trabajo de materiales
TRANSCRIPT
1).- MATERIALES COMPUESTOS:
Definición:
Son aquellos que se forman cuando dos o mas materiales o fases se utilizan juntas para
dar una combinación de propiedades que no se pueden lograr de otra manera. Los
materiales compuestos se pueden seleccionar para obtener combinaciones no usuales
de rigidez peso, desempeño a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, dureza a
conductividad. Los materiales compuestos ponen de manifiesto la forma en que los
materiales distintos pueden trabajar sinérgicamente. La concha del abalone, la
madera, el hueso y los dientes son ejemplos de materiales compuestos de origen
natural.
Un material compuesto es un sistema de materiales formado por una mezcla o
combinación debidamente dispuesta de dos o mas micro o macrocontituyentes con
una intracara que los separa, que difieren en forma y composición química y son
esencialmente insolubles entre si
Tipos
Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:
Materiales Compuestos reforzados con partículas.
Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y
uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil
Tipos: Endurecidos por dispersión Formados por partículas verdaderas
Ejemplo:
El método Osprey es un procedimiento para fabricar materiales que consiste en fundir
el metal (Cobre), a una temperatura de 1.250ºC, un tanto superior a su punto de
fusión para producir un chorro liquido pulverizado, sobre el cual impactan las
partículas cerámicas. Las partículas cerámicas penetran las gotas y estas gotas
solidifican sobre un sustrato frío, formando así el material.
Esta memoria se preocupa en particular de la determinación de los mecanismos de
fractura que actúan en este M.C.M.M. base Cobre. Al respecto se han revisado
recientemente estos mecanismos, indicando que la fractura en M.C.M.M. reforzados
con partículas o con fibras cortas de cerámicas se produce por:
Fractura del refuerzo cerámico.
Fractura dúctil de la matriz metálica, por nucleación, crecimiento y coalescencia de
hoyuelos. De laminación y crecimiento de grietas según la interfase entre la matriz y el
refuerzo.
Materiales Compuestos reforzados con fibras.
Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de
vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su
fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una
resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de
las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de
tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el
pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en
lugar de, o en adición a las fibras.
En términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven
para resistir la tracción, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas)
para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la
compresión, incluyendo cualquier agregado.
Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la
matriz, lo que se llama delaminación.
Materiales compuestos estructurales.
Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus
propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más
abundantes son los laminares y los llamados paneles sándwich.
Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de
adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y
tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera
obtenemos un material isótropo, uniendo varias capas marcadamente anisótropas.
Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de
máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.
Los paneles sándwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y
resistencia, (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas
por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos
sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos). Estos materiales se utilizan con
frecuencia en construcción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de
condensadores eléctricos multicapas.
Macroestructura de los materiales compuestos:
Matriz.
Es el volumen donde se encuentra alojado el refuerzo, se puede distinguir a simple
vista por ser continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de
forma que su resistencia y rigidez sea transmitida al material compuesto. El
comportamiento a la fractura también depende de la resistencia de la interfase. Una
interfase débil da como resultado un material con baja rigidez y resistencia pero alta
resistencia a la fractura y viceversa.
Las matrices se pueden clasificar en: Matrices orgánicas y Matrices inorgánicas.
Los materiales compuestos de matriz metálica (CMM) han sido destinados
especialmente a aplicaciones estructurales en la industria automotriz, aeroespacial,
militar, eléctrica y electrónica, las cuales usualmente exigen alta rigidez, resistencia y
módulo específico. Para el caso de las aplicaciones en el sector eléctrico y electrónico,
se requiere en el diseño de los materiales, propiedades termomecánicas y termofísicas
con una máxima transferencia de calor.
Los materiales metálicos de uso más común en CMM son las aleaciones ligeras de
Al, Ti y Mg; siendo el Al el de mayor consumo debido a su bajo costo, baja densidad,
buenas propiedades mecánicas, alta resistencia a la degradación ambiental y fácil
manipulación. También se destaca el uso de aleaciones base Cu, al igual que se está
investigando el uso de semiconductores, superaleaciones y compuestos Inter
metálicos.
Refuerzos.
Los tipos de refuerzo se pueden clasificar en tres categorías: fibras, whiskers y
partículas. Desde el punto de vista de propiedades mecánicas, se puede obtener una
gran mejora mediante el uso de fibras continuas, reforzando en la dirección del
esfuerzo aplicado; mientras que con whiskers y partículas se experimenta una
disminución de resistencia pero se obtiene una gran isotropía en el material.
Fibras Continuas: En el caso de las fibras metálicas, los problemas de ataque
químico por parte de la matriz, los posibles cambios estructurales con la
temperaturaza, la posible disolución de la fibra en la matriz y la relativamente fácil
oxidación de las fibras de metales refractarios (W, Mo, Nb), hacen que éste tipo de
materiales sean poco empleados. Esto ha dado pie al enorme desarrollo de las fibras
cerámicas, siendo las más empleadas como refuerzo las de B, Al2O3 y SiC, y que entre
sus numerosas ventajas se cuentan: no se disuelven en la matriz, mantienen su
resistencia a altas temperaturas, tienen alto módulo de elasticidad, no se oxidan y
tienen baja densidad.
Partículas
El uso de partículas como material reforzante, tiene una mayor acogida en los
CMM, ya que asocian menores costos y permiten obtener una mayor isotropía de
propiedades en el producto. Sin embargo, para tener éxito en el CMM desarrollado, se
debe tener un estricto control del tamaño y la pureza de las partículas utilizadas. Los
refuerzos típicos de mayor uso en forma de partícula son los carburos (TiC, B4C), los
óxidos (SiO2, TiO2, ZrO2, MgO), la mica y el nitruro de silicio (Si3N4). En los últimos años
se han empezado a utilizar partículas de refuerzo de compuestos intermetálicos,
principalmente de los sistemas Ni-Al y Fe-Al.
Fibras discontinuas o whiskers: Las fibras discontinuas utilizadas normalmente para
la producción de CMM son comercializadas en diferentes diámetros (entre 3 y 5 mm).
El uso de éste tipo de fibras conduce a propiedades inferiores que las fibras continuas,
por lo que su costo se reduce. Los whiskers tienen diámetros menores a 1 mm y
pueden tener una longitud de hasta 100 mm, por lo que pueden considerarse como
refuerzos discontinuos. Los principales tipos de whiskers disponibles en el mercado son
los de SiC y Si3N4. Aunque este tipo de refuerzo ha sido de uso frecuente, su utilización
se ha visto restringida en algunos países a causa de su carácter nocivo para la salud
humana.
Interfase matriz-refuerzo
La zona de interfase es una región de composición química variable, donde tiene lugar
la unión entre la matriz y el refuerzo, que asegura la transferencia de las cargas
aplicadas entre ambos y condiciona las propiedades mecánicas finales de los
materiales compuestos.
Existen algunas cualidades necesarias para garantizar una unión interfacial adecuada
entre la matriz y el reforzante: una buena mojabilidad del reforzante por parte de la
matriz metálica, que asegure un contacto inicial para luego, en el mejor de los casos,
generar la unión en la interfase una estabilidad termodinámica apropiada (ya que al
interactuar estos materiales, la excesiva reactividad es uno de los mayores
inconvenientes encontrados), la existencia de fuerzas de unión suficientes que
garanticen la transmisión de esfuerzos de la matriz al refuerzo y que sean además
estables en el tiempo bajo altas temperaturas. En el sector eléctrico y electrónico, se
debe tener en cuenta que los CET de la matriz y de los refuerzos deben ser similares
para limitar los efectos de los esfuerzos internos a través de la interfase, sobre todo al
utilizar el compuesto a altas temperaturas.
CMM: propiedades y comportamiento
Bajo condiciones ideales, el material compuesto muestra un límite superior de
propiedades mecánicas y físicas definido generalmente por la regla de las mezclas. Es
posible sintetizar material compuestos con una combinación de propiedades
específicas de la aleación (tenacidad, conductividad eléctrica y térmica, resistencia a la
temperatura, estabilidad ambiental, procesabilidad) con las propiedades específicas de
los cerámicos reforzantes (dureza, alto módulo de Young, bajo coeficiente de
expansión térmica). Es así como por ejemplo, un material compuesto
AlCuMgAg/SiC/60p muestra una mejora de cada una de sus propiedades, tanto
mecánicas como térmicas al compararlo con la aleación base. De igual modo, se han
conformado CMM tipo A356/SiC/30-40, para la obtención de piezas que requieren alta
transferencia de calor y alta tenacidad con baja densidad.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas que exhiben los CMM son consideradas superiores con
respecto a los materiales que los componen de manera individual, como ya se ha
señalado anteriormente. Dicho aumento en propiedades, depende de la morfología, la
fracción en volumen, el tamaño y la distribución del refuerzo en la aleación base.
Además dichos factores controlan la plasticidad y los esfuerzos térmicos residuales de
la matriz
Se ha comprobado cómo varía la dureza de un material compuesto en estado de
obtención y después de un tratamiento térmico, así como respecto al incremento del
volumen del reforzante. La experiencia muestra un incremento en la resistencia a la
tracción al variar el % de volumen de la fracción reforzante, tanto en el material sin
tratamiento térmico, como con tratamiento térmico.
Figura 3. La resistencia a la tracción en los materiales compuestos con partículas
duras y blandas varía en función del volumen del material reforzante
Por su parte la deformación de los materiales compuestos tiene una tendencia inversa
al incremento del volumen de partículas reforzante Similar comportamiento a la
elongación tiene la resistencia al impacto
Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas fundamentales a considerar en los CMM son el CET y la
conductividad térmica (CT) Dependiendo de la fracción de volumen de refuerzo, su
morfología y su distribución en la aleación base, se obtienen diferentes valores de
ambas propiedades. Ambos pueden ser modificados por el estado de precipitación de
la matriz y por el tipo de aleación de la matriz. Es así como el CET de las aleaciones de
titanio es muy similar a algunos tipos de fibras reforzante, lo cual se considera una
ventaja ya que se disminuyen los esfuerzos residuales debido a la diferencia térmica
entre las fibras y la matriz.
Algunos investigadores conciben que en la medida en que la CT de la aleación
matriz se vea disminuida con la introducción de partículas cerámicas, esto puede verse
compensado si la fase cerámica que se usa como refuerzo es conductora.
Métodos de obtención
Las técnicas de producción para CMM se clasifican básicamente en cuatro tipos
según el estado de la matriz durante el proceso:
En estado líquido (fundición, infiltración),
En estado sólido (pulvimetalurgía (PM), sinterización, prensado en caliente),
En estado semisólido (compocasting) y
En estado gaseoso (deposición de vapor, atomización, electrodeposición), éste
último de poca difusión, pero bastante utilizado en la obtención de CMM para
el sector electrónico
En la figura 1, se muestra el proceso de obtención de materiales compuestos por la vía
de fundición, utilizando un agitador para homogeneizar las partículas del refuerzo en la
matriz de aluminio.
Figura 1. Método de fundición con agitación.
En los métodos relacionados con la fundición deben tenerse en cuenta los
siguientes aspectos:
Empleo de una capa de gas inerte
Técnicas de desgastado por inyección rotatoria Argón-SF6
Evitar sobrecalentamientos (Formación de carburo de aluminio)
Agitación para el mezclado del refuerzo con el aluminio fundido)
Evitar turbulencias (se atrapa gas)
En el caso donde el metal se infiltra sin presión en una preforma del material cerámico
poroso, como se observa en la figura 2. En este caso la filtración del metal depende del
nivel de porosidad interconectada en el material cerámico
Figura 3. Esquema del método de infiltración para obtener materiales compuestos.
Los pasos que se siguen cuando se emplea la pulvimetalurgia para obtener
materiales compuestos con matriz de aluminios son los siguientes:
Mezclado de los polvos
Compactado
Sinterizado
Acabado del producto
Los materiales en forma de polvo son mezclados previamente hasta obtener una
distribución homogénea, luego son prensados para obtener la forma de la pieza que se
quiere obtener y después se procede a la sinterización. El proceso de sinterización
generalmente se desarrolla en atmósfera de nitrógeno o amoniaco disociado.
Otro método empleado es el de al fundición prensada, mediante este método el
metal solidifica bajo la presión, entre moldes cuyas superficies son presionadas en una
prensa hidráulica. La presión aplicada y el contacto con el molde favorecen la
transferencia de calor, por lo que el enfriamiento es rápido y se obtiene un grano fino,
libre de poros y propiedades mecánicas cercanas a la materia prima
También se obtienen materiales compuestos con matriz de aluminio mediante
extrucción, cuando se hace pasar el material preconformado, tanto en frío, como en
caliente a través de troqueles con la forma que se desea, generalmente piezas
simétricas a través de un eje.
Mediante la extrucción se logra acabado superficial y exactitud dimensional.
Aunque a veces se requieren operaciones de maquinado pequeñas tales como
taladrado, pequeños cortes, etc.
MATERIALES AGLOMERADOS:
Son todos aquellos materiales generalmente pétreos blandos, que mezclados con
agua se hacen plásticos, formando pasta y que al secarse alcanzan resistencia
mecánica, siendo los aglomerantes típicos, la arcilla, yeso, cal y cemento.
Utilidad de los materiales aglomerantes:
1.- Para unir o pegar elementos simples de la obra (tabiques, blocks, etc). 2.- Para
revestir o aplanar superficies, protegiéndolas y/o decorándolas. 3.- Para la fabricación
de piedras artificiales, (tejas, ladrillos, tabiques, blocks, etc.).
LA ARCILLA: Sedimentaria, producto de la descomposición lenta de rocas o minerales
silico-aluminosos; en su estado puro se llama caolinita o caolin, contiene sílice y
aluminio, hierro, etc. Las arcillas magras son las mas utilizadas en la construcción ya
que son las más comunes, contienen hierro, son de color rojo, peso específico = 2.10
gr/cm3; peso volumétrico = 1,010 k/m3 secas y húmedas. PROCEDENCIAS. San Bartolo
Naucalpan, Mixcoac, Sta. Cruz D.F. La extracción se hace a cielo abierto, con palas
mecánicas, cuando se trata de barros blandos, y con explosivos para fragmentarla y
trituración, cuando se trata de materiales duros (pizarras arcillosas). UTILIZACIONES.
1.- Para fabricar adobes, que son piezas sin cocer, de barro magro moldeadas a mano
en moldes e madera, llamados gaveras, agregando paja o fibras vegetales para que no
se agrieten, secado lento a la sombra, resisten a la compresión 15kg/cm2 (ruptura) y 1-
2 kg/cm2 (trabajo), se retiran las gaveras en 10 minutos secado completo en 2 o 3
semanas, o hasta meses, poca resistencia al salitre. 2.- Para fabricar tabiques, ladrillos,
blocks, celosías esmaltados o naturales, losetas, tejas, cintillas como se tratará más
adelante con detalle.
EL YESO. Es el resultado de la calcinación total o parcial de la piedra de “algez” a
temperaturas de 107° a 200°C, la piedra de algez en su estado natural es blanca, roca
sedimentaria, yeso semihidrato de sulfato de calcio; se clasifica de acuerdo a la forma
de sus cristales, el que se utiliza en la construcción es el yeso calizo con 12% de
carbonato de calcio, que endurece mucho después del fraguado se retrasa añadiendo
sustancias químicas como cloruro cálcico, y puede acelerarse con agua caliente,
cloruro de sodio, cloruro de magnesia, etc., el yeso sólo admite pequeñas porciones de
material inerte, pero específico = 2.6 a 2.9 gr/cm3, peso volumétrico = 780 a 935 k/m3.
FABRICACIÓN. Extracción a cielo abierto, con barrenos (explosivos) para fragmentarla.
- Trituración en molinos o machacadoras de mandibulas. - Molienda. En molinos de
martillos, para su pulverización. - Cocción. En hornos intermitentes en forma de
caldera o de autoclave. - Almacenado. En silos verticales protegidos de la húmedad. -
Envasado. En bolsas de papel de doble forro de 25 y 40 kg. Marcas: Yeso El Tigre, Yeso
Universal, Yeso Panamericano. APLICACIONES: 1.- Como morteros, para aplanados de
yeso. 2.- Para formar falsos plafones de mortero de yeso aplicado directamente sobre
metal desplegado. 3.- Para fabricar tirol. 4.- Para fabricar mármol artificial. 5.- Para
fabricar placas prefabricadas utilizadas en muros divisorios (tablaroca) o para falsos
plafones
MATERIALES REFORZADOS:
Son materiales que contienen fibras en su interior; así, se forman por la
introducción de fibras fuertes, rígidas y frágiles dentro de una matriz más blanda y
dúctil. Se consigue mejor resistencia (incluso a altas temperaturas), rigidez y alta
relación resistencia/peso.
El material de la matriz transmite la fuerza a las fibras y proporciona ductilidad y
tenacidad, mientras que las fibras soportan la mayor parte de la fuerza aplicada.
2).-PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA CORROSIÓN:
Definición: “Corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o
electroquímica con su medio ambiente”.
TIPOS:
General o Uniforme
Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la
pérdida regular del metal superficial. A su vez, esta clase de corrosión se subdivide en
otras:
Atmosférica
De todas las formas de corrosión, la Atmosférica es la que produce mayor cantidad
de daños en el material y en mayor proporción. Grandes cantidades de metal de
automóviles, puentes o edificios están expuestas a la atmósfera y por lo mismo se ven
atacados por oxígeno y agua. La severidad de esta clase de corrosión se incrementa
cuando la sal, los compuestos de sulfuro y otros contaminantes atmosféricos están
presentes. Para hablar de esta clase de corrosión es mejor dividirla según ambientes.
Los ambientes atmosféricos son los siguientes:
Industriales
Son los que contienen compuestos sulfurosos, nitrosos y otros agentes ácidos que
pueden promover la corrosión de los metales. En adición, los ambientes industriales
contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas, lo que produce un
aumento en la corrosión.
Marinos
Esta clase de ambientes se caracterizan por la presentia de cloridro, un ión
particularmente perjudicial que favorece la corrosión de muchos sistemas metálicos.
Rurales
En estos ambientes se produce la menor clase de corrosión atmosférica,
caracterizada por bajos niveles de compuestos ácidos y otras especies agresivas.
Existen factores que influencian la corrosión atmosférica. Ellos son la Temperatura,
la Presencia de Contaminantes en el Ambiente y la Humedad.
Galvánica
La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se pueden encontrar. Es una
forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto
par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una
solución conductiva).
El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones,
dependiendo de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente
severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas
por erosión.
Esta forma de corrosión es la que producen las Celdas Galvánicas. Sucede que
cuando la reacción de oxidación del ánodo se va produciendo se van desprendiendo
electrones de la superficie del metal que actúa como el polo negativo de la pila (el
ánodo) y así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la
superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas más simples.
Quizá la problemática mayor sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante
común se presente en variadas formas y muy seguido. Por ejemplo, la corrosión de
tuberías subterráneas se puede producir por la formación de una pila galvánica en la
cual una torre de alta tensión interactúa con grafito solidificado y soterrado, con un
terreno que actúe de alguna forma como solución conductiva.
Metales Líquidos
La corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales en
presencia de ciertos metales líquidos como el Zinc, Mercurio, Cadmio, etc. Ejemplos
del ataque por metal líquido incluyen a las Disoluciones Químicas, Aleaciones Metal-a-
Metal (por ej., el amalgamamiento) y otras formas.
Altas Temperaturas
Algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy altas
temperaturas, pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria presencia de
un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como Empañamiento, Escamamiento
o Corrosión por Altas Temperaturas.
Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura.
Actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante, se forma una
pequeña capa sobre el metal, producto de la combinación entre el metal y el gas en
esas condiciones de temperatura. Esta capa o “empañamiento” actúa como un
electrolito “sólido”, el que permite que se produzca la corrosión de la pieza metálica
mediante el movimiento iónico en la superficie.
Algunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes:
Alta estabilidad termodinámica, para generar en lo posible otros productos
para reacciones distintas.
Baja Presión de Vapor, de forma tal que los productos generados sean sólidos y
no gases que se mezclen con el ambiente.
La corrosión por Altas Temperaturas puede incluir otros tipos de corrosión, como la
Oxidación, la Sulfatación, la Carburización, los Efectos del Hidrógeno, entre otros.
Localizada
La segunda forma de corrosión, en donde la pérdida de metal ocurre en áreas
discretas o localizadas.
Al igual que la General/Uniforme, la corrosión Localizada se subdivide en otros tipos
de corrosión. A continuación, veremos los más destacados.
Corrosión por Fisuras o “Crevice”
La corrosión por crevice o por fisuras es la que se produce en pequeñas cavidades o
huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la
primera, o más comúnmente con un elemento no- metálico. En las fisuras de ambos
metales, que también pueden ser espacios en la forma del objeto, se deposita la
solución que facilita la corrosión de la pieza. Se dice, en estos casos, que es una
corrosión con ánodo estancado, ya que esa solución, a menos que sea removida,
nunca podrá salir de la fisura. Además, esta cavidad se puede generar de forma natural
producto de la interacción iónica entre las partes que constituyen la pieza.
Algunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes:
rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.
cerrar las fisuras con materiales no-absorventes o incorporar una barrera para
prevenir la humedad.
prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.
Corrosión por Picadura o “Pitting”
Es altamente localizada, se produce en zonas de baja corrosión generalizada y el
proceso (reacción) anódico produce unas pequeñas “picaduras” en el cuerpo que
afectan. Puede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión
generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de
metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo mucho mayor.
Esta clase de corrosión posee algunas otras formas derivadas:
Corrosión por Fricción o Fretting : es la que se produce por el movimiento
relativamente pequeño (como una vibración) de 2 sustancias en contacto, de las
que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en
la superficie del metal, las que son ocultadas por los productos de la corrosión y
sólo son visibles cuando ésta es removida.
Corrosión por Cavitación: es la producida por la formación y colapso de burbujas
en la superficie del metal (en contacto con un líquido). Es un fenómeno semejante
al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. Genera una
serie de picaduras en forma de panal.
Corrosión Selectiva: es semejante a la llamada Corrosión por Descincado, en donde
piezas de cinc se corroen y dejan una capa similar a la aleación primitiva. En este
caso, es selectiva porque actúa sólo sobre metales nobles como al Plata-Cobre o
Cobre-Oro. Quizá la parte más nociva de esta clase de ataques está en que la
corrosión del metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras y hace
parecer al metal corroído como si no lo estuviera, por lo que es muy fácil que se
produzcan daños en el metal al someterlo a una fuerza mecánica.
Corrosión Microbiológica (MIC)
Es aquella corrosión en la cual organismos biológicos son la causa única de la falla o
actúan como aceleradores del proceso corrosivo localizado.
La MIC se produce generalmente en medios acuosos en donde los metales están
sumergidos o flotantes. Por lo mismo, es una clase común de corrosión.
Los organismos biológicos presentes en el agua actúan en la superficie del metal,
acelerando el transporte del oxígeno a la superficie del metal, acelerando o
produciendo, en su defecto, el proceso de la corrosión
Factores que influyen la velocidad de la corrosión:
Potencial eléctrico de los metales: Cuando dos metales están en contacto a través
de un líquido se produce una corrosión galvánica o electrolítica. El grado de
corrosión depende fundamentalmente de la diferencia de potencial eléctrico
existente entre los dos metales en contacto.
Cuanto más bajo (negativo) sea el potencial de un metal, más fácilmente resultara
corroído; del mismo modo cuando mayor sea la diferencia de potencial entre los dos
metales en contacto, tanto mayor será la corrosión galvánica producida entre ambos,
siempre en perjuicio del de menor potencial.
Metales potencial eléctrico v
Sodio -2.71
Magnesio -2.38
Aluminio -1.67
Manganeso -1.05
Zinc -0.76
Cromo -0.71
Hierro -0.44
Cadmio -0.40
Níquel -0.25
Estaño -0.14
Plomo -0.13
Hidrógeno 0
Cobre +0.35
Plata +0.80
Mercurio +0.85
Formación de películas: Los productos insolubles de la corrosión pueden ser
completamente impermeables al liquido corrosivo, por eso son totalmente
protectores, o impermeables y permitir la corrosión local y general sin obstáculos.
Las películas pueden tener tendencia a absorber la humedad o retenerla,
incrementando la corrosión resultante de la exposición a la atmosférica o los
vapores corrosivos.
Temperatura: La corrosión tiende a aumentar al elevar la temperatura ya que esta
posee efectos secundarios mediante su influencia en la solubilidad del aire, que es
la sustancia más común que influye en la corrosión.
Velocidad: Un aumento en la velocidad del movimiento relativo entre una solución
corrosiva y una superficie metálica tiende a acelerar la corrosión, influyendo las
sustancias oxidantes (oxigeno), lleguen a la superficie que se corroe y a la mayor
rapidez con que los productos de la corrosión misma, se retiran.
Agentes oxidantes: Los agentes oxidantes que aceleran la corrosión de algunos
materiales pueden retrasar la corrosión de otras, mediante la formación en sus
superficies de óxidos o capas de oxigeno absorbidos que los hacen mas resistentes
a los ataques químicos.
Acidez de la solución: La velocidad de corrosión de la gran parte de los metales es
afectada por el pH. Los metales solubles en acido, como el hierro, el nivel de pH
medio (aprox. 4 a10) la velocidad de corrosión esta controlada por la velocidad de
transporte del oxidante (generalmente oxigeno disuelto) a la superficie metálica
temperaturas muy altas la velocidad de corrosión aumenta con el incremento de la
basicidad.
Los metales anfotèricos como el aluminio y el cinc se disuelven rápidamente en
soluciones acidas o básicas. La tendencia que tienen los metales a corroerse mediante
el desplazamiento de iones de hidrogeno de solución de indica de modo general por su
posición en la serie electromotriz. Los metales por enzima del hidrogeno, desplazan al
hidrogeno con mayor facilidad que los que se encuentran debajo del hidrogeno; una
disminución en la concentración del ion hidrogeno tiende a hacer ascender el
hidrogeno en reacciones con los metales, mientras que si se aumenta el ion metálico
tiende a desplazar a los metales hacia abajo en relación al hidrogeno.
Potencial electròdico molal a 77º F (25ª C)
Metal Ion Volt
Magnesio………….Mg++…….-2,34
Aluminio……….…..Al+++..…..-1,67
Cinc………………..Zn++…..…-0,766
Cromo……………..C+++r…...-01,7
Hierro...............…..Fe++….…..-0,44
Cadmio…………….Cd++…..…-0,40
Níquel……….……..Ni++……...-0,25
Estaño……….…....Sn++….….-0,14
Plomo……….…..…Pb++….….-0,13
Hidrogeno……...….H+……..punto cero arbitrario
Cobre……….…..…Cu++….….+0,34
Plata...........….……Ag+……….+0,80
Paladio……….…...Pd++…..…+0,83
Mercurio…….…....Hg++…...…+0,85
Platino……...........Pt++………..+1,2
Oro...................…Au+++….….+1,42
Corrosión como fenómeno Electroquímico:
La corrosión es un proceso electroquímico en el cual un metal reacciona con su
medio ambiente para formar óxido o algún otro compuesto. La celda que causa este
proceso está compuesta esencialmente por tres componentes: un ánodo, un cátodo y
un electrolito (la solución conductora de electricidad). El ánodo es el lugar donde el
metal es corroído: el electrolito es el medio corrosivo; y el cátodo, que puede ser parte
de la misma superficie metálica o de otra superficie metálica que esté en contacto,
forma el otro electrodo en la celda y no es consumido por el proceso de corrosión. En
el ánodo el metal corroído pasa a través del electrolito como iones cargados
positivamente, liberando electrones que participan en la reacción catódica. Es por ello
que la corriente de corrosión entre el ánodo y el cátodo consiste en electrones
fluyendo dentro del metal y de iones fluyendo dentro del electrolito.
Aunque el aire atmosférico es el medio más común, las soluciones acuosas son los
ambientes que con mayor frecuencia se asocian a los problemas de corrosión. En el
término solución acuosa se incluyen aguas naturales, suelos, humedad atmosférica,
lluvia y soluciones creadas por el hombre. Debido a la conductividad iónica de estos
medios, el ataque corrosivo es generalmente electroquímico.
La definición más aceptada entiende por corrosión electroquímica “el paso de
electrones e iones de una fase a otra limítrofe constituyendo un fenómeno electródico,
es decir, transformaciones materiales con la cooperación fundamental, activa o pasiva,
de un campo eléctrico macroscópico, entendiéndose por macroscópico aquel campo
eléctrico que tiene dimensiones superiores a las atómicas en dos direcciones del
espacio”.
En los procesos de corrosión electroquímica de los metales se tiene
simultáneamente un paso de electrones libres entre los espacios anódicos y catódicos
vecinos, separados entre sí, según el esquema siguiente:
Fenómeno anódico: Ed1 Ec1 + n e-
Fenómeno catódico: Ec2 + n e- Ed2
Lo que entraña una corriente electrónica a través de la superficie límite de las fases.
En el proceso anódico, el dador de electrones, Ed1, los cede a un potencial galvánico
más negativo, y dichos electrones son captados en el proceso catódico por un aceptor
de electrones, Ec2, con potencial más positivo.
Como vemos la corrosión electroquímica involucra dos reacciones de media celda,
una reacción de oxidación en el ánodo y una reacción de reducción en el cátodo. Por
ejemplo para la corrosión del hierro en el agua con un pH cercano a neutralidad, estas
semireacciones pueden representarse de la siguiente manera:
Reacción anódica: 2Fe 2Fe 2+ + 4e-
Reacción catódica : O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
Por supuesto que existen diferentes reacciones anódicas y catódicas para los
diferentes tipos de aleaciones expuestas en distintos medios.
PILA ELECTROQUIMICA:
Las celdas electroquímicas son dispositivos que se utilizan para transformar
energía química en eléctrica, o para producir sustancias.
El proceso involucrado puede ser una reacción química ordinaria, la transferencia de
una especie química de un nivel de concentración a otro, etc. El requisito esencial es
que debe ser posible realizarlo como resultante de un proceso de oxidación y otro de
reducción, cada uno de los cuales ocurre separadamente en un electrodo apropiado.-
De la definición dada anteriormente se desprende que el proceso que tiene lugar en
una celda electroquímica es termodinámicamente irreversible. Para que puedan
aplicarse al mismo los conceptos de la Termodinámica clásica se debe lograr que las
pilas sean capaces de actuar en forma reversible, para lo cual es indispensable que el
proceso sea infinitamente lento. Lo que se hace es medir la diferencia de potencial
entre los electrodos de la celda electroquímica por el método potenciométrico. Éste
permite reducir la corriente que circula por la celda electroquímica hasta un nivel para
el cual se logre una aproximación adecuada al comportamiento reversible (concepto
de reversibilidad termodinámica). En estas condiciones, la celda electroquímica se
denomina pila.
MÉTODOS PARA PREVENIR LA CORROSIÓN:
Tratamiento de Corrosión
Control de corrosión es un proceso complejo de la ciencia, que requiere
conocimiento amplio de química de corrosión y del sistema que se está evaluando.
Agua corrosiva puede controlarse instalando unos sistemas de pretratamiento, instalar
conexiones no-conducivas, reduciendo la temperatura caliente del agua y
reemplazando tubería de cobre con PVC. El proceso de pretratamiento trata la
corrosividad del agua cambiando el Índice de Saturación a través de un aumento ó
descenso en el pH, dureza y/o alcalinidad. El Índice de Saturación resultante es
generalmente mas positivo y preferiblemente el SI (Índice de Saturación) es entre -0.5
a +0.5
Los sistemas de pretratamiento son generalmente utilizados en aplicaciones de
dueños de casa ó pequeñas fuentes privadas de agua e incluyen un filtro de tanque
neutralizante ó un sistema de alimentación de líquido cáustico. El filtro neutralizante
es más comúnmente usado. El filtro neutralizante utiliza Calcite (cal molida) , magnesia
u otra mezcla y cuando el agua pasa a través del filtro, el filtro neutraliza el exceso de
"ácido" y resulta en la disolución parcial del medio. Por lo tanto, el filtro neutralizante
en realidad aumenta la dureza del agua y sube el pH.
Filtros neutralizantes pueden ser usado donde el pH del agua cruda es 6.0 ó más. Un
medio de cal aumentará el pH a solamente 6.9 a 7.0. Si se requiere un pH más alto un
filtro con medio de magnesia debe ser utilizado.
El sistema de alimentación cáustico ofrece más opciones y es más flexible que el
filtro neutralizante, pero requiere precauciones adicionales para seguridad; más
experiencia para instalar, montar y operar; y posiblemente pruebas más extensivas
antes de y siguiendo la instalación. El sistema puede tratar aguas con un pH más bajo
sin añadir dureza al agua. Generalmente una solución a base de sodio se utiliza como
fuente cáustica, entonces la concentración de sodio aumentará. Por lo tanto, los
hogares que tengan individuos con una dieta baja en sodio necesitan informar a sus
médicos de los sistemas de tratamiento.
En aguas con un pH de 4.0 a 6.8 ceniza de soda (carbonato de sodio) se utiliza
generalmente. La ceniza de soda se introduce al sistema a una velocidad que produzca
el pH resultante de 7.0 Cuando el pH del agua cruda es menos de 4.0, una solución de
soda cáustica (Hidróxido de Sodio) se utiliza. Nota: Soluciones de hidróxido de sodio
son extremadamente agresivas y solo deben ser manejadas por individuos entrenados.
En general, tratamiento de agua de debajo de la tierra puede lograrse añadiendo
alguna dureza ó alcalinidad, o ambos, y elevando el pH para aumentar la tendencia de
que se forme escama, además creando una capa ó barrera al orín. Instalación de
conexiones dieléctricas (no-conductivas) entre metales no similares tales como tubería
de cobre y calentadores de agua de acero pueden limitar el orín rompiendo el circuito
galvanizado.
Uno de los métodos más efectivos de controlar el orín y que se entren metales
tóxicos en el agua es preventivo, tal como usar acoples dieléctricos, instalar tubería de
PVC, y equipo de acero inoxidable. Si se utiliza plomería de cobre, soldaduras sin
plomo tales como 95/5 soldaduras de hojalata/antimony deben ser usadas.
Es importante recordar que la corrosividad del agua puede aumentar por la
instalación de suavizantes de agua, dispositivos de aeración, aumentando
temperaturas de agua caliente, poniendo cloro en el agua y poniendo tuberías de
metal que no encajan. Algunos de los equipos de tratamiento de agua tales como
suavizantes y sistemas de aeración pueden agravar el orín. Los suavizantes eliminan el
calcio y magnesio que funcionan como protectores y dejan entrar el alto conductivo
sodio al agua. Dispositivos de Aeración para hierro, sulfuro ó eliminadores de olores
deben añadir oxígeno, el cual es extremadamente corrosivo en el agua. Temperaturas
altas en el agua y materiales suspendidos aceleran la velocidad de orín aumentando la
velocidad de reacciones ó causando daños físicos a las tuberías. Cloro es un oxidante
potente que puede estimular el orín.
A través de los próximos años, todos los sistemas de agua comunales regulados se
les requerirá que controlen los niveles de plomo, cobre con muestras que se toman de
grifos de agua fría en los hogares de los consumidores. Los sistemas de agua con
niveles de acción que se requieren para implementar procedimientos de control de
orín. Por lo tanto, está de su parte para revisar y regular la seguridad y que su propia
fuente de agua sea potable.
POLARIZACIÓN:
Es el proceso por el que en un conjunto originariamente indiferenciado se
establecen características o rasgos distintivos que determinan la aparición en él de dos
o más zonas mutuamente excluyentes, llamadas polos.
En el electromagnetismo clásico, la polarización eléctrica (también llamada
densidad de polarización o simplemente polarización) es el campo vectorial que
expresa la densidad de los momentos eléctricos dipolares permanentes o inducidos en
un material dieléctrico. El vector de polarización P es definido como el momento
dipolar por unidad de volumen. La unidad de medida en el SI es coulomb por metro
cuadrado.
La polarización eléctrica es uno de los tres campos eléctricos macroscópicos que
describen el comportamiento de los materiales. Los otros dos son el campo eléctrico E
y el desplazamiento eléctrico D.
PASIVIDAD:
Algunos metales y aleaciones normalmente activos, en condiciones ambientales
particulares, pierden la re actividad química y se convierten en extremadamente
inertes.
Este fenómeno, denominado pasividad, tiene lugar en el cromo, hierro, níquel, titanio
y muchas de sus aleaciones. Este comportamiento pasivo resulta de la formación, en la
superficie del metal, de una muy delgada película de óxido altamente adherida que
actúa como barrera protectora contra una posterior corrosión.
MATERIALES RESISTENTES A LA CORROSIÓN:
Principalmente a su bajo costo y sus buenas propiedades mecánicas, el fierro y el
acero, son los materiales mas ampliamente usados en construcción industrial.
Desafortunadamente, estos materiales n la mayoría tienden a corroerse y a volver a su
estado primitivo. Por ello en ciertos casos de corrosión, se prefiere el empleo de
materiales menos activos o aleaciones especiales, para retardar el proceso de
degradación. En solicitaciones en extremo severas esta es la única solución posible.
El trabajo a alta temperatura, combinado con elementos químicos altamente
corrosivos, produce una solicitación demasiado severa para los materiales o las
protecciones corrientes, y en este caso el alto costo inicial de estos productos o
aleaciones especiales, es fácilmente justificable por el largo periodo en que prestan
servicios satisfactorios.
Entre los metales comúnmente usados en aleaciones con aceros se encuentra: el
Cromo, el Cobre, el Níquel y el Molibdeno. En otros casos se usan metales como
Aluminio, cuyo precio es muy razonable. Materiales menos comunes como Titanio y
Tantalio se emplean solamente bajo condiciones muy severas. La decisión sobre cual
de estos materiales se usar o que tipo de protección se empleara, dependerá en gran
parte del tipo de protección se empleara, dependerá en gran parte del tipo de
ambiente y del costo de los métodos de alternativa.
Además de las aleaciones especiales se usa hoy en día una gran cantidad de
materiales plásticos.
3).-. FUNDICION:
Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido
sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El principio de fundición es
simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía
muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa
de fundición. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad,
aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a
presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal
fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero), la forja (proceso de
deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados usando
impacto o presión para formar la parte), la extrusión (es un proceso de formado por
compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de
un dado para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un
proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce
mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos).
TIPOS:
Fundición a la arena:
Existen dos métodos diferentes por los cuales la fundición a la arena se puede
producir. Se clasifica en función de tipo de modelo usado, ellos son: modelo removible
y modelo desechables.
En el método empleando modelo removible, la arena comprimida alrededor del
modelo el cual se extrae más tarde de la arena. La cavidad producida se alimenta con
metal fundido para crear la fundición. Los modelos desechables son hechos de
poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuando el metal
fundido es vaciado en el molde.
Para entender el proceso de fundición, es necesario conocer como se hace un molde y
que factores son importantes para producir una buena fundición.
Los principales factores son:
Procedimiento de moldeo: Los moldes se clasifican según los materiales usados.
Moldes de arena en verde. Es el método más común que consiste en la formación
del molde con arena húmeda, usada en ambos procedimientos. La llamada arena
verde es simplemente arena que no se ha curado, es decir, que no se ha
endurecido por horneado. El color natural de la arena va desde el blanco hasta el
canela claro, pero con el uso se va ennegreciendo. La arena no tiene suficiente
resistencia para conservar su forma, por ello se mezcla con un aglutinante para
darle resistencia; luego se agrega un poco de agua para que se adhiera. Esta arena
se puede volver a emplear solo añadiendo una cantidad determinada de
aglutinante cuando se considere necesario.
Moldes con capa seca. Dos métodos son generalmente usados en la preparación
de moldes con capa seca. En uno la arena alrededor del modelo a una profundidad
aproximada de 10 mm se mezcla con un compuesto de tal manera que se seca y se
obtiene una superficie dura en el molde. El otro método es hacer el molde entero
de arena verde y luego cubrir su superficie con un rociador de tal manera que se
endurezca la arena cuando el calor es aplicado. Los rociadores usados para este
propósito contienen aceite de linaza, agua de melaza, almidón gelatinizado y
soluciones liquidas similares. En ambos métodos el molde debe secarse de dos
maneras: por aire o por una antorcha para endurecer la superficie y eliminar el
exceso de humedad.
Moldes con arena seca. Estos moldes son hechos enteramente de arena común de
moldeo mezclada con un material aditivo similar al que se emplea en el método
anterior. Los moldes deben ser cocados totalmente antes de usarse, siendo las
cajas de metal. Los moldes de arena seca mantienen esta forma cuando son
vaciados y están libres de turbulencias de gas debidas a la humedad.
Moldes de arcilla. Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero se
construye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro. Luego, todas estas
partes se emplastecen con una capa de mortero de arcilla, la forma del molde se
empieza a obtener con una terraja o esqueleto del modelo. Luego se permite que
el molde se seque completamente de tal manera que pueda resistir la presión
completa del metal vaciado. Estos moldes requieren de mucho tiempo para
hacerse y su uso no es muy extenso.
Moldes furánico. El proceso es bueno para la fabricación de moldes usando
modelos y corazones desechables. La arena seca de grano agudo se mezcla con
ácido fosfórico el cual actúa como un acelerador. La resina furánica es agregada y
se mezcla de forma continua el tiempo suficiente para distribuir la resina. El
material de arena empieza a endurecerse casi de inmediato al aire, pero el tiempo
demora lo suficiente para permitir el moldeo. El material usualmente se endurece
de una a dos horas, tiempo suficiente para permitir alojar los corazones y que
puedan ser removidos en el molde. En uso con modelos desechables la arena de
resina furánica puede ser empleada como una pared o cáscara alrededor del
modelo que estará soportado con arena de grano agudo o en verde o puede ser
usada como el material completo del molde.
Moldes de CO2. En este proceso la arena limpia se mezcla con silicato de sodio y es
apisonada alrededor del modelo. Cuando el gas de CO2 es alimentado a presión en
el molde, la arena mezclada se endurece. Piezas de fundición lisas y de forma
intrincada se pueden obtener por este método, aunque el proceso fue desarrollado
originalmente para la fabricación de corazones.
Moldes de metal. Los moldes de metal se usan principalmente en fundición en
matriz de aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen
de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de
maquinado.
Moldes especiales. Plástico, cemento, papel, yeso, madera y hule todos estos son
materiales usados en moldes para aplicaciones particulares.
El molde debe poseer las siguientes características:
Debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal.
Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante la
colada.
Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metal fundido. Los
gases contaminan el metal y pueden alterar el molde.
Debe construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pasar a través del
cuerpo del molde mismo, más bien que penetrar el metal.
Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal y
poderse desprender con limpieza del colado después del enfriamiento.
El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción del colado después
de la solidificación.
Maquinas para moldeo:
Estas máquinas ofrecen velocidades mas altas de producción y mejor calidad de los
colados además de mano de obra ligera y costos más bajos.
Máquinas de moldeo por sacudida y compresión: consta básicamente de una
mesa accionada por dos pistones en cilindros de aire, uno dentro del otro. El
molde en la mesa se sacude por la acción del pistón inferior que eleva la mesa
en forma repetida y la deja caer bruscamente en un colchón de rebote. Las
sacudidas empacan la arena en las partes inferiores de la caja de moldeo pero
no en la parte superior. El cilindro más grande empuja hacia arriba la mesa para
comprimir la arena en el molde contra el cabezal de compresión en la parte
superior. La opresión comprime las capas superiores de la arena en el molde
pero algunas veces no penetra en forma efectiva todas las áreas del modelo.
Maquinas de sacudida y vuelco con retiro del modelo: en esta máquina una
caja de modelo se coloca sobre un modelo en una mesa, se llena con arena y se
sacude. El exceso de arena se enrasa y se engrapa un tablero inferior a la caja
de moldeo. La máquina eleva el molde y lo desliza en una mesa o
transportador. La caja se libera de la máquina, el modelo se vibra, se saca del
molde y se regresa a la posición de carga. Máquinas similares comprimen y
también sacuden.
Máquina lanzadora de arena: esta máquina logra un empaque consistente y un
efecto de apisonado lanzando arena con alta velocidad al modelo. La arena de
una tolva se alimenta mediante una banda a un impulsor de alta velocidad en el
cabezal. Una disposición común es suspender la lanzadora con contrapesos y
moverla para dirigir la corriente de arena con ventaja dentro de un molde. La
dureza del molde se puede controlar mediante el operador cambiando la
velocidad del impulsor y moviendo la cabeza impulsora. Su principal utilidad es
para apisonar grandes moldes y su única función es empacar la arena en los
moldes. Generalmente trabaja con el equipo de retiro del modelo.
Los procesos de moldes en fundición comercialmente ordinaria pueden ser
clasificados como:
Moldeo en banco: Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños, y se hace en
un banco de una altura conveniente para el moldeador. En estos tipos de
moldeo se producen grandes cantidades, también se utilizan placas correlativas
que son modelos especiales metálicos de una sola pieza al igual que las cajas de
tableros de soporte que permiten sacar con facilidad el modelo del molde de
arena, el cual se puede volver a utilizar.
Moldeo en piso: Cuando las piezas de fundición aumentan de tamaño, resulta
difícil su manejo, por consiguiente, el trabajo es hecho en el piso. Este tipo de
moldeo se usa prácticamente todas las piezas medianas y de gran tamaño.
Suelen ser muy costosos, tienen el mismo procedimiento que el moldeo en
banco salvo las caracteríticas ya mencionadas.
Moldeo en fosa: Las piezas de fundición extremadamente grandes son
moldeadas en una fosa en vez de moldear en cajas. La fosa actúa como la base
de la caja, y se usa una capa separadora encima de él. Los lados de la fosa son
una línea de ladrillos y en el fondo hay una capa gruesa de carbón con tubos de
ventilación conectados a nivel del piso. Entonces los moldes de fosa pueden
resistir las presiones que se desarrollan por el calor de los gases, esta practica
ahorra mucho en moldes costosos.
Molde en maquina: Las maquinas han sido construidas para hacer un numero
de operaciones que el moldeador hace ordinariamente a mano, tales como
apisonar la arena, voltear el molde completo, formar la alimentación y sacar el
modelo; todas estas operaciones pueden hacerse con la maquina mucho mejor
y más eficiente que a mano.
Sistema de alimentación del molde.
Los conductos que llevan el metal vaciado a la cavidad de molde son llamados
sistema de alimentación, generalmente están constituidos por una vasija de vaciado,
comunicando a un canal de bajada o conducto vertical conocido como bebedero, y a
un canal a través del cual el metal fluye desde la base del bebedero a la cavidad del
molde. En piezas grandes, de fundición puede usarse un corredor el cual toma el metal
desde la base del bebedero y lo distribuye en varios canales localizados alrededor de la
cavidad. El propósito de este sistema es, primeramente colocar el metal dentro de la
cavidad. Como quiere que sea el diseño del sistema de alimentación es importante e
involucra un número de factores.
El metal debe entrar a la cavidad con el mínimo de turbulencia, y cerca del fondo de
la cavidad en los casos de fundiciones pequeñas.
La erosión de los conductos o superficie de la cavidad deben ser evitadas con una
regulación apropiada del flujo del metal o por el uso de arena seca de corazones.
El metal debe entrar en la cavidad así como proporcionar una solidificación
direccional. La solidificación debe progresar desde la superficie del molde a la parte del
metal mas caliente compensando así la contracción.
Se debe prever que no entre la escoria u otras partículas extrañas a la cavidad del
molde. La vasija de vaciado, debe estar próxima a la parte superior al agujero del
bebedero, facilitando el vaciado y eliminado la escoria. El metal debe ser vaciado de tal
manera que la vasija de vaciado y el agujero del bebedero estén llenos todo el tiempo.
Los rebosaderos que se obtienen proporcionan en los moldes la alimentación del
metal líquido a la cavidad principal de la pieza para compensar las contracciones. Estas
pueden ser tan grandes en sección, así como el resto del metal liquido, tan grande
como sea posible, y puede localizarse cerca de las secciones grandes que pueden estar
sujetas a una gran contracción. Si estas se colocan en la parte superior de la sección, la
gravedad puede ayudar a la alimentación del metal en la propia pieza fundida.
Los rebosaderos ciegos son como rebosaderos con cúpula, se localizan en la mitad
de la tapa de la caja, los cuales no tienen la altura completa de la tapa. Estos están por
lo normal colocados directamente sobre el canal, donde el metal alimenta dentro de la
cavidad del molde y entonces complementa el metal caliente cuando el vaciado esta
completándose.
Tipos de Arena:
Arena Sílica (SiO2): se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada
para propósitos de moldeo por que puede resistir altas temperaturas sin
descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en
una gran variedad de tamaño y formas de grano. Por otra parte, tiene una alta
relación de expansión cuando esta sometida al calor y tiene cierta tendencia a
fusionarse con el metal.
La arena sílica pura no es conveniente por si misma para el trabajo de moldeo
puesto que adolece de propiedades aglomerantes. Las propiedades aglomerantes se
pueden obtener por adición de 8 a 16% de arcilla. Los tres tipos de arcilla comúnmente
usados son, la Caolinita, Ilita y Bentonita. Esta ultima, usadas con más frecuencia,
proviene de cenizas volcánicas.
Arenas naturales (semisintéticas): estas se han formado por la erosión de las rocas
ígneas; se mezclan adecuadamente con arcillas al extraerlos en las canteras y solo
se requiere agregarles agua para obtener una arena conveniente para moldeos de
piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos. La gran cantidad de materia
orgánica encontrada en las arenas naturales impiden que sean lo suficientemente
refractarias para usos en temperaturas elevadas, tal y como en el modelo de
metales y aleaciones con alto punto de fusión.
Las arenas de moldeo sintéticas se componen de Sílice lava de granos agudos, a lo
que se añade 3 a 5% de arcilla. Con las arenas sintéticas se generan menos gas ya que
se requiere menos del 5% de humedad para que desarrolle su resistencia adecuada.
A medida que aumente el tamaño de las piezas a fundir conviene elegir también
arena con granos más gruesa, de mayor resistencia y refracción. La arena ideal, seria
aquella que se adaptara perfectamente bien para moldes destinados a distintos
trabajos.Para la fundición de piezas cuya superficie deben presentar buen aspecto sin
trabajos posteriores a la fundición, se hace necesario el empleo de moldes de arena
fija.
Este tipo de arena es recomendable ya que gracias a su contenido es posible
obtener mayor permeabilidad, lo que conlleva a una disminución de los defectos de la
pieza.
A continuación se indican los distintos tipos de arena y la forma de empleo para
construir moldes de fundición, según la naturaleza de cada metal.
Los moldes para el cobre se hace de arena verde mojada, muy poroso, para permitir
el libre escape de los gases.
Los latones requieren arenas especiales, no muy grasosas pero de buena cohesión.
Para que la superficie de las piezas fundidas resulte lisa y de buen aspecto, se aplicará
arena de granos mas bien finos y con una cierta cantidad de arcilla, sin olvidar, por
otro lado que esta ultima ha de estar limitada, para que no impida la salida de los
gases.
Para los bronces se pueden aplicar moldes de arena verde o los llamados
desecados. Los primeros se adaptan mejor para la fundición de piezas pequeñas,
mientras que los segundos se usan para piezas de mayor tamaño.
Para el aluminio y sus aleaciones, se usa arena que no ha de ser ni muy grasosa ni
demasiado fina, con un contenido de arcilla de 10 a 15% y de 7 a 8% de agua; a esta
arena se le agrega un poco aceite de lino, melaza, polvo de carbono o resina para
aumentar la cohesión.
Para las aleaciones de magnesio se aplica, por lo general, los mismos moldes que
para la fundición del aluminio, pero con una diferencia solamente, que consiste en
agregar a la arena de 3 a 10% de azufre y de 0.25 a 1% de ácido bórico. Esta 2 sustancia
tienen por objeto, formar gases durante la fundición para impedir quemaduras en la
superficie del metal o agujeros.
Calidad de las arenas:
Para determinar la calidad esencial de la arena de fundición se hace necesaria
algunas pruebas periódicas. Las propiedades cambian por contaminación con
materiales estaños, por la acción del lavado en el recocido, por el cambio gradual y la
distribución de los tamaños de grano y por la continua exposición de esta a altas
temperaturas. Las pruebas pueden ser tanto químicas como mecánicas, pero a aparte
de la determinación de los elementos indeseables en la arena, las pruebas químicas
son de poco uso. Las mayorías de las pruebas mecánicas son simples y no requieren
equipos elaborados. Varias de las pruebas están diseñadas para determinar las
siguientes propiedades de la arena de moldeo:
Permeabilidad. La porosidad de la arena que permite el escape de los gases y
vapores formados en el molde.
Resistencia. La arena debe ser cohesiva hasta el grado de que tenga suficiente
ligazón, tanto el contenido de agua como el de arcilla, afecta la propiedad de la
cohesión.
Resistencia en seco: es la resistencia necesaria en la arena para mantener la forma
de la cavidad del molde cuando este seca.
Resistencia en verde: es la capacidad de la arena para formar grumos para retener
la forma necesaria.
Refractariedad: La arena debe resistir las altas temperaturas sin fundirse.
Resistencia en caliente: Esta resistencia hace que la arena no se deteriore ni
cambie sus dimensiones. Una vez que el metal se solidifica y seca las orillas del
molde, la arena se calentará mucho; pero en ese momento se solidificó el metal y
no es crítico el estado de la arena.
Desprendimiento: Es la facilidad de la arena para sacudirla o sacarla después que
solidificó la pieza. Si la arena tiene mucho aglutinante se endurece mucho al
secarlas y se hace difícil separarla de la pieza fundida.
Tamaño y forma del grano. La arena debe tener un tamaño de grano dependiente
de la superficie que se trate de producir, y los granos deben ser irregulares hasta
tal grado que mantenga suficiente cohesión.
Equipo para el acondicionamiento de la arena.
Propiamente la arena bien acondicionada es un factor importante en la obtención
de una buena pieza fundida. Las arenas nuevas así como las usadas preparadas
adecuadamente, contienen los siguientes resultados:
El aglutinante esta distribuido mas uniformemente en los granos de arena.
El contenido de humedad esta controlado y además la superficie particular esta
humedecidas.
Las partículas extrañas están eliminadas de la arena.
La arena se ventila de tal manera que no se compacta y esté en condiciones propias
para el moldeo.
Por razón de que acondicionar la arena a mano es difícil la mayoría de las
fundiciones tienen equipos apropiados para esta operación.
Tiene dos rodillos en los cuales esta montado una combinación de rastras y muelas
trituradoras. Las dos muelas trituradoras están dispuestas de tal manera que la arena
pueda ser procesadas de forma continua. Las muelas trituradoras proporcionan una
acción intensa de frotamiento y amasado. El resultado es una distribución a través de
los granos de arena con el material aglutinado. La arena en verdad y la de corazones
ambas pueden ser preparadas en esta manera.
Pruebas de la arena: son pruebas que se realizan continuamente para verificar que
cumpla con los requisitos necesarios para poder soportar el proceso, ya que es
normal que después del uso prolongado de estas se deterioren sus propiedades
aglutinantes.
El contenido de humedad se mide con un medidor de humedad el cual envía aire
caliente a través de una muestra de arena a un volumen constante. El volumen de
humedad se determina por el tiempo necesario para secar la muestra.
Las resistencias se miden con una probadora universal: se toma una muestra de
arena y se somete a pruebas de tracción, compresión, esfuerzo cortante y de carga. El
número de veces que cae el peso muerto y apisona la arena, determina la resistencia
del núcleo.
La permeabilidad se mide con un aparato especial que registra el tiempo necesario
para hacer pasar una cantidad determinada de aire a través de una muestra de arena.
La arena poco permeable dejará pasar menos aire que otra más porosa.
Corazones.
Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o hueco, tal y como un
agujero para un tornillo, debe introducirse al molde alguna forma de corazón. Un
corazón se define algunas veces como cualquier proyección de arena dentro del
molde. Esta proyección puede quedar formada por el molde mismo o puede ser hecha
en otra parte e introducido en el molde después de extraer el modelo. Se pueden
formar superficies tanto internas como externas en una pieza de fundición mediante
los corazones.
Los corazones se clasifican como corazones de arena verde y corazones de arena
seca. Varios tipos de corazones.
Los de arena verde como se muestra en la figura son aquellos formados por el
mismo modelo y se hacen en la misma arena del molde.
Los corazones de arena seca son los que se forman separadamente para insertarse
después que se ha retirado el modelo y antes de cerrar el molde.
En general deben usarse los corazones de arena verde, siempre que sea posible
para mantener el costo de los modelos y de las piezas de fundición en un mínimo.
Naturalmente los corazones separados aumentan el costo de producción.
Un corazón debe ser:
Permeable: capacidad de la arena para permitir que escapen los vapores.
Refractario: capacidad de soportar altas temperaturas.
Facilidad de colapso: habilidad para disminuir el tamaño conforme se enfría el colado
y se contrae.
Resistencia en seco: para que no se erosione y sea arrastrado o cambie de tamaño
cuando esté rodeado del metal fundido.
Friabilidad: facilidad para desmoronarse y eliminarse con facilidad del colado. Debe
tener una tendencia mínima a generar gas.
Colada (vaciado)
En talleres y fundiciones de producción pequeña, los moldes se alinean en el piso
conforme se van haciendo y el metal es tomado entonces en pequeñas cucharas de
vaciado. Cuando se requiere mas metal o si un metal mas pesado es vaciado, se han
diseñado cucharas para ser usadas, por dos hombres. En fundiciones grandes, están
comprometidas en la producción en masa de piezas fundidas, el problema de manejo
de moldes y vaciado de metal se resuelve colocando los moldes sobre transportadores
y haciéndolos pasar lentamente por una estación de vaciado. La estación de vaciado
puede ser localizada permanentemente cerca del horno o el metal puede ser traído a
ciertos puntos por equipo de manejo aéreo. Los transportadores sirven como un
almacén de lugar para los moldes, los cuales son transportados a un cuarto de
limpieza.
El rechupe, debido a la falta de alimentación de la pieza. Las superficies internas de
esta cavidad están cubiertas con cristales dendríticos y no están oxidadas.
Fundición por Inyección:
La fundición en esta forma y tratándose de gran cantidad de piezas, exige
naturalmente un numero considerable de moldes. Es evidente que el costo de cada
pieza aumenta con el precio del molde.
En las técnicas modernas para la fundición de pequeñas piezas, se aplican maquinas
con moldes de metal, que duran mucho tiempo, pudiendo fundirse en ellos millares de
piezas, el metal se inyecta en el molde a presión, por cuya razón este sistema se
denomina por inyección. El peso de las piezas que se pueden fundir por inyección en
moldes mecánicos, varía entre 0.5 gramos hasta 8 kilos. Por lo general se funden por
inyección piezas de Zinc, Estaño, Aluminio, y Plomo con sus respectivas aleaciones.
La parte más delicada de la maquina para fundir por inyección es el molde. Este
molde tiene que ser hecho con mucho cuidado y exactitud, tomando en cuenta los
coeficientes de contracción y las tolerancias para la construcción de las piezas, de
acuerdo con el metal y la temperatura con la que se inyecta.
La cantidad de piezas que pueden fundir en un molde y con una sola maquina es
muy grande, además, en una hora pueden fabricarse de 200 a 2000 piezas según su
tamaño y forma, por lo tanto, repartiendo el costo del molde, de la maquina, así como
también los gastos de mano de obra para la manutención del equipo y teniendo en
cuenta la gran producción, a de verse que las piezas fundidas en serie por inyección
resultan de bajo costos.
Fundición en Coquillas:
Si se hecha un metal fluido en un molde permanente, fabricado de hierro o acero, se
efectúa la fundición en coquillas. Este método tiene una ventaja importante en
comparación con la fundición en arena; se puede fundir con la pieza misma, roscas
exteriores mayores, agujeros, etc.
Las piezas coladas en coquillas tienen una superficie pareja y limpia por lo que,
generalmente, no es necesario un trabajo posterior de acabado. La exactitud de la
medida es mucho más grande que la fundición de arena; pero mucho menor que
cuando se funde por inyección.
Se puede observar que la estructura de la pieza fundida en coquillas es densa de grano
muy fino, por lo que las propiedades mecánicas en estas son mejores que las de piezas
iguales coladas en molde de arena. Por esta razón es posible disminuir el peso de
piezas fundidas en coquillas, con el consiguiente ahorro de material.
Fundición Centrífuga:
La fundición centrifuga es el proceso de hacer girar el molde mientras se solidifica el
metal, utilizando así la fuerza centrifuga para acomodar el metal en el molde. Se
obtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del
metal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de forma simétricas se
prestan particularmente para este método, aun cuando se pueden producir otros
muchos tipos de piezas fundidas.
Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas que por otros
métodos. Los corazones en forma cilíndricas y rebosaderos se eliminan. Las piezas
tienen una estructura de metal densa con todo y las impurezas que van de la parte
posterior al centro de la pieza pero que frecuentemente se maquinan. Por razón de la
presión extrema del metal sobre el metal, se pueden lograr piezas de secciones
delgadas también como en la fundición estática.
Los moldes permanentes se han hecho frecuentemente en la fundición centrifuga
de magnesio. Desde entonces las piezas de fundición de magnesio son forzadas
nuevamente al molde, las piezas se enfrían mas rápidamente y el aire o gas atrapados
se eliminan entre el molde y el material.
Aunque en la fundición centrífuga hay limitaciones en el tamaño y forma de piezas
fundida, se pueden hacer desde anillos de pistón de pocos gramos de peso y rodillo
para papel que pesen arriba de 40 toneladas, Blocks de maquinas en aluminio.
Procesos de Fundición
La realización de este proceso empieza lógicamente con el molde. La cavidad de
este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto
permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento. Cada metal
sufre diferente porcentaje de contracción, por lo tanto si la presión dimensional es
crítica la cavidad debe diseñarse para el metal particular que se va a fundir. Los moldes
se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos
de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes.
Se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente alta para
transformarlo completamente al estado líquido, después se vierte directamente en la
cavidad del molde. En un molde abierto el metal liquido se vacía simplemente hasta
llenar la cavidad abierta. En un molde cerrado existe una vía de paso llamada sistema
de vaciado que permite el flujo del metal fundido desde afuera del molde hasta la
cavidad, este es el más importante en operaciones de fundición.
Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta la temperatura
suficiente para el punto de congelación de un metal puro, empieza la solidificación que
involucra un cambio de fase del metal. Se requiere tiempo para completar este cambio
de fase porque es necesario disipar una considerable cantidad de calor. El metal
adopta la forma de cavidad del molde y se establecen muchas de las propiedades y
características de la fundición. Al enfriarse la fundición se remueve del molde; para ello
pueden necesitarse procesamientos posteriores dependiendo del método de fundición
y del metal que se usa. Entre ellos tenemos:
El desbaste del metal excedente de la fundición.
La limpieza de la superficie.
Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades.
Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias estrechas en ciertas partes de
la pieza y para remover la superficie fundida y la microestructura metalúrgica
asociada.
4).-TRATAMIENTO QUÍMICO DE MINERALES:
Tras la recogida de ejemplares en minas y canteras, normalmente se necesita
someter las piezas a una limpieza exhaustiva para hacerlas lo más estéticas y vistosas
posible.
Para ello, lo primero es conocer exactamente que tipo de mineral es el que
queremos limpiar, si es un sulfuro, un carbonato, un silicato etc, ya que en base a
esto, optaremos por un tipo de limpieza u otro. También es importante conocer los
minerales accesorios que le acompañan, y que a veces limitan la limpieza si los
queremos conservar junto al mineral principal.
En segundo lugar, es importante tener alguna idea del tipo de material que
queremos eliminar de nuestra pieza, si es polvo, oxido, calcita o cualquier otro tipo de
material.
A partir de aquí, ya es cuestión de elegir en cada caso la opción preferida según la
experiencia acumulada por cada uno y aplicar los métodos y productos que a
continuación se indican.
No obstante, es recomendable consultar alguna guía o libro sobre minerales en los
que consultar que productos atacan de forma puntual a cada mineral.
REDUCCIÓN QUIMICA: se produce cuando un átomo gana electrones. queda
cargado negativamente, tiene mas electrones que protones y actúa como agente
oxidante y disminuye su estado de oxidación (proceso inverso)
para ampliar el tema poder leer algo sobre reacciones de oxidoreducción. REDOX.
REDUCCIÓN TÉRMICA: En el crisol del horno alto (HA) ocurre con más intensidad el
intercambio térmico y determina la calidad del metal (arrabio), la productividad del
horno y los parámetros de operación. Las energías térmica y química necesarias
para el proceso del HA se generan en el raceway (cavidad enfrente a las toberas).
Este trabajo trata de los avances en la teoría del intercambio térmico en el crisol
del HA que opera con parámetros de viento combinado. Se estudian los procesos
de calentamiento de los productos de la fusión en el raceway y del baño líquido en
el crisol y el efecto de la inyección de carbón pulverizado (ICP) en el intercambio
térmico en la zona oxidante. Un aumento en la productividad del horno requiere
un aporte calórico complementario para el calentamiento del arrabio y de la
escoria, y por tanto una elevación de la temperatura de llama. La ICP aumenta la
radiación en el raceway, y esto permite operar con una temperatura de llama más
baja. Estas conclusiones teóricas se confirman por cálculos para dos hornos altos
en Ucrania y España, y por análisis estadístico de la operación de la mayoría de los
hornos altos de países de la Unión Europea. En un horno de Alemania se ha
investigado, usando la técnica láser, el efecto de la ICP y de otros parámetros del
viento combinado, sobre el raceway.
5).-METALURGIA DEL:
METALURGIA DEL ALUMINIO
Sus minerales son la bauxita óxido de aluminio hidratado, Se obtiene por electrolisis
de la mena de la bauxita, se origina la formación de aluminio en el cátodo y la
liberación de oxigeno en el ánodo.
METALURGIA DEL COBRE
El tratamiento metalúrgico para la obtención del cobre depende del mineral de
procedencia. Veamos los distintos procesos:
Cobre procedentes de minerales que contiene el metal puro en estado nativo. El
tratamiento e estos minerales, actualmente escasos, es muy sencillo, debiendo
atenderse solamente en la separación del metal mas pesado, englobado en una
masa inerte en forma de granos o paja, mediante procesos mecánicos capaces de
separar las masa, previamente machacadas, según sus diferentes densidades.
Cobre procedente de minerales que lo contienen en forma de óxidos. Si los
minerales son ricos, puede ser rentable el tratamiento pirometalùrgico, que se
efectúa en un horno de fusión con adición de carbón como elemento reductor.
Cobre procedente de minerales que lo contiene como sulfuro. En este caso, un
proceso fisicoquímico preliminar de flotación permite el enriquecimiento del
metal, separando las partículas del sulfuro de las de la ganga.
METALURGIA DEL NIQUEL
Es un metal blanco con reflejos amarillentos, es dúctil y maleable funde C, posee
propiedades magnéticas menores a las del hierro, sua 1452 peso especifico es de 8,9
gr/cm3. Debido a sus propiedades anticorrosivas se usa en la industria química y de
alimentos, debido a su resistencia al calor se usa en armaduras para vapor y
recipientes de cocina, revestimientos de ruedas, utensilios de casa y herramientas, es
de gran importancia en las aleaciones de acero.
METALURGIA DEL HIERRO
Para obtener el hierro se parte de minerales que lo contengan en forma de óxido
(ya sea naturalmente o previamente convertido en óxido), a los que se reduce. La
reducción podría conseguirse con la intervención de un metal mas oxidable que el
hierro, pero por razones económicas se emplea carbón o un gas reductor.
Los minerales que suele partir en la obtención del hierro son la magnetita, el oligisto
o hematites rojas, la limonita o hematites parda y la siderita.
En la actualidad, casi todo el hierro se funde en hornos altos, es decir, con lecho de
fusión alto, aunque también se emplean hornos con lecho de fusión bajo, como el
horno eléctrico de cuba baja y los hornos giratorios, tanto los de gran longitud
(denominados giratorios tubulares) como los cortos (llamados de tambor).
METALURGIA DEL ZINC
El zinc puro es un metal cristalino, insoluble en agua caliente y fría, y soluble en
alcohol, en los ácidos y en los álcalis. Es extremadamente frágil a temperaturas
ordinarias, pero se vuelve maleable entre los 120 y los 150 °C, y se lamina fácilmente al
pasarlo entre rodillos calientes. No es atacado por el aire seco, pero en aire húmedo se
oxida, cubriéndose con una película carbonada que lo protege de una posterior
corrosión. Tiene un punto de fusión de 420 °C, un punto de ebullición de 907 °C y una
densidad relativa de 7,14. Su masa atómica es 65,38.
Ocupa el lugar 24 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. No
existe libre en la naturaleza, sino que se encuentra como óxido de cinc (ZnO) en el
mineral cincita y como silicato de cinc (2ZnO·SiO2H2O) en la hemimorfita. También se
encuentra como carbonato de cinc (ZnCO3) en el mineral esmitsonita, como óxido
mixto de hierro y cinc (Zn(FeO2)O2) en la franklinita, y como sulfuro de cinc (ZnS) en la
esfalerita, o blenda de cinc. Las menas utilizadas más comúnmente como fuente de
cinc son la esmitsonita y la esfalerita.
El primer paso en el proceso metalúrgico es transformar los minerales en óxidos,
sometiéndolos a altas temperaturas. Después se reducen los óxidos con carbono en un
horno eléctrico y el cinc hierve y se destila en la retorta, en donde tiene lugar la
reducción. El cinc obtenido por destilación contiene pequeñas cantidades de hierro,
arsénico, cadmio y plomo, y es conocido en metalurgia como peltre. En otro método
de refinarlo, los minerales se calcinan y se lixivian con ácido sulfúrico. Después de
separar las impurezas, la disolución se electroliza. El cinc electrolítico es puro y tiene
cualidades superiores como, por ejemplo, una mayor resistencia a la corrosión.
El metal se usa principalmente como capa protectora o galvanizador para el hierro y
el acero, y como componente de distintas aleaciones, especialmente del latón.
También se utiliza en las placas de las pilas (baterías) eléctricas secas, y en las
fundiciones a troquel. El óxido de cinc, conocido como cinc blanco, se usa como
pigmento en pintura. También se utiliza como rellenador en llantas de goma y como
pomada antiséptica en medicina. El cloruro de cinc se usa para preservar la madera y
como fluido soldador. El sulfuro de cinc es útil en aplicaciones relacionadas con la
electroluminescencia, la fotoconductividad, la semiconductividad y otros usos
electrónicos; se utiliza en los tubos de las pantallas de televisión y en los
recubrimientos fluorescentes.
METALURGIA DEL PLOMO
El plomo es un metal blando, maleable y dúctil. Si se calienta lentamente puede
hacerse pasar a través de agujeros anulares o troqueles. Presenta una baja resistencia
a la tracción y es un mal conductor de la electricidad. Al hacer un corte, su superficie
presenta un lustre plateado brillante, que se vuelve rápidamente de color gris azulado
y opaco, característico de este metal. Tiene un punto de fusión de 328 °C, y un punto
de ebullición de 1.740 °C. Su densidad relativa es de 11,34, y 207,20 su masa atómica.
El plomo reacciona con el ácido nítrico, pero a temperatura ambiente apenas le
afectan los ácidos sulfúrico y clorhídrico. En presencia de aire, reacciona lentamente
con el agua formando hidróxido de plomo, que es ligeramente soluble. Los
compuestos solubles de plomo son venenosos. Aunque normalmente el agua contiene
sales que forman una capa en las tuberías que impide la formación de hidróxido de
plomo soluble, no es aconsejable emplear plomo en las tuberías de agua potable.
El plomo se presenta en la naturaleza en ocho formas isotópicas (Nombre que se da
a cada átomo de un elemento químico que posee el mismo número atómico, es decir,
el mismo número de electrones y protones, pero distinta masa atómica, es decir,
distinto número de neutrones): cuatro de ellas son estables y las otras cuatro son
radiactivas. Los isótopos estables plomo 206, plomo 207 y plomo 208 son,
respectivamente, los productos finales de las series de descomposición radiactiva del
uranio, actinio y torio. El plomo 204, también estable, no tiene precursores radiactivos
naturales.
El plomo se encuentra ampliamente distribuido por todo el planeta en forma de
galena, que es sulfuro de plomo. Ocupa el lugar 36 en abundancia entre los elementos
de la corteza terrestre. La cerusita y la anglesita son sus menas más importantes
después de la galena. La extracción del plomo de la galena se lleva a cabo por
calcinación de la mena, convirtiéndola en óxido y reduciendo el óxido con coque en
altos hornos. Otro método consiste en calcinar la mena en un horno de reverbero
hasta que parte del sulfuro de plomo se transforma en óxido de plomo y sulfato de
plomo. Se elimina el aporte de aire al horno y se eleva la temperatura, reaccionando el
sulfuro de plomo original con el sulfato y el óxido de plomo, para formar plomo
metálico y dióxido de azufre.
Una fuente importante de obtención de plomo son los materiales de desecho
industriales, que se recuperan y funden. Debido a que la galena contiene normalmente
otros metales, el plomo en bruto obtenido por procesos de fundición suele tener
impurezas de metales como cobre, cinc, plata y oro. La recuperación de metales
preciosos de las menas de plomo es a menudo tan importante como la extracción del
plomo en sí. El oro y la plata se recuperan por el proceso de Parkes, en el cual al plomo
fundido, junto con sus impurezas, se le añade una pequeña cantidad de cinc. Esta
aleación fundida aflora a la superficie del plomo en forma de una capa fácilmente
separable, extrayendo el cinc del oro o de la plata por destilación. El plomo en bruto
suele purificarse removiendo plomo fundido en presencia de aire. Los óxidos de las
impurezas metálicas suben a la superficie y se eliminan. Los grados más puros de
plomo se obtienen refinando electrolíticamente.
El plomo se emplea en grandes cantidades en la fabricación de baterías y en el
revestimiento de cables eléctricos. También se utiliza industrialmente en las redes de
tuberías, tanques y aparatos de rayos X. Debido a su elevada densidad y propiedades
nucleares, se usa como blindaje protector de materiales radiactivos. Entre las
numerosas aleaciones de plomo se encuentran las soldaduras, el metal tipográfico y
diversos cojinetes metálicos. Una gran parte del plomo se emplea en forma de
compuestos, sobre todo en pinturas y pigmentos.
Esquema
1).-Materiales Compuestos.
Definición, tipos, macroestructura, materiales aglomerados, materiales reforzados.
2).-Principios básicos de la Corrosión.
Tipos, diferentes factores que influyen sobre la velocidad de corrosión, la corrosión
como fenómeno electroquímico, pilas electrolíticas, métodos para prevenir la
corrosión, polarización, pasividad, materiales resistentes en diferentes medios.
3).-Fundición.
Definición, tipos, explicar proceso, aplicaciones.
4).-Tratamiento químico de minerales.
Reducción química y térmica.
5).-Metalurgia del:
Aluminio, cobre, níquel, hierro, zinc y plomo.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior
Universidad “Rafael Urdaneta”.
Materiales
Realizado por:
Evy Hernandez: 24.958.934
Jose Quintero: 24.909656
Richard Rivera: 24.946.717
Introducción
¿Qué es un material compuesto? Desafortunadamente no existe una definición
ampliamente aceptada de lo que es un material compuesto. En nivel atómico
pueden considerarse como materiales compuestos porque se componen de
agrupamientos atómicos diferentes y distintivos. En nivel microestructural una
aleación de metal como una acero al carbono simple que contiene ferrita y la perlita
son componentes visibles y distintivos cuando se observan en un microscopio óptico.
En nivel macroestructural un plástico reforzado con fibra de vidrio en el que la fibra de
vidrio se puede conocer claramente a simple vista, podría considerarse como un
material compuesto. Ahora se ve que la dificultad que implica definir un material
compuesto consiste en las limitaciones de tamaño que se imponen a los componentes
que forman parte del material. En diseño de ingeniería una material compuesto suele
consistir en un material formado por constituyentes en un rango de escalas que va de
micro a macro e incluso favorece el nivel macro
La importancia que tiene la para la ingeniería un material compuesto es que dos o mas
materiales diferentes se combinan para formar otras cuyas propiedades son superiores
a lasa de sus componentes individuales o tiene importancia en algún otro aspecto.
En este capitulo solo serán analizados algunos de los materiales compuestos mas
importantes que se usan en la ingeniería. Se trata de plásticos reforzados con fibra,
concreto, asfalto, madera y varios tipos de materiales compuestos