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Tema 6. Materiales metálicos

Libro: Tecnología Industrial (I). Ed: Edebé
by

Santiago Gasch Bielsa

on 22 May 2013

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TEMA 6 MATERIALES METÁLICOS ÍNDICE 1. Los materiales: origen y clasificación
2. Los materiales férricos.
3. Los materiales no férricos. Clasificación.
4. Seguridad e impacto medioambiental. 2. Los Materiales
Férricos Materiales cuyo componente principal es el hierro, con otras sustancias tanto no metálicas, como metálicas. 1. Los materiales: origen y clasificación 2.5 Procesos de fabricación de aceros Convertidor de Bessemer y Thomas Convertidor LD Horno de Siemens-Martin Hornos Eléctricos 3. Los metales no férricos.
Clasificación NO
METÁLICOS NATURALES AUXILIARES SINTÉTICOS METÁLICOS FÉRRICOS NO FÉRRICOS SEDA
MADERA
CUARZO
... HORMIGÓN
PLÁSTICO
VIDRIO
... PULIMENTOS
LUBRICANTES
INSECTICIDAS
... ACEROS
FUNDICIÓ
HIERRO DULCE
... METALES LIGEROS
METALES PESADOS
ALEACIONES
.... DISTINCIONES Materia prima. Natural, puede ser aprovechado directamente o no.
Material elaborado. Se obtiene después de someter a la materia prima a transformaciones. base: metal base: no metal MAGNETITA HERMATITES ROJA
U OLIGISTO SIDERITA PIRITA LIMONITA 2.1 MINERALES DEL HIERRO Estos tipos de materiales sustituyen con frecuencia a los derivados del hierro, pero resultan mas caros por distintas razones:
-Baja concentración en sus menas
-Energía consumida en la obtención
-Demanda reducida, obligando a producir a pequeñas escalas Mezcla de óxidos de hierro.
De color oscuro.
Poco abundante.
60-70 % de hierro. Es óxido de hierro (III).
Color rojo.
40-60 % de hierro. Es carbonato de hierro (II).
Color amarillento.
30-40 % de hierro. Hidróxido de hierro (III).
Color pardo-negruzco.
Bajo contenido en hierro Sulfuros de Fe + compuestos de cobre.
Abundante en España.
Color amarillo-oro. 2.2 Obtención de hierro Parte central o vientre Parte inferior o etalaje Horno alto: dispositivo para obtener hierro. Objetivo: obtención arrabio (hierro con carbono) 3.5. Un metal protector: el cinc El Cobre Un metal conductor: el cobre
El cobre esta presente en diversos minerales de la naturaleza , a continuación veremos su obtención, sus propiedades y aplicaciones y las distintas aleaciones. Proceso de obtención Propiedades y aplicaciones. Aleaciones del cobre Hasta 1758 no se desarrolló un proceso industrial de obtención de cinc a partir de la blenda, mena principal resultado de la mezcla de sulfuros de cinc y plomo. Parte superior
o tragante Se compone de:
2 tolvas(en forma de campana). Existe dos tecnicas de obtención
- La vía humeda
- La vía seca Se emplea cuando el contenido de cobre es bajo, entre un 3% y un 10% y consiste en disolver el material con ácido sulfúrico y recuperar después el cobre mediante electrolisis El hierro se introduce
en capas: minerales de
hierro, carbón de coque, material fundente. Cuba: se elimina la humedad Fundición hierro Bajo el vientre:
toberas, insuflan aire
caliente, de las estufas Se deposita hierro y la escoria Bigotera: sale escoria fundida (subproducto abonos y cementos)
Piquera: sale hierro fundido (arrabio), y se vierte en lingoteras o a los convertidores de acero. Una vez iniciado los hornos funcionan de manera continua. Cada 3-4 h sale material. Estufas: aprovechan calor que sale del horno Horno Eléctrico de arco Horno de inducción 2.3. Productos siderúrgicos:
hierro dulce
y fundiciones Fundiciones Hierro dulce
o hierro forjado PS:
Productos que se obtienen de hierro Carbono: menor 0,1 %.
Color plateado. Capacidad de atracción a un campo magnético, dúctil y maleable.
Obtención a partir de baños de sulfato y cloruro de hierro(II)
Muy poroso, se oxida con facilidad, y presenta grietas internas. 2.6 El tratamiento de la colada Esta es la mas utilizada, ya que el contendido de cobre suele ser bajo, con ella se consigue el denominado cobre electrónico de un 99.85%
de riqueza. Arrabio, material obtenido:
Muy duro, pero frágil y quebradizo.
Le impide admitir la forja y la soldadura.
No sirve para fabricar piezas que se someterán a esfuerzos, ya que serán poco dúctiles, maleables y tenaces, resistente a la corrosión y al desgaste. Según las impurezas
las fundiciones
pueden ser: Fundición gris: contenido en silicio elevado y velocidad de enfriamiento muy lenta.
Fundición blanca: elevado contenido en magnesio y mayor velocidad de enfriamiento.
Si queremos obtener un material duro, resistente y tenaz se necesita reducir el
carbono. 2.4. Aceros. Composición y clasificación. Acero: aleación hierro-carbono (0,1 - 1,76 %). En su composición hay elementos metálicos y no metálicos. Acero Silicio Manganeso Cromo Níquel y
volframio Carbono Formado por: Elasticidad
y conductividad magnética Aumenta dureza y
resistencia al
desgaste Hace inoxidable,
resistente al calor y al rozamiento Tenaz y resistente a
corrosión y calor Aporta dureza y
resistencia Acero No
aleados Baja
aleación Alta
aleación Clasificación Contenido otros
elementos < 1 % Contenido otros
elementos 1-5 % Contenido otros
elementos > 5 % Vaciado de lingoteras: se vierte la colada líquida dentro de un recipiente denominado molde y una vez solidificado se retira la pieza del molde. Colada continua: se vierte el metal fundido en el interior de moldes que se desplazan, cuyo fondo tiene la forma de la pieza que se desea obtener y mientras avanza se va solificando la colada, la ventaja de este proceso es que se ahorra energía. 2.7 Tipos de instalaciones siderúrgicas Siderurgias integrales: reducen el hierro en alto horno, producen acero y tratan colada. Acerías: Carecen de hornos y parten de material semielaborado y chatarra para producir 2.8 Aceros Comerciales La gran cantidad de productos que reciben el nombre de aceros ha obligado a idear un modo de clasificarlos, en este caso todos los tipos de aceros se diferencian mediante un número de serie y una letra. Aceros de Construcción. --> Aceros al carbono
--> Aleados al temple
--> Aceros para rodamientos
--> Aceros para muelles
--> Aceros de cementación
--> Aceros de nitruración Aceros Especiales Son de fácil mecanización, admiten soldadura y tienen buenas cualidades magnéticas y dilatación controlada. Aceros inoxidables o anticorrosión. Poseen elevadas proporciones de cromo y níquel y resisten agentes corrosivos y oxidantes. Aceros para herramientas Contienen cantidades pequeñas de cromo, níquel, vanadio y volframio, son duraderos y tenaces. Los aspectos que hay que contemplar son respecto a: proveedores, proceso, comportamiento de los trabajadores, el producto que se obtiene, consumidor, recogida y reciclado y control sobre vertederos El reciclado deberá estar amparado por ayudas económicas legales de carácter medioambiental. Trabajadores: Han de tener en todo momento presente la ley vigente sobre prevención de riesgos laborales. Seguridad e impacto medioambiental Control sobre los vertederos: se deberá asegurar la estanqueidad total de estos. Proceso: controlar los métodos de tratamiento del mineral hasta obtener metal en la forma deseada. Proveedores: Control exhaustivo e técnicas de extracción de mineral que produzcan el mínimo impacto medioambiental posible Se trata de un metal rojizo, blando, con una elevada conductividad pero muy poco resistente. -El bronce de aluminio
-Los latones
-Los bronces. Formado principalmente por (90% Cu y 10% Al Consigue aumentar la dureza y la resistencia a la corrosión notablemente.
Se utiliza en la fabricación de equipos expuestos a líquidos corrosivos. El producto que se obtiene deberá pasar por certificaciones legales. El consumidor final ha de estar concienciado de la importancia del reciclado Se trata de un tipo de aleaciones de cobre y cinc conocidas desde el siglo VI a.C al cual se le pueden añadir otros metales que mejoran sus propiedades. Los bronces son todas aquellas aleaciones del cobre con estaño o con cualquier otro metal menos el zinc.
Dependiendo de para que se desee utilize se generan,
Bronces para forjar y bronces para fundir. 3.5. Un metal protector:
el cinc 3.6. Un metal inoxidable:
el níquel 3.7. Un metal duro:
el cromo 3.9. Un metal líquido:
el mercurio 3.10. Un metal resistente:
el titanio Propiedades Proceso de obtención Aplicaciones Hasta 1758 no se desarrollo un proceso industrial de obtención de cinc a partir de la blenda. Un metal ligero:
el aluminio Proceso de obtención Aplicaciones Propiedades Vía seca:
En este proceso se somete el mineral a una fase de tostación para obtener óxido de cinc. Después, se reduce el óxido en un horno de retorta con ayuda de carbón y sin contacto con el aire. El metal obtenido se puede afinar posteriormente por procedimientos electrolíticos. Vía húmeda:
Consiste en tratar el mineral triturado con una disolución de ácido sulfúrico. El cinc se disuelve en forma de sulfato de cinc y las impurezas se precipitan. La disolución se trata más tarde por métodos electrolíticos para recuperar el cinc. - Metal de color gris azulado.
- Brillante.
- Frágil en frío.
- Relativamente blando.
- No se altera al entrar en contacto con el aire seco, pero el aire húmedo lo oxida y le hace perder su brillo.
- No resiste la acción de los ácidos ni de los agentes alcalinos. Recubrimiento de piezas de hierro y acero mediante procesos de galvanizado:

- Mediante el galvanizado electrolítico se consigue recubrir las piezas con una delgada capa de cinc que las protegen de la corrosión.
- El galvanizado en caliente consiste en sumergir las piezas que se desea recubrir en un baño de cinc fundido durante un corto período de tiempo. Este procedimiento se emplea actualmente para proteger las estructuras que deben quedar a la intemperie. Los principales minerales de los que se obtiene el níquel son la niquelina y la garnierita. Propiedades Proceso de obtención Aplicaciones - Primero, se tritura y muele el mineral y se separan los sulfuros.
- Después, se tuesta hasta obtener la mata de óxido de níquel.
- Posteriormente, se reduce el óxido de níquel con carbono.
- Finalmente, se afina el metal por métodos electrolíticos. - Metal de color blanco brillante.
- Medianamente duro.
- Tenaz.
-Dúctil.
- Maleable.
-Muy resistente a la corrosión.
- Solo es soluble es ácido nítrico diluido.
- Junto el hierro y el cobalto, forma el grupo de materiales ferromagnéticos. Rara vez se utiliza en estado puro. Es más frecuente encontrarlo formando aleaciones con el cobre, el hierro, el cromo, el volframio y el manganeso, a las que confiere un carácter inoxidable.
Las aleaciones que contienen níquel se clasifican según el porcentaje de metal:
- Entre las de alto porcentaje en níquel, en las que éste alcanza hasta el 80%.
- En las de bajo contenido en níquel, su porcentaje de presencia no supera el 15%. 3.11. Un metal ultraligero:
el magnesio Propiedades Proceso de
obtención Aplicaciones Compuestos más comunes: silicatos de magnesio (asbesto, olivino...), cloruro de
magnesio (disuelto
en agua del mar)... Se puede obtener por:
Tratamiento térmico, para los silicatos y carbonatos. Se someten a altas temperaturas en un horno con agentes reductores de O.
Electrólisis, para el cloruro fundido (cátodo), barra de carbón (ánodo). La principal fuente de cromo es un mineral denominado cromita. Propiedades Proceso de obtención Aplicaciones Color brillante, muy ligero, blando, maleables y poco dúctil.
Humedad provoca aparición capa de carbonato.
Con el tiempo se corroe por completo. Gran afinidad por el O.
Dureza: 2 Es uno de los principales componentes de la corteza terrestre. Pirotecnia.
Agente reductor en la obtención de otros metales.
Forma aleaciones ultraligeras, que se clasifican en:
Aleaciones para la fundición.
Aleaciones para la forja.
El polvo del carbonato es utilizado en los deportes para el agarre. Este proceso de obtención se denomina método Bayer y consta de dos fases: Se utiliza el método Goldschmidt:
- Primeramente se reduce la cromita por tostación empleando aluminio en polvo.
- De este modo, se consigue un material parcialmente impurificado con hierro, denominado ferrocromo.
- Si se desea obtener el metal en estado muy puro, se le somete a un proceso de afino electrolítico, partiendo de una disolución de ácido crómico y empleando un ánodo de plomo. - Metal de color blanco brillante.
- Duro.
- Frágil.
- Estructura cristalina.
- Es muy resistente a la oxidación y la corrosión.
- Soporta bien las altas temperaturas. -Obtener alúmia
-Fase de afino electrónico -Por su gran resistencia a la corrosión debida a los agentes atmosféricos y a otros agentes químicos, se emplea frecuentemente para el recubrimiento electrolítico de otros metales, técnica que recibe el nombre de cromado.
-El acero al cromo es una aleación de extraordinaria utilidad industrial que, debido a su capacidad de formar carburos, se emplea en la fabricación de cigüeñales, émbolos y rodamientos.
-Constituye, junto con el níquel, otro de los aleantes básicos de los denominados aceros inoxidabes. 3.8. Un metal infusible: el volframio El mineral básico del que se extrae el volframio es precisamente la wolframita. También se utiliza la scheelita, una sal de calcio. España es el principal productor europeo . Propiedades Proceso de obtención Aplicaciones - Los minerales se funden con carbonato de sodio para obtener una sal soluble que contiene el volframio.
- Posteriormente, se trata con ácido clorhídrico para obtener óxido de volframio que precipita en el fondo de la vasija.
- Por último, se reduce el óxido por medio de una corriente de hidrógeno en un horno eléctrico. Hecho por: Alejandro Breva
Santiago Gasch
Aitor Magnieto
Miguel Martinez (orden alfabético) - Es un metal de color gris acerado.
- Muy duro, resulta difícil de mecanizar.
- Pesado.
- Buena conductividad eléctrica.
- Muy dúctil.
- Resiste a la acción de los ácidos y los álcalis.
- Es atacado por el cloro.
- Punto de fusión más alto de todos los metales. - Resulta especialmente apropiado para fabrica filamentos de lámparas de incandescencia y para resistencias de hornos eléctricos.
- Asociado con el carburo, forma carburo de volframio, de extraordinaria dureza. Se emplea en la fabricación de herramientas de corte y de matrices para trabajos en caliente.
- Junto al cromo, el níquel y el cobalto, se emplea como aleante para obtener aceros imantados.
- En materiales aglomerados, se asocia al titanio y al tántalo para fabricar herramientas de corte rápido. Su principal mena es el cinabrio. Los yacimientos de mercurio más ricos del mundo se encuentran en Almadén (Ciudad Real), aunque el principal país productor es Italia. Propiedades Proceso de obtención Aplicaciones - El cinabrio se somete a un proceso de tostación en presencia de aire.
- El mercurio se volatiliza y sus vapores son conducidos a dispositivos de condensación herméticamente cerrados donde el mercurio se condensa y se recoge en estado líquido. - Líquido de color plateado y brillante.
- Densidad muy elevada.
- Buen conductor eléctrico.
- Elevado coeficiente de dilatación térmica.
- Disuelve casi todos los metales, excepto el hierro, el níquel, el molibdeno y el tungsteno.
- La amalgama de mercurio es el nombre con el que se designan las aleaciones de mercurio con otro metal. - Se sigue utilizando en la extracción de oro y plata y en la confección de espejos.
- Se emplea para fabricar termómetros y barómetros, ya que su dilatación es uniforme a cualquier temperatura.
- Las amalgamas de mercurio con otros metales se utilizan en odontología como empaste de dientes.
- En el campo de la medicina se sigue utilizando como principio activo de antisépticos en formulaciones muy diferentes.
- Se emplea en electricidad para fabricar lámparas fluorescentes con vapor de mercurio, pilas de botón de elevado rendimiento, etc. Se encuentra en casi todas las rocas de origen volcánico que contienen hierro. Su mineral más común es el rutilo. También se obtiene de la ilmenita. Propiedades Proceso de obtención Aplicaciones El procedimiento más utilizado en la industria consiste en la cloruración a temperatura elevada:
- Una vez condensado y purificado, este compuesto es reducido en atmósfera inerte en un reactor, con lo que se obtiene la denominada esponja de titanio.
- Posteriormente, la esponja se funde en un horno eléctrico y se obtienen los lingotes de metal. Se trata de un material plateado, muy blando, de baja densidad con una alta conductividad, muy ductil y maleable Debido a que es un material muy blando sus aleaciones son denominadas ligeras y esta en presencia entre un 85 y 99% Se empezó a utilizar de forma industrial hace mas de 4000 años y es junto al cobre uno de los mas antiguos Se trata principalmente en reducir la galena (mineral del plomo) y separarlo de los metales que lo acompañan Propiedades Prácticamente opaco a las radiaciones electromagnéticas, protector en instalaciones nucleares Obtención Metal gris plateado, muy blando, fragil, muy pesado, con una baja conductividad eléctrica y termica Un metal blando:
el estaño Conocido desde la antigüedad, pero no tan común como los anteriores Obtención Dada su baja riqueza, es necesario concentrarlo, siguiendo tres pasos:
-Triturado
-Tostado
-Reducción - Es un metal de color blanco plateado.
- Brillante.
- Ligero.
- Muy duro.
- Gran resistencia mecánica.
- Se oxida parcialmente y es atacado por los ácidos fuertes.
- Soporta muy bien la corrosión de los agentes atmosféricos. Propiedades Metal de color muy brillante, mu blando, de estructura cristalina, podo dúctil y muy maleable Aplicaciones - Se utiliza para la construcción del fuselaje de aviones, cohetes y lanzaderas espaciales, ya que sus aleaciones resultan más duras que las del aluminio, a igualdad de peso.
- Esta presente en las aleaciones de algunos aceros ordinarios y de los inoxidables.
- El carburo de titanio, especialmente refractario, se utiliza en la fabricación de aletas de turbinas, en la industria aeroespacial y en herramientas de corte. Un metal pesado:el plomo Aplicaciones Utilizado en sus principios como envoltura de alimentos debido a su resistencia a la oxidación. Bibliografía Libro Tecnología Industrial (I) ed: Edebé
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