Metales exposicion
Historia
• 4500 a.C. : Se calcula que el metal que primero se trabajo fue el oro,
y se utilizaba como
adorno. • 4000 a.C. : En el medio oriente se obtuvo metal de su mena.
• 3000 a.C. : Se descubren algunos minerales con Cobre (Cu) y
Arsénico (As). Se empiezan a usar como
herramientas. • 1300 a.C. : En Asia
menor obtuvieron Hierro de su mena, pero tenían que llevarlo a
temperaturas muy altas. • 2000 a.C.: Utilizan el bronce para hacer armas
y armaduras. • 900 a.C.: Cuando mezclan el mineral con carbón de
leña obtienen un hierro mas duro y con mejores propiedades.
Alquimistas
• En la Edad Media, los alquimistas, los antecesores de los
químicos, tenían como
meta fundamental modificar su ser interior para alcanzar un estado espiritual
mas elevado y pensaban que con la transmutación de los metales en
oro podían lograrlo. Esa transmutación, conocida como la gran obra, debía realizarse en
presencia de la piedra filosofal, cuya preparación fue la tarea que se
impusieron los alquimistas. En el siglo XIII, el objetivo de la alquimia
incorporo la búsqueda del elixir de la larga vida, infusión de la
piedra filosofal, que debía eliminar la enfermedad y prolongar la vida.
Hierro
• Es un elemento metalico, magnético, maleable, de color
blanco o plateado. Símbolo Fe, Nº atómico 26. •
Propiedades Fe puro: Dureza 4 y 5 h.b., dúctil, maleable • Punto
de ebullición: 2750 C • Densidad relativa: 7.869 g/cm3
Cobre
• un metal no ferroso, muy usado en la industria, es rojiza, blanda y se
puede endurecer pormedio de otros elementos, las aleaciones mas comunes:
• Bronces, latones, cupron, níquel y platas alemanas o latones al
níquel. • alta conductividad eléctrica y térmica,
buena resistencia
a la corrosión, maleable y dúctil. • Punto de
ebullición: 2567 C. • Densidad relativa: 8.99 g/cm3 • N
atómico: 28
Niquel
• Elemento metalico magnetico, se usa principalmente para la
optencion de aceros. • Principales propiedades: • Dureza,
manejable, ductil, resistente a la corrocion y a la oxidacion.
Aluminio
• Metal de color plateado, ligero, electropositivo y altamente raactivo
al aire. • Principales propiedades: • Posee una gran conducctividad
termica y electrica, ademas de tener una baja densidad, ed ductil. •
Punto de ebullicion 2467cº
Cobre
• Es un metal no ferroso, es rojizo, blando. • Las aleaciones mas
comunes son: • Bronces, latones, cupron, niquel y loatones al niquel
• Principales propiedades: • Alta conductividad electrica y
termica, buena resistencia
a la corrosion, maleable y ductil. • Punto de ebullicion: 2567cº
Principales metales no ferrosos
• • • • Aluminio Cobre Magnesio Níquel •
Plomo • Titanio • zinc
Metales ferrosos
• Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino,
manganeso, vanadio y titanio.
Propiedades Fisicas
• ASPECTO: El color de un metal depende de la luz que refleja o difunde ,
la plata el estaño el platino son blancos , el hierro es gris ,el cobre
es rojo o amarillo, el oro es amarillo, sin embargo ,cuando tiene muy poco
espesor el oro parece verde cuando loatraviesa la luz. • DENSIDAD: Los
metales son en general mas densos que el agua he aquí la densidad de
algunos metales
• • • • • Platino21.5 Oro19.4 Mercurio16.3
Hierro7.9 Aluminio2.5
• La densidad de los metales varía ligeramente según la
forma en la que se han sido trabajados; el hierro forjado, por ejemplo, es
mas denso que el hierro fundido. • FUSIBILIDAD: Los puntos de
fusión de los metales usuales varían desde el del mercurio -39 grados hasta el hierro, que
es 3.230 grados. El mercurio es el único metal liquido a la temperatura
ambiente. los metales siempre hierven a temperaturas muy altas. el conocer
estos puntos de fusión y ebullición es fundamental en la
metalurgia.
• CONDUCTIBILIDAD: • La conductibilidad calorífica y la
conductibilidad electrónica dependen del
metal, el cobre y la plata
son los mejores conductores. • DILATACION: • Los metales se dilatan
cuando se calientan, el zinc es un metal muy dilatable • FERROMAGNETISMO:
• Algunos metales tiene la propiedad de ser atraídos por el
iman, este es el caso del hierro, del níquel, y del cobalto esta propiedad se extiende a sus
aleaciones. • CORROCION: • Es el desgaste total o parcial que
disuelve o ablanda a un metal por reacción química o electroquímica
con el medio ambiente.
Propiedades Químicas
• ACCION DEL AIRE Y DEL OXIGENO: En el aire seco y a temperatura
ordinaria ,los metales no se alteran o si lo hacen se alteran un poco , pero
salvo el oro, la plata y el platino , se oxidan
a temperatura mas o menos elevada , algunos arden en el aire , otros secubren de una capa
de oxido . • ACCION DE LOS ACIDOS Y DE LAS BASES: Casi todos los metales
son atacados por los acidos, sea en frió o en calientes, o
estando el acido diluido o concentrado.
• CLASIFICACION: Los metales se clasifican de acuerdo con su valencia y su
afinidad por el oxigeno. • METALES ALCALINOS DE VALENCIA 1: Se
oxidan en el aire seco y forman un oxido estable los principales son : el litio
, sodio y potasio. • METALES ALCALINOS TERRENEOS DE VALENCIA 2 :No se
oxidan en frio , pero forman un oxido estable comprenden el calcio , el
estroncio y el bario • METALES TERRENEOS DE VALENCIA 2: No se oxidan en
frió y arden en el aire de color rojo son : el magnesio , zinc , y
cadmio.
• METALES DE VALENCIA 3: Se oxidan formando un oxido impermeable y
protector , el principal representante es el aluminio. • METALES DE LA FAMILIA DEL HIERRO DE
VALENCIA 2 Y 3:
Se oxidan directamente al aire y sus óxidos se reducen facilmente
al rojo son: hierro , cromo, níquel , cobalto y manganeso. •
METALES METALOIDES: Forman un grupo de transición con los metaloides,
suelen dar acidos. Entre ellos estan: estaño, bismuto,
molibdeno, y tungsteno.
Propiedades Mecanicas
• Son aquellas que expresan el comportamiento de los metales frente a
esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma. • RESISTENCIA: Capacidad de soportar una carga
externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y
puede producirse por tracción, por compresión o por
torsión. • DUREZA Los metales suelen ser duros y resistentes es
decir queresisten al rayado • ELASTICIDAD - Propiedad de un metal que le
hace recuperar su tamaño y forma original después de ser
comprimido o estirado por una fuerza externa.
• PLASTICIDAD: Capacidad de deformación permanente de un metal sin
que llegue a romperse. • FATIGA: Deterioro progresivo de los metales que
termina produciendo su rotura. La fatiga se produce cuando se aplica un
esfuerzo repetitivo al metal. • TENACIDAD: Resistencia a la rotura por esfuerzos de
impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y
plasticidad. • FRAGILIDAD: Propiedad que expresa falta de plasticidad, y
por tanto, de tenacidad. Los materiales fragiles se rompen en el
límite elastico. • FLUENCIA: Propiedad de algunos metales
de deformarse lenta y espontaneamente bajo la acción de su propio
peso o de cargas muy pequeñas.
• MALEABILIDAD: Es la propiedad que poseen los metales de poderse reducir
a laminas muy finas por acción del martillo o del laminador •
DUCTILIDAD: Se dice que un metal es dúctil cuando puede ser estirado en
hilos finos, para lo cual se lo hace pasar por un hilera • ALEACIONES:
Los metales tienen la propiedad de poder alearse íntimamente, ya entre
si, ya entre ciertos metaloides para formar cuerpos llamados aleación
cuyos caracteres físicos son a veces muy distintos de los metales que
entran en constitución • SOLDABILIDAD: Es la aptitud de un metal
para soldarse con otro idéntico bajo presión ejercida sobre ambos
en caliente. • ENDURECIMIENTO POR EL TEMPLE.: Es la propiedad del metal de sufrirtransformaciones en su estructura
cristalina como resultado del calentamiento y enfriamiento sucesivo y
por ende de sus propiedades mecanicas y tecnológicas.
Estructura Cristalina
Principios fundamentales
• El enlace químico entre atomos tiene lugar debido a la
disminución neta de la energía potencial de los atomos en
estado enlazado .Esto significa que los atomos en estado enlazado se
encuentran en unas condiciones energéticas mas estables que cuando
estan libres.
Enlace iónico
• Los enlaces iónicos se pueden formar entre elementos muy
electropositivos (metalicos) y elementos muy electronegativos (no
metales) . En el proceso de ionización los electrones son transferidos
desde los atomos de los elementos electropositivos a los atomos
de los elementos electronegativos , produciendo cationes cargados positivamente
y aniones cargados negativamente .
Enlace covalente
• Un segundo tipo de enlace atómico primario es el enlace
covalente . Mientras el enlace iónico involucra atomos muy
electropositivos y electronegativos , el enlace covalente se forma entre
atomos con pequeñas diferencias de electronegatividad y ubicados
muy próximos en la tabla periódica .
Enlaces sólidos
• En metales en estado sólido , los atomos se encuentran
empaquetados relativamente muy juntos en una ordenación
sistematica o estructura cristalina . Por ejemplo la disposición
de los atomos de cobre en el cobre cristalino consiste que los
atomos estan tan juntos que sus electrones externos de valencia son
atraídos por los núcleos de susnumeroso vecinos . En el caso del cobre sólido
cada atomo esta rodeado por otros 12 atomos mas
próximos .
Metalografía
• Estudio de la estructura cristalina de los metales y las aleaciones, y
de las relaciones entre estas estructuras y las propiedades físicas de
los metales. Las herramientas mas importantes de los métalo
grafos son el microscopio y los rayos X. El examen microscópico de
especimenes permite la determinación del
tamaño, la estructura y la orientación de los cristales del metal. Mediante este
tipo de examenes, los métalo grafos pueden identificar un metal o
una aleación, descubrir posibles impurezas y comprobar la eficacia de
los tratamientos térmicos para su endurecimiento o templado.
Tipos de estructuras
Son comunes cuatro estructuras de redes cristalinas en los metales:
•Estructura cúbica centrada •Estructura cúbica
centrada en el cuerpo •Estructura cúbica centrada en las caras
•Estructura hexagonal compacta
Estructura cúbica centrada
• Formada por un atomo del metal en cada uno de los
vértices de un cubo y un atomo en el centro. Los metales que
cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno,
niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.
Cúbica-primitiva
• Una estructura menos frecuente es la cúbica primitiva, cuya
celda unidad coincide con la cúbica centrada en el cuerpo exceptuando la
esfera del centro del cubo. El número de coordinación en esta
estructura es seis, y tan sólo la presenta el Po a presión y
temperatura ambientes.
Arriba, estructuracúbica centrada en el cuerpo. Abajo, estructura
cúbica-primitiva.
Estructura cúbica centrada en el cuerpo
• Cada atomo de la estructura, esta rodeado por ocho
atomos adyacentes y los atomos de los vértices
estan en contacto según las diagonales del cubo
Estructura cúbica centrada en las caras
• Esta constituida por un atomo en cada vértice y un
atomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta
estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel.
Estructura hexagonal compacta
• Esta estructura esta determinada por un atomo en cada uno
de los vértices de un prisma hexagonal, un atomo en las bases del
prisma y tres atomos dentro de la celda unitaria. Cada atomo
esta rodeado por doce atomos y estos estan en contacto
según los lados de los hexagonos bases del prisma hexagonal. Los
metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio, magnesio,
cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.
Diagrama de Fases
• Los materiales en estado sólido existen en muchas formas
diferentes o FASES. • A través de los años se ha acumulado
gran cantidad de información de un gran numero de sistemas; para
registrar tal enorme cantidad de datos se acostumbra graficar el numero y
composición (e indirectamente las cantidades) de fases presentes como
función de la temperatura, la presión y sobre todo la
composición. • Estas graficas se llaman diagramas de fase, diagramas
de constitución o diagramas de equilibrio.
• La base de todo trabajo sobre los diagramas de equilibrio es, por
supuesto,la regla de WILLARD GIBBS.
F+C=C+2
Donde C: Numero de componentes del sistema F: Numero de fases presentes en el
equilibrio
• Otros términos aplicados en los diagramas de fase: *Varianza del
sistema (Grados de libertad) *Equilibrio *Equilibrio Heterogéneo
*Equilibrio Homogéneo *Punto de fusión *Solución
Sólida *Polimorfismo *Punto de inmersión *Metal estable
Metalurgia
• ¿Qué es? • Ciencia aplicada cuyo objeto es el
estudio de las operaciones industriales tendientes a la preparación,
tratamiento (físico y/o químico) y producción de metales y
sus aleaciones.
Procesos metalúrgicos
• Concentración: consiste en separar el metal o compuesto
metalico del material residual que lo acompaña en el mineral.
• Refinado: proceso en el que se trata de producir el metal en un estado
puro o casi puro, adecuado para su empleo.
Alto horno
Procesos de recubrimiento
• GALVANIZADO: proceso electroquímico por el cual se puede cubrir
un metal con otro. • La función del galvanizado es proteger la
superficie del metal sobre el cual se realiza el proceso. El galvanizado
mas común consiste en depositar una capa de zinc (Zn) sobre
hierro (Fe); ya que, al ser el zinc mas oxidable que el hierro y generar
un óxido estable, protege al hierro de la oxidación al exponerse
al oxígeno del aire.
Cincado
• El cincado es un recubrimiento de cinc que se efectúa a los
metales para protegerles de la oxidación y corrosión. • El
cinc protege a los metales por dos razones. Primera cuando expuestos al aire,
los atomos del cinc reaccionancon las moléculas del aire formando
una fina capa protectora que evita la ulterior corrosión. Segunda, los
atomos del cinc reaccionan mas facilmente con sustancias
tales como el oxígeno que podrían corroer el metal.
Pavonado
• El pavonado consiste en la aplicación de una capa superficial de
óxido abrillantado, de color azulado, negro o café, con el que se
cubren las piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión.
• El tono azulado no es mas que el resultado de un proceso de
oxidación de la superficie del metal. Eso es, no es otra cosa mas
que oxidación, y esta forma una finísima capa que recubre el
metal y al mismo tiempo lo protege de los agentes externos.
Anodizado
• Técnica utilizada para modificar la superficie de un material.
Se conoce como anodizado a la capa de protección artificial que se
genera sobre el aluminio mediante el óxido protector del aluminio,
conocido como alúmina. Esta capa se consigue por medio de procedimientos
electroquímicos, de manera que se consigue una mayor resistencia y
durabilidad del aluminio.
Cromado
• El cromo es un metal muy difícil de trabajar en frío
porque es muy duro y quebradizo, en caliente es igual de difícil porque
se oxida con una capa de oxido de cromo dura e infusible. Por estas razones el
cromo no se suele emplear como metal puro salvo en ocasiones muy raras aunque
eso si, entra a formar parte de muchas aleaciones. Especialmente es aleado con
el hierro porque mejora su dureza y resistencia a la corrosión. El acero
inoxidable contiene entre un 8 y un 12 %de cromo, y es el principal responsable
de que sea inoxidable. Muchas herramientas estan fabricadas con
aleaciones de hierro cromo y vanadio. El nicromo o cromo níquel se
emplea para fabricar resistencias eléctricas.
Laminado
• El proceso de Laminado consiste en pasar los lingotes por varios juegos
de rodillos llamados trenes de laminación con el fin de disminuir el
espesor poco a poco. Se distinguen dos procesos de laminación en
caliente donde se debe calentar el lingote en un horno sin llegar a la
temperatura de fusión y luego pasarlos por los trenes, cuando se obtiene
el espesor requerido se realiza el proceso de recocido a la lamina lo que
disminuye los defectos de la estructura cristalina homogenizandola.
• En frío, proceso de laminación que se realiza a
temperatura ambiente, el porcentaje de reducción se obtiene con la
siguiente fórmula . Donde:
Ei − Ef %reducción = × 100% Ei
• Ei-espesor inicial • Ef- es el espesor final de la lamina.
Embutición
• El Embutido de Chapas Metalicas es uno de los procedimientos
mas comunes elaboración de piezas huecas, para diversas
aplicaciones que van desde el hogar, la oficina y en la industria en general.
• Con éste tipo de herramientas de embutición profunda se
confeccionan partiendo de discos o piezas recortadas según el material,
piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas
a una sección menor con mayor altura. No se pretende con ésta operación
generalmente una variación del espesor del material.
Extrusión
– Los metales setransforman en artículos útiles y productos
de consumo por muchos diferentes medios. Los metales se vacían de
maneras diferentes en moldes para producir formas intrincadas pequeñas o
partes para maquinas en producción en serie.
Extrusión
• Este proceso de compresión indirecta es esencialmente de trabajo
en caliente, donde un lingote fundido de forma cilíndrica, se coloca
dentro de un fuerte contenedor de metal y comprimido por medio de un
émbolo, de manera que sea expulsado a través del orificio de un
dado.
Tratamientos térmicos
• Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero.
Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente mas
elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se
enfría luego mas o menos rapidamente (según
características de la pieza) en un medio como agua, aceite,
etcétera. Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente
templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte
de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza
y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el
temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia
deseada. Se distingue basicamente del temple en cuanto a temperatura
maxima y velocidad de enfriamiento. Recocido: Consiste
basicamente en un calentamiento hasta temperatura de
austenitización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con
este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la
dureza. Tambiénfacilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la
estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que
produce el trabajo en frío y las tensiones internas. Normalizado: Tiene
por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones
internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear
como tratamiento previo al temple y al revenido.
•
•
•
• Cementación: Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero
dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se
consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal
durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el
contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose
después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial,
resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. • Nitruración:
Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo
hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de
la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas
comprendidas entre 400-525 ºC, dentro de una corriente de gas amoniaco,
mas nitrógeno. • Sulfinización: Aumenta la
resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se
incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 ºC) en
un baño de sales. • Cianuración: Endurecimiento superficial
de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro,
carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950
ºC.
