Materiales metálicos

METALES

D.I. JORGE ALBERTO SARMIENTO

LOS MINERALES • Materiales del suelo o del subsuelo que sirven para ser preparados y transformados en ciertos metales – Lo metales en estado nativo son muy raros (Au, Cu, Ag, Mg) – Lo más frecuente es encontrar el metal combinado con el O2, el silicio, el azufre el arsénico, etc.

COMBINACIÓN METÁLICA • Óxidos anhídridos: Magnetita Fe3O4, hematites roja Fe2O3, Casiterita SnO2, Pirolusita MnO2 • Óxidos hidratados: hematites parda óxido férrico hidratado 2Fe 2 O3 o 3H2 O, bauxita alúmina hidratada Al2 O3o nH2 O • Carbonatos: siderosa FeCO3 ; la magnesita MgCo3 ; la calamina o smithsonita ZnCO3 , la whiterita BaCo3 .

• Sulfuros:la pirita de hierro , FeS2 : la blenda ZnS; la galena PbS; la cinabrio HgS, la argirosa Ag2 S.

PREPARACIÓN DEL MINERAL • TRATAMIENTOS TERMICOS • •

TRITURACION

TOSTION CALCINACIÓN

• • Tamizado • Filtración • Flotación

•

COMPUESTO METÁLICO (POLVO FINO) GANGA

•

AGLOMERAR • •

CAL Ó CLORURO DE CALCIO SINTERIZADO

• La forma inicial de los metales:

– Metal Fundido (forma inicial) – Metal forjado (después de fundición) – Metal pulverizado (polvos finos)

• Clasifican:

– Ferrosos (Fe) – No ferrosos, todos los demás.

• Alrededor de 80 elementos de la TP (un átomo neutro) características como la maleabilidad y brillo

PRODUCCIÓN DE HIERRO Y ACERO • Hematita Fe2O3, magnetita Fe3O4, siderita FeCO3, limonita Fe2O3-xH2O Reducción ( Coque y la Roca Caliza) • Coque: Combustible para el calor de las reacciones químicas y produce monóxido de Carbono para reducir el mineral de hierro • Caliza: fundente para retirar las impurezas (CaCO3)

• Mineral + Coque + caliza en el alto horno (1650°C) • Fe2O3 + CO reductor

2FeO + CO2

Dioxido de carbono

CO2 + C(coque) FeO + CO

2CO

Fe + CO2

• Caliza:

CaCO

CAL

3

CaO + O

2

Sílice ( SiO2) Azufre (S) Alúmina (Al2O3) ESCORIA

• Para lograr 1 ton de Hierro: – 2.0 ton de mineral – 1.0 ton coque – 0.5 ton de caliza – 3.5 ton de gases

• El hierro de primera fundición ( Arrabio) – Mas del 4% de C – 0.3 – 1.3% de Si – 0.5 – 2.0% de Mn – 0.1 – 1.0% de P – 0.02 -0.08% de S

• Arrabio: Resistencia a tracción 15 + 35 kg./ mm2 • Resistencia a compresión 45  90 kg./mm2

MATERIALES METALICOS

HIERRO • • • • • • • • • • •

Fe Metálico, magnético y maleable Número atómico:26 Gravedad específica: 7.87 Estructura cristalina: BCC Temperatura de fusión. 1539°C (2802°F) Módulo de elastícidad: 209000 Mpa Mineral principal: Hematita(Fe2O3) Elementos de aleación: Carbono, Cr, Mn, Ní, Mo, Va, Silicio En estado casi puro denominado Hierro Dulce Aplicaciones comunes: construcción, maquinaria, automotriz, vías, equipo ferroviario

ACERO • A partir del arrabio • Aleación de Hierro con contenido de carbono entre 0.02 y 2.11% • También: Manganeso, cromo, níquel, y molibdeno.

• deformadas en frío y en caliente • comercio: – Aceros al carbón simple – Aceros bajos de aleación – Aceros inoxidables – Aceros para herramientas

OBTENCIÓN DEL ACERO

Proceso de obtención del acero • El proceso siderúrgico incluye un considerable numero de pasos hasta la obtención final del acero. En primer lugar y con el fin de eliminar las impurezas.

NORMAS

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Clasificación de los aceros.

El Instituto del Hierro y del Acero clasifica los aceros en las siguientes series: F-100 Aceros finos de construcción general.

F-200 Aceros para usos especiales.

F-300 Aceros resistentes a la corrosión y oxidación.

F-400 Aceros para emergencia.

F-500 Aceros para herramientas.

F-600 Aceros comunes.

Cada una de estas series de subdivide en grupos, obteniendo: Grupo F-110 Aceros al carbono.

Grupo F-120 Aceros aleados de gran resistencia.

Grupo F-130 " " Grupo F-140 Aceros aleados de gran elasticidad.

Grupo F-150 Aceros para cementar.

Grupo F-160 " " Grupo F-170 Aceros para nitrurar.

Grupo F-210 Aceros de fácil mecanizado.

Grupo F-220 Aceros de fácil soldadura.

Grupo F-230 Aceros con propiedades magnéticas.

Grupo F-240 Aceros de alta y baja dilatación Grupo F-250 Aceros de resistencia a la fluencia.

Grupo F-410 Aceros de alta resistencia.

Grupo F-420 " " Grupo F-430 Aceros para cementar.

Grupo F-510 Aceros al carbono para herramientas.

Grupo F-520 Aceros aleados.

Grupo F-530 " " Grupo F-540 " " Grupo F-550 Aceros rápidos.

Grupo F-610 Aceros Bessemer.

Grupo F-620 Aceros Siemens.

Grupo F-630 Aceros para usos particulares.

Grupo F-640 " "

FORMAS COMERCIALES

METALES Un metal es un material que se caracteriza por tener propiedades como: Ductilidad maleabilidad Lustre y brillo Condutividad elĂŠctrica y tĂŠrmica elevadas

Los metales •

Son materiales de múltiples aplicaciones . Se conoce y se utiliza desde la prehistoria . Se utiliza para fabricar cualquier objeto.

•

La extracción se realiza en minas de cielo abierto si la capa mineral no es muy profunda y si esta a mucha profundidad en minas subterráneas. La mena es lo que se utiliza y la ganga es lo que no sirve.

Técnicas de separación

•

Tamizado:separación mediante tamices o cribas.

•

Filtración:separación a través de un filtro.

•

Flotación:separación de partículas solidas en un liquido.

Tipos de metales

•

Metales ferrosos:aquellos que su componente principal es el hierro

•

Metales no ferrosos:aquellos que no contienen hierro

• METALOIDES: Son las sustancias que tienen las características opuestas a los metales.

• ALEACIONES: Es la combinación de dos o más metales o de metales con metaloides. Las aleaciones se obtienen fundiendo en un horno varios componentes y dejando enfriar la solución líquida, las características de las aleaciones dependen exclusivamente de los componentes y de la velocidad de enfriamiento.

• Incluyendo los elementos metálicos como sus aleaciones • Tienen propiedades que satisfacen una amplia variedad de requerimientos de diseño • Su importancia radica en las siguientes propiedades: – Rigidez y resistencia elevada (marco estructural) – Tenacidad ( absorber energía mejor que otros) – Conductividad eléctrica buena (enlace metálico) – Conductividad térmica buena

CARACTERÍSTICAS DE LOS METALES • • • • •

Enlaces metálicos (nube de electrones) Muchos metales son bastante dúctiles Opacidad Reflectividad Casi si excepción son sólidos cristalinos

Propiedades de los metales

propiedades de los metales la gran cantidad de aplicaciones que presentan los metales se debe a sus notorias propiedades. propiedades física Propiedades mecánicas:Dureza y resistencia mecánica, Tenacidad, plasticidad, Ductilidad. propiedades térmica:Conductividad térmica, dilatación, Fusibilidad, soldabilidad.

Propiedades eléctricas:Son buenos conductores y algunos tienen un comporta,miento magnético.

Propiedades químicas:Las propiedades químicas más importante de los metales es su elevada capacidad de oxidación.

Propiedades ecológicas:El impacto medioambiental de los materiales tecnológicos pueden llegar a ser muy grave. Cabe destacar una importante característica ecológica.

Otras propiedades:1º Los metales son muy buenos conductores 2º Los metales son impermeables

Propiedades físicas • las propiedades físicas se ponen de manifiesto ante estímulos como la aplicación de fuerzas,la electricidad,el calor o la luz • Propiedades mecánicas:Son las relativas a la aplicación de fuerzas. Cabe destacar las siguientes:Dureza,tenacidad,plasticidad,maleabilidad,ductilidad • Propiedades térmicas:Las propiedades térmicas son las relativas de calor:Conductividad térmica,dilatación,fusibilidad,soldabilidad • Propiedades eléctricas y magnéticas:Los metales permitan el paso de la corriente eléctrica con facilidad

Propiedades químicas • La propiedad química mas importante de los metales es su elevada capacidad de oxidación

Propiedades ecolรณgicas โ ข El impacto medioambiental de los materiales tecnolรณgicos puede llevar a ser muy grave. Por ello cabe destacar un importante propiedad ecolรณgica

Otras propiedades • ACUSTICA: los metales son muy buenos conductores de el sonido.

• Los metales son impermeables es decir no deja pasar el agua

• Al tacto,los materiales metålicos son duros, no adherentes,fríos y muy suaves si su superficie ha sido pulida o tallada

CLASIFICACIÓN DE LOS METALES

Metales ferrosos • El metal mas empleado en la actualidad es el hierro en cualquiera de sus presentaciones,ya que tanto las técnicas de extracción del mineral como los procesos de obtención del metal son relativamente económico

Metales ferrosos El metal más empleado es el hierro. Los más importantes son la Magnetita, la hermatites, la limonita y la siderita.

Una aleación es una mezcla de dos o mas elementos químicos Los materiales ferrosos se clasifican el hierro, aceros y fundiciones: -Hierro puro:La concentración esta entre 0,008% y el 0,03% -Acero:La concentración esta entre 0,03% y el 1,76%.

-fundición:La concentración esta entre 1,76% y el 6,67% El hierro:El hierro es un metal de color blanco griseo que tiene buenas propiedades magnéticas.

Las fundiciones:Se utiliza para fabricar diversos materiales Acero y aceros aleados El acero es una aleación del hierro con una pequeña cantidad de carbono.

Metales aleados:Silicio, manganeso, cromo, níquel, wolframio.

Proceso de obtención del acero El proceso siderúrgico incluye un considerable número de pasos asta la obtencion del acero .

El hierro y las fundiciones • El hierro es un metal de color blanco grisáceo que tiene buenas propiedades magnéticas:sin embargo,presente algunos inconvenientes:se corroe con facilidad,tiene un punto de fusión elevado y es de difícil mecanizado

El acero • El acero es una aleación del hierro con una pequeña cantidad de carbono. De este modo,se obtienen materiales de elevada dureza y tenacidad y con una mayor resistencia a la tracción.

Metales no ferrosos • El hierro es el metal mas utilizado en la actualidad. Por ello,se utilizan otros muchos materiales metálicos no procedentes del hierro • Cobre:El cobre se obtiene partir de los minerales cuprita,calcopirita y malaquita. Alta conductibilidad térmica y eléctrica • Latón :Es una aleación de cobre y zinc. Presenta una alta resistencia a la corrosión • Bronce:Es una aleación de cobre y estaño. Este metal presenta una elevada ductivilidad

Metales no ferrosos Son aquellos que no tienen hierro o contienen muy poca cantidad Metales que no son ferrosos cobre LatĂłn Bronce Plomo EstaĂąo Cinc Aluminio titanio Magnesio

PROCESOS DE MANUFACTURA

Técnicas de conformación Metalurgia de polvo:1 El metal es molido hasta convertirlo en polvo 2 Se presa con unas matrioces de acero 3 se calienta en un horno a una temperatura preoxima a 70º 4 Se comprime la pieza para que adquiera tamaño 5 Se deja enfriar Moldeo:1 se calienta el metal en un horno y se deja fundir 2 El metal líquido se vierte en el interior 3 se deja enfriar para que se solidifique 4 Se extrae la pieza del molde Deformación Laminación Forja: manual o industrial Extrusión

Embutición Doblado Trefilado

• Metalurgia en polvos:Esta técnica se emplea para fabricar piezas metálicas de gran precisión:cojinetes ,platinos,etc • Moldeo:Consiste en introducir el metal en un recipiente que dispone de una cavidad interior.

• Laminacion:Se hace pasar la pieza metálica por una serie de rodillos • Forja:Dar una serie de golpes a un metal para darle forma • Extrusion:Se hace pasar la pieza metálica por un orificio con una forma deseada

Técnicas de manipulación Hay muchas técnicas de manipulacion: cortes y marcados: Tijeras de chapa o cizallas, Grami y compas de punta, punta de trazar y granete, guillotina, prensa o troquel, sierra de arco, sierra de calar, sierra circular.

Perforado:Punzón, taladradora Tallado/rebajado: Cincel y buril, fresadora Desbastado/afinado:lima rasqueta, lijadora, rectificadora.

Tecnicas de manipulación • En el proceso de fabricación de los objetos metálicos, las técnica de conformación proporcionan en la mayoría de los casos piezas con formas definitivas. Sin embargo, en ocasión resultan inaplicables y es necesario las técnicas de manipulación

Tecnicas de conformaciรณn โ ข Para obtener piezas de diferentes formas y productos industriales,se somete el material a una serie de procesos de conformaciรณn que se eligen en funciรณn del metal y de la aplicaciรณn que se vaya a dar al mismo

• Estampacion: Se introduce una pieza metálica caliente entre dos matices o estampas • Embuticion: Es un proceso de conformación en frío que consiste en golpear la plancha de forma que adapte el molde • Doblado:Se somete a una plancha a un esfuerzo de flexión a fin de que adopte una forma curva con un determinado radio de curvatura • Trefilado:Hacer el acero hilos finos

UNIONES 1º Uniones desmontables: permiten unión y separación mediante un elemento roscado.

Ejemplos -Tornillo pasante con tuerca - Esparrago -Chaveta y lengüeta - tornillo de rosca constante -Tornillo de unión -guías -Ejes estirados 2º Uniones fijas: son para que no se separen nunca.

Ejemplos -Remache Unión por ajuste de presión -Adhesivos:1adhesivo termofusible, resina de dos componentes y adhesivos intantaneos.

Uniones • Una vez manipulados los materiales metálicos se pueden unir

• Uniones desmontables:Permiten la unión y separación de las piezas mediante elementos retocados,sin que se produzca rotura • Uniones fijas:A diferencia de las anteriores,en las uniones fijas no es posible separar las piezas sin que estas se

ACABADOS Para finalizar un objeto siempre hay que darle un doble acabado para que quede perfecto. cuando acqabamos un objeto siempre tenemos que añadirle una capa de laca o pintura para que tenga pretección.

Hay otros acabados lo me temos al hornop si es un metal recubierto con plasticose calienta el metal y se mete en un baño de de plasticos fundidos

METALES FERROSOS NO FERROSOS Propiedades mecรกnicas y aplicaciones

Propiedades Metal fundido

Metales y aleaciones

Metal forjado Ductivilidad Maleabilidad Lustre conductividad

Metal pulverizado

fases Compuestos de uno o dos elementos al menos uno metรกlico.

Soluciones solidas Fases intermedias Latรณn = zinc, cobre Estructura cristalina

Solidus Liquidus

Metales ferrosos Están basados en hierro y en aleaciones de hierro y carbón.

Niveles de pureza Punto de fundición = 1539° Hierro electrolitico Hierro de lingote Hierro forjado Fase solida Fase ferrita 912° Gama Delta 1394 °

Aceros aleaciones

Manganeso Cromo Níquel molibdeno

Al carbón simple Aceros al carbón Aceros Bajos de aleación

Medio carbón Alto carbón

Inoxidables austeniticos Inoxidables ferriticos Inoxidables martensiticos

Aceros inoxidables Aceros para herramientas

Metales no ferrosos.

Estos incluyen elementos y aleaciones metalicas, no basadas en el hierro, que nunca igualaran la resistencia del acero, pero tiene buena resistenca a la corrosion.

En la ingenieria los no ferrosos mas importantes son:

El aluminio.

El magnesio.

El cobre.

El niquel.

El titanio.

El zinc.

El plomo.

El estaĂąo.

Tambien se incluyen los metales refractarios, y los metales nobles.

Es un metal ligero, usado en la ingenieria.

Abunda en la tierra.

Aluminio. Tiene conductividad termica y electrica.

Resiste a la corrosion, debido a una pelicual de oxido.

Es un material ductil.

Es el metal mas ligero.

Magnesio.Es facil de maquinar.

El magnesio es extraido de el mar.

Es un material suave.

Carece de resistensia sufisiente.

Es uno de los metales mas antiguos conosidos.

El cobre tiene un color rojizo o rosa distintivo. Es un conductor termico excelente.

Cobre. Es un metal noble, por lo que resiste a la corrosion.

Su resisitencia y dureza son bajas.

El bronce y el estaĂąo son aleaciones de el cobre.

Es similar al hierro.

Es muy resistente a la corrosion, debido a esto Niquel. es usado en aleacion con el acero.

El niquel y sus aleaciones tienen gran importancia comercial.

Es abundante en la naturaleza.

Es de mucha importancia por su aplicacion Titanio. aeroespacial.

Es ligero y resistente al peso.

Es mas rigido y fuerte que el aluminio.

Tiene buena resistensia a altas temperaturas.

Zinc.

Es un metal facil de fundir.

Es utilizado en la industria automotriz.

Es importante para producir latòn, que es la aleacion entre el cobre y el zinc.

Plomo y esta単o.

El plomo y el esta単o tienen una temperatura de fusion baja.

El plomo es un metal denso.

Es suave.

Buena resistencia a la corrosion.

De alta ductivilidad.

Es empleado como soldadura.

Se usa mucho en productos quimicos y pinturas.

El esta単o se uso para hacer bronce aliandose con el cobre.

El esta単o sirve pararecuvrir los contenedores de lamina de acero, para almacenar comida, y como metal de soldadura.

Metales refractarios.

Son capaces de soportar temperaturas elevadas, por lo general estos metales y sus aleciones tienen una resistencia y dureza elevada a altas temperaturas.

Tienen una alta desventaja, son propensoso a la Tantalio.

Columbio. oxidarse a teperaturas altas, estos metales son:

Molibdeno.

Tungsteno .

Metales preciosos.

Llamados tambien metales nobles, son metales inactivos encuanto a la quimica, son metales atractivos disponibles en cantidades limitadas, poseen densidades elevadas, con buena ductivilidad, conductividad electrica alta, con resistencia a la corrosion y temperaturas de fusion moderada.

Platino.

Oro.

Plata.