más duro y de color más plateado.
Bronce
El bronce es una aleación compuesta principalmente de cobre y estaño. El contenido de estaño suele ser de 12-12,51 TP3T, y a menudo se le añaden otros metales. Los productos de bronce tienen un color marrón dorado recién fabricados y un color gris azulado al oxidarse.
Cobre
El cobre es un metal blando. El cobre puro y nuevo tiene un brillo metálico anaranjado rosado.
Dirigir
El plomo es un metal blando. Al cortarlo, su sección transversal adquiere un color plateado ligeramente azulado. Tras la exposición al aire durante un tiempo, pierde su brillo y se vuelve gris oscuro.
Zinc
El zinc es una sustancia dura y quebradiza a temperatura ambiente, que muestra un color blanco azulado y un brillo metálico.
Estaño
El estaño es un metal blando de color blanco plateado.
Oro
El oro tiene un brillo metálico brillante a temperatura ambiente, mostrando un color rojo amarillento, y la textura general del oro es suave.
Plata
A temperatura ambiente, la plata es un metal blando con un brillo blanco.
Titanio
La superficie del titanio tiene un brillo metálico plateado y es lisa y dura.
Níquel
El níquel es un sólido con un brillo metálico blanco plateado a temperatura ambiente, y su color blanco plateado está mezclado con algo de oro claro y es relativamente duro.
Resumen
A través del contenido anterior, podemos encontrar las siguientes reglas. La mayoría de los metales ferrosos son de color gris oscuro y negro oscuro, con poco brillo y una superficie rugosa. Algunos presentan un color metálico brillante. Los colores de los metales no ferrosos son más intensos, abarcando el oro, la plata, el rojo, el turquesa, etc. Al mismo tiempo, presentan mayor brillo y las superficies de la mayoría de los metales son más lisas.
Composición química
Metales ferrosos
Los metales ferrosos son principalmente el acero y el hierro fundido. Los componentes básicos de estos dos tipos de metales son principalmente hierro y carbono, complementados con otros elementos en pequeñas cantidades.;
Metales no ferrosos
Los principales componentes de los metales no ferrosos son metales distintos del hierro, incluidos el aluminio, el cobre, el oro, la plata, el níquel, etc.;
Magnético
Los metales ferrosos son magnéticos y pueden ser atraídos por imanes;
La mayoría de los metales no ferrosos no son magnéticos y no pueden ser atraídos por imanes.
Sin embargo, algunas aleaciones de metales no ferrosos presentan magnetismo. Por ejemplo, el latón también lo presenta si se le añade aluminio, hierro y otros elementos.;
Susceptibilidad a la corrosión
Los metales ferrosos son propensos a la corrosión y al óxido.
Dado que el componente principal de los metales ferrosos es el hierro, se oxidan y corroen fácilmente al exponerse al aire y a ambientes húmedos. Al mezclar elementos de aleación como el níquel y el cromo, el acero inoxidable, un metal ferroso, puede hacer frente a este desafío de la corrosión.;
Los metales no ferrosos suelen tener una fuerte resistencia a la corrosión y se utilizan a menudo en algunos entornos de trabajo altamente corrosivos;
Densidad
La densidad de los metales ferrosos es generalmente mayor que la de los metales no ferrosos.
Tomando el acero inoxidable como ejemplo, la densidad del acero inoxidable 304 común es de 7,9 g/cm³ y la densidad del acero con bajo contenido de carbono es de aproximadamente 7,85 g/cm³;
La densidad de los metales no ferrosos suele ser menor que la de los metales ferrosos.
Las densidades de los metales no ferrosos más comunes son aluminio (2,7 g/cm³), titanio (4,5 g/cm³), magnesio (1,737 g/cm³), etc.
Resistencia y durabilidad
Los metales ferrosos, especialmente el acero, generalmente muestran una alta resistencia.
La mezcla de elementos de aleación permite mejorar la resistencia y las propiedades mecánicas del acero. Sin embargo, el acero presenta baja resistencia a la corrosión y se corroe con facilidad, por lo que su vida útil suele ser limitada. Solo mediante un tratamiento superficial especial o la adición de elementos durante el proceso de producción, como cromo, níquel y titanio, se puede mejorar la resistencia a la corrosión del acero en entornos extremos y prolongar su vida útil.;
La resistencia de los metales no ferrosos es generalmente menor que la de los metales ferrosos.
El titanio es una excepción. Es un metal no ferroso con una relación resistencia-peso muy alta. En aplicaciones de alta demanda, como la aeroespacial, el titanio es más adecuado que el acero. La mayoría de los metales no ferrosos, como el aluminio y el magnesio, requieren aleación para mejorar su resistencia; los metales no ferrosos generalmente presentan una buena resistencia a la corrosión, lo que garantiza el funcionamiento a largo plazo de instalaciones en entornos marinos y aplicaciones de alta temperatura.;
Conductividad eléctrica
Los metales ferrosos son principalmente hierro y aleaciones de hierro, y su conductividad eléctrica es generalmente baja.
Debido a la estructura cristalina y la disposición electrónica del hierro, su conductividad eléctrica es baja. A 20 °C, su conductividad eléctrica es de aproximadamente 1,00 × 107σ (S/m). A 20 °C, la conductividad eléctrica del acero al carbono es de 1,43 × 10−7σ (S/m), y la conductividad eléctrica del acero inoxidable es 1,45×106σ(S/m);
Los metales no ferrosos son generalmente más conductores que los metales ferrosos.
La conductividad eléctrica del cobre es 5,96×107σ (S/m), la conductividad eléctrica de la plata es la más alta entre todos los metales, aproximadamente 6,30×107σ (S/m), y la conductividad eléctrica del aluminio es de aproximadamente 3,5×107σ (S/m). Por lo tanto, los metales no ferrosos se utilizan más ampliamente en industrias como la electricidad, la energía y los componentes electrónicos.;
Conductividad térmica
La conductividad térmica de los metales ferrosos es generalmente baja.
El hierro tiene una conductividad térmica baja, de aproximadamente 80 W/m·K, y la estructura cristalina del acero obtenido al mezclar hierro con otros elementos se vuelve más compleja, lo que también reduce su conductividad térmica. La conductividad térmica del acero inoxidable es de 15-30 W/m·K, mientras que la del acero al carbono es de 45-58 W/m·K, la del hierro forjado es de 59 W/m·K y la de la fundición gris común es de aproximadamente 40 W/m·K.;
La conductividad térmica de los metales no ferrosos es generalmente mayor que la de los metales ferrosos.
La conductividad térmica del cobre es de 401 W/m·K, casi ocho veces mayor que la del hierro, mientras que la de la plata es superior a la del cobre, con 429 W/m·K. Por lo tanto, los metales no ferrosos son más adecuados para aplicaciones como el intercambio de calor.
Plasticidad
La plasticidad de los metales ferrosos es generalmente baja y la plasticidad específica depende de la composición de la aleación y del tratamiento térmico.
En general, el acero con bajo contenido de carbono presenta mejor plasticidad. Sin embargo, a medida que aumenta el contenido de carbono, la dureza y la resistencia del acero con alto contenido de carbono aumentan, pero la plasticidad se deteriora. El acero con alto contenido de carbono tiende a volverse frágil durante el trabajo en frío y en caliente. En la fundición gris, el grafito se distribuye en escamas, con baja plasticidad y tenacidad, mientras que el grafito esférico en la fundición dúctil mejora la plasticidad de la propia fundición, mostrando una plasticidad superior a la de la fundición gris. Mediante el recocido, la normalización, el temple, el revenido y otros métodos de tratamiento térmico, se puede modificar significativamente la estructura del metal y mejorar su plasticidad.
Los metales no ferrosos generalmente tienen mayor plasticidad.
Por ejemplo, el aluminio, el cobre, el níquel, el zinc y el titanio comunes son relativamente blandos a temperatura ambiente en comparación con los metales ferrosos, tienen mejor ductilidad y, por lo tanto, mayor plasticidad.
Procesabilidad
A temperatura ambiente, la procesabilidad de los metales ferrosos es pobre.
El acero al carbono, el acero aleado y otros aceros ferrosos incorporan numerosos elementos adicionales. Si bien la resistencia y la dureza del acero son elevadas, se vuelve más duro y frágil, lo que lo hace propenso al desgaste de las herramientas y a las grietas superficiales, lo que dificulta su procesamiento. A menudo es necesario utilizar herramientas de alto rendimiento o aplicar métodos de tratamiento térmico adecuados para reducir la fragilidad del material y la dificultad de su procesamiento.;
A temperatura ambiente, los metales no ferrosos tienen buena procesabilidad.
La mayoría de los metales no ferrosos a temperatura ambiente presentan buena ductilidad y son relativamente blandos. La mayoría de los metales no ferrosos puros tienen buen rendimiento de corte y menor desgaste de la herramienta; sin embargo, los productos de aleación de metales no ferrosos, como las aleaciones de titanio, también son relativamente difíciles de procesar.;
Costo
El costo de los metales ferrosos es bajo.
Los metales ferrosos son principalmente hierro y acero. Los costos mencionados corresponden principalmente al costo de obtención de materias primas, los costos de producción y el consumo de energía en el proceso de producción. Gracias a las abundantes reservas de hierro y a la tecnología avanzada de fundición y procesamiento, el costo total de los metales ferrosos es relativamente bajo.
El costo de los metales no ferrosos es alto.
Los metales no ferrosos incluyen cobre, aluminio, zinc, plomo, níquel, etc. Algunos de estos metales tienen reservas bajas y están más dispersos. El costo de transporte de los metales es elevado. Al mismo tiempo, la fundición y el procesamiento de metales no ferrosos son más difíciles y el proceso es más complejo, por lo que el costo total también es elevado.;
Reciclaje
La dificultad de reciclaje de los metales ferrosos es relativamente baja. Estos metales tienen valor de reciclaje.
El reciclaje de metales implica la dificultad, el coste, la fuente y el valor del reciclaje. El reciclaje de metales ferrosos tiene una larga historia. Con la aplicación de nuevos equipos y tecnologías, la tecnología de reciclaje de metales ferrosos ha alcanzado una madurez considerable y su coste es relativamente bajo. Al mismo tiempo, los metales ferrosos se utilizan ampliamente en la vida cotidiana y en la industria. Los residuos de construcción, los automóviles y los electrodomésticos son las principales fuentes de metales ferrosos, por lo que los recursos de residuos de metales ferrosos son muy abundantes. Al mismo tiempo, la demanda de metales ferrosos en el mercado también es muy alta, y su valor de reciclaje es particularmente destacado.
La dificultad de reciclaje de los metales no ferrosos es relativamente alta. Estos metales también tienen valor de reciclaje.
En primer lugar, las propiedades químicas y físicas de los metales no ferrosos son bastante diferentes, por lo que los métodos de reciclaje de los metales no ferrosos son muy diferentes. Por ejemplo, el cobre se recicla a través de una serie de pasos como la fusión, la desulfuración y la desoxidación por fundición; mientras que el zinc necesita ser reciclado a través de la tecnología de fundición electrolítica, que puede mejorar el grado de refinación del zinc. Por lo tanto, el costo de reciclaje de los metales no ferrosos también es un problema que no se puede ignorar. Desde la fuente de residuos de metales no ferrosos, la mayoría de los productos de aplicación de metales no ferrosos tienen una larga vida útil, y en comparación con los metales ferrosos, los residuos de metales no ferrosos son relativamente menores. Si bien la dificultad y el costo de reciclar metales no ferrosos son relativamente altos, y las fuentes de residuos son relativamente pocas, también tienen un gran valor de reciclaje.
Conclusión
En los capítulos anteriores, primero aprendimos cuáles son los metales ferrosos y no ferrosos comunes, y luego comparamos sus propiedades químicas y físicas desde múltiples perspectivas. Las ventajas de los metales ferrosos y no ferrosos permiten su uso generalizado en diversas industrias y desempeñan un papel importante en la vida cotidiana y la producción industrial actual. Al mismo tiempo, comprender sus respectivas deficiencias nos permite reflexionar con mayor detenimiento al formular soluciones para los desafíos del proyecto. Espero que este artículo les aporte nuevas ideas y les aporte valor. HYT seguirá brindándoles más contenido valioso relacionado con los metales.
Tabla simplificada de diferencias entre metales ferrosos y no ferrosos
| Diferencia | Metales ferrosos | Metales no ferrosos |
| Composición química | Principalmente hierro y carbono; | Metales que no contienen hierro; |
| Propiedades magnéticas | Los metales ferrosos son magnéticos; | La mayoría de los metales no ferrosos no son magnéticos; |
| Susceptibilidad a la corrosión | Los metales ferrosos son susceptibles al óxido y la corrosión; | Los metales no ferrosos suelen tener una fuerte resistencia a la corrosión; |
| Densidad | La densidad de los metales ferrosos es generalmente mayor que la de los metales no ferrosos; | Los metales no ferrosos generalmente tienen una densidad menor que los metales ferrosos; |
| Resistencia y durabilidad | Los metales ferrosos generalmente presentan alta resistencia y larga durabilidad; | La resistencia de los metales no ferrosos es generalmente menor que la de los metales ferrosos; |
| Conductividad eléctrica | Los metales ferrosos generalmente tienen baja conductividad eléctrica; | Los metales no ferrosos generalmente conducen mejor la electricidad que los metales ferrosos; |
| Conductividad térmica | Los metales ferrosos generalmente tienen baja conductividad térmica; | La conductividad térmica de los metales no ferrosos es generalmente mayor que la de los metales ferrosos; |
| Plasticidad | La plasticidad de los metales ferrosos es generalmente baja; | La plasticidad de los metales no ferrosos es generalmente alta; |
| Procesabilidad | A temperatura ambiente, la maquinabilidad de los metales ferrosos es pobre; | A temperatura ambiente, los metales no ferrosos tienen buena maquinabilidad; |
| Costo | El costo de los metales ferrosos es menor; | El coste de los metales no ferrosos es más alto; |
| Reciclaje | La dificultad de reciclaje de los metales ferrosos es relativamente baja; | El reciclaje de metales no ferrosos es relativamente difícil; |
HYT Metales ferrosos y metales no ferrosos
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Referencia
Lista de conductividades térmicas
Tabla de resistividad y conductividad eléctrica
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Metales, elementos metálicos y aleaciones: conductividad térmica
Comparación de la conductividad térmica de diferentes metales