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MATERIALES METALICOS Son aquellos que están compuestos básicamente por uno o más metales. También pueden contener otros materiales como el carbono. • Los materiales metálicos cuyo componente principal es el hierro son llamados materiales ferrosos. Son ejemplos de estos el hierro y el acero.

Hierro

Acero

• Los materiales metálicos obtenidos a partir de otros metales son llamados materiales no ferrosos. Cinc

Cobre

Formas comerciales más habituales de materiales metálicos son: Largos: barras cuadradas o redondas y alambres. Planos: superficies de diferentes espesores, las más finas se denominan chapas. Perfiles: barras con formas especiales: en u, triangular, ... Lingotes: bloques obtenidos al vaciar metal líquido en un molde.

OBTENCION Los metales no suelen aparecer puros, sino combinados con otros elementos y formando minerales: La Minería se encarga de extraer minerales metálicos o menas. La Metalurgia trata de los metales elaborados y sus propiedades. Calcinación y tostación: es un proceso para obtener metales libres o puros calentando las menas en hornos y eliminando los óxidos que se producen. Electrolisis: es un proceso para obtener metales de alta pureza, introduciendo dos electrodos y haciendo circular una corriente eléctrica de modo que el metal puro se deposita en un electrodo.

Minería

Calcinador

Nave de electrolisis

EL HIERRO Y EL ACERO. La siderurgia El proceso siderúrgico, a grandes rasgos, transcurre en las siguientes etapas. 1. Extracción del mineral

5. B) Transformación del arrabio en Hierro dulce o fundición de hierro

2. Separación de menas y gangas 5. A) Transformación del arrabio en acero

3. Calcinación

4. Separación de Escoria y arrabio

EL HIERRO Y EL ACERO. El hierro dulce Es hierro puro en un 99,9 % o más. Tiene pocas aplicaciones industriales y resulta muy difícil de obtener. También se llama hierro forjado por que es muy dúctil y maleable. Se emplea en trabajos de forja y para construir electroimanes y transformadores eléctricos.

Trabajo en forja

Electroimán

Transformador

EL HIERRO Y EL ACERO. Los aceros Los aceros son aleaciones de hierro y de carbono (entre el 0´03 y el 1´76 %) a las que se añaden otros materiales (manganeso, níquel, titanio, etc.) según las propiedades del tipo de acero que se desee lograr. Se aplican en muchos campos industriales. Hay dos tipos de aceros: Aceros comunes. Hechos sólo con hierro y carbono. Son muy fáciles de soldar y poco resistentes a la corrosión. Se emplean en estructuras, clavos, tornillos, herramientas, ... Aceros aleados. Hechos con hierro, carbono y otros elementos. Muy resistentes a la corrosión, al desgaste y a las altas temperaturas. Se emplean para fabricar instrumentos y piezas especiales.

Acero común

Aceros aleados

Aceros al níquel Tienen ilimitada solubilidad en la fase gama y es altamente soluble en ferrita, contribuyendo a la resistencia y tenacidad. Disminuye la temperatura crítica del acero, amplía el intervalo de temperatura para un tratamiento térmico exitoso. Aceros estructurales de gran resistencia, engranes de transmisión, etc Aceros al cromo El cromo es menos costoso que el níquel y forma carburos simples (Cr7C3, Cr4C) o carburos complejos [(FeCr)3C]. Tienen solubilidad ilimitada en la ferrita y mejoran la templabilidad y la resistencia al desgaste. En cantidades excedentes al 5%, las propiedades a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión se ven ampliamente mejoradas. Con 1% de C y de 2 a 4% de Cr tiene excelentes propiedades magnéticas y se emplea para imanes permanentes. Aceros al níquel - cromo La relación es de Cr = 2.5 Ni. Resistencia al desgaste y mejor tenacidad.

Aceros al manganeso (serie 31xx) Es de los menos costosos y está presente en todos los aceros como desoxiador. Reduce la tendencia a la fragilidad en caliente para permitir el trabajo en caliente. Se combina con el azufre (sulfuro de manganeso). Tienen alta resistencia, gran ductilidad y excelente resistencia al desgaste. Aceros al molibdeno (serie 4xxx) Es relativamente costoso, tiene solubilidad limitada en la ferrita y forma carburos. Aumenta la dureza y la resistencia a alta temperatura y mejora su templabilidad. Tienen buena tenacidad, combinada con alta resistencia a la fatiga y resistencia al desgaste.

Aceros al silicio (serie 92xx) Se disuelve en ferrita, aumentando la resistencia y la tenacidad. Se utiliza como desoxiador. De 1 a 2% de Si (acero naval), para aplicaciones estructurales. Con menos de 0.01% de C y 3% de Si tiene excelentes propiedades magnéticas.

ACEROS INOXIDABLES Estos aceros tienen aplicaciones resistentes a la corrosión y al calor. La propiedad de resistencia a la corrosión se debe a una película delgada, adherente, estable de óxido de cromo o de óxido de níquel. Cr > 10%. Grupos de acuerdo a su composición. Aceros martensíticos inoxidables: Entre 11.5 a 18% de Cr. Son magnéticos, pueden trabajarse en frío, pueden maquinarse, tienen buena tenacidad y gran resistencia a la corrosión y se trabajan fácilmente en caliente. Son adecuados para ligeras condiciones de corrosión o a temperaturas inferiores a 1000°F. Se utilizan en equipos para refinerias de petróleo.

Aceros ferríticos inoxidables: Ente 14 a 27% de Cr. No se pueden endurecer por tratamiento térmico, solamente moderadamente por trabajado en frío, por lo cual son altamente trabajables en frío o caliente. Son magnéticos. Aceros austeníticos inoxidables: Ni + Cr es de 23% cuando menos. No magnéticos y no endurecen por tratamiento térmico. Se pueden trabajar fácilmente en frío y en caliente y son muy resistentes al impacto y difíciles de maquinar, a menos que contengan azufre y selenio. Tienen la mejor resistencia a altas temperaturas y mejores propiedades de corrosión.

EL HIERRO Y EL ACERO. Las fundiciones Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono (entre el 1`76 y el 6´67 %) . Al tener más carbono resisten mejor la corrosión y los cambios de temperatura. Son fáciles de moldear y se emplean en la fabricación de piezas de gran tamaño. Se clasifican en: Fundiciones ordinarias. Hechos sólo con hierro y carbono y alguna pequeña parte de otro material. No se pueden trabajar en la forja. Fundiciones aleadas. Hechos con hierro, carbono y otros elementos con los cuales mejoran sus propiedades.

Fabricados con fundición

MATERIALES METÁLICOS NO FERROSOS •

Los materiales no ferrosos son más caros y difíciles de obtener que los férricos, sin embargo presentan algunas propiedades que los hacen necesarios: son más difíciles de oxidar, conducen mejor la electricidad y el calor, funden a temperaturas más bajas, son más fáciles de mecanizar, etc. Se clasifican en: – Metales pesados. Su densidad es igual o mayor a 5 Kg./dm3. Entre ellos están el cobre, el plomo, el cinc, el estaño, el níquel, el mercurio, el Wolframio, etc. – Metales ligeros. Su densidad es entre 2 y 5 Kg./dm3. Son ejemplos el aluminio y el titanio. – Metales ultraligeros. Con densidad menor de 2 Kg./dm3. El magnesio es el más utilizado en la industria.

Metales pesados: Cinc,

Metales ligeros.

Metales ultraligeros.

cobre, mercurio, volframio.

Aluminio y titanio.

Magnesio natural y elaborado

MATERIALES METÁLICOS NO FERROSOS: El cobre • El cobre es un metal de color rojo brillante, muy resistente a la corrosión, conduce bien el calor y la electricidad, es muy dúctil y maleable. Se obtiene de minerales como la cuprita, la calcopirita y la malaquita. • Se ha usado desde la antigüedad para hacer armas, adornos, monedas, etc. Hoy se usa en conductores eléctricos, alambiques, y conducciones de gas y agua, así como otros usos en construcción. Sus aleaciones principales son: – Los bronces. Aleaciones de cobre y estaño, tanto más duras cuanto más estaño contienen. – Los latones. Aleaciones de cobre y cinc usadas para hacer canalizaciones, tornillos, válvulas de gas y agua, bisagras, etc..

Minerales de cobre. Cuprita, calcopirita y malaquita.

Cobre.

Bronce.

Latones.

ALEACIONES NO FERROSAS. Clasificaciones de las aleaciones de Cobre: I. Latones - aleaciones de Cobre y Zinc A. Latones alfa-aleaciones que contienen hasta 36% de Zinc. 1. Latones amarillos alfa - 20 a 36% de Zinc 2. Latones rojos - 5 a 20% de Zinc. B. Latones alfa más beta - 54 a 62% de Cobre. II. Bronces - hasta 12% de elemento de aleación A. Bronces al Estaño. B. Bronces al Silicio. C. Bronces al Aluminio. D. Bronces al Berilio. III. Cuproníqueles - aleaciones de Cobre y Níquel. IV. Platas Níquel - aleaciones de Cobre, Níquel y Zinc.

MATERIALES METÁLICOS NO FERROSS: El aluminio • El aluminio es un metal de color plateado claro, es muy resistente a la oxidación, ligero, buen conductor del calor y la electricidad y fácil de mecanizar. Se obtiene de la bauxita. • Se emplea en aleaciones ligeras, tan resistentes como el acero y mucho menos pesadas. Con ellas se fabrican productos muy variados, desde latas de refrescos como fuselajes de aviones, ventanas, maquinaria, etc.

Bauxita.

Productos de aluminio.

MATERIALES METÁLICOS NO FÉRRICOS: estaño • El estaño es un metal de aspecto blanco brillante, muy resistente al aire, fácil de fundir y de trabajar. Es muy maleable en frío y en caliente se torna quebradizo. Se obtiene de la casiterita. • Se emplea, aleado con plomo o con plata, para soldadura blanda. También para recubrir el hierro, obteniendo hojalata, y para recubrir el cobre, pues al no ser tóxico puede usarse en instrumentos de alimentación.

Casiterita.

Productos de estaño, hojalata y otras aleaciones.

MATERIALES METÁLICOS NO FÉRRICOS: El cinc • El cinc es un metal blando de color blanco azulado, resistente a la intemperie. Se obtiene de la blenda. • Se emplea en la fabricación de recipientes, canalones y planchas para cubiertas. También para recubrir planchas de hierro por dos procedimientos: – Cincado. Recubriendo las piezas de hierro por electrolisis – Galvanizado. Introduciendo las piezas de hierro en un baño de cinc fundido.

Blenda.

Chapa de hierro cincado

Nave de galvanizado

ALEACIONES NO FERROSAS. Aleaciones de Níquel: Se utilizan para protección contra la corrosión y la oxidación. Sus puntos de fusión y resistencia son elevados. Es de color blanco y tiene gran capacidad de trabajado. Forma aleaciones de solución sólida tenaces y dúctiles con muchos de los metales comunes. Aprox. el 60% del Níquel producido se utiliza en aceros inoxidables y aceros aleados al Níquel. Es un recubrimiento ideal para piezas sometidas a corrosión y desgaste. Su conductividad eléctrica es satisfactoria por lo que se usa en aplicaciones de electrónica. Se le añade Silicio y Manganeso para que en aplicaciones de fundición tenga una mejor fluidez. Los elementos de aleación más comunes son el Cobre, el Fierro, el Cromo, el Silicio, el Molibdeno, el Manganeso y el Aluminio. La aleación de Níquel -40% Cobre (Monel) es la más importante y tiene una alta resistencia a los ácidos, álcalis, salmueras, aguas, productos alimenticios y a la atmósfera. El monel se utiliza ampliamente en los campos químicos, farmacéutico, marino, energético, eléctrico, textil y equipo de fabricación de papel. Además la aleación Níquel -55% Cobre (Constantán) presenta la más alta resistividad eléctrica, el más bajo coeficiente de resistencia eléctrica a la temperatura y la más alta “fem” térmica junto con el platino. Se utiliza para resistores eléctricos y termopares.

ALEACIONES NO FERROSAS. Superaleaciones. Son aleaciones de Níquel, Fierro-Níquel y Cobalto. Tienen una alta resistencia mecánica a altas temperaturas (termofluencia) y son resistentes a la corrosión. Entre las más utilizadas se encuentran la Hastelloy, Chromel, Nichrome, Inconel, Illium, Invar, Elinvar, Permalloy y Alnico entre otras. La Hastelloy D (Ni-10%Si-3%Cu) es una aleación de fundición fuerte, tenaz, extremadamente dura y tiene una excelente resistencia a la corrosión al ácido sulfúrico. Se maquina con dificultad.Se utiliza para evaporadores, recipientes para reacción, ductos, tubería y accesorios de la industria química. La Hastelloy A (57%Ni-20%Mo-20%Fe) y la Hastelloy B (62%Ni-28%Mo5%Fe), forman carburos globulares en una matriz de solución sólida. Estas aleaciones son austeníticas, por lo cual no responden al endurecimiento por envejecimiento. Tienen alta resistencia a la corrosión por ácidos hidroclórico, fosfórico. Se utiliza en la industria química para manejar, transportar y almacenar ácidos y otros materiales corrosivos. La Chromel A (Ni-20%Cr) se utiliza como elemento eléctrico de calefacción para aparatos caseros y hornos industriales y la Nichrome (Ni-16%Cr-24%Fe) se emplea como elemento eléctrico de calefacción para tostadoras, cafeteras, planchas, secadoras de pelo, calentadores de agua y como reóstatos para equipos electrónicos. El Inconel (Ni-16%Cr-8%Fe) tiene resistencia, tenaz y resiste la corrosión y la oxidación a alta temperatura. Resiste la fatiga térmica sin hacerse frágil. Se utiliza en escape y calentadores de motores de avión, en hornos y recipientes para tratamientos térmicos de nitruración y en tubos de protección de los termopares.

ALEACIONES NO FERROSAS. El Illium B (50%Ni-28%Cr-8.5%Mo-5.5%Cu) y el Illium G (56%Ni-22.5%Cr6.5%Mo-6.5%Cu) proporcionan superior resistencia a la corrosión en aleaciones de fundición maquinables de alta resistencia. Se utilizan en cojinetes de impulso y rotatorios y las piezas de bombas y válvulas en las que se requiere alta dureza a medios corrosivos. Fueron diseñados principalmente como materiales resistentes a los ácidos sulfúricos y nítricos. El Invar (Fe-35%Ni) tiene la propiedad de quitarle a los aceros la propiedad de expansión térmica. Sus aplicaciones típicas son en patrones de longitud, cintas de medición, piezas de instrumentos, diapasones y resortes especiales. El Elinvar (Fe-36%Ni-12%Cr) tiene un coeficiente termoelástico de cero; es decir, el módulo de elasticidad es casi invariable sobre un extenso intervalo de temperatura. Se utiliza en resortes sumamente delgados y ruedas de volantes de relojes y para piezas similares en instrumentos de precisión. El Permalloy (Ni-22%Fe) tiene alta permeabilidad magnética, bajo la influencia de muy débiles fuerzas de magnetización. También tiene baja pérdidas por histérises y baja resistividad eléctrica. Se utilizan en bobinas de almacenamiento en circuitos eléctricos de comunicación. El Alnico (Fe- 8 a 12%Al- 14 a 28% Ni- 5 a 35% Co), tiene relevantes propiedades magnéticas, por lo que se utilizan como magnetos permanenes en motores, generadores, audífonos para radio, receptores de teléfono y micrófonos.

ALEACIONES NO FERROSAS. Aleaciones de Titanio: El titanio es el cuarto elemento más abundante pero su proceso de obtenerlo aun es relativamente costoso. Tiene una resistencia a la corrosión excelente, resistencia mecánica específica alta y buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas. Una película de TiO2 proporciona por debajo de los 535°C excelente resistencia a la corrosión y a la contaminación. Por arriba de esa temperatura la película de TiO2 se desintegra y fragiliza al titanio. Los gases de hidrógeno, nitrógeno y oxígeno forman soluciones sólidas intersticiales, lo cual da un efecto de fortalecimiento. Pero el exceso de absorción de ellos producen la fragilización del titanio, reduciendo la resistencia a cargas aplicadas con impacto. El titanio puro se utiliza en intercambiadores de calor, tuberías, reactores, bombas y válvulas para las industrias químicas y petroquímicas. Al agregar elementos de aleación influirá en la temperatura de transformación alfa a beta. A los elementos de aleación se les denomina como estabilizadores de alfa o beta. Un estabilizador alfa, hace que la temperatura de transformación de beta se eleve. El Aluminio es un estabilizador alfa y el Cromo, el Molibdeno, el Vanadio, el Manganeso y el Fierro son estabilizadores beta. Las aleaciones de titanio alfa, proporcionan endurecimiento por solución sólida, tienen una buena resistencia a altas temperaturas y capacidad de soldado. Las aleaciones de titanio alfa-beta, son más fuertes que las anteriores y son tratables térmicamente para un mayor endurecimiento. Las aleaciones de titanio beta, son endurecibles por tratamiento térmico pero sus aplicaciones se limitan a temperaturas moderadas.

POLÍMEROS. Características y tipos: Los polímeros abarcar materiales tan diversos como los plásticos, el hule, el caucho y los adhesivos. Son moléculas gigantes en cadenas. Polímero viene del griego que significa “muchas partes” y están elaborados de una pequeña unidad llamada monómero. Hay polímeros comerciales e ingenieriles. En los primeros se tienen que son ligeros, resistentes a la corrosión pero de baja resistencia y rigidez y no son adecuados a temperaturas altas. En los segundos se tiene la característica de ser diseñados para proporcionar una mejor resistencia y un mejor rendimiento a altas temperaturas. Temperaturas altas en los polímeros son 300°C. Los polímeros son llamados erróneamente plásticos. Los Termoplásticos consisten de “largas” cadenas (20 a 30 nm) de monómeros, que normalmente a temperatura ambiente se comportan de manera plástica y dúctil. Pero a temperaturas más elevadas se ablandan por lo cual se pueden moldear o extruir. Normalmente estos materiales no pueden ser usados para usos estructurales. Se pueden reciclar con facilidad. Los Termoestables también consisten de “largas” cadenas de monómeros pero que contienen fuertes enlaces cruzados entre las cadenas. Forman estructuras de redes tridimensionales, lo cual les proporciona mayor resistencia tanto mecánica, al calor así como a algunos químicos y solventes. Una vez elaborados es difícil reprocesarlos. Los Elastómeros combinan las formación de los dos anteriores, lo cual les proporciona la característica de poder deformarlos hasta un 100% y que regresen a su forma original es decir contiene un gran cantidad de resiliencia.