tema 4. os materiais: tipos e propiedades tema 5. metais

Bloque temático II: MATERIAISTecnoloxía Industrial I. 1ºBAC

Tema 4. OS MATERIAIS: TIPOS E PROPIEDADES

Tema 5. METAIS FERROSOS

Tema 6. MATERIAIS NON FERROSOS

1


Tema 4. OS MATERIAIS: TIPOS E PROPIEDADES

1. INTRODUCIÓN..............................................................................................................................3

2. PROPIEDADES DOS MATERIAIS................................................................................................3

2.1 PROPIEDADES QUÍMICAS....................................................................................................3

Oxidación....................................................................................................................................3

Corrosión.....................................................................................................................................4

2.2 PROPIEDADES FÍSICAS........................................................................................................4

Densidade e peso específico........................................................................................................4

Propiedades eléctricas.................................................................................................................4

Propiedades térmicas...................................................................................................................5

Dilatación térmica..................................................................................................................5

Calor específica......................................................................................................................5

Temperatura de fusión............................................................................................................5

Condutividade térmica...........................................................................................................5

Propiedades magnéticas..............................................................................................................6

Propiedades ópticas.....................................................................................................................6

2.3 PROPIEDADES MECÁNICAS................................................................................................6

3. ENSAIOS.......................................................................................................................................10

3.1 Ensaios de tracción..................................................................................................................10

3.2 Ensaio de resiliencia................................................................................................................13

3.3 Ensaios de dureza.....................................................................................................................14

Boletín 4 ............................................................................................................................................16

2


1. INTRODUCIÓN As casas, estradas, automóbiles, avións..., todas as estruturas e máquinas que usamos na vidacotiá están construídas a partir de diferentes materiais, elixidos, en cada caso, polas súaspropiedades. Como consecuencia da evolución tecnolóxica prodúcese unha evolución continua na procura denovos materiais ou de tratamentos que melloren as propiedades dos mésmos. Neste tema vanse estudar as diferentes propiedades dos materiais, que son a causa de que paracada aplicación particular sexa escollido un tipo de material específico.

2. PROPIEDADES DOS MATERIAIS As propiedades dos materiais pódense clasificar en catro grupos diferentes:

a. Propiedades químicas

b. Propiedades físicas

c. Propiedades mecánicas

d. Propiedades estéticas e económicas

e. Propiedades ecolóxicas

Agás as estéticas e económicas, as demais propiedades dun material dependen da súaestrutura interna e condicionan o seu comportamento durante o proceso de fabricación dundeterminado produto, ao mesmo tempo que lle confiren utilidade para unhas determinadasaplicacións.

Xa que a estrutura interna dun material define as súas propiedades, se queremos modificar aspropiedades dun material, haberá que variar, dalguna maneira, a súa estructura interna; istoconséguese, no caso dos metais, ao alealos entre sí ou ao sometelos a tratamentos térmicos, comoestudaremos no siguiente tema.

2.1 PROPIEDADES QUÍMICAS

Un dos factores que limitan notablemente a vida útil dun material é a alteración química que podeexperimentar en procesos de oxidación ou corrosión.

Oxidación

Cando un material se combina co osíxeno, transformándose en óxidos máis ou menos complexos,dise que experimenta unha reacción de oxidación. De xeito esquemático, pódese representar oproceso de oxidación do seguinte xeito:

Material + Osíxeno = Óxido do material ± Enerxía

O signo + que precede á enerxía indica que a reacción é exotérmica e, en consecuencia,transcorre cara á formación do óxido. Con todo, se a reacción é endotérmica (signo – para aenerxía), pódese deducir que o material será de difícil oxidación.

Corrosión

Cando a oxidación dun material se produce nun ambiente húmido ou en presenza doutrassustancias agresivas, denomínase corrosión. A corrosión é moito máis perigrosa para a vida dosmateriales que a oxidación, pois nun medio húmido a capa de óxido non se deposita sobre omaterial, senón que se disolve e acaba por desprenderse.

A corrosión do material non se verifica dun xeito uniforme, senón que existen determinadospuntos do material onde o ataque é maior. Isto dá lugar á formación de importantes fisuras, quepoden chegar a producir unha rotura.

3


2.2 PROPIEDADES FÍSICAS

As propiedades físicas débense ao ordenamento no espazo dos átomos dos materiais. As máisrelevantes son: densidade e peso específico, propiedades eléctricas, térmicas, magnéticas e ópticas.

Densidade e peso específico

Denomínase densidade á relación existente entre a masa dun material e o volume que ocupa. Asúa unidade no S.I é o kg/m3.

d=mV

Por peso específico enténdese a relación existente entre o peso dunha determinada cantidade dematerial e o volume que ocupa. A súa unidade no S.I é o N/m3.

Para determinadas aplicacións, coma, por exemplo, no caso da navegación aérea, estaspropiedades resultan determinates para elixir un ou outro material.

Propiedades eléctricas

Todas as substancias ofrecen unha resistencia ao paso da corrente eléctrica que depende,principalmente, da presenza de electróns móbiles nos átomos e do seu grao de mobilidade ante aacción dun campo eléctrico.

Esta propiedade, específica de cada substancia, denomínase resistividade(ρ) e defínese coma aresistencia que ofrece ao paso da corrente un elemento dese material de 1m de lonxitude e de 1m2

de sección. Mídede en Ω.m no S.I, aínda que tamén é moi común expresala en Ω. mm2/m

Segundo a súa resistividade, os materiais clasifícanse en condutores (ρ moi baixa), illantes (ρ moialta) e semicondutores (que teñen unha resistividade que depende fortemente da temperatura).

Os metais son, en xeral, bos conductores da corrente eléctrica, xa que a súa estrutura interna émoi ordenada e os electróns non se atopan suxeitos a un determinado átomo. Pola contra, amadeira, os compostos cerámicos ou os plásticos posúen resistividades moi altas, debido a que oselectróns dos seus átomos carecen prácticamente de mobilidade.

Propiedades térmicas

As propiedades térmicas son aquelas que están íntimamente relacionadas coa temperatura e que,lóxicamente, determinan o comportamento dos materiais en función da temperatura á que estesestean expostos.

Entre as propiedades térmicas máis características están a dilatación térmica, a calor específica, atemperatura de fusión e a condutividade térmica.

Dilatación térmica

A maioría dos materiais aumentan de tamaño (dilátanse) ao aumentar a súa temperatura, sempreque non se produzan cambios de fase. A orixe da dilatación reside en que, ao incrementarse atemperatura, aumentan as vibraciós das partículas (moléculas, átomos ou ións) do material, o que dáorixe a unha maior separación entre elas.

Calor específica

Defínese a calor específica (C) dunha substancia coma a cantidade de enerxía calorífica que épreciso aportar á unidade de masa de dita substancia para elevar a súa temperatura un grao sen que

4


se presenten cambios de fase. Mídese no S.I en J/kg.K, aínda que tamén é habitual expresala encal/g.ºC.

Así a enerxía, Q, que será necesaria comunicar para que unha masa m dunha determinadasubstancia pase dunha temperatura T1 a outra maior T2 será:

Q=m.C.( T2 - T1)

Temperatura de fusión

Ao quentarse un elemento sólido, o movemento vibratorio das súas partículas vaise facendo cadavez máis amplo, producíndose a dilatación; mais, se se continúa aumentando a súa temperatura,chega un momento no que a magnitude das vibracións é tal que a estrutura interna do material nonse pode manter e prodúcese a súa fusión. A temperatura á que sucede isto recibe nome detemperatura de fusión, a cal varía lixeiramente coa presión. A temperatura de fusión a presiónnormal coñécese como punto de fusión. O punto de fusión é unha propiedade característica decada substancia e serve, en moitos casos, para identificala. En casi todas as substancias, a fusión vaiacompañada dun aumento do volume.

O punto de fusión dun sólido será tanto maior canto maiores sexan as forzas que manteñen unidasas súas partículas constituíntes (forzas de cohesión).

Se non se modifica a presión, mentres dura a fusión dunha substancia a temperatura permanececonstante. Isto débese a que toda a enerxía subministrada en forma de calor invístese en romper aestrutura interna do sólido. Á calor que é preciso comunicar á unidade de masa dunha substanciaque se atopa á temperatura de fusión para que se produza o paso de sólido a líquido denomínasecalor latente de fusión.

Condutividade térmica

A transmisión de calor por condución é o paso da calor dun corpo de maior temperatura a outrocon temperatura menor, por efecto dos choques moleculares.

A condutividade térmica (K) é un parámetro indicativo do comportamento de cada corpo fronte aeste tipo de transmisión de calor. As súas unidades no S.I son W/m.K.

Así, a enerxía, Q, que se transmite por condución dende unha substancia a unha temperatura T2 a

outra de temperatura menor T1 a través dun material de sección S e espesor d será:

Q=(K/d).S( T2 - T1).t

Propiedades magnéticas

Estas propiedades indican o comportamento dun material fronte a un campo magnético externo.Tendo en conta este comportamento, os materiais clasifícanse en tres grupos: diamagnéticos,paramagnéticos e ferromagnéticos.

Os materiais diamagnéticos opóñense ao campo magnético aplicado, de tal xeito que, no seuinterior, o campo magnético é máis débil. Exemplos de materiais diamagnéticos son o ouro, a prata,o cobre, o nitróxeno ou o mercurio.

Nos caso dos materiais paramagnéticos, o campo magnético do seu interior é algo maior que oaplicado. Exemplos: aluminio, osíxeno, platino, magnesio…

5


Nos materiais ferromagnéticos, o campo magnético do seu interior é moito maior que o exterior.Estes materiais utilízanse como núcleos magnéticos en transformadores e como bobinas en circuítoseléctricos e electrónicos. Os máis importantes son o ferro e os seus óxidos (ferritas), o cobalto, oníquel e as súas aleacións.

Propiedades ópticas

Segundo o comportamento dos corpos cando a luz incide sobre eles, distínguese:

Os corpos opacos: absorben ou reflexan totalmente a luz, impedindo que pase ao seu través.

Os corpos transparentes: transmiten a luz, polo que permiten ver a través deles.

Por último, o tipo de corpos chamados translúcidos deixan pasar a luz; mais impiden ver osobxectos ao seu través.

2.3 PROPIEDADES MECÁNICAS

As propiedades mecánicas, en xeral, indican o comportamento dun material cando se atopasometido a forzas exteriores.

Algunas das propiedades mecánicas máis importantes móstranse na seguinte imaxe.

6


A maleabilidade, ductilidade, maquinabilidade e colabilidade son propiedades que informan daposibilidade de someter un material a unha determinada operación industrial. Trátase depropiedades denominadas de fabricación e algúns expertos considérannas separadas daspropiedades mecánicas.

A ductilidade e a maleabilidade están directamente relacionadas coa plasticidade: un materialdúctil ou maleable é un material plástico.

Para determinarmos as propiedades mecánicas dos materiais, podemos realizar ensaios. Nosensaios, unha probeta de dimensións normalizadas é sometida a determinadas forzas.

Cando unha forza actúa sobre un obxecto tende a deformalo. A deformación producida dependeráda dirección, sentido e punto de aplicación da forza. Os distintos tipos de esforzos aos que podenestar sometidos os obxectos, independentemente do material e a forma, son: tracción, compresión,flexión, torsión, corte e pandeo.

7


3. ENSAIOS3.1 Ensaios de tracción O ensaio de tracción é un dos máis importantes para a determinación das propiedades mecánicasde calquera material. Os datos obtidos pódense utilizar para comparar distintos materiais ecomprobar se algún deles poderá resistir os esforzos aos que vai a ser sometido nunha determinadaaplicación.

Este ensaio consiste en estirar unha probeta de dimensións normalizadas por medio dunhamáquina, a unha velocidade lenta e constante, obténdose, deste xeito, a curva de tensión-alongamento. Por tensión(σ ) enténdese a forza aplicada á probeta por unidade de sección (a unidade datensión no el S.I é o pascal, 1Pa=N/m2 ); é dicir, se a sección inicial é So e a forza aplicada F:

σ = F/ So

O alongamento ou deformación unitaria (ε) é o tanto por un que se incrementou a lonxitudeda probeta; é dicir, se a lonxitude inicial é Lo e nun determinado momento do ensaio é L , oalongamento ou deformación unitaria valerá:

Na ilustración móstrase un diagrama tensión-deformación unitaria típico obtido nun ensaio detracción. Nel pódense apreciar tres zonas: zona elástica, zona plástica e zona de estrición.

8


Zona elástica. Nesta zona a relación tensión-deformación é lineal, cumpríndose a lei de Hooke: σ = E. ԑ

Na que E é o módulo de Young ou módulo elástico, que se expresa en N/m2 no S.I coma σ , xaque ԑ é adimensional. Se se detén o ensaio en calquera punto da zona elástica, a probeta recupera a súa lonxitudeinicial. A zona elástica remata cando se alcanza o límite elástico (σe).

Lei de Hooke: As deformacións (ou alongamentos unitarios) son proporcionais ás tensiónsque as producen, sendo a constante de proporcionalidade o módulo elástico.Cálculo de E a partires da gráfica dun ensaio de tracción:

σ /ԑ= tag α = E

Zona plástica. Nesta zona os alongamentos son permanentes. Se o ensaio se detén, por exemplo,no punto A, recupérase o alongamento elástico (ԑe ), quedando un alongamento permanente ouplástico( ԑp). Se se reinicia de novo o ensaio, a nova curva que se obtén coincidirá prácticamentecoa anterior, sendo o novo límite elástico maior cao anterior. Con esta operación conséguese o quese chama endurecemento por deformación. A curva na zona plástica ten menor pendente que na elástica, xa que para conseguir grandesalongamentos non é necesario un incremento de carga (forza) elevado. O límite desta zona coñécesecoma límite de rotura e a tensión aplicada nese punto denomínase tensión de rotura (σR). A partirdese punto o material considérase roto, aínda que non tivera lugar unha fractura visual. Zona de estrición. Superado o límite de rotura, aínda que se manteña constante ou se diminúa atensión aplicada, a probeta segue alongándose progresivamente ata que se produce a rotura física.

9


3.2 Ensaio de resiliencia A resiliencia (propiedade inversa á fraxilidade) defínese como a capacidade que ten un materialpara almacenar enerxía, en forma de deformación plástica, antes de romperse. O método máis común de levar a cabo a medida desta propiedade é por medio do ensaioCharpy. Disponse dunha probeta de sección cadrada (10x10mm) e de 55mm de lonxitude. Na súa partecentral, realízase unha entalla de 2mm de profundidade en forma de U ou V (ver figura)

A resiliencia KCV o KCU (segundo como sexa a entalla) calcúlase dividindo a enerxíaconsumida polo material na rotura (diferenza de enerxías potenciais gravitatorias nas posiciónsinicial e final da bóla) entre a sección da probeta na zona da entalla (So= 80mm2). O procedemento é o seguinte:

1. Levántase a bóla ata unha determinada altura H1 respecto da probeta, de xeito que formeun ángulo α1 coa vertical.2. A bóla deixase caer bruscamente para que choque coa probeta e a rompa. 3. A bóla continuará o seu movemento ascendente ata alcanzar unha altura H2 respecto daprobeta, de xeito que forme un ángulo α2 coa vertical.

A enerxía consumida polo material na rotura calcúlase:Enerxía inicial da bóla: E1 = m.g.H1 = P. H1

Enerxía final da bóla: E2 = m.g. H2 = P. H2

Polo tanto, a enerxía consumida no choque será:

E = E1-E2 = P.( H1- H2) = P.h

Sendo h = ( H1- H2), que en función dos ángulos e a lonxitude do péndulo L, pódese expresar:h = L.( cos α2 - cos α1 ),

Así, a enerxía consumida polo material na rotura en función dos ángulos e a lonxitude l dopéndulo:

E= P. L.( cos α2 - cos α1 )1.

E a resiliencia (KCV):KCV = E /So

No S.I a resiliencia exprésase en J/m2.

10


3.3 Ensaios de dureza A dureza é unha propiedade de grande importancia práctica, xa que está relacionada cocomportamento do material fronte á abrasión ou o desgaste, así como coa facilidade con que sepode mecanizar; por exemplo, un material utilizado para moer mineral nunha canteira debe sermoi duro para que case non sufra desgaste no seu traballo. Con todo, a propiedade mecánica da dureza non está definida claramente, de xeito que non sepode medir dunha maneira absoluta, senón que é necesario mencionar o método utilizado para a súadeterminación. Entre estes métodos pódense sinalar os seguintes: Dureza mineralóxica clásica. A dureza dos materiais, entendida como a resistencia que opoñena ser raiados, pódese medir mediante a chamada escala de Mohs. Esta escala consta de 10 graos dedureza, cada un dos cales corresponde a un mineral determinado: talco (1), xeso (2), calcita (3),fluorita (4), apatito (5), feldespato (6), cuarzo (7), topacio (8), corindón (9) e diamante (10).Todo mineral raia aos que posúan un grao de dureza inferior ó seu e é raiado polos de durezasuperior. Por exemplo, un mineral que sexa raiado polo topacio e que, a súa vez, raie ó cuarzo posúe unhadureza comprendida entre 7 e 8. Este método resulta bastante impreciso, polo seu caráctercomparativo. Dureza á penetración. A dureza mídese como a resistencia que opón un corpo a ser penetradopor outro. Esta é a base dos ensaios Brinell, Vickers e Rockwell, nos que se utilizan distintos tiposde penetradores que se empurran cunha forza determinada contra o material. A medida da durezaobtense dividindo a forza coa que se empurrou o penetrador entre a superficie da marca que éstedeixa no material. Método Brinell Emprega como penetrador unha bóla de aceiro de diámetro (D) coñecido. Ao someter a bóla aunha carga determinada (P), prodúcese no material un sinal en forma de casquete esférico (verfigura). O valor da dureza (HB) é o cociente entre a carga P aplicada (en kg) e a superficie S do sinal (enmm2).

HB=PS

A superficie do sinal, con forma de casquete esférico, é:

S = π. D. f (1)onde

D: diámetro da bóla (mm)f: profundidade do sinal (mm)

11


Para determinar f en función do diámetro do sinal, d (moito máis fácil de medir), basta aplicar oteorema de Pitágoras e ter en conta que, segundo se aprecia na figura adxunta:

f =D2

x (2)

A súa vez:

x=√( D2

)2

(d2)2

(3)

Xuntando as ecuacións (2) e (3):

f =(D2

)√(D2

)2

(d2

)2

Sacando factor común a ½ e substituíndo na fórmula (1), obtense, finalmente, a superficie dosinal en función do diámetro da mésma (d) e do diámetro da bóla (D) e substituíndo na fórmula deHB:

Onde: HB=dureza Brinell (kg/mm2) P= Carga aplicada (kg) D= Diámetro da bóla (mm) d= diámetro do sinal (mm)

12


Boletín 4

1. Completa o seguinte diagrama relativo á clasificación dos materiais:

13


1. Indica se son verdadeiras ou falsas as seguintes afirmacións. Razoa a túa resposta.

a) Nunha reacción química endotérmica despréndese enerxía.

b) Nun material de fácil oxidación, a reacción de oxidación é exotérmica.

c) A densidade dun material non depende da súa temperatura.

d) A resistencia eléctrica dun material depende da forma do material.

e) En todas as substancias a fusión implica un aumento do volume.

f) Canto maiores sexan as forzas de cohesión das partículas constituíntes dunha substanciamenor é o seu punto de fusión.

g) O punto de fusión é a temperatura de fusión á presión de 1atm.

2. Que relación matemática existe entre a resistencia e a resistividade eléctricas?

3. Como se poden modificar as propiedades dos metais?

4. En xeral os aceiros son de fácil oxidación. Que se fai para obter aceiros inoxidables?

5. A condutividade térmica é un parámetro indicativo do comportamento dun corpo fronte átransmisión de calor por condución. Que outras formas existen de transmisión da calor?

6. Indica que propiedades hai que ter en conta para elixir un material axeitado para a fabricación dosseguintes obxectos: cables de alta tensión, elementos calefactores dun forno eléctrico, núcleo duntransformador.

7. Calcula a enerxía que absorbe unha masa de níquel de 5kg ao pasar de 10 a 20ºC. A calorespecífica do Ni é de 440J/kg.K.

8. Explica por que a maioría dos materiais aumentan o seu volume ao aumentar a súa temperatura.

9. Por que se empregan xuntas de separación nos raís do tren?

10. Se a presión é constante, a temperatura de fusión tamén permanece constante durante a fusión.Por que?

11. Que relación existe entre o peso específico e a densidade dun determinado material?

12. A condutividade térmica dun determinado material non é constante, senón que depende datemperatura. Como cres que é esta dependencia: a maior temperatura, maior ou menorconductividade? Por que?

13. A resistividade dun metal aumenta coa temperatura, de tal xeito que se para unha temperatura T0(medida en kelvin) a resistividade é ρ0, para unha temperatura T a resistividade valerá:

ρ= ρ0.1+ α .(T- T0)

sendo α o chamado coeficiente de variación da resistividade coa temperatura, que se expresa enK-1 no S.I.

Cal é o coeficiente de variación da resistividade coa temperatura do cobre se este metal posúe a 0ºC unha resistividade de 1,7.10-8Ω.m, e a 20ºC é de 1,72.10-8 Ω.m? Sol. 5,9.10-4 K-1

14


14. Para elevarmos 10ºC a temperatura dunha masa de 1kg dun determinado material é precisocomunicarlle 1kcal. Se no devandito proceso se produciu un cambio de fase, que se pode dicir sobrea calor específica da substancia?

15. Se para elevar 10ºC a temperatura de 1kg dunha substancia sólida (c=100cal/kg.ºC), que seatopa á temperatura de fusión, é preciso comunicarlle 2kcal. Cal será a calor latente de fusión dasubstancia?

16. Indica que propiedade e en que grao se pon de manifesto en cada un dos exemplos propostos.

Non se pode cravar un cravo sobre unha peza de aceiro.

Ao deixarmos de presionar un muelle, éste recupera a súa forma inicial.

Obtéñense fios de volframio de moi pequeno calibre.

O arrabio que sae do alto forno pódese extender en láminas.

O vidrio da ventá rómpese se se golpea cun obxecto contundente.

Se dobramos repetidamente un arame polo mesmo sitio, acaba rompéndose.

O ferro doce admite ben os procesos de forxa en quente.

Unha barra de chumbo de pequeno diámetro pode dobrarse facilmente coas mans.

17. Explica como se realiza un ensaio de tracción

18. Cal será a deformación unitaria que presenta un material no seu límite elástico, se σe=1MPa e

E=1GPa? Sol. 0,001

19. Se se detén o ensaio de tracción nun punto da zona elástica, que lle ocorre á probeta? E quesucede se se detén o ensaio nun punto da zona plástica?

20. Explica en que consiste o endurecemento por deformación.

21. Dada a curva de tracción da figura, calcula o módulo de Young do material. Se no materialanterior a tensión se mantén sempre por debaixo de 100MPa, evitarase en todo momento a rotura?

22. Explica en que consiste o ensaio Charpy.

23. Explica o ensaio de dureza Brinell.

24. En que se diferencia o ensaio de dureza do de resiliencia?

25. Calcula a altura que alcanza a bóla nun ensaio de Charpy, se o material empregado mostra unharesiliencia KCV=7,5.105 J/m2, a probeta ten unhas dimensións de 10mmx10mmx55mm cunhaentalla de 2mm na súa zona central, a bóla posúe unha enerxía de 300J antes de ser lanzada e nomomento do impacto ten unha velocidade de 5m/s (g=10m/s2).

15


26. Consulta a escala de Mohs e determina o valor da dureza dun material capaz de raiar ofeldespato e que é raiado polo cuarzo.

27. Calcula o valor da dureza Brinell (HB) que corresponde ao bronce se sabemos que unha bóla deaceiro de 10mm de diámetro, sometida a unha carga de 3000kg, deixa un sinal de diámetro 5,88mm.

28. Calcula o módulo de Young dunha barra de 20mm de diámetro e 5mm de lonxitude de certomaterial se, ao ser sometida a un esforzo de tracción de 2000kg, experimenta un alongamentoelástico de 2mm. Sol. 155,4MPa

29. Explica o significado de límite elástico, tensión de rotura e estrición.

30. Sabendo que a carga máxima aplicada nun ensaio de tracción sobre unha probeta normalizadade 150mm2 é de 50.000 N, calcula a tensión de rotura. Sol. 333,3MPa

31. Unha peza cilíndrica de 1,5cm de diámetro está sometida a unha carga de 2.500 kp. Determina atensión da peza en MPa. Sol. 138,6MPa

32. Nunha peza sometida a un ensaio de dureza Brinell, cunha carga de 500kg e un diámetro de bólade 5mm, obtense un diámetro dun sinal de 2,3mm. Calcula: a) Grao de dureza Brinell. b)Profundidade do sinal

33. Nunha peza de dureza Brinell 300 HB, aplicouse unha carga de 500kg. Se se empregou comopenetrador unha bóla de 10mm, cal será o diámetro do sinal producido?

34. Calcula a resiliencia (KCV) en J/m2 dun material sabendo que: a altura inicial da bóla é de40cm, a altura final de 5cm, a lonxitude do péndulo é de 60cm e a bóla ten unha masa de 2kg.

35. Calcula a resistividade eléctrica dun material a 25ºC, sabendo que a resistividad do mésmo a2ºC é de 2.10 -8 Ω.m e que o seu coeficiente de variación da resistividade coa temperatura é de0.045K-1. Sol. 4,07.10-8Ω.m

36. Calcula a resiliencia (KCV) en J/m2 dun material sabendo que: a lonxitude do péndulo é de60cm, a bóla ten unha masa de 3kg, o ángulo que forma a bóla coa vertical na posición inicial é de45º e o ángulo que forma a bóla coa vertical despois do choque é de 15º.

37. Unha probeta de aceiro de 20mm de diámetro e 20mm de lonxitude está sendo sometida a unesforzo de tracción de 5000kg e incrementa a súa lonxitude en 0.15mm. Calcula a tensión (enkg/mm2 e en N/m2), o alongamento e o módulo de Young (en kg/mm2 e en N/m2). Sol. 156MPa,20800MPa.

38.Interpreta os distintos puntos que se sinalan no seguinte diagrama. Comenta as diferenzasexistentes no diagrama para os dous materiais mostrados.

16


Información complementaria

Aceros inoxidables

Para aumentar a resistencia á oxidación, o aceiro aléase con outro material que teña unha enerxía deoxidación maior e unha velocidade de oxidación menor que a súa. Nese caso, o material engadido oxídaseprimeiro debido a súa maior enerxía de oxidación; mais ao formarse unha capa de óxido o proceso deoxidación fréase, transcurrindo a partires de entón a unha velocidade lenta.

O mellor aditivo para o aceiro é o cromo, pois, pese a teres unha enerxía menor e unha velocidade deoxidación maior que o alumninio ou o silicio, na aleación inflúe a facilidade coa que os átomos desteselementos se misturan co ferro.

Variación da resistividade eléctrica coa temperatura

A resitividade eléctrica dun metal aumenta ao aumentar a súa temperatura, isto é debido a que os ións docondutor vibran con maior amplitude, a cal fai máis probable que un electrón en movemento choque cun ión,isto impide o arrastre de electróns polo condutor e, polo tanto, diminúe a corrente.

A resistividade dos non metais diminúe ao aumentar a súa temperatura, posto que a temperaturas maiores,mási electróns son arrancados dos átomos e adquiren movilidade. Este mesmo comportamento se observa namaioría dos materiais semicondutores. Non non metais: O efecto producido ao incrementar o número deportadores de carga (electróns ou hocos) excede ao efecto do incremento da resistividade eléctrica poloaumento dos choques dos electróns debido as vibracións térmicas.

17


De que depende a condutividade térmica?

A distancia intermolecular inflúe decisivamente nos valores da condutividade dos distintos corpos, de talxeito que canto menor sexa esta distancia maior será a condutividade. Tamén será tanto maior canto máisordeada sexa a estrututa interna do material. Así, os metais, con unha estrutura interna ordeada, posúencondutividades altas, mentres que a fibra de vidro (material amorfo), por exemplo, debido a súa baixacondutividade térmica emprégase coma illante calorífico.

Nos metais puros a condutividade diminúe ao aumentar a temperatura, xa que a rede cristalina dilátase e asdistancias intermoleculares fanse maiores. No que repecta aos sólidos non metálicos, ao crecer a temperatura,se se trata de sustancias amorfas aumenta a condutividade térmica a causa do incremento da axitacióntérmica dos seus átomos.

Polo xeral, a conductividade térmica dos metais diminúe ao alealos.

18


Tema 5. METAIS FERROSOS

1. OS METAIS...................................................................................................................................21

2. METAIS FÉRRICOS.....................................................................................................................21

3. TIPOS DE METAIS FERROSOS..................................................................................................21

3. 1 FERRO INDUSTRIAL...........................................................................................................22

3. 2 ACEIROS...............................................................................................................................23

3.2. 1 Clasificación dos aceiros.................................................................................................23

3.3 FUNDICIÓNS.........................................................................................................................23

3.3.1 Clasificación.....................................................................................................................26

4. DIAGRAMA FERRO-CARBONO................................................................................................26

5. OBTENCIÓN DOS METAIS FÉRRICOS....................................................................................27

5. 1 ALTO FORNO........................................................................................................................29

5.2 TRANSFORMACIÓN DO ARRABIO EN ACEIRO.............................................................31

5. 2. 1 Convertedor ou procedemento LD.................................................................................32

5.2.2 Fornos de arco eléctrico...................................................................................................33

5. 3 COADA DO ACEIRO............................................................................................................34

Boletín 5.............................................................................................................................................34

19


1. OS METAIS

Na actualidade estanse descubrindo novos materiais cerámicos e plásticos que, nalgunhasaplicacións industriais, substitúen vantaxosamente ós metais; mais aínda están lonxe de substituílosplenamente.

Os principais incovenientes do emprego dos metais están no esgotamento dos xacementosmineiros, nas novas necesidades industriais e, en xeral, na baixa resistencia á oxidación.

Metais puros

O uso de metais puros céntrase en moi poucas aplicacións. Son difíciles de obter e, en xeral,teñen altas condutividades eléctrica e térmica, o que os fai útiles para aplicacións moi concretas.

Unha das características dos metais puros é que solidifican nunha estrutura cristalinadeterminada formada a partires dun núcleo. Dependendo da velocidade de enfriamento, unha pezadeterminada pode formar máis ou menos núcleos, dando lugar a graos dun tamaño quedeterminará certas propiedades mecánicas.

Aliaxes

Son todos aqueles produtos que resulten da unión de dous ou máis elementos químicos, undos cales ten que ser un metal. Para que a unión destes elementos se considere aliaxe téñense quecumprir dúas condicións:

a) Que os elementos compoñentes sexan totalmente miscibles en estado líquido.

b) Que o produto resultante teña maioría de enlaces metálicos.

As aliaxes melloran notablemente certas propiedades mecánicas dos metais puros, comopoden ser a tenacidade, dureza, resistencia á oxidación, etc. Con todo, empeóranse propiedadescomo a condutividade eléctrica e térmica.

2. METAIS FÉRRICOS

Denomínanse metais ferrosos o ferro e as súas aliaxes , é dicir, aqueles metais que conteñenferro como elemento base, podendo levar, ademais, pequenas proporcións doutros.

Na natureza existe unha grande variedade de minerais de ferro. Os máis empregados para aobtención de ferro son: magnetita (Óxido de Ferro (Fe3O4), hematites, limonita (Óxido hidratado

(2Fe2O3.3H2O)) e siderita (Carbonato de Ferro (FeCO3)) . Estes minerais presentan a vantaxe de seren

abundantes e de conteren unhas proporcións de ferro elevadas.

3. TIPOS DE METAIS FERROSOSO ferro puro carece de boas propiedades mecánicas e, en consecuencia, ten poucas

aplicacións industriais. Normalmente emprégase aleado con carbono, ou con carbono e outrosmetais. Ao engadir carbono ao ferro, as propiedades mecánicas modifícanse extraordinariamenteCanto maior sexa a porcentaxe de carbono dunha aliaxe, maior será a súa dureza e resistencia átracción; mais isto ten o inconveniente de que tamén é máis fráxil e, en consecuencia, menos dúctile maleable.

Segundo o contido en carbono distínguense as seguintes aliaxes de ferro: ferro industrial,aceiro e fundicións.

20


Ferro industrial ou ferro doce: Cando o contido en carbono é menor ao 0,03%.

Aceiro: Cando o contido en carbono está comprendido entre o 0,03 e o 1,76%.

Fundición: A porcentaxe de carbono está comprendida entre o 1,76 e o 6,67%.

As aliaxes cun contido de carbono superior carecen de interese industrial porque sondemasiado fráxiles.

3. 1 FERRO INDUSTRIALO contido en carbono é inferior ó 0.03%. Nestas condicións pódese considerar

químicamente puro.

Características do ferro puro:

• É un material magnético (ferromagnético).

• Presenta unha cor branca azulada.

• É moi dúctil e maleable.

• O seu punto de fusión é, aproximadamente, 1500 ºC

• A súa densidade é alta (7,87 g/cm3.)

• É bo condutor da calor e a electricidade.

• Oxídase con moita facilidade.

• Presenta baixas propiedades mecánicas

• É un metal máis ben brando.

Debido ás súas baixas propiedades mecánicas o ferro puro practicamente non se emprega naindustria, agás para facer imáns ou en aplicacións eléctricas e electrónicas.

21


3. 2 ACEIROSO aceiro, como xa dixemos, é unha aliaxe de ferro e carbono na que o contido de carbono

oscila entre o 0.03% e o 1,76%. Canto maior sexa a porcentaxe de carbono do aceiro, maior é a súadureza e a súa resistencia á tracción, co incoveniente de que tamén é maior a súa fraxilidade.

3.2. 1 Clasificación dos aceiros

1. Aceiros non aleados: son aqueles que só inclúen ferro e carbono (pode haber outrosmetais ou non metais; mais nunha porcentaxe moi baixa: son as consideradas impurezas, queapenas modifican as propiedades do aceiro). Os aceiros, cun contido en carbono baixo (entre o0,1 e o 0,4%), son os denominados aceiros suaves (cunha resistencia menor e máis dúctiles emaleables) e os aceiros duros (cun contido en carbono superior ó 0,5% e menos maleables).

2. Aceiros aleados ou especiais: Ademais de ferro e carbono engádense outroselementos, normalmente outros metais. O obxectivo é mellorar algunha propiedade, en concretodo aceiro. Estes aceiros son os máis empregados.

Exemplos:

• Con wolframio , o aceiro é moi duro a calquera temperatura e é apto paraferramentas de corte. Son os aceiros rápidos.

• Con cromo e níquel, aumenta a dureza, a resistencia á corrosión e atenacidade do aceiro. Son os aceiros inoxidables.

• Con chumbo , favorécese o mecanizado (corte, limado, ...)

• Con vanadio, proporciónase boa resistencia a fatiga e á tracción.

• Con cobalto, prodúcese un aumento da dureza do aceiro en quente e áabrasión

3.3 FUNDICIÓNSAínda que se denomina fundición á aliaxe de ferro e carbono cunha porcentaxe entre o

1,76% e o 6,67%, na práctica, o contido de carbono das fundicións oscila entre o 2,5% e o 4,5%,atopándose presentes, normalmente, outros elementos.

22


As fundicións, como o seu nome inidica, teñen un punto de fusión é baixo.

Diferenzas co aceiro:

• Como xa mencionamos, o seu punto de fusión é máis baixo.

• Maior coabilidade (por iso se empregan para fabricar pezas por moldeo)

• Son un pouco máis lixeiras.

• Son máis duras; pero máis fráxiles.

• Teñen boa resistencia ao desgaste.

• Presentan maior resistencia á oxidación.

• As pezas fabricadas con fundición son máis baratas (un punto de fusión baixo facilita oproceso de mecanizado).

3.3.1 Clasificación1. Fundicións ordinarias: Só están constituídas por aceiro e carbono. Pódense

subdividir en:

Fundición branca: Contén un constituínte férrico chamado cementita, que lle confire áfundición unha grande dureza, pero á vez moita fraxilidade, polo que é case imposible demecanizar.

Fundición gris: Contén un constituínte férrico, chamado grafito , que fai que a fundiciónnon sexa tan dura como a fundición branca; pero é máis tenaz. Polo tanto, pódesemecanizar mellor.

2. Fundicións aleadas: Ademais de ferro e carbono, estas aliaxes presentan cantidadesdoutros elementos que modifican as propiedades das ordinarias.

3. Fundicións especiais: Ademais de ferro e carbono, engádense outros elementos esométese o conxunto a tratamentos térmicos. Destaca:

Fundición maleable ou dúctil: Obtense a partir das fundicións brancas, que, trasun tratamento térmico, vólvense máis maleables.

23


4. DIAGRAMA FERRO-CARBONOÉ unha representación gráfica do comportamento da aliaxe Fe-C en función da temperatura e

o tanto por cento de carbono.

Imaxina que dispós dunha grande cantidade de probetas (por exemplo 667) que conteñensoamente ferro e carbono e que todas elas teñen unha proporción de carbono distinta (cada unhaposúe un 0.01% C máis que a anterior).

Agora debuxa dous eixos de coordenadas. No eixo de abcisas representa as porcentaxes decarbono, dende 0 ata 6.67%. No eixo de ordenadas debuxa as temperaturas que irán dende atemperatura ambiente ata 1600ºC.

A continuación, supón que colles a probeta que menor porcentaxe de carbono teña e aempezas a quentar lentamente, dende 25ºC ata 1600ºC. No gráfico irás anotando a que temperaturase converte en líquido ou coexisten líquido e sólido (pastoso).

Terás que ir repetindo o mesmo proceso para cada unha das 667 probetas (cada unha cunhaporcentaxe de carbono distinta, dende 0 ata 6.67%). Unindo todos os puntos resultantes obterías odiagrama Fe-C que se amosa na figura.

Observando o gráfico convén resaltar:• O ferro puro pasa de estado sólido a líquido á máxima temperatura, uns 1530ºC.

• A medida que aumenta o tanto por certo de carbono, ata chegar a 4.3%, diminúe a temperatura de fusión. A partir de 4.3% de carbono, a temperatura de fusión comenza a aumentar de novo.

• A temperatura máis baixa dunha aliaxe Fe-C corresponde a unha aliaxe que ten un 4.3% de carbono (1130ºC)

5. OBTENCIÓN DOS METAIS FÉRRICOSAs industrias dedicadas á obtención de metais férricos chámanse industrias siderúrxicas. O

proceso industrial siderúrxico abrangue dende a extracción do mineral de ferro (na mina) ata a súaposterior transformación en aceiro ou fundición.

24


A inmensa maioría dos metais non se atopan en estado puro na natureza, senón combinadoscon outros elementos químicos formando os minerais, que se atopan en xacementos e se extraennas minas

Unha vez extraído o mineral de ferro procédese a...

a. Triturar e moer o mineral.

b. Separar a parte útil, chamada mena, que é a que contén o ferro, da parte inútil edesbotable, chamada ganga. Normalmente este proceso faise empregando auga, pois amena é máis densa e a ganga flota.

c. Posteriormente, a mena sométese a altas temperaturas para eliminar o osíxeno dosminerais. A este proceso chámaselle reducir o mineral.

d. O proceso de redución do mineral de ferro lévase a cabo nos altos fornos.

Figura 5. Obtención de produtos ferrosos

25


5. 1 ALTO FORNO

O alto forno é un recipiente de aceiro recuberto por un material refractario. Nel, prodúcese aredución (extracción do osíxeno) do mineral de ferro, para o que se introducen no seu interior osseguintes materiais:

- Minerais de ferro: subministran a materia prima da que se obterá o ferro.

- Carbón de coque: actúa como combustible. Pero, ademais, é a substancia que provoca aredución do mineral de ferro. O carbono, na súa forma industrial de coque, mestúrase co mineral ecombínase co osíxeno deste, transformándose primeiro en monóxido de carbono (CO) e logo endióxido de carbono (CO2).

- Fundentes ou formadores de escoura: Poden ser pedra calcaria ou arxila. Malia que o mineral xa foi separado da ganga, aínda quedan nel impurezas; coa adición destes formadores de escoura búscase diminuír o seu punto de fusión e que reaccionen con elas, de xeito que os produtos formados se sitúen na parte superior do metal fundido, dando lugar a unha capa de materiais que recibe o nome de escoura.- Aire quente (osíxeno): necesario para realizar a combustión do carbón.

Figura 6. Partes dun alto forno

Os minerais, o carbón e os fundentes introdúcense pola parte máis elevada do alto forno,chamada tragante. A mestura arde coa axuda da inxección de aire quente (osíxeno) a través dastobeiras, de xeito que, a medida que baixa, a súa temperatura aumenta dende a cuba ata que chegaá etalaxe. A etalaxe é a parte do forno separada da cuba pola zona máis ancha desta última parte,chamada ventre. O volume da etalaxe é moito menor que o da cuba. A temperatura da carga é moialta (1500 ºC) e é aquí onde o mineral de ferro comeza a transformarse en ferro. Baixo a etalaxe

26


atópase o crisol, onde se vai depositando o metal líquido.

Figura 7. Esquema da instalación dun alto forno.

Por un buraco, chamado bigoteira, ou piqueira de escoura, extráese a escoura, que seaproveita para facer cementos e fertilizantes. Por un orificio feito na parte baixa do mesmo,denominada piquera de arrabio sae o ferro líquido, chamado arrabio, que se conduce ata unsdepósitos chamados culleres.

Produtos obtidos do alto forno· Fumes e gases residuais.- Prodúcense como consecuencia da combustión do coque e dos

gases producidos na redución química do mineral de ferro que, nunha elevada porcentaxe, serecollen nun colector situado na parte superior do alto forno e se empregan para quentar o aire quese introduce polas tobeiras nos chamados recuperadores. Estes gases son, principalmente, dióxidode carbono, monóxido de carbono e óxidos de xofre.

· Escoura.- É un residuo metalúrxico que ás veces adquire a categoría de subproduto, xa quese pode utilizar como material de construción, bloques ou como illante da humidade e nafabricación de cemento e vidro. A escoura, como se comentou anteriormente, recóllese pola parteinferior do alto forno pola piquera de escoura.

· Fundición, ferro coado ou arrabio. - É o produto propiamente aproveitable do alto forno eestá constituído por ferro, cun contido en carbono que varía entre o 2% e o 5%. Preséntase en estadolíquido a 1800 ºC. En ocasións, a este metal denomínaselle ferro de primeira fusión. A partires doferro de primeira fusión, obtéñense todos os produtos ferrosos restantes: outras fundicións, ferrodoce, aceiro...

5.2 TRANSFORMACIÓN DO ARRABIO EN ACEIRO

A proporción de carbono no arrabio extraído do alto forno atópase no intervalocorrespondente ás fundicións. Se queremos obter aceiro cómpre reducirmos o contido de carbonodo arrabio.

27


Esta transformación do arrabio en aceiro realízase suministrando osíxeno ao arrabio líquidonos denominados fornos de afino (convertedor LD e forno eléctrico).

5. 2. 1 Convertedor ou procedemento LDO forno máis empregado no afino do aceiro denomínase convertedor ou procedemento

LD:

1. O arrabio transpórtase líquido dende o alto forno ata a acería (onde está o convertedor).O arrabio transpórtase nuns depósitos chamados torpedos.

2. Introdúcense no convertedor, ademais do arrabio, fundentes (cal), osíxeno e, ás veces,ferralla.

3. O osíxeno, que se inxecta a través dun tubo vertical denominado lanza, reacciona coasimpurezas, especialmente co carbono que sobra (oxídanse) e facilita a eliminación da escouraformada. O fundente tamén facilita a formación da escoura, que flota sobre o metal fundido.

Figura 8. Funcionamento do convertedor LD

Os produtos obtidos do convertedor son:Aceiro líquido: que será transportado por medio doutra culler para ser sometido a novos

procesos siderúrxicos ou á coada. Este aceiro xa é de calidade.

- Escoura: que se recicla para outros fins, especialmente a construción.

- Gases: Especialmente monóxido de carbono e dióxido de carbono, resultantes dacombustión de carbono.

Unha vez obtido o aceiro e vertido na culler, lévase a cabo, se é o caso, a aliaxe do aceirocon outros metais (Ni, Cr, Mo, etc.) para obter aceiros aleados que melloran as propiedades dometal orixinal.

28


5.2.2 Fornos de arco eléctrico

Os fornos eléctricos son, sobre todo, útiles para producirmos aceiro inoxidable e aceirosaleados a partir de ferralla, que deben ser fabricados segundo unhas especificacións moi esixentes.O refinado prodúcese nunha cámara hermética, onde a temperatura e outras condicións se controlande forma rigorosa. Consta dun crisol e dúas aberturas laterais, unha para engadir os materiais deafino (Ni, Cr, etc.) e a carga metálica (normalmente ferralla) e a outra para a piqueira.

Unha vez cargado o forno fanse descender uns electrodos ata a superficie do metal,formándose un arco eléctrico que funde o metal con rapidez. Posteriormente, inxéctase osíxeno dealta pureza a través dunha lanza, o que aumenta a temperatura do forno e diminúe o temponecesario para producir o aceiro. A cantidade de osíxeno que entra no forno pode regularse conprecisión en todo momento, o que evita reaccións de oxidación non desexadas.

Unha vez que terminou o proceso, súbense os electrodos e procédese á extracción daescoria, inclinando o forno. A continuación, engádenselle as ferroaliaxes e, unha vez se uniformicea composición do baño, vértese o aceiro nunha culler, inclinando de novo o forno.

Figura 9. Funcionamento do forno eléctrico.

5. 3 COADA DO ACEIROO proceso final consiste en extraer o aceiro líquido do convertedor ou o forno eléctrico para

verterlo en moldes coa forma da peza que se quere obter; posteriormente, déixase solidificar e logoextráese a peza. A este proceso chámaselle coada convencional.

O proceso de coada máis empregado hoxe en día é o de coada continua e ten comoobxectivo solidificar o aceiro en produtos de sección constante a través de trens de laminación paradarlle a forma e as características desexadas.

Coada sobre lingoteiras

Se nun momento determinado a demanda de produtos ferrosos é baixa e non teñen saídacomercial, o que se fai é coalo no interior de lingoteiras (moldes prismáticos de fundición conforma troncocónica e sección normalmente cadrada) e deixalo arrefriar.

29


Boletín 51. Que é unha aliaxe?

2. Completa a seguinte táboa:

3. Que propiedades das aliaxes metálicas varían ao variar o contido en carbono? Como é esa variación?

4. Entre os aceiros e as fundicións, cales presentan maior dureza? E maior fraxilidade?

5. Que son os aceiros suaves? Por que se caracterizan?

6. Como se obteñen os aceiros inoxidables?

7. Por que se chaman fundicións ás aliaxes de ferro cun contido en carbono entre o 1,76 e o 6,67%?

8. Como se obteñen fundicións maleables?

9. Por que se poden fabricar facilmente pezas complicadas utilizando fundicións?

10.Indica dúas aplicacións características para cada un dos metais férricos.

11.Indica se son verdadeiras ou falsas as seguintes afirmacións e xustifica a resposta.

• Todos os metais conducen a electricidade agás o mercurio, porque é líquido.

• Os metais son atraídos polos imáns.

• A fundición é unha aliaxe férrica que contén menos dun 2% de carbono

• Unha aliaxe férrica cun contido en carbono do 1% é un aceiro.

• Os aceiros son máis dúctiles e maleables que as fundicións, porque teñen menos carbono nasúa composición.

• Unha aliaxe férrica cun contido en carbono do 4% é un aceiro.

• Unha aliaxe férrica cun contido en carbono do 0,5% é un aceiro suave.

12.Completa o seguinte diagrama:

30


13.Como definirías o arrabio?

14.Cómo definirías a escoura?

15.Para que se introduce aire quente no alto forno? A través de que elemento?

16.Describe o funcionamiento do alto forno.

17.Cales son os dous procedemento empregados para fabricar aceiro. Describe brevemente cada un deles.

Cuestións

1. O ferro puro é un material:

Con alta dureza

Inoxidable

Dúctil e maleable

De densidade elevada

2. Unha aliaxe de ferro que contén entre un 0,1 e un 1,76% de carbono coñécese co nome de :

o Ferro doce o Aceiro o Fundición

31


3. Indica cales dos seguintes elementos corresponde a un mineral de ferro:

o Bauxita

o Siderita

o Limonita

o Calcopirita

4. Un aceiro cun contido en carbono inferior ó 0,4% denomínase:

o Suave

o Duro

o Inoxidable

5. Que elemento, xunto co cromo, se emprega para fabricar o aceiro inoxidable?

o

Cobalto

o Volframio

o Níquel

o Molibdeno

6. Para aumentar a dureza do aceiro a calquera temperatura (aceiros rápidos) emprégase:

o Cobalto

o Volframio

o Níquel

o Chumbo

7. Para favorecer o mecanizado do aceiro aléase con:

o Cobalto

o Volframio

o Níquel

o Chumbo

8. Para aumentar a resistencia á tracción e á fatiga do aceiro aléase con:

o Cobalto

o Volframio

o Vanadio

o Molibdeno

9. Ó engadir carbono a unha aliaxe de ferro:

o Aumenta a dureza e diminúe a fraxilidade

o Aumenta a fraxilidade e diminúe a maleabilidade

o Aumenta a fraxilidade e diminúe a dureza

o Aumenta a dureza e diminúe a ductilidade

10.As fundicións que se someten a tratamentos térmicos para mellorar a súa plasticidade eobter fundicións dúctiles e maleables son as:

o Fundicións ordinarias

o Fundicións aleadas

o Fundicións especiais

11.As carcasas dos motores e bancadas de máquinas fabrícanse xeralmente de:

o Ferro doce o Aceiro o Fundición

32


12.O ferro obtido do forno alto denomínase:

o Fundición

o Aceiro

o Escoura

o Arrabio

13.Cal é o combustible que se emprega no alto forno?

o Fundente

o Carbón de coque

o Mineral de ferro

o Cal

14.A redución do mineral de ferro no alto forno consiste en:

o Eliminar o carbono do mineral de ferro

o Eliminar o osíxeno do mineral de ferro

o Baixar o punto de fusión das impurezas do ferro

15.Para a redución do mineral de ferro intróducese no alto forno:

o Fundentes

o Escoura

o Carbón de coque

16.Os fundentes que se introducen no alto forno teñen a misión de:

o Eliminar o osíxeno do mineral de ferro

o Baixar o punto de fusión das impurezas do mineral

o Formar a escoura

o Fundir o mineral de ferro

17.A parte onde se deposita o metal líquido no alto forno denomínase:

o Etalaxe

o Crisol

o Cuba

o Tragante

18.A parte do alto forno onde o mineral empeza a fundirse e se separa o ferro denomínase:

o Etalaxe

o Crisol

o Cuba

o Tragante

19.O orificio feito na parte baixa do forno por onde se extrae o arrabio denomínase:

o Piqueira o Bigoteira o Tobeira

20.O orificio feito na parte baixa do forno por onde se extrae a escoura denomínase:


21.O orificio situado na etalaxe por onde se introduce aire para que teña lugar a combustión é a:


33


22.O arrabio polo seu contido en carbono é:

o Aceiro o Fundición o Ferro doce

23.Para transformar o arrabio en aceiro:

o Hai que reducirlle o contido de carbono

o Hai que proceder a un proceso de redución do osíxeno

24.O poceso de conversión do arrabio en aceiro ten lugar:

o Forno convertedor o Forno eléctrico o Alto forno

25.Para obter aceiro a partir de ferralla utilízase o:

o Forno convertedor o Forno eléctrico o Alto forno

26.As ferroaliaxes serven para fabricar aceiros especiais e engádense:

o Unha vez obtido a aceiro

o Antes de obter o aceiro

o Xunto cos fundentes e o arrabio e/ou ferralla

27.Completa:

o O aceiro líquido obtido a través do forno…………… ou utilizando un ……………….solidifica empregando algún dos seguintes métodos de ……………:……….convencional., …………..sobre…………… e ……… ………….

o A…………….………….. consiste en verter o aceiro líquido sobre………… coa formada peza que se quere obter.

o Na……….. …………o aceiro líquido solidifica en produtos de………… constante nostrens de…………….

28. Completa:

o No alto forno intróducense……………, ………………. e ………..…… pola…………….. A mestura arde coa inxección de ……………. ……………. a través das……………….

o O mineral de ferro ................... e o metal líquido deposítase no..................., a escouraflota sobre o ...................... xa que ten unha ................... menor

o O aire quente que se introduce no alto forno obtense nos chamados………..……., ondese quenta en contacto cos.................... procedentes da……………….no alto forno.

o Para obter……………….. do…………………. procedente do alto forno é necesarioreducirlle o contido en…………. Para iso subminístraselle ……………… ao………………. nos chamados ………… … …………; Os máis empregados son o……………. …. e o …………………….

o O arrabio transpórtase líquido dende o alto forno ata a………… nuns depósitoschamados………………

o No convertedor LD introdúcese............................., .........................., ..................

34


e ........................ ; este último a través dun tubo vertical denominado ..............

o No forno eléctrico empréganse uns.................. que producen unha................. eléctrica quefunde a...................... introducida. Posteriormente inxéctase...................

o O osíxeno que se introduce nos fornos de afino combínase co.................. do arrabio,transformando a......................... en.............................

o Unha vez obtido o aceiro e vertido nunha.................., engádense, se é necesario,as............................. obténdose, así, aceiros.................... , que melloran determinadaspropiedades do metal.

35


Tema 6. MATERIAIS NON FERROSOS

1. METAIS NON FERROSOS...........................................................................................................37

1.1 CLASIFICACIÓN DOS METAIS NON FERROSOS............................................................37

1.2 O COBRE E AS SÚAS ALIAXES..........................................................................................38

1.3 O ALUMINIO E AS SÚAS ALIAXES...................................................................................38

1.4 O TITANIO E AS SÚAS ALIAXES.......................................................................................39

1.5 O MAGNESIO E AS SÚAS ALIAXES..................................................................................39

2. POLÍMEROS.................................................................................................................................39

3. MATERIAIS CERÁMICOS..........................................................................................................41

4. MATERIAIS PÉTREOS................................................................................................................41

Cuestións............................................................................................................................................41

Boletín 6.............................................................................................................................................43

36


1. METAIS NON FERROSOS

Propiedades como baixo peso específico (son materiais en xeral blandos), pouca ou nulaoxidación en condicións normais, así coma fácil manipulación (teñen pouca resistencia mecánica),contribúen a que os metais non ferrosos teñan gran aplicación na fabricación de produtos.

1.1 CLASIFICACIÓN DOS METAIS NON FERROSOS

Os metais non ferrosos pódense clasificar segundo o seu peso específico:

Tipo Valor da densidade (d) Exemplos

Pesados d ≥ 5kg/dm3 Estaño, cobre, zinc, chumbo, cromo, níquel, wolframioe cobalto.

Lixeiros 2kg/dm3< d < 5kg/dm3 Aluminio e titanio

Ultralixeiros d ≈ 2kg/dm3 Magnesio e berilio.

1.2 O COBRE E AS SÚAS ALIAXES

Os minerais de cobre que máis se empregan na actualidade son: calcopirita, calcosina(sulfuros), malaquita e cuprita (óxidos).

As características do cobre máis importantes son:

•É moi dúctil e maleable.

•Posúe unha alta condutividade eléctrica e térmica.

As aplicacións máis comúns do cobre están no eido da electricidade.

Ao engadir ao cobre outros metais non ferrosos mellóranse as súas propiedades mecánicas ede resistencia á oxidación, aínda que empeoran lixeiramente a súa conductividade eléctrica etérmica. As aliaxes máis empregadas son: bronce, latón, cuproaluminio, alpaca e cuproníquel.

Aliaxe Composición Aplicacións

Bronce Cobre e estaño Engrenaxes, esculturas, cableseléctricos...

Latón Cobre e zinc Parafusos, porcas e billas.

Cuproaluminio Cobre e aluminio Hélices de barco, turbinas...

Alpaca Cobre, níquel e zinc Xoiería barata, cubertos...

Cuproníquel Cobre e níquel Moedas e contactos eléctricos.

1.3 O ALUMINIO E AS SÚAS ALIAXES

É o metal máis abundante na natureza, aínda que non se atopa en estado puro senónmesturado con oxíseno e outros elementos. O mineral do que se obtén o aluminio é a bauxita.

As características máis destacadas do aluminio son:

•É moi lixeiro e inoxidable.

•É bo condutor da electricidade e da calor.

37


•É moi maleable e dúctil.

As aplicacións do aluminio máis destacadas son: conducións eléctricas (cables de alta tensión),papel de aluminio, envases e contenedores de todo tipo. Tamén se comercializa en estado puro (enforma de po), neste caso, empégase mesturado con pintura para a protección contra a oxidación damesma.

Ao alear o alumnio con outros metais mellóranse a súa dureza e resistencia.

Aliaxe Composición Aplicacións

Duraluminio Aluminio e cobre Rodas, bicicletas...

Aluminio e magnesio Aeronáutica e automoción

Aluminio,cobre e silicio Pezas de moldeo por inxección(ex. pistóns de motores)

Alnico Alumnio, níquel e cobalto Imáns

1.4 O TITANIO E AS SÚAS ALIAXES

O titanio atópase abundantemente na natureza, xa que é un compoñente de case todas asrochas volcánicas. Sen embargo, a súa extracción é un proceso complexo, o que encarece moito oproduto final. O mineral do que se extrae maioritariamente é o rutilo.

O titanio posúe as seguintes características fundamentais:

• Resistencia á oxidación e corrosión (maior ca do aceiro inoxidable).

• Boas propiedades mecánicas: alta resistencia, ductilidade e forxabilidade.

En canto ás aplicacións emprégase na fabricación de estruturas, elementos de máquinas enaeronáutica (avións, cohetes, transbordadores espaciais, satélites de comunicacións...), ferramentasde corte e na fabricación de pinturas antioxidante.

Recentemente descubriuse que a incrustación do titanio no óso humán non provocarexeitamento e, pasado algún tempo, prodúcese unha soldadura natural. Por iso, estase mpergandona odontoloxía coma base de pezas dentais e na unión de ósos, así coma nas articulacións.

1.5 O MAGNESIO E AS SÚAS ALIAXES

Os minerais de magnesio máis importantes son: carnalita, dolomita e magnesita.

O magnesio posúe as seguintes características:

•En estado líquido ou en po é moi inflamable.

•É maleable e pouco dúctil.

•Moi baixa densidade (d=1,74g/cm3).

En canto ás aplicacións en estado puro destaca a fabricación de produtos pitotécnicos (ardeen contacto co aire).

As aliaxes de magnesio están compostas prinicipalmente por aluminio, cinc e manganeso.Utilízanse na fabricación de avións, armamento, rodas de automóviles, etc.

38


2. POLÍMEROS

Os polímeros son macromoléculas de orixe orgánico (cadeas moi longas de moléculas decarbono e oxíseno). O proceso químico para obtelos, a partir do petróleo, denomínasepolimerización.

As características máis importantes dos plásticos ou polímeros son: resistencia á corrosión eaillamento térmico, eléctrico e acústico. Mais teñen pouco resistencia mecánica e non son axeitadospara usalos a altas temperaturas.

As súas aplicacións son case innumerables.

2.1 CLASIFICACIÓN DOS POLÍMEROS

En función do seu comportamento fronte á calor, os plásticos clasifícanse en:termoplásticos, termoestables e elastómeros.

• Termoplásticos. Son aqueles plástico que, ao ser quentados, acadan un estado deplasticidade que permite moldealos con facilidade. Poden ser conformados en quente,arrefrialos e posteriormente, tras ser quentados de novo, non varían o seu comportamento.Teñen estrutura lineal.

• Termoestables. Son aqueles que, unha vez moldeados, non poden recuperar a súa formaprimitiva. É dicir, se se volven quentar, degrádanse. Teñen estrutura de rede.

• Elastómeros. A súa propiedade característica é a capacidade de deformarse elasticamente.Non se poden fundir de novo.

Grupo Plástico Aplicacións e propiedades características

TermoplásticosPolietileno (PE): existendous tipos, de baixadensidade (LDPE) e de altadensidade (HDPE)

Bolsas, botellas (de auga, PET; de lixivia,HDPE),películas de PE para empaquetamento, illanteseléctricos, ….- Transparente, barato, boas propiedades aillantes,tenacidade, coloréase con facilidade.

Cloruro de polivinilo(PVC)

Tuberías, molduras, cortinas de baño, mangueras,zapatos, cableado eléctrico...-Ríxido e alta resistencia mecánica, impermeable.Ás veces utilízase plastificado, o que lle dá máisflexibilidade.

Polipropileno (PP) Produtos para o fogar, embalaxes,electrodomésticos...-Boa resitencia á humidade e á calor, barato

Polimetilmetacrilato(PMMA, plexiglás)

Lunetas automóviles, lentes de seguridade, paraacristalar avións...-Transparente e máis resistente ao impacto ca ovidro.

Poliestireno (PS): unhaforma de comercializalo é o

Interiores de automóviles. Envases (para ovos...),aillamentos...

39


poliestireno expandido(corcho branco).

Policarbonato (PC) Cascos de seguridade, lentes e vidros de ventás.-Transparente, coloréase con facilidade, altaresistencia ao impacto.

Elastómeros Caucho (CA) Pneumáticos, pavimentos, luvas, mangueiras.-Inerte e resistente.

Neopreno Traxes de buceo, luvas.-Impermeables e resistente.

Termoestables Fenoles (PF) Interruptores e conectores. Botóns.

Poliuretano (PUR) Esponxas, colchóns, gomaespuma.

3. MATERIAIS CERÁMICOS

Os materiais cerámicos tradicionais simplemente teñen arxila (compoñente principal),sílice e feldespato, que se moldean, tornean ou prensan para, a continuación, sometelos a un procesode cocción nun forno a elevadas temperaturas. Exemplos deles son os ladrillos, as tellas, aporcelana, etc., empregados na construción, loza, sanitarios e tamén na industria eléctrica.

Dentro do grupo das cerámicas atópase tamén o vidro (mestura de cuarzo, sosa e cal). A súadiferencia principal fronte as cerámicas tradicionais e que os seu compoñentes se quentan ata a súafusión, e como resultado obtense unha pasta vítrea que se somete en quente a diferentes técnicas deconformación.

Os materiais cerámicos son duros, fráxiles, de alto punto de fusión, de baixa condutividadeeléctrica e térmica, e alta resistencia á compresión.

4. MATERIAIS PÉTREOS

Os materiais pétreos obtéñense a partir das rochas. Atópanse na natureza constituíndograndes bloques, como sucede co mármore, co granito e coa lousa, que se extraen das canteiras.Tamén se poden atopar en forma de gránulos ou fragmentos de diversos tamaños, como é o caso dasareas e as gravas.

O mármore e o granito caracterizan pola súa elevada densidade, gran dureza e a súaresistencia ás condicións ambientais e aos esforzos de compresión. Utilízanse para o recubrimentode solos e paredes, en arquitectura, escultura..

A lousa é un material duro, denso, compacto e impermeable. Extráese en forma de laxas que,tras ser cortadas e prensadas, se utilizan principalmente para recubrir tellados e revestir pavimentos.

Materiais pétreos aglomerantes

As areas e gravas úsanse, sobre todo, como áridos, é dicir, materiais fragmentados que se aproveitandirectamente para fabricar asfalto e aglomerantes. Os aglomerantes, tamén chamados materiais daconstrución, empréganse para unir outros materiais, como firme de estradas e vías, etc. Osaglomerantes mási característicos son: xeso, cemento, morteiro e formigón.

40


Cuestións

1. A malaquita é un mineral de:

• Chumbo

• Cinc

• Estaño

• Cobre

2. A bauxita é un mineral de:

• Aluminio

• Cobre

• Chumbo

• Estaño

3. Sinala cál dos seguintes metais non ferrosos ten menor peso específico:

• Αluminio

• Titanio

• Μagnesio

• Cobre

4. A calcopirita é un mineral de:

• Chumbo

• Cobre

• Estaño

• Cinc

5. A casiterita é un mineral de:

• Cinc

• Estaño

• Chumbo

• Aluminio

6. O latón é unha aliaxe de:

• Bronce e cobre

• Cobre e estaño

• Níquel e estaño

• Cobre e cinc

7. A alpaca é unha aliaxe de:

• Bronce e estaño

• Aluminio, cobre e cinc

• Cobre, níquel e cinc

• Cobre e estaño

8. O bronce é unha aliaxe de:

• Bronce e estaño


• Cobre, níquel e cinc

• Cobre e estaño

9. O cuproaluminio é unha aliaxe de:

Cobre e cinc

• Cobre e aluminio

• Cobre e níquel

• Cobre e estaño

41


10. O cuproníquel é unha aliaxe de:

• Cobre e cinc

• Cobre e níquel

• Cobre e estaño

• Cobre e aluminio

11. O duraluminio é unha aliaxe de:

• Aluminio e cobre

• Aluminio e bronce


12. O alnico é unha aliaxe de:

• Aluminio, cobre e níquel

• Aluminio, níquel e cobalto

• Alumnio, cobre e silicio

13. Para a fabricación de potentes imáns permanentes emprégase a aliaxe:

• Αlpaca

• Alnico

• Duraluminio

• Estaño

14. Sinala cál das seguintes aliaxes non é de cobre:

• Alpaca

• Cuproníquel

• Latón

• Magal

15. O magnesio é un metal non ferroso:

• Pesado

• Lixeiro

• Ultralixeiro

16. O titanio é un metal non ferroso:

• Lixeiro

• Ultralixeiro

• Pesado

Boletín 6

1. Indica como se clasifican os metais non ferrosos atendendo ao seu peso específico.

2. Por que o titanio é tan caro se é moi abundante na natureza?

3. Que vantaxes presenta o titanio fronte ao aceiro?

4. Indica dous minerais de magnesio.

42


5. Sinala que dous características definen ao cobre. Cales son os minerais de cobre máis empregados?

6. Que é o bronce? Que elementos o compoñen?

7. De que material están fabricadas as campás?

8. De que material adoitan fabricarse as moedas de curso legal?

9. En que consiste o cuproaluminio? Para que se emprega?

10. Sinala qué características definen ao titanio. De que materia prima se obtén?

11. Como se chama a unidade repetitiva dunha cadea polimérica?

12. Cales son os termoplásticos máis empregados?

13. Cal é a diferencia entre un termoplástico e un termoestable?

14. Que diferencia principal hai entre as técnicas de conformado dos materiais cerámicostradicionais e as dos vidros?

15. Indica que plástico empregarías se tiveses que fabricar os seguintes produtos:

• Lentes de seguridade

• Esponxa

• Mangueira

• Casco

• Faro automóvil

• Botella de lixivia

• Botella de auga

• Traxe de buceo

• Enchufe

• Tubería

• Envase ovos

• Interruptor

• Cortina de baño

• Colchóns

43

tema 4. os materiais: tipos e propiedades tema 5. metais

Documents