IPE Ingeniería de materiales: 2012

LOS MATERIALES METÁLICOS

1 Los metales

Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad. Se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos, y en la actualidad constituyen una pieza clave en prácticamente todas las actividades económicas.

 Obtención de los metales

Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas.

La extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto, si la capa de mineral se halla a poca profundidad, por el contrario si es profundo recibe el nombre de mina subterránea.

En ambos tipos de explotaciones se hace uso de explosivos, excavadoras, taladradoras y otra maquinaria, a fin de arrancar el mineral de la roca.

Técnicas de separación

· Tamizado. Consiste en la separación de las partículas sólidas según su tamaño mediante tamices.

· Filtración. Es la separación de partículas sólidas en suspensión en un líquido a través de un filtro.

· Flotación. Se trata de la separación de una mezcla de partículas sólidas de un líquido.

 Tipos de metales

· Metales ferrosos. Son aquellos cuyo componente principal es el hierro.

· Metales no ferrosos. Son materiales metálicos que no contienen hierro o que lo contienen en muy pequeñas cantidades.

· Propiedades de los metales

La gran cantidad de aplicaciones que presentan los metales se debe a sus notarias propiedades, principalmente las mecánicas, térmicas y eléctricas.

 Propiedades físicas

Las propiedades físicas se ponen de manifiesto ante estímulos como la aplicación de fuerzas, la electricidad, calor o la luz.

Propiedades mecánicas

Son las relativas a la aplicación de fuerzas.

Dureza: los metales son duros no se rayan ni pueden perforarse fácilmente; además resisten los esfuerzos a los que son sometidos.

Plasticidad y elasticidad: algunos metales se deforman permanentemente cuando actúan sobre ellos fuerzas externas. Otros muestran un fuerte carácter elástico y son capaces de recuperar su forma original

tras la aplicación de una fuerza externa.

Maleabilidad: ciertos metales pueden ser extendidos en láminas muy finas si llegar a romperse.

Tenacidad: muchos metales presentan una gran resistencia a romperse cuando son golpeados.

Ductilidad: algunos metales pueden ser estirados en hilos largos y finos.

Propiedades térmicas

Las propiedades térmicas son las relativas a la aplicación del calor.

Conductividad eléctrica: todos los metales presentan una gran conductividad térmica.

Fusibilidad: los metales tienen la propiedad de fundirse, aunque cada metal lo hace a temperatura diferente.

Dilatación y contracción: los metales se dilatan cuando aumenta la temperatura se contraen si disminuye la temperatura.

Soldabilidad: muchos metales pueden soldarse con facilidad a otras piezas del mismo metal o de otro diferente.

Propiedades eléctricas y magnéticas

Los metales permiten el paso de la corriente eléctrica con facilidad; son, por tanto buenos conductores de la electricidad.

Algunos metales presentan un característico comportamiento magnético, que consiste en su capacidad de atraer a otros metales

 Propiedades químicas

La propiedad química más importante de los metales es su elevada capacidad de oxidación, que consiste en su facilidad para reaccionar con el oxígeno y cubrirse de una capa de

Óxido al poco tiempo de estar a la intemperie.

 Propiedades ecológicas

El impacto medioambiental de los materiales tecnológicos puede llegar a ser muy grave; aunque la mayoría de ellos son reciclables.

 Otras propiedades

Otras propiedades de los metales que permiten usos específicos son las siguientes:

· Los metales son muy buenos conductores de las ondas acústicas.

· Los metales son impermeables.

· Metales ferrosos

El metal más empleado en la actualidad es el hierro en cualquiera de sus presentaciones, ya que tanto las técnicas de extracción del mineral como los procesos de obtención del metal son relativamente económicos. Minerales que contienen mucho hierro: la magnetita, la hematites, la limonita y la siderita.

 El hierro y las fundiciones

El hierro es un metal de color blanco grisáceo que presenta algunos inconvenientes: se corroe con facilidad, tiene un punto de fusión elevado y es de difícil mecanizado, resulta frágil y quebradizo. Por todo ello tiene escasa utilidad; se emplea en componentes eléctricos y electrónicos.

Para mejorar sus propiedades mecánicas el hierro puro es mezclado con carbono; la fundición presenta una elevada dureza y una resistencia al desgaste.

 El acero

El acero es una aleación del hierro con una pequeña cantidad de carbono. De este modo se obtienen materiales de elevada dureza y tenacidad y con una mayor resistencia a la tracción.

Los aceros pueden contener otro elementos químicos, a fin de mejorar propiedades específicas; se obtienen así los aceros aleados que son: Silicio, Manganeso, Cromo, Níquel y Wolframio

 Proceso de obtención del acero

En primer lugar el mineral de hierro es lavado y sometido a procesos de trituración y cribado. A continuación, se mezcla el mineral de hierro con carbón y caliza y se introduce en el interior de un alto horno a más de 1500 ºC. De este modo, se obtiene el arrabio.

El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono y eliminar impurezas; en estos procesos se ajusta la composición del acero, añadiendo los elementos que procedan en cada caso.

· Materiales no ferrosos

El hierro es el metal más utilizado en la actualidad. Sin embargo, algunas de sus propiedades hacen que resulte poco adecuado para determinados usos. Por ello, se utilizan otros muchos materiales metálicos no procedentes del hierro.

Cobre: El cobre se obtiene a partir de los minerales cuprita, calcopirita y malaquita. Presenta una alta conductividad eléctrica y térmica, así como una notable maleabilidad y ductilidad. Es un metal blando, de color rojizo y brillo intenso. Se oxida en su superficie, que adquiere entonces un color verdoso.

Latón: Es una aleación de cobre y cinc. Presenta una alta resistencia a la corrosión y soporta el agua y el vapor de agua mejor que el cobre.

Bronce: Es una aleación de cobre y estaño. Este metal presenta una elevada ductilidad y una buena resistencia al desgaste y a la corrosión.

Plomo: Se obtiene de la casiterita. Es un metal de color blanco brillante, muy blando, poco dúctil, pero muy maleable, y no se oxida a temperatura ambiente. Emite un ruido característico cuando se parte, denominado “grito de estaño”.

Cinc: Se obtiene de la blenda y la calcamina. Es un metal de color gris azulado, brillante, frágil en frío y de baja dureza.

Aluminio: Se obtiene de la bauxita, un minera muy escaso, motivo por lo que el cual el aluminio no se ha conocido hasta fechas relativamente recientes. Es un metal blanco y plateado, que presenta una alta resistencia a la corrosión. Es muy blando, de baja densidad y gran maleabilidad y ductilidad. Presenta una alta conductividad eléctrica y térmica.

Titanio: Este metal se extrae de dos minerales, el rutilio y la ilemita. Es de color blanco plateado, brillante ligero, muy duro y resistente.

Magnesio: El magnesio se extrae de diferentes minerales, como el olivino, el talco, el abesto y la magnesita. Es un metal de color blanco brillante similar a la plata, muy ligero, blando, maleable y poco dúctil.

· Técnicas de conformación

Para obtener piezas de diferentes formas y productos industriales, se somete el material a una serie de procesos de conformación, que se eligen en función del metal y de la aplicación que se vaya a dar al mismo.

 Metalurgia de polvos

Esta técnica consta de los siguientes pasos:

· 1. El metal es molido hasta convertirlo en polvo.

· 2. Se prensa en matrices de acero.

· 3. Se calienta en un horno a una temperatura próxima al 70% de la temperatura de fusión del metal.

· 4. Se comprime la pieza para que adquiera el tamaño adecuado.

· 5. Se deja enfriar.

5.2. Moldeo

Consiste en introducir el metal en un recipiente que dispone de una cavidad interior, puede estar fabricado a base de arena, acero o fundición.

El moldeo se realiza siguiendo estos pasos.

· 1. Se calienta el metal en un horno hasta que se funde .

· 2. El metal líquido se vierte en el interior del molde.

· 3. Se deja enfriar hasta que el metal se solidifica.

· 4. Se extrae la pieza del molde.

5.3. Deformación

Comprende un conjunto de técnicas en las que se modifica la forma de una pieza metálica mediante la aplicación de fuerzas externas. La deformación se puede llevar a cabo tanto en frío como en caliente.

Existen diversas técnicas que son:

Laminación: Se hace pasar la pieza por unos laminadores, disminuye su grosor y aumenta su longitud.

Forja: Se somete la pieza a esfuerzos de compresión repetidos y continuos mediante un martillo o maza. La forja manual es una técnica antiquísima que se lleva a cabo en fraguas.

La forja industrial reemplaza a la forja manual, la pieza se coloca sobre una plataforma que hace varias veces de yunque.

Extrusión: Se hace pasar la pieza metálica por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de compresión mediante un pistón. Se pueden obtener así piezas largas con el perfil apropiado.

Estampación: Se introduce una pieza metálica en caliente entre dos matrices cuya forma coincide con la que se desea dar al objeto. A continuación, se juntan las dos matrices, con lo que el material adopta su forma interior.

1.Los materiales metálicos

2.El Hierro y el Acero

3.Materiales metálicos NO férricos

4.Fabricación con metales:

a.Trazado y Corte

b.Deformación y arranque de viruta

c.Uniones y acabados

5.Fabricación industrial con metales

1) Los materiales metálicos

Aquellos que están compuestos básicamente por uno o más

metales, aunque pueden contener otros componentes.

[1] Materiales férricos

Aquellos cuyo principal componente

es el hierro.

[1] Materiales no férricos

Los que se obtienen de otros

metales que no sea el hierro.

Propiedades de los materiales metálicos

[1] Conducen bien el calor y la electricidad.

[1] Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el

mercurio, que es líquido.

[1] Todo metal tiene un punto de fusión, que es la temperatura

a la cual el metal pasa de sólido a líquido.

[1] Son maleables y dúctiles: pueden deformarse para formar

láminas y alambres sin sufrir roturas.

[1] Oro, Plata y Bronce son los más dúctiles y maleables.

La ductilidad es la propiedad que presentan algunos metales y

aleaciones cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin

romperse permitiendo obtener alambres o hilos.

Maleabilidad: Propiedad que junto a la ductilidad presentan los

cuerpos a ser labrados por deformación. Se diferencia de aquélla en que

mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad

permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se

rompa, teniendo en común que no existe ningún método para

cuantificarlas. Tecnología 2º ESO Jose Santiago Jiménez Sarmiento

(www.iseron.com)

Tema 2: Los materiales metálicos 3/24

Aleaciones

[1] Material metálico que se obtiene al fundir y dejar que se

solidifique una mezcla de un metal con otros materiales

(normalmente otros metales).

[1] Latón = Cobre + Cinc

Más dureza y resistencia eléctrica que cada metal por

separado.

Formas comerciales de los metales

[1] Largos

Barras de sección cuadrada o circular. Si su diámetro

es muy pequeño se llaman alambres.

[1] Planos

Superficies planas de distintos espesores. Si son

delgados se llaman chapas.

[1] Perfiles

Barras con formas especiales: Forma en U, en T,

triangular, etc.

[1] Lingotes

Bloques de metal que se obtienen vaciando el metal

líquido en un molde.

Metales nativos: Aquellos que pueden encontrarse libres, sin combinar,

en la naturaleza. Ejemplo: Oro, Plata, Platino, Mercurio, Cobre y el

Hierro. Obtención de los materiales metálicos

1. La minería se encarga de la extracción de los minerales

metálicos o menas.

2. Luego es necesario una serie de procesos físicos y químicos

para poder obtener metales en forma libre.

3. La metalurgia es la ciencia que se ocupa del estudio de las

propiedades, las aplicaciones y los procesos de obtención y

elaboración de los materiales metálicos.

4. Técnicas para obtener los metales a partir de las menas:

Calcinación y tostación: El mineral se calienta en un

horno, con lo que el metal, o queda libre o se oxida. Si

se oxida, se elimina el oxígeno del óxido obteniendo el

metal.

Electrolisis: El mineral se disuelve o funde. Luego se

introducen dos electrodos en la disolución haciendo

que pase electricidad. El metal puro se pegará a uno de

los electrodos a medida que circula la electricidad.

Obtención de los materiales metálicos

1. La minería se encarga de la extracción de los minerales

metálicos o menas.

2. Luego es necesario una serie de procesos físicos y químicos

para poder obtener metales en forma libre.

3. La metalurgia es la ciencia que se ocupa del estudio de las

propiedades, las aplicaciones y los procesos de obtención y

elaboración de los materiales metálicos.

4. Técnicas para obtener los metales a partir de las menas:

Calcinación y tostación: El mineral se calienta en un

horno, con lo que el metal, o queda libre o se oxida. Si

se oxida, se elimina el oxígeno del óxido obteniendo el

metal.

Electrolisis: El mineral se disuelve o funde. Luego se

introducen dos electrodos en la disolución haciendo

que pase electricidad. El metal puro se pegará a uno de

los electrodos a medida que circula la electricidad.

Materiales metálicos de uso frecuente en el Aula Taller (Ver página

31 del libro de Textos)

[1] Hojalata.

Fácil de cortar, doblar y soldar.

Conduce bien la electricidad.

Reciclable como chapas, latas y botes.

Se oxida con facilidad.

[1] Cobre.

Se corta y dobla fácilmente.

Muy resistente a la corrosión.

Reciclable como tubos y conducciones de fontanería,

cables eléctricos, bobinados de motores inservibles.

[1] Aluminio.

Metal ligero, resistente y se corta sin dificultad.

Conduce bien la electricidad.

Reciclable a partir de viejos perfiles, rieles, chapas, tubos,

Materiales metálicos de uso frecuente en el Aula Taller (Ver página

31 del libro de Textos)

[1] Hojalata.

Fácil de cortar, doblar y soldar.

Conduce bien la electricidad.

Reciclable como chapas, latas y botes.

Se oxida con facilidad.

[1] Cobre.

Se corta y dobla fácilmente.

Muy resistente a la corrosión.

Reciclable como tubos y conducciones de fontanería,

cables eléctricos, bobinados de motores inservibles.

[1] Aluminio.

Metal ligero, resistente y se corta sin dificultad.

Conduce bien la electricidad.

Reciclable a partir de viejos perfiles, rieles, chapas, tubos,

2) El Hierro y el Acero

El hierro:

[1] Elemento químico (Fe) que constituye aprox. al 5% de la

corteza terrestre.

[1] No se encuentra en estado puro, sino combinado con otros

elementos químicos, y en consecuencia, otros minerales.

La siderurgia

[1] Es la metalurgia

del hierro, acero y las fundiciones.

[1] Proceso que consiste en:

1. Extracción del material (en las minas).

2. Separación de la mena (mineral que contiene el hierro

junto con otros minerales) y la ganga (arena, cal, …).

3. Calcinación del mineral de hierro en un alto horno,

para obtener el arrabio, que contiene hierro, carbono,

silicio, manganeso, fósforo, azufre y otras impurezas.

4. Transformación del arrabio en hierro dulce,

fundiciones o acero.

1. Para obtener las fundiciones se deja solidificar el

arrabio y se vuelve a fundir.

2. Para obtener el acero, el arrabio líquido se mezcla

El hierro dulce o “Hierro forjado”

[1] Producto siderúrgico que contiene entre el 99’90 y 99’99%

de hierro.

Puede considerarse casi hierro puro.

[1] Pocas aplicaciones industriales: bajas propiedades mecánicas

y difícil obtención.

[1] Material dúctil y maleable, admite forja, por eso su 2º

nombre.

[1] Aplicaciones en electricidad y electrónica.

Los aceros

[1] Aleaciones de hierro + carbono (0’03% - 1’76%), a las

que se le suele añadir otros elementos como el cromo,

manganeso, níquel, vanadio o titanio.

[1] Clases de acero:

1. Comunes:

1. Hierro + Carbono.

2. Fáciles de soldar.

3. Poco resistente a la corrosión

2. Aleados:

1. Hierro + Carbono + Otros minerales

2. Muy resistentes a la corrosión, al desgaste y a las

altas temperaturas.

3. Fabricación de instrumentos y herramientas

Tema 2: Los materiales metálicos 8/24

Las fundiciones

[1] Aleaciones de hierro + carbono.

[1] La diferencia respecto al acero es la cantidad de carbono

(1,76% – 6,67%).

[1] Fáciles de moldear y mecanizar.

[1] Se emplean en la fabricación de piezas de gran tamaño:

calderas, carcasas, etc.

[1] Se clasifican en:

Fundiciones ordinarias

[1] Casi exclusivamente por hierro y carbo

3) Los materiales metálicos NO Férricos.

1. Los metales no férricos

Los materiales férricos son los más empleados por:

[1] Facilidad de obtención

[1] Bajo coste

[1] Gran resistencia mecánica

[1] Inconvenientes:

Baja resistencia a la oxidación

Dificultad de su mecanizado

Univ .Clorinda Condori Mamani

	NOMBRE	NOTA PARCIAL SOBRE 60%
1	APAZA SURCO ELIZABETH	28,7
2	BERNABE FLORES REBECA	47,7
3	CALLEJAS BLANCO JHONNY	30,4
4	CASTILLO LUNA JASMIN ALEXANDRA	52,3
5	CHOQUE SANCHEZ WILDA ALEJA	33,4
6	CHURA YUJRA LIDIA LOURDES	52,0
7	CHURQUI MAMANI JUAN CARLOS	5,8
8	COLQUE LÓPEZ ELVA MÓNICA	33,2
9	CONDORI MAMANI CLORINDA	22,9
10	CUSI CUSI JUAN	42,5
11	FALGA TINTA JANETH	38,2
12	FERNÁNDEZ TICONA SILVIA MERY	48,2
13	GUTIERREZ QUISPE JACQUELINE	22,7
14	LARICO APAZA MANUEL	7,5
15	MAYTA MEJIA ALVARO	33,9
16	QUISPE VALENCIA JACQUELINE	0,0
17	TORREJÓN CONDORI JUAN NEIL	42,4
18	VELASCO CANAVIRI FABIOLA	34,9
19	VILLALOBOS APAZA DAYSI	5,6

Aleaciones	Propiedades	Aplicación	Observación
Hiero dulce C < 0.1 %	Se consideran Fe puro Se oxidan fácilmente Su estructura es cristalina no tiene cohesión alta, se agrieta internamente	Electrónica eléctrica	Es un material blando debido a su bajo de carbono
Acero 0.1 < C < 2%	Son dúctiles y maleables se oxidan con facilidad son maquinados son tenaces al incrementar el contenido de carbono aumenta su dureza	Industrial automotriz Fabricación de maquinaria Utensilios y herramientas Industria armamentista Seguridad industrial	Se moldea en frio y caliente Los aceros con menor contenido de carbono se consideran acero suaves
Fundiciones 2% < C 5%	Menos dúctiles y menos tenaces que los aceros Temperatura de fusión es relativamente baja (4000^o) No tiene buena estabilidad	Piezas de maquinas Motores armamentacion	Atreves de la técnica moldeo por fusión se puede fabricar piezas muy complicados

Material	Propiedades	Aplicaciones
Cobre Cu	- Color rojo - Muy buen conductor técnico y eléctrico - Alta resistencia a la corrosión y óxido - Muy dúctil y Maleables	- Conductores eléctricos - Planchas Varillas alambres – p/maquinaria
Estaño Sn	- Color blanco brillante - Es un blando, dúctil y maleable - In oxidable	- Soldadura en circuito - Soldadura en construcción
Zinc Zn	- Blanco - Muy resistente a la corresión y oxidación	- Recubrimiento de protección para elementos metálicos.
Aluminio Al	- Blanco brillante muy ligero - Buen conductor - Resistente a la oxidación - No es tóxico - Blando - Bastante abundante en la naturaleza	- Aplicado envase - Industria automotriz y construcción

Magnesio Mg	- Muy ligero - Alto precio - En estado líquido - Reacciona violentamente con el oxígeno.	- Aplicación aeroespacial - Pirotécnica
Titanio Ti	- Alto precio - Muy resistente a la corrosión - Alto resistente mecánico - Bio compatible	- Implantes médicos - Industria Aero parcial, titanio en joyería

Latón Cu + Zn 5 – 40% de Zn	- Color amarillo - Muy dúctil maleables - Alta resistencia mecánica.	- Radiadores - Quincallería - Envases
Bromo Br Cu + Sn 10% de Sn	- Color amarillo - Alta resistencia mecánica - Tiene alto grado de colabilidad - Alta resistencia fricción - Moldeo Al + Cu + Mg Mg + Al Ti + Al	- Industria automotriz - Cojinetes

IPE Ingeniería de materiales

jueves, 12 de julio de 2012

jueves, 28 de junio de 2012