Los Metales Mejorado

8/8/2019 Los Metales Mejorado

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RESEÑA HISTORICA

Al cabo de diez mil años el hombre fue capaz deconquistar el metal fundido, y con ello abrieron elcamino del mundo moderno.

El bronce comienza a generalizarse hacia el 5000

a.C. y en la Península Ibérica llega hacia el 4000a.C. La edad de los metales convive con los primeros

pasos de la historia: así mientras en Mesopotámiay el Creciente Fértil ya había manifestacionesescritas a Europa occidental estaban llegando lasinnovaciones neolíticas de la metalurgia

Final de la edad de los metales: cuando lospueblos pasan a la historia en el momento delprincipio de las Primeras civilizaciones.



DIVISIÒN DE LA EDAD DE LOS

METALES COBRE: La primera técnica metalúrgica conocidafue la del cobre. Debido a su escasa dureza seusó para hacer objetos de adorno.

BRONCE: El Bronce es una aleación de nuevepartes de cobre y una de estaño, estacombinación produce un nuevo metal mucho másduro que sus componentes y es más fácil defundir y de trabajar que el cobre.

HIERRO: Es el estadio en el desarrollo de unacivilización en el que se descubre y populariza eluso del hierro como material para fabricar armas yherramientas.



PROCESO DE OBTENCIÓN O

MANUFACTURA La metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracción demetales de sus fuentes naturales y de su preparación para usosprácticos. La metalurgia implica varios pasos:

Explotación de las minas Concentración de la mena o su preparación por algún otro medio

para el tratamiento posterior (la mena se tritura, se muele y luego

se trata para concentrar el metal deseado) La etapa de concentración se apoya en las diferencias depropiedades entre el mineral y el material indeseable que loacompaña, que se conoce como ganga. Por ejemplo la magnetita,es un mineral de hierro que se puede concentrar moviendo la menafinamente molida sobre una banda transportadora que pasa por una serie de imanes. El mineral de hierro es magnético (es atraídopor un imán), pero la ganga que los acompaña no.

Reducción del mineral para obtener el metal libre Refinación o purificación del metal. Mezclado del metal con otros elementos para modificar sus

propiedades. Este último proceso produce una aleación, es decir,un material metálico compuesto de dos o más elementos.



ALTO HORNO





OBTENCIÓN DE MATERIALES NO

FERROSOS -Cobre: El cobre se obtiene a partir de los minerales cuprita,calcopirita y malaquita. Presenta una alta conductividad eléctrica ytérmica, así como una notable maleabilidad y ductilidad. Es unmetal blando, de color rojizo y brillo intenso. Se oxida en susuperficie, 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 aguamejor 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 lacorrosión.

-Plomo: Se obtiene de la casiterita. Es un metal de color blancobrillante, muy blando, poco dúctil, pero muy maleable, y no se

oxida a temperatura ambiente. Emite un ruido característicocuando 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 hastafechas relativamente recientes. Es un metal blanco yplateado, que presenta una alta resistencia a la corrosión.Es muy blando, de baja densidad y gran maleabilidad y

ductilidad. Presenta una alta conductividad eléctrica ytérmica.

-Titanio: Este metal se extrae de dos minerales, el Rutilio yla ilemita. Es de color blanco plateado, brillante ligero, muyduro 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, muyligero, blando, maleable y poco dúctil.



METALES PESADOS

MERCURIO

TALIO

PLOMO CADMIO

ARSÉNICO

ALUMINIO BERILIO



METALES FERROSOS

Se denominan materialesferrosos o ferricos a todosaquellos que contienen comoelemento basico el hierro



PRODUCTOS FERRICOS

HierroAcero

Grafito



El hierro

Es un material maleable ferro magneticoy blando

Su principal uso en la industria es laproduccion de imanes

Sus principales aleaciones son losferrocarbonos



El ACERO

Aleacion principalmente formada por elFe-C

Se calsifican en 2 grandes familias enlos aceros puros y los aleados



Aceros puros

Estos se clasifican en:

aceros extrasuaves

aceros suaves aceros semisuaves

aceros semiduros

aceros duros aceros extraduros



Aceros aleados

Aceros finos de contruccion general

Aceros inoxidables

Aceros ara herramientas

Aceros de uso general

Aceros para moldeo



Tratamientos del acero

Pueden ser superficiales y termicos :

superficiales :

-

cincado-

galvanizado- cromado - niquelado

Termicos

- templado - revenido

- recocido - normalizado



Aleaciones de acero

Cuando combinamos el acero conotros elementos obtenemos unamejora especifica en sus propiedades

para realizar un mejor trabajo

Principales aleaciones:

- niquel : aporta resistencia a laoxidacion

- cromo : aporta dureza a la

aleacion





La fundicion

Por norma son fraguiles y duras pero variansegún su proceso de obtencion.se obtienepor fundiciones ordinarias o aleadas

Ordinarias :

fundicion blanca : obtiene aleacionesmaleables.

Fundicion gris : produce aleaciones de color grisaceo gracias al carbono en forma degrafito



Fundiciones atruchadas : punto intermedioentre la fundicion blanca y gris

fundaciones aleadas : basicamente llevanmas compuestos ademas del carbon y el

hierro estas varian según sus otroscompuestos



PROPIEDADES FISICAS

Aspecto: El color de un metal depende de laluz que refleja o difunde, la plata, el estaño y elplatino, son blancos. El hierro es gris, el cobrees rojo o amarillo, el oro es amarillo, sin

embargo, cuando tiene muy poco espesor eloro parece verde cuando lo atraviesa la luz.

Dilatación: Los metales se dilatan cuando

se calientan, el zinc es un metal muydilatable.Ferromagnetismo: posibilidad de ser atraidos magneticamente . Niquel, hierro y

cobalto



Densidad: Los metales son en general más densos que el agua he aquíuna tabla de la densidad de alguno metalesLa densidad de los metales varía ligeramente según la forma en la quese ha sido trabajado; el hierro forjado, por ejemplo, es más denso que elhierro fundido

Metal densidad

Platino 21.5

Oro 19.4

Mercurio 16.3Hierro 7.9

Aluminio 2.5



Fusibilidad: Los puntos de fusión de los metales usualesvarían desde el del mercurio -39 grados hasta el

tungsteno o volframio, que es 3.000 grados .El mercurioes el único metal liquido a la temperatura ambiente. Losmetales siempre hierven a temperaturas muy altas,excepto el mercurio a 357 grados .El hierro hierve a 3230grados, el conocer estos puntos de fusión y ebullición es

fundamental en la metalurgia.

Conductibilidad: La conductibilidad calorífica de un metal

se expresa por el número de micro termias que atraviesanpor segundo una superficie de 1 centímetro al cuadradotomada de una plancha de 1 cm., de espesor y entre cuyasdos caras existe una diferencia de temperatura de 1 grado



Los metales se caracterizan por ejercer unaatracción muy débil sobre los electrones de

valencia y como consecuencia tienden a perderlosy convirtiéndose en iones positivos.

PROPIEDADES QUÍMICAS

Enlaces químicos en los metales alcalinosEl enlace iónico es una forma de unión química delos átomos en la que se transfieren electrones de unátomo a otro, de manera que los átomos tengan alfinal capas electrónicas totalmente llenas



Clasificación

Metales alcalinotérreos

Serie de seis elementos químicos en el grupo1 (o IA) del sistema periódico. Comparadoscon otros metales son blandos, tienen puntosde fusión bajos, y son tan reactivos quenunca se encuentran en la naturaleza si noson combinados con otros elementos.



Son poderosos agentes reductores, es decir, sedesprenden fácilmente de los Serie de seis elementosquímicos que se encuentran en el grupo 2 (o IIA) delsistema periódico electrones.



Estr uctur a Química Tienen radios atómicos de gran tamaño.

Tienen bajas energía de ionizaciónPoseen baja carga nuclear efectiva.No se encuentran libres en la naturalezaSe encuentran formando enlaces iónicos o metálicos

Los metales, tienden a perder un número de electronestal que el catión que se forme tenga en su última capaocho electrones, igual que los gases nobles (regla delocteto).

Los metales están formados por una red cristalina deiones metálicos.Los electrones del nivel externo pueden desplazarsefácilmente aunque con absoluta libertad.



PROPIEDADES MECÁNICAS

Son aquellas que expresan elcomportamiento de los metales frente aesfuerzos o cargas que tienden a alterar suforma.



Resistencia: Capacidad de soportar una cargaexterna si el metal debe soportarla sin romperse

Traccion , torsion y compresion

Dureza: Propiedad que expresa el grado de

deformación permanente que sufre un metal bajola acción directa de una carga determinada.

Elasticidad: Capacidad de un material elástico

para recobrar su forma al cesar la carga que lo hadeformado. Se llama límite elástico a la cargamáxima que puede soportar un metal sin sufrir unadeformación permanente.



Plasticidad: Capacidad de deformación

permanente de un metal sin que llegue a romperse.Tenacidad: Resistencia a la rotura por esfuerzosde impacto que deforman el metal. La tenacidadrequiere la existencia de resistencia y plasticidad.

Fr agilidad: Propiedad que expresa falta deplasticidad, y por tanto, de tenacidad. Losmateriales frágiles se rompen en el límiteelástico, es decir su rotura se produceespontáneamente al rebasar la cargacorrespondiente al límite elástico.



Soldabilidad: Es la aptitud de un metal parasoldarse con otro idéntico bajo presión ejercida

sobre ambos en caliente.



FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN



Las distintas condiciones de presión y

temperatura a los que puede estar un materialprovocan que éste pueda encontrarse endistintos estados, entre los que en este momento

interesa destacar el sólido y el líquido.

El estado sólido se caracteriza porque losátomos se encuentran en posiciones fijas,vibrando en función de su temperatura. Ésto

implica una forma y un volumen propios, y una

capacidad para soportar fuerzas sin deformaciónaparente.



Si se incrementa la temperatura de un sólido,el movimiento de sus partículas va

aumentando hasta desaparecer el ordenatómico cuando se alcanza el estado líquido.

Aunque aún existe cierta ligazón entre losátomos del cuerpo, es mucho menos intensa

que en los sólidos, lo que le confiere a loslíquidos la capacidad de fluir y adaptarse a la

forma del recipiente que los contiene.



El cambio de estado sólido a líquido sedenomina fusión, y el cambio inverso,

solidificación. En los metales, al igual que enotros materiales, se produce una disminución de

volumen en el paso de líquido a sólido, quepuede producir faltas de material llamadas

rechupes. Otro defecto que puede aparecer esla formación de burbujas, que se llaman

sopladur as.



SOLIDIFICACIÓN DE METALES PUROS Cuando se calienta un metal, como con cualquier

sustancia pur a, se le da ener gía que se tr ansforma en aumento de temper atur a hasta alcanzar la temper atur a o punto de f usión. Al seguir dándoleener gía, el metal la emplea par a pasar del estado

sólido al líquido, sin variación de temper atur a.

Cuando el metal está en estado líquido y se le quita ener gía se produce la solidificación, que se produce

también a temper atur a constante.





SOLIDIFICACIÓN DE ALEACIONES



DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO ODE FASES

Ya sabemos que cuando se solidifica unmetal puro se obtiene una curva deenfriamiento en la que se produce elcambio de fase a temperaturaconstante. Sin embargo, en la

solidificación de una aleación el cambiode fase se produce entre un margen detemperaturas.



A continuación se hace una gráfica en la queel eje x indique composiciones y el eje y sea

de temperaturas, y se van colocando lospuntos de inicio y de final de solidificaciónpara las distintas proporciones



TEMPERATURAS Y COMPOSICIONES DE SO

LID

IF

IC

AC

IÓN

Con la animación anterior, se puede obtener la temperatura a la cual una aleación conel 30% de níquel está totalmente líquida(aproximadamente 1247° C) o totalmente

sólida (aproximadamente 1200° C).



VARIACIÓN DE LA SEGREGACIÓN

Según se va solidificando una aleación,primero se transforma material rico en elcomponente de mayor punto de fusión ylo último que solidifica tiene más riquezaen el componente de menor punto defusión. El diagrama de fases indica lacomposición del líquido y del sólido encada instante de la solidificación:



En el diagrama del sistema formado por el

cobre y el níquel del dibujo, una aleacióncon el 60% de níquel a 1325° C está enparte líquida y en parte sólida, y ocuparíael punto A



TIPOS DE DIAGRAMAS

El diagrama que ya conocemos corresponde aaleaciones cuyos átomos son totalmentecompatibles en estado sólido, razón por la cualse llaman soluciones sólidas. Es el caso de

aleaciones de sustitución en que ambosmetales tienen la misma red cristalina yademás un tamaño atómico similar. Pero no esel caso único, y otras posibilidades frecuentes

son:



COMPONENTES INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO

Cuando los átomos de los dos metales tienendistinto tamaño y sistema de cristalización, primerosolidifica el de mayor temperatura de fusión,

expulsando al otro:



COMPONENTES INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO FORMANDO EUTÉCTICO

Algunas aleaciones muestran la insolubilidad entre suscomponentes formando una estructura denominadaeutéctica, en la cual los átomos de los dos componentesse colocan en capas. La proporción, por tanto, está biendefinida. Además, las aleaciones eutécticas solidifican a

una temperatura constante (como si fuera una sustanciapura) e inferior a las temperaturas de ambos

constituyentes.



Cuando la concentración del soluto es superior a laproporción eutéctica se va solidificando éste de

forma independiente hasta que el líquido se quedacon la proporción de la eutéctica, y entoncessolidifica ésta. Algo análogo ocurre si lo que sobra

es disolvente. A estas aleaciones se les llama

hipoeutécticas si están a la izquierda ohipereutécticas si están a la derecha de la

eutéctica.



Son típicamente aleaciones por inserción, enlas cuales el soluto puede disolverse hasta

llenar los intersticios del disolvente, formando

una solución sólida con un valor máximo deconcentración.

COMPONENTES PARCIALMENTE SOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO



NUCLEACION Y CRECIMIENTO



La solidificación de un metalpuede dividirse en las siguientesetapas:

1. Formación de núcleos estables en elfundido (nucleación).

2. Crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales.

3. La formación de granos y estructuragranular.



Los dos mecanismosprincipales por los queacontece la nucleaciónde partículas sólidas en

un metal liquido son:

Nucleación homogénea.

Nucleación heterogénea.



Se ve en el esquema, que el metal liquido utilizaun volumen mucho menor cuando esta ayudadopor una superficie preexistente que cuando debegenerarse espontáneamente a partir del liquido.



Una vez nucleados, loscristales crecenesencialmente en

dos formas:

El crecimientoPlanar o Poligonal.

El crecimientoDendrítico



Imperfecciones y defectoscristalinosLas imperfecciones se clasifican según su geometría y

forma así:1) Defectos puntuales o de dimensión cero. Vacante.

Defectos Intersticiales. Impurezas en sólidos.Mecanismos:

a) Sustitución.b) Intersticial.

c) Por enlace iónico: Defecto de Frenkel, Schottky ypor reemplazamiento por iones de diferente carga



2) Defectos lineales o de una

dimensión, llamados tambiéndislocaciones. Dislocación de cuña:Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos

dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplanoinsertado se encuentran distorsionados.

Dislocación Helicoidal:Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de

cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separadopor un plano cortante

Dislocación mixtas:Su vector de Burgers no es ni perpendicular ni paralelo a la

línea de dislocación, pero mantiene una orientación fija enel espacio



3) Defectos Inter-faciales o

Superficiales Superficie Externa:Las dimensiones exteriores del material

representan superficies en las cuales lared termina abruptamente. Bordes de Grano:Se puede definir como la superficie que

separa los granos individuales dediferentes orientaciones cristalográficas enmateriales policristalinos.



RED CUBICA CENTRADA EN ELCUERPO

DIMENSIONES DE LAS



DIMENSIONES DE LASCELDILLAS UNIDAD PARA LOS

SIETE SISTEMAS CRISTALINOS



RED CUBICA CENTRADA EN ELCUERPO



RED CUBICA CENTRADA EN LASCARAS



RED HEXAGONAL COMPACTA

insolubilidad total en estado



insolubilidad total en estado

sólido

- aparición de un punto invariante (eutéctico E)- transformación eutéctica: Líquido--> Sólido A + Sólido B- la curva de enfriamiento de una composición eutéctica sigue elmismo patrón que la de un metal puro- el eutéctico presenta una morfologia característica



TRATAMIENTO TERMICO

Se conoce como tr atamiento térmicoel proceso al que se someten losmetales con el fin de mejorar sus

propiedades mecánicas, especialmentela dureza, la resistencia y la tenacidad.Los materiales a los que se aplica eltratamiento térmico son, básicamente, elacero y la fundición, formados por hierroy carbono



características

Resistencia al desgaste: Es la resistencia queofrece un material a dejarse erosionar cuandoestá en contacto de fricción con otro material.

Tenacidad: Es la capacidad que tiene un

material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto). Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un

material de permitir el proceso de mecanizadopor arranque de viruta.

Dureza: Es la resistencia que ofrece un aceropara dejarse penetrar. Se mide en unidadesBRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C(HRC), mediante el test del mismo nombre.



Tratamientos térmicos del acero

El tratamiento térmico en el material esuno de los pasos fundamentales paraque pueda alcanzar las propiedades

mecánicas para las cuales está creado.Este tipo de procesos consisten en elcalentamiento y enfriamiento de unmetal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas



Los tratamientos térmicos han adquiridogran importancia en la industria en general,ya que con las constantes innovaciones sevan requiriendo metales con mayoresresistencias tanto al desgaste como a latensión. Los principales tratamientostérmicos son:



Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero.Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente máselevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se enfría luego máso menos rápidamente (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 yaumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza yresistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas enel temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza oresistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto atemperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperaturade autenticación (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con estetratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la

dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar laestructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud queproduce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, esdecir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme delcarbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y alrevenido.

Tratamientos termoquímicos del



Tratamientos termoquímicos delacero

En el caso de los tratamientos térmicos nosólo se producen cambios en la estructura delacero sino también en su composiciónquímica, añadiendo diferentes productos

químicos durante el proceso del tratamiento.Estos tratamientos tienen un efecto sólosuperficial en las piezas tratadas y consiguenaumentar la dureza superficial de loscomponentes, dejando el núcleo más blando yflexible. Estos tratamientos requieren el usode calentamiento y enfriamiento enatmósferas especiales.





IMPACTO AMBIENTAL DE LOS



IMPACTO AMBIENTAL DE LOSMETALES

EL IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DEL SECTOR



EL IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DEL SECTORMETALMECÁNICO



Escandio Titanio Vanadio

Cromo Manganeso Hierro

Cobalto Níquel Cobre

EFECTOS DE ALGUNOS METALES SOBRE LA



EFECTOS DE ALGUNOS METALES SOBRE LASALUD HUMANA

- As: En dosis alta es veneno; produce cáncer en los pulmones, el hígado y la piel. -Cd: Se acumula en los riñones, el corazón y los pulmones; produce la enfermedad de -Wilson; en

concentraciones altas es fatal en pocos minutos. -Cr: Su exposición continuada causa cáncer y salpullidos en la piel. -Fe: Causa una enfermedad llamada de los pulmones rojos. -Pb: Causa parálisis de los labios y en la espalda, pérdida del control de la vejiga, hemorragia nasal y

somnolencia. -Hg. Ataca el sistema nervioso central, produce temor y trastornos. -Ni. Produce salpullido en la piel, la exposición continuada produce cáncer en los pulmones. La

exposición a pequeñísimas cantidades de carbonil níquel produce náuseas, vómito y a veces la

muerte.-V: Produce espasmo agudo de los bronquios -Zn: Es la causa de dolores musculares, fiebre, náuseas y vómito.



BIBLIOGRAFÍA BENITEZ AGUILAR, Fernando. Antología de Educación Tecnológica, México, 2003

NAV ARRO PUENTES, Yuri URL: http://www.prensarural.org/spip/spip.php?article1995 (Consulta 13 agosto 2009)

ZONAS MINERAS URL: http://www.minminas.gov.co/minminas/minas.jsp (Consulta 13 agosto 2009)

QUIMICA EN LA COMUNIDAD Bogotá, 2005 p.197-201 INTRODUCCION A LA QUIMICA DE LOS MATERIALES

P.54-

56

SECTOR METAL MECANICO URL: http://www.ecoempleo.com CURSOS QUIMICA URL: http://www.emagister.com/

ESTRUCTURA CRISTALINA URL: http://www.mitecnologico.com/im/Main/EstructuraCristalina (Consulta 17 agosto 2009)

DIAGRAMAS DE FASES URL: http://www.colegiobolivar.edu.co/library/Documents/guia_trabajos.pdf (Consulta 18 agosto 2009)

EL DIAGRAMA Fe-C URL: http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/diagrama.html (Consulta 18 agosto 2009)