los materiales metalicos-para alumnos
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TEMA:MATERIALES METÁLICOS-1
(CONCEPTOS, CLASIFICACIÓN Y PROCESADO)
INGº. ALFREDO FERNANDEZ REYES MSC.
CURSO:
MATERIALES PARA INGENIERÍA QUÍMICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
PIURA- 2011
INTRODUCCIÓNEs importante tener que reconocer que el descubrimiento de los metales transformó el mundo. Gracias a las herramientas metálicas mejoraron la agricultura, la carpintería, la cantería y el trabajo de la piedra, etc.
Con la llegada del oro, el cobre, el bronce y el hierro cambiaron la forma de entender la guerra y el comercio.
¿Qué diferencia hay entre el hierro y el acero?
¿Qué materiales metálicos suelen utilizarse en la Industria?. ¿Cómo pueden conseguirse?.
¿Cuáles son las herramientas que suelen utilizarse en la fabricación manual de piezas metálicas en la Industria?
¿Cómo se fabrican los alambres?
¿Si quisiéramos unir una hélice de hojalata con un eje de acero, ¿qué tendríamos que hacer?.
ETC………………..
PRINCIPALES INTERROGANTES
Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad. Se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos, y en la actualidad constituyen una pieza clave en prácticamente todas las actividades económicas desde la industria de los servicios hasta la fabricación de todo tipo de objetos manufacturados, sin olvidar su enorme importancia en el sector agrícola y en el transporte y las telecomunicaciones.
METALES
Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas.La extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto o minas subterráneas.En el yacimiento se encuentran unidos los minerales útiles y los minerales no utilizables.
RECURSOS
Técnicas de separación Para poder realizar la separación de la mena y la ganga, las mas importantes son las siguientes:• Tamizado, • Filtración, • Flotación.
MATERIALES METÁLICOS
LOS MATERIALES METÁLICOS:
DEFINICIÓN
Los materiales metálicos son aquellos que están compuestos básicamente por uno o más metales, aunque pueden contener otros componentes como el carbono.
CLASIFICACIÓN GENERAL
• Materiales férricos: Principal componente el hierro.
• Materiales no férricos: El resto de los metales.
- Metales ferrosos. Son aquellos cuyo componente principal es el
hierro.
- Metales no ferrosos. Son materiales metálicos que no contienen hierro o
que lo contiene en muy pequeñas cantidades.
CLASIFICACIÓN DE MATERIALES METÁLICOS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS
• Conducen bien el calor y la electricidad.
• Brillo característico.
• Sólidos a temperatura ambiente excepto el mercurio.
• Se funden cuando lo calentamos lo suficiente. (Punto de fusión)
• Son maleables y dúctiles.
Propiedades de los metales
La gran cantidad de aplicaciones que presentan los metales se debe a sus notorias propiedades, principalmente las mecánicas, térmicas y eléctricas.Al tacto, los materiales metálicos son duros, no adherentes, fríos y muy suaves.
Las propiedades físicas se ponen de manifiesto ante estímulos con la aplicación de fuerzas, la electricidad, el calor o la luz.- Propiedades mecánicas. Son las relativas a la
aplicación de fuerzas: Dureza, resistencia, tenacidad, plasticidad, maleabilidad, ductilidad.
- Propiedades térmicas. Son las relativas a la aplicación del calor: Conductividad térmica, dilatación y contracción, fusibilidad, soldabilidad.
PROPIEDADES FÍSICAS
PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICASLos metales permiten el paso de la corriente eléctrica con facilidad. Son buenos conductores de la electricidad, así como también tienen la capacidad de atraer determinados materiales; es decir ejercen fuerza de atracción o de repulsión sobre otros materiales.
PROPIEDADES QUÍMICASLa más importante es su elevada capacidad de oxidación hace que se pierda el brillo y el tacto de la pieza original y puede dañar el interior de la pieza y provocar un deterioro en sus propiedades mecánicas.
PROPIEDADES ECOLÓGICAS. Destaca una importante característica ecológica de
los materiales: la mayoría de ellos son reciclables, es decir, una vez desechados, para ser utilizados de nuevo. Por otro lado, algunos metales pesados, como el plomo o el mercurio, resultan tóxicos para los seres vivos.
OTRAS PROPIEDADES. Los metales que permiten usos específicos son las
siguientes:• Los metales son muy buenos conductores de las
ondas acústicas(transmiten muy bien el sonido)• Los metales son impermeables, esto es, impiden el
paso del agua a su través.
METALES NO FERROSOS
Como hemos indicado, el hierro es el metal más utilizado en la actualidad. Se utilizan otros muchos materiales metálicos no procedentes del hierro. Estos metales tienen una gran variedad de aplicaciones. Su obtención es, por lo general muy costosa, debido a la pequeña concentración de sus menas y al elevado consumo energético que existen los procesos de obtención de estos metales a partir de las materias primas.
TIPOS DE METALES NO FERROSOS
Cobre: Se obtiene a partir de los minerales cuprita, calcopirita, y malaquita. Presenta una alta conductividad térmica y eléctrica, así como una notable maleabilidad y ductilidad. Es un metal blando, de color rojizo y brillo intenso. Se oxida en su superficie, que adquiere entonces un color verdoso.
Tipos de metalesLatón: Es una aleación Cobre–Zinc.Características:• La solubilidad máxima del zinc en el cobre es de 40%.• En la industria no más de 35%.• El zinc incrementa la dureza y la elongación.• Bajos contenidos de zinc son blandos y dúctiles, se
conforman en frío.• Altos contenidos de zinc se tornan más duros por lo
cual deben ser conformados en caliente.Aplicaciones:Eléctricas, térmicas, navales, barras y chapas.
USO DEL LATÓN EN LA INDUSTRIA
Bronce: es una aleación de cobre y estaño. Este metal presenta una elevada ductilidad y una buena resistencia al desgaste y a la corrosión.
Plomo: Se obtiene de la galena. Es un metal de color gris plateado, muy blando y pesado. Tiene una notable plasticidad, es maleable y buen conductor del calor y la electricidad.
Estaño: se obtiene de la casiterita. Es un metal de color blanco brillante, muy blando, poco dúctil, pero muy maleable, y no se oxida a temperatura ambiente. El estaño -macizo o recubriendo otros metales- se utiliza principalmente en razón de su resistencia a la corrosión atmosférica y a la acción de numerosos productos químicos, minerales u orgánicos. Además al no ser tóxicas las sales de estaño corrientes, el desarrollo en la industria alimentaría (vajilla, instrumentos, canalizaciones, conservas) y en la farmacéutica (recipientes tubos de condicionamiento).
Tipos de metales
Cinc: se obtiene de la blenda y la calamina. Es un metal de color gris azulado, brillante frágil en frío y de baja dureza.Cinc: se obtiene de la blenda y la calamina. Es un metal de color gris azulado, brillante frágil en frío y de baja dureza.
TIPOS DE METALES
Titanio: este metal se extrae de dos minerales, el rutilo y la ilmenita. Es de color blanco ligero, muy duro y resistente.
Magnesio: el magnesio se extrae de diferentes minerales, como el olivino, el talco, el asbesto y la magnesita. Es un metal de color blanco brillante similar a la plata, muy liger, blando, maleable y poco dúctil.
ALEACIONES:
Las aleaciones, es un material metálico que metálicas están formadas por un agregado cristalino de dos o más metales o de metales con metaloides. Se obtiene al fundir y dejar que solidifique una mezcla de un metal con otros materiales, casi siempre otros metales. El producto final también tiene características metálicas y, además, posee ciertas propiedades que no tenían sus componentes por separado.
Por ejemplo, el latón (cobre y cinc) tiene mayor dureza y más resistencia eléctrica.
FORMAS COMERCIALES:• Planos (planchas, chapas).• Largos (alambres).
• Perfiles.
• Lingotes.
OBTENCIÓN DE LOS MATERIALES METÁLICOS:
• Minerales: Por lo general no se encuentran libres en la naturaleza.
Algunos si como son los metales nativos.• Minería: Se encarga de la extracción de los minerales metálicos o
menas y combustibles. (a cielo abierto, subterránea, pozos, por dragado)
• Metalurgia: Es la ciencia que se ocupa del estudio de las propiedades,
las aplicaciones y los procesos de obtención y elaboración de los materiales metálicos.
OBTENCIÓN DE LOS MATERIALES METÁLICOS:
• Calcinación y Tostación:
Calentando en un horno.
• Electrolisis:
Se disuelve o se funde y a continuación se introducen dos electrodos en la disolución o mineral fundido, haciendo pasar una una corriente eléctrica a través de ellos, con lo que se consigue que el metal puro se deposite sobre uno de los electrodos.
Técnicas de obtención de los metales:
Técnicas de obtención de los metales:
METALES DE USO FRECUENTE
• La hojalata.• El cobre.• El aluminio.• El acero.• El estaño.
EL HIERRO Y EL ACERO.
EL HIERRO:
Constituye el 5% de la corteza terrestre.
No se encuentra en estado puro sino formando minerales (menas) como la pirita, la magnetita, la siderita, la hematites y la limonita.
LA SIDERURGIA
Es la metalurgia del hierro, el acero y las fundiciones:A grandes rasgos el proceso siderúrgico transcurre de la siguiente manera:1º.- Extracción del mineral. (Minería)2º.- Separación de la mena (mineral que contiene hierro) y la
ganga (arena, cal y otros minerales). Se tritura o muele y se lava.
3º.- Calcinación del mineral de hierro en un alto horno, para obtener el arrabio. El arrabio contiene hierro, 2,5% - 4,5% de carbono, silicio, manganeso, fósforo, azufre y otras impurezas.
4º.- Transformación del arrabio en hierro dulce, fundiciones o acero.
EL HIERRO DULCE
Contiene entre un 99,90 hasta un 99,99% de hierro.
Tiene pocas aplicaciones industriales, dadas sus bajas propiedades mecánicas y su difícil obtención.
Es dúctil, maleable y admite la forja (hierro forjado)
Se emplea en electricidad y electrónica.
LOS ACEROS
Son aleaciones de hierro y carbono. Se le suelen añadir: cromo, manganeso, níquel, vanadio, titanio, etc.
Las propiedades dependen de los elementos, de la proporción que en la que se añadan y del tratamiento térmico que se le dé.
Dos clases de aceros:
Aceros comunes: Contienen únicamente hierro y carbono. Son fáciles de soldar y poco resistentes a la corrosión. Se emplean en estructuras, clavos, tornillos, herrajes y herramientas corrientes.
Aceros aleados: Contienen otros elementos además de hierro y carbono. Son muy resistentes a la corrosión, al desgaste y a las altas temperaturas. Se emplean en la fabricación de de instrumentos y herramientas especiales, elementos de maquinaria, herramientas de corte,etc.
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
LAS FUNDICIONES
Son aleaciones de hierro y carbono que se diferencian de los aceros en el porcentaje de carbono que contienen. (1,76-6,67%).
Son más resistentes a la corrosión y a los cambios bruscos de temperatura.
METALÚRGIA Y SIDERÚRGIA
Metalurgia
Conjunto de industrias que se encargan de la extracción y transformación de lo minerales metálicos.
Siderurgia
Rama de la metalurgia que se encarga de los metales ferrosos, desde su extracción hasta su presentación comercial para ser utilizado en la fabricación de productos.
Fábrica de acero.
• Fundiciones ordinarias: Compuestas casi exclusivamente por hierro y carbono. Se les puede dar forma en la forja.
• Fundiciones aleadas: Además de hierro y carbono contienen otros elementos químicos, lo que hace que sus propiedades mecánicas mejoren sensiblemente.
CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES
Las fundiciones son fáciles de moldear y de mecanizar y se emplean en la fabricación de piezas de gran tamaño, tales como calderas, carcasas, bancadas de maquinaria, etc.
TECNICAS DE CONFORMACIÓN
Para obtener piezas de diferentes formas y productos industriales, se somete el material a una serie de procesos de conformación, que se eligen en función del metal y de la aplicación que se vaya a dar al mismo.- METALURGIA DE POLVOS. Esta técnica consta de los siguientes pasos:
·El metal es molido hasta convertirlo en polvo.·Se prensa con unas matrices de acero.·Se calienta en un horno a una temperatura próxima al 70% de la temperatura de fusión del metal.
·Se comprime la pieza para que adquiera el tamaño adecuado.·Se deja enfriar.
METALURGIA DE POLVOS-SINTERIZACIÓN
MOLDEO
Consiste en introducir el metal en un recipiente que dispone de una cavidad interior. Dicho recipiente, puede estar fabricado a base de arena, acero o función· Se calienta el metal en un horno hasta que se funde· El metal líquido se vierte en el interior del molde.· Se extrae la pieza del molde.Las diferentes aplicaciones de la piezas así obtenidas dependen de la técnica de moldeo empleada: moldeo en arena, moldeo en metal y moldeo en cera.
MOLDEO
DEFORMACIÓN
La deformación se puede llevar a cabo tanto en frío como en caliente.-Laminación. Se hace pasar una pieza metálica por una serie de rodillos, denominados, laminadores, que la comprimen, con lo que disminuye su grosor y aumenta su longitud.
LAMINADO
-Forja. La forja de metales tradicionales fue un trabajo intenso proceso en el que se formó la pieza con la mano para satisfacer las necesidades del proyecto, sometiendo a la pieza metálica a esfuerzos de compresión continuos mediante un martillo o maza. Las modernas instalaciones metalúrgicas tienen una variedad de tipos de equipo a utilizar en el proceso de forja, y hay cuatro técnicas comunes de mecanizado metales: forja, la forja de prensa, rueda de forja, y forja en frío.
DEFORMACIÓN
-Extursión. Se hace pasar la pieza metálica por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de comprensión mediante un émbolo o pistón. Se pueden obtener piezas largas con el perfil adecuado.
-Trefilado. Se hace pasar la punta afilada de un alambre por un orificio con las dimensiones y la forman deseada. Despues se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina de arrastre giratoria.
-Embutición. Es un proceso de conformación en frío que consiste en golpear una plancha de forma que se adapte al molde o matriz con la forma deseada.
EXTRUSIÓN DIRECTA Y EXTRUSIÓN INDIRECTA
TREFILADOEMBUTIDO
-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. -Estampación. Se introduce una pieza metálica en caliente entre dos matices o estampas, una fija y otra móvil, cuya forma coincide con la que se desea dar al objeto.
TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN
En el proceso de fabricación de objetos metálicos, las técnicas de conformación proporcionan en la mayoría de los casos piezas con formas definidas.
CORTE
TALADRADOPLEGADO
CONFORMADO
TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN
-Tijera de chapa o cizallas.-Gramil o compás de puntas.-Punta de trazar y granete.-Guillotina.-Prensa o troquel.-Sierra de arco.-Sierra circular.-Sierra de calar.
-Punzón.-Taladradora.
Perforado -Cinel y buril.-Fresadora.
Desbastado/afinado
-Lima.-Rasqueta.-Lijadora.-Rectificadora.
Corte y marcado
Tallado/rebajado
Prensa o troquel.
TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN
-Tornillo pasante con tuerca. -Tornillo de unión. -Tornillo de rosca cortante. -Espárrago. -Chaveta y lengueta. -Ejes esiados. -Guías.
-Uniones desmontables.
Esparrago.
Eje estriado.
TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN
-Remache. -Unión por ajuste a presión.
-Adhesivos. - Termofusible.
- Resinas de dos componentes.
- Instantáneos.
-Soldaduras.- Soldadura homogénea
-Soldaduraheteorogénea
-Fuerte.-Blanda.
-Oxiacetilénica.-Arco voltaico.
UNIONES FIJAS
TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN
- Acabado. Antes de aplicar la pintura o laca, es importante limpiar el metal de grasas y suciedad. Después se lima la pieza hasta que este uniforme. Este proceso se puede hacer con una máquina pulidora o a mano. En este último paso se utiliza una tela de esmeril que actúa de lima, a la que se añade un abrasivo. La superficie del metal se debe frotar siempre con movimientos circulares.
OTROS ACABADOS
A veces es aconsejable aplicar al metal un recubrimiento de plástico para protegerlo de la humedad o cambiar su aspecto o su tacto. En este caso el metal se calienta en un horno y se introduce en un baño de plástico fluidizado.