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PRINCIPIOS Y APLICACIONES DE LA FISICA EN LA INGENIERIA METALURGICA, AVANCES EN LA METALURGIA FISICA Víctor León, Universidad Nacional de San Agustín RESUMEN: La Metalurgia es el arte y la ciencia de obtener metales a partir de sus minerales y adaptarlos a las necesidades del hombre y la sociedad, Es así que los ingenieros metalurgistas utilizan para el proceso de transformación de los minerales, procesos que implican el conocimiento de ciencias como la física, química y la matemática, siendo de vital importancia que los profesionistas tengan conocimientos básicos y aplicados de dichas ciencia, es así que la metalurgia física comprende todos lo s sistemas de procesamiento de metales, desde la fundición hasta la soldadura, estudiando las propiedades de los metales en función de sus estructura, este articulo tiene como propósito resaltar la importancia de ciencias que complementan el estudio de la ingeniería en especial la Física

PALABRAS CLAVE: ciencia, minerales, metalurgia, estructura ABSTRACT:Metallurgyisthe art and science of obtainingmetalsfromtheir ores and adapttotheneeds of man and society, is so metallurgistsengineers use forthetransformation of minerals, processesinvolvingknowledge of sciencesuch as physics, chemistry and mathematics, is of vital importancethattheprofessionalshavebasic and appliedknowledge of suchscience, so thatitincludesallphysicalmetallurgy s metal processingsystems, from casting towelding, studyingtheproperties of metals in terms of itsstructure, thisarticleaimstohighlighttheimportance of sciencethatcomplementthestudy of engineeringespeciallyPhysics

KEY WORD: science, minerals, metallurgy, structure INTRODUCCION

Es así que el ingeniero metalúrgico debe de contar con conocimiento básico y aplicado de principios electromagnéticos, al igual que propiedades de metales, que se aplican en el proceso electrometalúrgico, siendo el objetivo principal es conocer cómo actúa la electrometalurgia en los metales y la extracción de algunos mineralesdeberá contar con definiciones como:

Debido a la gran amplitud de la metalurgia, esta utiliza para sus procesos de transformación y futura producción de minerales, existe ramas de la metalurgia que utilizan para su proceso, principios de física al igual que química y matemáticas, como lo son la electrometalurgia, pirometalurgia, metalurgia física, preparación mecánica de minerales, etc ELECTROMETALURGIA

1. Proceso electrometalúrgico

La electrometalurgia se define como la rama de la metalurgia que usa la energía eléctrica para la producción y tratamiento de los metales, la energía eléctrica es convertida en calor con el fin de producir la temperatura necesaria para el proceso o servir para descomponer un compuesto por acción de electrolítica en el que el calor generado es relativamente pequeño ó por electrolisis, en la que la cantidad de calor empleado es necesariamente grande.

Según el tipo de depósito obtenido, se distinguen los siguientes procesos Electrometalúrgicos: 1.1. Electro obtención de metales: Consiste en la extracción de metales a partir de soluciones, en forma de depósitos metálicos puros, densos y compactos o depósitos metálicos en polvo (pulvielectrometalurgia) o bien, depósitos de compuestos metálicos (óxidos, hidróxidos o sales).

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1.2. Electro refinación de metales : 2. Proceso electrolítico Consiste en la obtención de depósitos metálicos de alta pureza a partir de un metal impuro.

El proceso electrolítico es aquel en el que, atreves de una corriente eléctrica, se descompone una sustancia sólida en disolución en un fluido, para su uso posterior.

1.3. Galvanoplastia Consiste en recubrimientos metálicos delgados con fines anticorrosivos o estéticos (cromados).

La galvanoplastia aprovecha este proceso electrolítico para recubrir cuerpos sólidos con una capa metálica, para su protección ante la corrosión y el desgaste 3. PRINCIPALES CAMPOS METALURGIA FISICA

1.3.1.Limpieza:

DE

LA

Debido a la amplia variación dimensional de laestructura de los metales,se entiende el espacioso alcancede la metalurgia física, la cual elucida no sólo laestructura sino también las transformaciones deésta, y las propiedades de los materialesmetálicos, por medio de la física del estado sólidoy la termodinámica química. Objeto central de suestudio son los métodos experimentales. En laactualidad su campo se acción se ha extendido ala interacción con la Ciencia de los Materiales enel estudio de materiales compuestos y otrasestructuras. En términos generales las principalesáreas temáticas con que trata la metalurgia físicason:

La zona de trabajo es escrupulosamente limpiada, con un proceso inicial de abrasión y pulido mecánico; y un desengrasado químico con productos específicos, incluyendo un proceso de desengrasado electrolítico

1.3.2.Calculo de parámetros: Tras la medición exhaustiva de la zona de trabajo y la valoración de daños, un proceso completamente informatizado calcula los parámetros precisos necesarios para el sistema

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1.3.3.Electrolisis: En este paso, se escoge el fluido necesario para el rellenado de material de la zona afectada y se aplica con los parámetros anteriormente obtenidos hasta que el proceso termina, es decir, hasta que la avería desaparece

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1.3.4.El acabado final: Tras la reparación de la zona de trabajo, se limpia y se le da el acabado final puliendo la zona hasta dejarla en las condiciones de trabajo normales



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Métodos experimentales para examinar losMetales La teoría electrónica de los metales Cristalografía de los metales• Difusión Termodinámica de sólidos Deformación plástica y fractura Metales líquidos y solidificación Sistemas de aleación Microestructura y fases, granos y límites degrano Estructura y teoría de las fases metálicas Transformaciones de fase difusivas en estadosólido: precipitación, eutec toides, masivas,orden-desorden, celular. Transformaciones de fase no difusivas:martensítica y masiva Endurecimiento por precipitación Otros mecanismos de endurecimiento:deformación, solución sólida, segundas fases,partículas, fibras Deformación y recocido: recuperación,recristalización y crecimiento de grano

(Avner) (Morales) 4.

LOS AVANCES DE LA METALURGIA FIISCA

4.4. Metalurgia computacional desarrollo de aleaciones

y

La metalurgia computacional es la utilización de modelos matemáticos y las herramientas informáticas para el estudio de los fenómenos metalúrgicos. Estos modelos tratan de predecir la estabilidad y equilibrio de las fases, las tasas de las reacciones o transformaciones y las relaciones estructura – propiedades. En la actualidad es un extenso campo de investigación en metalurgia física. Un ejemplo es el caso de las superaleaciones necesarias en aplicaciones como las turbinas de avión y los componentes de motores, que presentaremos más adelante

4.1. Metales Líquidos El estudio de los metales en estado líquido sigue siendo un amplio campo de investigación de la metalurgia física, tanto en la parte fundamental como en la tecnológica. Falta mucho por dilucidar en la estructura de los metales líquidos y su modelación.

4.2. Los vidrios metálicos Durante los últimos veinticinco años, la tecnología de los vidrios metálicos se ha desarrollado rápidamente, tanto que en la actualidad se aplican en una serie de campos de gran utilidad.

Tradicionalmente la metalurgia ha sido una de las actividades más empíricas. Durante cientos de años se han creado y mejorado las aleaciones desde el bronce hasta el acero inoxidable explotando, en la mayoría de los casos, descubrimientos casuales hechos al mezclar metales. En las últimas décadas esta búsqueda ha sido más sistemática y con el advenimiento de la metalurgia computacional se ha desarrollado el entendimiento de cómo se cambian las propiedades de un metal aleándolo con otro

Desde el decenio de 1960 empezó la investigación de estos materiales y en 1971 se produjeron los primeros alambres largos de vidrio de paladio. Los sistemas de aleación más importantes son los formados por metales de transición (Ni, Co, Fe, Zr y La) y por los metaloides (B, C, N, Si, O). Obviamente las aleaciones férreas son las de mayor interés por su costo

En metalurgia, sin embargo, el desarrollo de una nueva aleación con atributos particulares es todavía un reto muy grande: las candidatas son, casi siempre, demasiado numerosas para ensayarlas individualmente. Hay varias docenas de metales diferentes, y aún si las aleaciones fueran binarias, hay demasiadas combinaciones, sin olvidar que las proporciones de cada metal se pueden variar.

Las investigaciones más recientes sobre estos materiales se enfocan a descubrir nuevas aleaciones que formen vidrios metálicos masivos y también incluyen las tareas de síntesis de materiales, procesamiento y caracterización. De este modo se están desarrollando nuevas aleaciones y técnicas novedosas en numerosos centros de investigación del mundo

4.5. Aceros de alta resistencia y nuevos aceros

4.3. Espumas metálicas

Un ejemplo real de las aplicaciones de la metalurgia física han sido los desarrollos de aceros resistentes, empezando por el alambre de piano cuya limitación es esa, sólo puede producirse como alambre. Mediante los mecanismos que fortalecen la martensita como el endurecimiento por solución sólida, el endurecimiento por precipitación, el endurecimiento estructural y endurecimiento por dislocaciones ha sido posible producir aceros con elevadas resistencias, como los maraging. Sin embargo, después del contenido de carbono, el mecanismo más poderosos para dar resistencia al acero ferrítico es el refinamiento de grano y esto es lo que se logra precipitando carburos y nitrocarburos en los aceros microaleados o aceros de alta resistencia y baja aleación, que han revolucionado las construcciones en acero y los cuales siguen estudiándose y perfeccionándose

Las espumas metálicas se han convertido en un atractivo campo de investigación desde del punto de vista científico y la perspectiva de las aplicaciones industriales. Las espumas metálicas sólidas tienen muchas combinaciones interesantes de propiedades físicas y mecánicas como la elevada rigidez junto con un bajo peso específico o la gran permeabilidad a los gases combinada con elevada resistencia mecánica. Por esta razón en los últimos quince años la investigación sobre estos materiales se ha extendido a todas partes Las principales aplicaciones de las espumas metálicas son como materiales livianos de construcción, para absorber energía, especialmente de impacto, para el control térmico y acústico. Sin embargo, todavía falta mucha investigación para optimizar nuevos productos.

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La mayoría de los nuevos aceros no son nuevos tipos de acero, son productos de acero con propiedades y características que nunca se habían logrado en el pasado. Por ejemplo la empresa sueca SSAB Swedish Steel ha desarrollado un nuevo tipo de aceros de ultra alta resistencia.

CONCLUSION En conclusión se ha visto en la actualidad que parte del avance de la sociedad se debe también al avance que ha surgido en la metalurgia, ya sean el los proceso de transformación, industria metal mecánica, extractiva, conformado de metales, caracterización, proceso siderúrgicos, etc.

Los límites de rotura de los nuevos aceros laminados en frío, se hallan entre 1000 y 1400 MPa. Con estas nuevas clases de acero se pueden hacer construcciones considerablemente más ligeras y obtener nuevas soluciones sin afectar a las prestaciones.

Sin embargo parte de este gran avance en la tecnología de la industria minero metalúrgica se debe a las ideas y nuevas innovación por parte de ingenieros, físicos, químicos que con una buena formación alo largo de su carrera se logró .Siendo de vital importancia conocimientos aplicados de la física al igual que la química que están completamente ligados al campo minero metalúrgico

La composición básica de los aceros no se ha variado gran cosa, lo que han cambiado son los procesos y los controles de pureza y de tratamiento térmico, es decir de la microestructura final. Una tecnología que ha contribuido grandemente a esto es la desgasificación en vacío Otro campo en el que se ha avanzado y se trabaja es en los aceros producidos por metalurgia de polvo y métodos similares. Partiendo de un polvo homogéneamente aleado, con la granulación adecuada, sometido a un proceso de difusión bajo presión y a temperaturas concretas, se elaboran unos aceros homogéneos, libres de segregaciones y con propiedades virtualmente isotrópicas, lo cual les confiere ventajas evidentes frente a los

aceros laminados 4.6. Nano metalurgia: conglomerados de metálicos

Los átomos

Los conglomerados de átomos metálicos conocidos como metal clusters constituyen un estado intermedio de la materia entre los átomos libres y los sólidos masivos. Tales nanopartículas, con sus reducidas dimensiones y alta relación superficie / volumen, tienen propiedades estructurales y electrónicas únicas, que dependen marcadamente del tamaño interés por su estabilidad, el número de átomos que los constituyen y su forma, las aplicaciones prácticas incluyen su uso como catalizadores y como constituyentes promisorios en la nanoelectrónica.

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Bibliografía Apuntes Metalurgia. (s.f.). Recuperado el 30 de Agosto de 2015, de http://www.metalurgia.uda.cl/apu ntes/arivera/clases/Metalurgia%20 Mecanica/Apunte%20Metalurgia% 20-%20Fisica.pdf Avner, S. H. (s.f.). Introduccion ala metalurgia fisica. 15-20. gerardo, A. (s.f.). Recuperado el 31 de Agosto de 2015, de http://www.redalyc.org/pdf/496/4 9614005.pdf hallob. (s.f.). Electrometalurgia y Procesos. Obtenido de http://es.scribd.com/doc/1028796 59/Electrometalurgia-y-Procesos Morales, A. (s.f.). Electrometalurgia.

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