METALES
Propiedades físicas de una aleación metálica son función de la
composición química y de la microestructura
Aleaciones:
Hierro-Carbono (aceros), Cu-Ni, Aluminio-Magnesio, et
Microestructura
se puede establecer (en la mayor parte de los casos) a partir del diagrama de
fases de la aleación Diagrama de fases: Resume de forma gráfica los
rangos de temperatura y composición en los ciertas fases o mezclas de fases
existen en condiciones de
equilibrio termodinámico.
METALES FORROSOS
- Los metales o
productos ferrosos se casifican en:
HIERROS: Son
aquellos productos cuyo porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,01% y
0,03%.
ACEROS: Son
aleaciones de hierro – carbono, puediendo contener otros elementos químicos. El
porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,03% y el 1,76%.
FUNDICIONES: Son
aleaciones de hierro – carbono, cuyo porcentaje de carbono está comprendido
entre el 1,76% y 6,67%.
GRAFITOS: Se
obtienen cuando el porcentaje de carbono es mayor del 6,67%. No tiene
aplicaciones porque son muy frágiles.
- El acero se obtiene
mediante dos métodos:
MEDIANTES LOS ALTOS HORNOS
Se introduce el mineral de hierro en el horno hasta
llegar al etalaje. Aquí, donde la temperaturaronda los 1650º, el hirro presente
transforma en gotitas que se depositan en el crisol.
La cal reacciona con la ganga y fomra la escoria.
Ésta se extrae por las bogoteras o piqueras de escoria.
Cada cierto tiempo, se abre la piquera de arrabio y
se obtiene éste (hierro líquido), que contiene muchas impurezas.
A paritr de ese momento el arrabio se lleva a on
convertidor LD, donde tiene lugasr el siguiente proceso.
- PASO 1: Se inclina
el horno y se añade el arrabio, el fundente y, a veces la chatarra.
- PASO 2: Se pone
vertical y se baja la lanza para inyectar oxígeno en el metal fundido.
Deesta forma las impurezas se queman.
- PASO 3: Se inclina
el horno y se saca la escoria que folta sobre el acero, ya obtenido.
- PASO 4: Se vierte el
acero sobre la cuchara y se añaden ferroaleciones y carbono.
MEDIANTE HORNO ELÉCTRICO
- PASO 1: Se
introducen la chatarra y el fundente.
- PASO 2: Se cierra el
horno y se acercan los electrodos a la chatarra, para que salte el arco
eléctrico y comience a fundir.
- PASO 3: Cuando la
chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar los elementos
indeseables, como el Si, Mg, P…
- PASO 4: Se inclina
el horno y se extrae la escoria. Después se le añaden carbono y
ferroaleaciones para dar uniformidad al baño.
- PASO 5: Se inclina
el horno y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará al área de
moldeo.
Entre los materiales no ferrosos más destacados se encuentran:
ESTAÑO
Es un metal plateado, maleable,
que no se oxida
fácilmente con el aire y es resistente a la corrosión.
Se encuentra en muchas aleaciones
y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus
características más llamativas es que bajo determinadas condiciones forma la peste
del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido
característico llamado grito
del estaño, producido por la fricción de los cristales que la
componen.
1. APLICACIONES
El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV)) en donde se presenta como óxido. y también en el cobre. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.
COBRE
Se trata de un metal
de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto
con la plata y
el oro, forma parte de la
llamada familia
del cobre, caracterizada por ser los mejores conductores de
electricidad. Gracias a su alta conductividad
eléctrica, ductilidad
y maleabilidad,
se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables
eléctricos y otros componentes eléctricos
y electrónicos.
El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.
1.
Propiedades físicas
Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.[1] Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.
3. ALEACIONES MÁS CONOCIDAS
BRONCE (Cu – Sn)
LATÓN (Cu – Zn)
ALPACA (Cu – Zn – Ni)
PLOMO
El plomo es un metal
pesado de densidad relativa o gravedad
específica 11,4 a 16 °C, de color azuloso, que se empaña para
adquirir un color gris mate.
Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.
1. Características generales
Los compuestos de plomo más utilizados en la industria son los óxidos de plomo, el tetraetilo de plomo y los silicatos de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales, y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cloro, cloroformo, ésteres, cadmio y sodio tienen importancia industrial. Es tóxico y ha producido envenenamiento de trabajadores por su uso inadecuado y mala manipulación, y por una exposición excesiva a los mismos, debida a una incompetencia importante por parte de trabajadores y empleadores.
El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena.
ALUMINIO
Es el tercer elemento más común encontrado en
la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de
la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la
vegetación y de los animales.[1]
En estado natural se encuentra en muchos silicatos
(feldespatos,
plagioclasas
y micas). Como metal se
extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación
primero en alúmina
mediante el proceso
Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis.
1. Características físicas
Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:
2.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del
aluminio se tienen las siguientes:
3.
Características químicas
TITANIO
Es un metal abundante en la naturaleza; se
considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie
terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en
estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos
minerales de hierro y
en las cenizas
de animales y plantas. Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de
la tecnología
aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas de
frío y calor que se dan en el espacio y en la industria
química, por ser resistente al ataque de muchos ácidos; asimismo, este
metal tiene propiedades biocompatibles, dado que los tejidos del organismo
toleran su presencia, por lo que es factible la fabricacion de muchas prótesis
e implantes de este metal.
Posee propiedades mecánicas parecidas al acero, tanto puro como en las aleaciones que forma, por tanto compite con el acero en muchas aplicaciones técnicas, especialmente con el acero inoxidable.
1. Características físicas
Entre las características físicas del titanio se tienen las siguientes:
2.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del
titanio se tienen las siguientes:
3.
Características químicas
MAGNESIO
El metal puro no se encuentra en la
naturaleza. Una vez producido a partir de las sales de magnesio, este metal
alcalino-térreo es utilizado como un elemento de aleación.
1. APLICACIONES
Las superaleaciones tienen una matriz austenítica y un elemento de superaleación de base de aleación es generalmente níquel, cobalto o níquel-hierro. Algunos ejemplos de superaleaciones son Hastelloy, Inconel, Waspaloy, aleaciones René, aleaciones de Haynes ó Incoloy, mismas que se pueden fundir en RADVER S.A. de C.V.
Otra característica importante de las superaleaciones es la resistencia a la fatiga, es por ello que se usa en gran medida a la industria aeroespacial.
Las superaleaciones pueden ofrecer resistencia a altas temperaturas gracias a su fortalecimiento de solución sólida. La oxidación y resistencia a la corrosión es proporcionada por la formación de un recubrimiento de barrera térmica, que se forma cuando el metal está expuesto al oxígeno y recubre el material.
También se utilizan en medios corrosivos en lugar de otros materiales metálicos (por ejemplo) en lugar de acero inoxidable en ambientes de agua salada o ácido.
Las superaleaciones basadas en níquel, como regla general, poseen una composición química compleja. Incluye de 12 a 13 componentes cuidadosamente equilibrados para obtener las propiedades requeridas. El contenido de impurezas tales como silicio (Si), fósforo (P), azufre (S), oxígeno (O) y nitrógeno (N) también está controlado. El contenido de elementos tales como selenio (Se), teluro (Te), plomo (Pb) y bismuto (Bi), debe ser insignificante, siempre que la selección de materias primas con un contenido bajo de estos elementos, pues no es posible deshacerse de ellos durante la fusión. Estas aleaciones contienen normalmente de un 10 a 12% de cromo (Cr), hasta un 8% de aluminio (Al) y titanio (Ti), de 5 a 10% de cobalto (Co), así como pequeñas cantidades de boro (B), circonio (Zr) y carbono (C). A veces, el agregado de molibdeno (Mo), wolframio (W), niobio (Nb), tántalo (Ta) y hafnio (Hf).
La otra vertiente de superaleaciones, son
quellas basadas en cobalto son aleaciones
se denominan "estelite", se utilizan para la producción de
herramientas de corte y piezas resistentes al desgaste. A pesar de que las superaleaciones
basadas en niquel desplazaron a las aleaciones
basadas en cobalto, existen muchas aplicaciones ideoneas para continuar con las
aleaciones basadas en níquel.
ESTAÑO
Es un metal plateado, maleable,
que no se oxida
fácilmente con el aire y es resistente a la corrosión.
Se encuentra en muchas aleaciones
y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus
características más llamativas es que bajo determinadas condiciones forma la peste
del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido
característico llamado grito
del estaño, producido por la fricción de los cristales que la
componen.1. APLICACIONES
- Se usa como revestimiento
protector del cobre, del hierro y de diversos
metales usados en la fabricación de latas de conserva.
- Su uso también es de disminuir la
fragilidad del vidrio.
- Los compuestos de estaño se usan
para fungicidas, tintes, dentifrícos (SnF2) y pigmentos.
- Se usa para hacer bronce, aleación
de estaño y cobre.
- Se usa para la soldadura blanda,
aleado con plomo.
- Se usa en aleación con plomo para
fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales.
- En etiquetas
- Recubrimiento de acero.
El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV)) en donde se presenta como óxido. y también en el cobre. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.
COBRE
Se trata de un metal
de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto
con la plata y
el oro, forma parte de la
llamada familia
del cobre, caracterizada por ser los mejores conductores de
electricidad. Gracias a su alta conductividad
eléctrica, ductilidad
y maleabilidad,
se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables
eléctricos y otros componentes eléctricos
y electrónicos.El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.
1.
Propiedades físicas
El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso
industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en
el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después
de la plata, es
el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material
abundante en la naturaleza; tiene un precio asequible y se recicla de forma
indefinida; forma aleaciones
para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión
y oxidación.
2. Propiedades mecánicasTanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa.[1] Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.
3. ALEACIONES MÁS CONOCIDAS
BRONCE (Cu – Sn)
LATÓN (Cu – Zn)
ALPACA (Cu – Zn – Ni)
PLOMO
El plomo es un metal
pesado de densidad relativa o gravedad
específica 11,4 a 16 °C, de color azuloso, que se empaña para
adquirir un color gris mate.
Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.1. Características generales
Los compuestos de plomo más utilizados en la industria son los óxidos de plomo, el tetraetilo de plomo y los silicatos de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales, y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cloro, cloroformo, ésteres, cadmio y sodio tienen importancia industrial. Es tóxico y ha producido envenenamiento de trabajadores por su uso inadecuado y mala manipulación, y por una exposición excesiva a los mismos, debida a una incompetencia importante por parte de trabajadores y empleadores.
El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena.
ALUMINIO
Es el tercer elemento más común encontrado en
la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de
la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la
vegetación y de los animales.[1]
En estado natural se encuentra en muchos silicatos
(feldespatos,
plagioclasas
y micas). Como metal se
extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación
primero en alúmina
mediante el proceso
Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis.1. Características físicas
Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes:
- Es un metal ligero, cuya densidad
es de 2700 kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua), un tercio de la
del acero.
- Tiene un punto de fusión bajo:
660 ºC (933 K).
- El peso
atómico del aluminio es de 26,9815 u.
- Es de color blanco brillante, con
buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión de radiaciones
luminosas y térmicas.
- Tiene una elevada conductividad
eléctrica comprendida entre 34 y 38 m/(Ω mm2) y una elevada
conductividad térmica (80 a 230 W/(m·K)).
- Resistente a la corrosión, a los
productos químicos, a la intemperie y al agua de mar, gracias a la capa de
Al2O3 formada.
- Abundante en la naturaleza. Es el
tercer elemento más común en la corteza
terrestre, tras el oxígeno
y el silicio.
- Su producción metalúrgica a
partir de minerales es muy costosa y requiere gran cantidad de energía
eléctrica.
- Material fácil y barato de reciclar.
2.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del
aluminio se tienen las siguientes:- De fácil mecanizado.
- Muy maleable,
permite la producción de láminas muy delgadas.
- Bastante dúctil,
permite la fabricación de cables
eléctricos.
- Material blando (Escala
de Mohs: 2-3). Límite de resistencia en tracción:
160-200 N/mm2
[160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1400-6000
N/mm2. El duraluminio
es una aleación particularmente resistente.
- Para su uso como material
estructural se necesita alearlo con otros metales para mejorar las
propiedades mecánicas.
- Permite la fabricación de piezas
por fundición,
forja
y extrusión.
- Material soldable.
- Con CO2 absorbe el
doble del impacto.
3.
Características químicas
- Debido a su elevado estado de
oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido
de aluminio (Alúmina
Al2O3) impermeable y adherente que detiene el
proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y
durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada
por electrólisis
en presencia de oxalatos.
- El aluminio tiene características
anfóteras.
Esto significa que se disuelve tanto en ácidos
(formando sales de aluminio) como en bases fuertes
(formando aluminatos con el anión [Al (OH)4]–)
liberando hidrógeno.
- La capa de óxido formada sobre el
aluminio se puede disolver en ácido
cítrico formando citrato
de aluminio.
- El principal y casi único estado
de oxidación del aluminio es +III como es de esperar por sus tres
electrones en la capa de valencia.
TITANIO
Es un metal abundante en la naturaleza; se
considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie
terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en
estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos
minerales de hierro y
en las cenizas
de animales y plantas. Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de
la tecnología
aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas de
frío y calor que se dan en el espacio y en la industria
química, por ser resistente al ataque de muchos ácidos; asimismo, este
metal tiene propiedades biocompatibles, dado que los tejidos del organismo
toleran su presencia, por lo que es factible la fabricacion de muchas prótesis
e implantes de este metal.Posee propiedades mecánicas parecidas al acero, tanto puro como en las aleaciones que forma, por tanto compite con el acero en muchas aplicaciones técnicas, especialmente con el acero inoxidable.
1. Características físicas
Entre las características físicas del titanio se tienen las siguientes:
- Es un metal
de transición.
- Ligero: su Densidad
o peso específico es de 4507 kg/m3.
- Tiene un punto
de fusión de 1675 ºC (1941 K).
- La masa
atómica del titanio es de 47,867 u.
- Es de color plateado grisáceo.
- Paramagnético.
No se imanta gracias a su estructura electónica.
- Abundante en la Naturaleza.
- Reciclable.
- Forma aleaciones con otros
elementos para mejorar las prestaciones mecánicas.
- Muy resistente a la corrosión
y oxidación.
- Refractario.
- Poca conductividad.
No es muy buen conductor del calor ni de la electricidad.
2.
Características mecánicas
Entre las características mecánicas del
titanio se tienen las siguientes:- Mecanizado
por arranque de viruta similar al acero
inoxidable.
- Permite fresado
químico.
- Maleable,
permite la producción de láminas muy delgadas.
- Dúctil,
permite la fabricación de alambre
delgado.
- Duro. Escala
de Mohs 6.
- Muy resistente a la tracción.
- Gran tenacidad.
- Permite la fabricación de piezas
por fundición
y moldeo.
- Material soldable.
- Permite varias clases de
tratamientos tanto termoquímicos como superficiales.
- Puede mantener una alta memoria
de su forma.
3.
Características químicas
- Se encuentra en forma de óxido,
en la escoria de ciertos minerales y en cenizas de animales y plantas.
- Presenta dimorfismo, a
temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada
fase alfa. Por encima de 882 ºC presenta estructura física centrada en el
cuerpo (bcc) se conoce como fase beta.
- La resistencia a la corrosión que
presenta es debida al fenómeno de pasivación
que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura
ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al
ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos,
también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se
puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido
fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas
elevadas puede reaccionar fácilmente con el nitrógeno,
el oxígeno,
el hidrógeno,
el boro
y otros no metales.
- Sus iones no tienen existencia a
pH básicos.
MAGNESIO
El metal puro no se encuentra en la
naturaleza. Una vez producido a partir de las sales de magnesio, este metal
alcalino-térreo es utilizado como un elemento de aleación.1. APLICACIONES
Aditivo en propelentes
convencionales.
Obtención de fundición nodular
(hierro–silicio-Mg) ya que es un
agente esferoidizante/nodulizante del grafito.
El hidróxido (leche de magnesia), el cloruro, el sulfato
(sales Epsom)
y el citrato
se emplean en medicina.
El polvo de carbonato
de magnesio (MgCO3)
es utilizado por los atletas como gimnastas y levantadores
de peso para mejorar el agarre de los objetos. Es por este motivo
prácticamente imprescindible en la escalada de dificultad para secar el sudor
de manos y dedos del escalador y mejorar la adherencia a la roca. Se lleva en
una bolsa colgada de la cintura.
Otros usos
incluyen flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias.
SUPERALEACIONES
¿Que son las Superaleaciones?
Las superaleaciones ofrecen una excelente resistencia mecánica, además de brindar una gran resistencia a altas temperaturas, estabilidad y una gran resistencia a la corrosión y la oxidación. Principalmente es usado para el sector aeroespacial, así como válvulas bi-metálicas, por donde circulan ácidos altamente corrosivos.Las superaleaciones tienen una matriz austenítica y un elemento de superaleación de base de aleación es generalmente níquel, cobalto o níquel-hierro. Algunos ejemplos de superaleaciones son Hastelloy, Inconel, Waspaloy, aleaciones René, aleaciones de Haynes ó Incoloy, mismas que se pueden fundir en RADVER S.A. de C.V.
Otra característica importante de las superaleaciones es la resistencia a la fatiga, es por ello que se usa en gran medida a la industria aeroespacial.
Las superaleaciones pueden ofrecer resistencia a altas temperaturas gracias a su fortalecimiento de solución sólida. La oxidación y resistencia a la corrosión es proporcionada por la formación de un recubrimiento de barrera térmica, que se forma cuando el metal está expuesto al oxígeno y recubre el material.
También se utilizan en medios corrosivos en lugar de otros materiales metálicos (por ejemplo) en lugar de acero inoxidable en ambientes de agua salada o ácido.
Las superaleaciones basadas en níquel, como regla general, poseen una composición química compleja. Incluye de 12 a 13 componentes cuidadosamente equilibrados para obtener las propiedades requeridas. El contenido de impurezas tales como silicio (Si), fósforo (P), azufre (S), oxígeno (O) y nitrógeno (N) también está controlado. El contenido de elementos tales como selenio (Se), teluro (Te), plomo (Pb) y bismuto (Bi), debe ser insignificante, siempre que la selección de materias primas con un contenido bajo de estos elementos, pues no es posible deshacerse de ellos durante la fusión. Estas aleaciones contienen normalmente de un 10 a 12% de cromo (Cr), hasta un 8% de aluminio (Al) y titanio (Ti), de 5 a 10% de cobalto (Co), así como pequeñas cantidades de boro (B), circonio (Zr) y carbono (C). A veces, el agregado de molibdeno (Mo), wolframio (W), niobio (Nb), tántalo (Ta) y hafnio (Hf).
