thumb|Khopesh egipcio de bronce con el nombre de Ramsés II. El bronce fue una de las primeras aleaciones que descubrió la humanidad, dando origen a la histórica Edad del Bronce. El bronce es una aleación de cobre y estaño
Una aleación es una mezcla homogénea de dos o más elementos, de los cuales al menos uno debe ser un metal. El compuesto resultante generalmente presenta unas propiedades muy diferentes de las de los elementos constitutivos por separado, y a veces basta con añadir una muy pequeña cantidad de uno de ellos para que aparezcan.
El comportamiento de los elementos en una aleación y su influencia en sus propiedades generalmente depende de tres factores: el tipo y número de componentes de la aleación, su fracción de masa de la aleación y la temperatura. Estos factores determinan la capacidad de absorción respectiva, es decir, la solubilidad de un elemento en otro y si los componentes de la aleación forman cristales mixtos o mezclas de cristales puros (también mezclas de cristales ) de los respectivos componentes de la aleación.
La técnica de la aleación se utiliza para mejorar algunas propiedades de los metales puros, como la resistencia mecánica, la dureza o la resistencia a la corrosión. Así, el acero es mucho más duro que el hierro, que lo compone en casi su totalidad y al que se ha añadido un poco de carbono. Por otra parte, algunas propiedades físicas como la densidad, la reactividad, el módulo elástico o la conductividad térmica y eléctrica de la aleación no difieren mucho de los elementos primarios. Algunas aleaciones comunes son, además del acero, el latón, compuesto de cobre y zinc, o el bronce, formado por cobre y estaño.
En una aleación, los átomos están unidos por enlace metálico en lugar de por enlaces covalentes típicos de los compuestos químicos.Callister, W.D. "Materials Science and Engineering: An Introduction" 2007, 7ª edición, John Wiley and Sons, Inc. Nueva York, Sección 4.3 y Capítulo 9. Los constituyentes de las aleaciones suelen medirse en porcentaje de masa para aplicaciones prácticas, y en fracción atómica para estudios de ciencia básica. Las aleaciones se suelen clasificar como aleaciones sustitucionales o intersticiales, dependiendo de la disposición atómica que forma la aleación. Además, pueden clasificarse como homogéneas (formadas por una sola fase), heterogéneas (formadas por dos o más fases) o intermetálicas. Una aleación puede ser una solución sólida de elementos metálicos (una sola fase, en la que todos los granos metálicos (cristales) tienen la misma composición) o una mezcla de fases metálicas (dos o más soluciones, que forman una microestructura de cristales diferentes dentro del metal).
Mayormente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.Aranda, Beatriz.Constitución de las aleaciones, p. 6.
Historia Cobre, estaño y bronce mini|Hachas de bronce. El cobre es uno de los primeros metales utilizados por el ser humano; probablemente fue descubierto accidentalmente hace entre 6000 y 10000 años en fuegos de carbón vegetal que ardían particularmente calientes cuando se exponían al aire. Dio nombre a la Edad del Cobre. Con un punto de fusión de 1083 °C, puede escapar de las vetas de cobre de la roca en forma líquida. En cambio, al calentar los minerales oxídicos que contienen cobre, éste sólo puede extraerse con cocción reductora, es decir, en presencia de carbón vegetal. El estaño (punto de fusión 232 °C) fue descubierto hace unos 5000 años.
El bronce como aleación de cobre y estaño (CuSn) se registra en la prehistoria desde aproximadamente el año 3300 a. C. en Palestina. El bronce es más duro y más cortante que el cobre y dio lugar a la Edad del Bronce (c. 2200 a 800 a. C.) su nombre. Objetos de uso diario, herramientas, armas y joyas estaban hechos de bronce. Las campanas de las iglesias todavía se funden en bronce hoy en día; también se utiliza para realizar esculturas.
Latón mini|Figura de latón
El latón es una aleación de cobre y zinc (CuZn, punto de fusión 420 °C). El zinc se ha utilizado, sobre todo en forma de carbonato de zinc calamina (smithsonita), desde la Edad de Bronce, alrededor de 3000 a. C. en Babilonia y Asiria, en Palestina alrededor de 1400 a 1000 a. C. El latón fue durante mucho tiempo un importante metal de acuñación de moneda. También se utilizaba y se utiliza para la producción de joyas y esculturas por su brillo dorado. Cuanto mayor es el contenido de zinc, más claro es su tono.
Aleaciones de hierro mini|Hoz de hierro
Las aleaciones de hierro ya se utilizaban en la prehistoria, pero sólo a partir de meteoritos, que a menudo contenían la aleación hierro-níquel (FeNi). Como los meteoritos eran raros, los objetos de hierro eran muy valiosos. Los sumerios lo llamaban "metal del cielo", los antiguos egipcios "cobre negro del cielo". Fundiciones de hierro (reconocimiento por ausencia de níquel) se han encontrado en Mesopotamia, Anatolia y Egipto; se originó alrededor del 3000 al 2000 a. C.. Era más valioso que el oro y se utilizaba principalmente con fines ceremoniales. Las aleaciones de hierro son más duras que el bronce y el cobre, lo que era y es importante en muchas aplicaciones. Las mejoras en la extracción y procesamiento del hierro llevaron a la gente a fabricar armas y herramientas tales como arados de hierro. La Edad de Bronce llegó a su fin con el comienzo de la Edad de Hierro.
thumb|Hierro pudelado en China, alrededor de 1637. A diferencia de la mayoría de los procesos de aleación, el arrabio líquido se vierte desde un alto horno a un recipiente y se agita para eliminar el carbono, que se difunde en el aire formando dióxido de carbono, dejando un acero al carbono para producir hierro forjado
La primera fundición de hierro conocida comenzó en Anatolia, alrededor del 1800 a. C. El proceso utilizado era el del horno bajo, que permitía producir hierro forjado, suave pero muy dúctil. Hacia el año 800 a. C., la tecnología de fabricación de hierro se había extendido a Europa y llegó a Japón alrededor del año 700 d. C. El arrabio, una aleación muy dura pero quebradiza de hierro y carbono, se producía en China ya en el año 1200 a. C., pero no llegó a Europa hasta la Edad Media. Este material tiene un punto de fusión más bajo que el hierro y se utilizó para fabricar algunos objetos de fundición. Sin embargo, tuvo poco uso práctico hasta la introducción del acero de crisol alrededor del año 300 a. C. Aunque se obtenían aceros de mala calidad, la introducción del trabajo de forja alrededor del , permitió equilibrar las propiedades extremas de las aleaciones mediante laminado a martillo para crear un metal más resistente. Alrededor del año 700 d. C., los japoneses comenzaron a doblar acero y hierro fundido en capas alternas para aumentar la resistencia de sus espadas, utilizando fundentes de arcilla para eliminar las escorias y las impurezas del arrabio. El método de forja de espadas japonesas permitió producir una de las aleaciones de acero más puras del mundo antiguo.Smith, Cyril (1960) History of metallography. MIT Press. pp. 2–4. .
Si bien el uso del hierro comenzó a generalizarse alrededor del año 1200 a. C., principalmente debido a las interrupciones en las rutas comerciales del estaño, el metal era mucho más blando que el bronce. Sin embargo, cantidades muy pequeñas de acero (una aleación de hierro y alrededor del 1% de carbono) siempre fueron un subproducto del proceso de fundición. La capacidad de modificar la dureza del acero mediante tratamiento térmico se conocía desde el año 1100 a. C., y este raro material era valorado para la fabricación de herramientas y armas. Debido a que los antiguos no podían producir temperaturas lo suficientemente altas como para fundir completamente el hierro, la producción de acero en cantidades significativas no se produjo hasta la introducción del acero en bruto durante la Edad Media, mediante un procedimiento que añadía carbono calentando el hierro forjado en carbón vegetal durante largos períodos de tiempo. Sin embargo, la absorción de carbono de esta manera es extremadamente lenta, por lo que la penetración en el hierro no era muy profunda y la aleación no era homogénea. En 1740, Benjamin Huntsman comenzó a fundir acero en bruto en un crisol para igualar el contenido de carbono, creando el primer proceso para la producción en masa de acero para herramientas. El proceso de Huntsman se utilizó en la fabricación de acero para herramientas hasta principios del .Roberts, George Adam; Krauss, George; Kennedy, Richard and Kennedy, Richard L. (1998) Tool steels . ASM International. pp. 2–3. .
La introducción del alto horno en Europa en la Edad Media significó que se podía producir arrabio en volúmenes mucho mayores que el hierro forjado. Debido a que el arrabio se podía fundir, se comenzaron a desarrollar procesos para reducir el carbono en el arrabio líquido con el propósito de producir acero. El método de pudelado se había utilizado en China desde el y se introdujo en Europa durante el ,. Consiste en agitar el arrabio fundido mientras se expone al aire para eliminar el carbono mediante reducción-oxidación. En 1858, Henry Bessemer desarrolló un proceso de fabricación de acero inyectando aire caliente a través del arrabio líquido para reducir el contenido de carbono. El convertidor Bessemer condujo a la fabricación de acero a gran escala por primera vez.
El acero es una aleación de hierro y carbono, pero el término "acero aleado" generalmente solo se refiere a aceros que contienen otros elementos (como vanadio, molibdeno o cobalto) en cantidades suficientes para alterar las propiedades del acero base. Desde la antigüedad, cuando el acero se utilizaba principalmente para fabricar herramientas y armas, los métodos de producción y trabajo del metal eran a menudo secretos celosamente guardados. Incluso mucho después de la Ilustración, la industria del acero era muy competitiva y los fabricantes hicieron todo lo posible para mantener sus procesos en secreto, resistiéndose a cualquier intento de analizar científicamente el material por temor a que se revelaran sus métodos. Por ejemplo, se sabía que en Sheffield, un centro de producción de acero situado en Inglaterra, rutinariamente se prohibía la entrada a la ciudad a visitantes y forasteros para evitar el espionaje industrial. Por lo tanto, casi no existió información metalúrgica sobre el acero hasta 1860. Debido a la generalizada falta de documentación sobre la metalurgia, el acero generalmente no se consideró una aleación hasta las décadas comprendidas entre 1930 y 1970 (principalmente debido al trabajo de científicos como William Chandler Roberts-Austen, Adolf Martens y Edgar Bain), por lo que el término acero aleado se convirtió en el nombre popular para denominar a las aleaciones de acero ternarias y cuaternarias.Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independence By Geoffrey Tweedale – Cambridge University Press 1987 Page 57—62Experimental Techniques in Materials and Mechanics By C. Suryanarayana – CRC Press 2011 p. 202