Materiales Ferrosos: son aquellos materiales cuyo componente principal es el hierro. El hierro es el metal ferroso más utilizado hoy en día y siempre se obtiene en forma de aleación con carbono.
Dependiendo de la cantidad de carbono que contega el hierro, obtedremos las siguiente aleaciones:
-Acero que contiene de carbono 0.1 - 1.76% más hierro entre 99.9 - 99.7%.
Los cigüeñales, bulones, bielas, están construidos en acero.
Los cigüeñales, bulones, bielas, están construidos en acero.
-Acero inoxidable que contiene además de hierro y carbono, cromo níquel.
Este material le podemos encontra en partes de la carrocería del automovil. Un coche mítico cuya carrocería está fabricada en acero inoxidable, es el Delorean.
-Fundición que contiene hierro entre 98 - 94% y 1,76 y 6, 7% de carbono.
En en automóvil podemos encotrar en fundición de hierro el bloque motor entre otros.
Materiales no Ferrosos: son todos aquellos materiales metálicos que no contienen hierro en su composición, o lo contienen en muy pequeñas cantidades.
Los materiales no ferrosos más utilizados son:
El cobre: Alta conductividad térmica y eléctrica. Es blando y de color rojizo. Su superficie se oxida con facilidad tornándose verdosos. En el automóvil lo encontramos en la instalación eléctrica.
Latón: Es una aleación de cobre y cinc. Alta resistencia a la corrosión y soporta el vapor de agua mejor que el cobre. Lo podemos encontrar en los bornes de los cables de la batería.
Plomo: Tiene color gris plateado, es muy blando y pesado. Las baterías de los automóviles disponen de éste elemento.
Los materiales no ferrosos más utilizados son:
El cobre: Alta conductividad térmica y eléctrica. Es blando y de color rojizo. Su superficie se oxida con facilidad tornándose verdosos. En el automóvil lo encontramos en la instalación eléctrica.
Latón: Es una aleación de cobre y cinc. Alta resistencia a la corrosión y soporta el vapor de agua mejor que el cobre. Lo podemos encontrar en los bornes de los cables de la batería.
Bronce: Es una aleación de cobre y estaño. Alta resistencia al desgaste y a la corrosión. Los sincronizadores de la caja de cambios están compuestos de este material.
Plomo: Tiene color gris plateado, es muy blando y pesado. Las baterías de los automóviles disponen de éste elemento.
Estaño: Es muy blando, poco dúctil pero muy maleable y no se oxida a temperatura ambiente. Principalmente se utiliza para soldar. Está presente en las soldaduras de la carrocería.
Aluminio: Tiene color blanco plateado y presenta una alta resistencia a la corrosión. Es muy blando y tiene gran conductividad térmica y eléctrica.
La culata es uno de los componentes del automóvil donde podemos encontrar este material.
Metal Galvanizado: consiste en aplicarle al hierro una capa de zinc, ya que, al ser el zinc más oxidable, menos noble que el hierro y generar un óxido estable, protege al hierro de la oxidación al exponerse al oxígeno del aire.
Enlace Metálico
Es un enlace químico que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas.
El enlace metálico es característico de los elementos metálicos. Es un enlace fuerte, primario, que se forma entre elementos de la misma especie.
Características Físicas/Químicas de los Materiales Metálicos
Características Físicas:
- Su estado físico es sólido a excepción del mercurio que es líquido.
- Presentan un brillo característico en su superficie (brillo metálico).
- Son dúctiles (se les puede transformar en alambres) y maleables (se pueden transformar en láminas).
- Son buenos conductores del calor y la electricidad.
- Son tenaces (la mayoría de ellos se resisten a la ruptura).
- Su densidad es elevada si se compara con las de los no metales.
- Se pueden hacer aleaciones (fundir y mezclar dos o más metales).
Características Químicas:
- Su molécula está formada por un átomo.
- Sus átomos tienen 1 2 o 3 electrones que pueden participar en un enlace químico.
- Al ionizarse, (proceso para producir iones, átomos con carga eléctrica) adquieren carga eléctrica positiva.
Estructura Interna de los Materiales Metálicos
Estudios de difracción de rayos X han permitido determinar la estructura de muchos elementos metálicos, revelando la existencia de empaquetamientos compactos en muchos de ellos. Ello indica que presenta una débil tendencia a formar en esas estructuras enlaces covalentes dirigidos. Una consecuencia de la compactación es la alta densidad de dichos metales, ya que existe una gran cantidad de masa en un volúmen mínimo.
En los metales los átomos se ordenan formando redes tridimensionales, ocupando posiciones de equilibrio en los vértices de determinadas formas geométricas. A la agrupación elemental de átomos se la conoce como celda unitaria, y a la agrupación de éstas formaciones se las denomina redes cristalinas y se definen en cristalografía por tres vectores concurrentes en un origen y los tres ángulos que forman éstos entre ellos.
Estructura Interna de los Materiales Metálicos
Estudios de difracción de rayos X han permitido determinar la estructura de muchos elementos metálicos, revelando la existencia de empaquetamientos compactos en muchos de ellos. Ello indica que presenta una débil tendencia a formar en esas estructuras enlaces covalentes dirigidos. Una consecuencia de la compactación es la alta densidad de dichos metales, ya que existe una gran cantidad de masa en un volúmen mínimo.
En los metales los átomos se ordenan formando redes tridimensionales, ocupando posiciones de equilibrio en los vértices de determinadas formas geométricas. A la agrupación elemental de átomos se la conoce como celda unitaria, y a la agrupación de éstas formaciones se las denomina redes cristalinas y se definen en cristalografía por tres vectores concurrentes en un origen y los tres ángulos que forman éstos entre ellos.
Los metales de uso industrial más frecuente cristalizan en tres redes:
- Red cúbica de caras centradas (c.c.c.): hierro gamma, cobre, aluminio, oro, plomo, níquel, etc.
- Red hexagonal compacta (e.c.): magnesio, cinc, cadmio, etc.
Pureza de un metal
Algún objeto puede poseer pureza si no contiene materiales foráneos o
contaminantes sobre el objeto, que puedan exhibir impureza.
La pureza de un metal es por extensión el metal en su totalidad y no una aleación..
Aleaciones
Una aleación es una combinación, de propiedades metálicas, que
está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es
un metal.
Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metálico, como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).
Mayoritariamente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.
Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos
Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria. Al principio, sólo se usaron los que se encontraban fácilmente en estado puro (en forma de elementos nativos), pero paulatinamente se fue desarrollando la tecnología necesaria para obtener nuevos metales a partir de sus menas, calentándolos en un horno mediante carbón de madera.
El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilización de mineral de cobre con incursiones de estañó, entre 3500 y 2000 a.c., en diferentes regiones del planeta, surgiendo la denominada Edad de Bronce, que sucede a la Edad de Piedra.
Otro hecho importante en la historia fue la utilización del hierro, hacia 1400 a.c. Los hititas fueron uno de los primeros pueblos en utilizarlo para elaborar armas, tales como espadas, y las civilizaciones que todavía estaban en la Edad del Bronce, como los egipcios.
No obstante, en la antigüedad no se sabía alcanzar la temperatura necesaria para fundir el hierro, por lo que se obtenía un metal impuro que había de ser moldeado a martillazos.
Henry Bessemer descubrió un modo de producir acero en grandes cantidades con un coste razonable. Tras numerosos intentos fallidos, dio con un nuevo diseño de horno (el convertidor Thomas-Bessemer) y, a partir de entonces, mejoró la construcción de estructuras en edificios y puentes, pasando el hierro a un segundo plano.
Poco después se utilizó el aluminio y el magnesio, que permitieron desarrollar aleaciones mucho más ligeras y resistentes, muy utilizadas en aviación, transporte terrestre y herramientas portátiles.
El titaneo, es el último de los metales abundantes y estables con los que se está trabajando y se espera que, en poco tiempo, el uso de la tecnología del titanio se generalice.
Extraccion de los Materiales Metálicos.
Fusión. Los hornos más utilizados para la fusión de los minerales de metales no
ferrosos son los altos hornos (de menor tamaño que los de arrabio) y los hornos
de reverbero (aquellos en los que la flama ilumina a la carga). Aunque no todos
los metales no ferrosos necesitan ser fundidos primero para ser procesados.
Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metálico, como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).
Mayoritariamente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.
Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos
Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria. Al principio, sólo se usaron los que se encontraban fácilmente en estado puro (en forma de elementos nativos), pero paulatinamente se fue desarrollando la tecnología necesaria para obtener nuevos metales a partir de sus menas, calentándolos en un horno mediante carbón de madera.
El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilización de mineral de cobre con incursiones de estañó, entre 3500 y 2000 a.c., en diferentes regiones del planeta, surgiendo la denominada Edad de Bronce, que sucede a la Edad de Piedra.
Otro hecho importante en la historia fue la utilización del hierro, hacia 1400 a.c. Los hititas fueron uno de los primeros pueblos en utilizarlo para elaborar armas, tales como espadas, y las civilizaciones que todavía estaban en la Edad del Bronce, como los egipcios.
No obstante, en la antigüedad no se sabía alcanzar la temperatura necesaria para fundir el hierro, por lo que se obtenía un metal impuro que había de ser moldeado a martillazos.
Henry Bessemer descubrió un modo de producir acero en grandes cantidades con un coste razonable. Tras numerosos intentos fallidos, dio con un nuevo diseño de horno (el convertidor Thomas-Bessemer) y, a partir de entonces, mejoró la construcción de estructuras en edificios y puentes, pasando el hierro a un segundo plano.
Poco después se utilizó el aluminio y el magnesio, que permitieron desarrollar aleaciones mucho más ligeras y resistentes, muy utilizadas en aviación, transporte terrestre y herramientas portátiles.
El titaneo, es el último de los metales abundantes y estables con los que se está trabajando y se espera que, en poco tiempo, el uso de la tecnología del titanio se generalice.
Extraccion de los Materiales Metálicos.
Los metales no
ferrosos provienen de minerales que se pueden encontrar en la superficie de la
tierra o bien en yacimientos bajo la superficie. En ambos casos se deben seguir
técnicas de explotación eficientes y rentables.
Refinado. Los
minerales de los que se obtienen los metales no ferrosos nunca se encuentra en
estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar.
Entre los procesos de preparación más utilizados está el pulverizar al
mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción
violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos.
Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la
producción de los metales no ferrosos.
En los
hornos para la producción de los metales no ferrosos siempre existen equipos
para el control de las emisiones de polvo. Más que una medida de control de la
contaminación ambiental es una necesidad, ya que los polvos son valiosos porque
tienen el mineral que se está procesando o porque de esos polvos se pueden
obtener otros materiales con un valor representativo o rentable.
Producción Materiales Metálicos
Produccion del Aluminio.
El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial se llama BAUXITA, la cual regularmente puede ser encontrada en minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el material se tritura y con agua a presión se lava para eliminar otros materiales y sustancias orgánicas. Posteriormente el material se refina para obtener a la alúmina, lo que ya es un material comercial de aluminio con el que se pueden obtener lingotes por medio del proceso de fundición.
Produccion del Aluminio.
El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial se llama BAUXITA, la cual regularmente puede ser encontrada en minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el material se tritura y con agua a presión se lava para eliminar otros materiales y sustancias orgánicas. Posteriormente el material se refina para obtener a la alúmina, lo que ya es un material comercial de aluminio con el que se pueden obtener lingotes por medio del proceso de fundición.
Producción del Cobre.
El cobre se obtiene fundamentalmente de un mineral llamado CALCOPIRITA el que contiene grandes cantidades de cobre, azufre y fierro.
- La calcopirita es mezclada con cal y materiales silicos, los que son pulverizados por medio de molinos de quijadas y transferidos a una tinas estratificadoras.
- En las tinas estratificadoras el mineral es extraído al flotar con la espuma producto de la agitación. La espuma se forma al mezclar agua con aceite y agitarlos enérgicamente.
- El mineral extraído se pasa por un horno de tostado para eliminar el azufre. Los polvos de los gases producto del horno de tostado son capturados y procesados para obtener plata, antimonio y sulfuros.
- Los concentrados del horno de tostado son derretidos en un horno de reverbero, en este horno se elimina el hierro en forma de escoria.
- El material derretido del horno de reverbero, que se conoce como ganga, es introducido a un horno parecido al convertidos Bessemer, del cual sus gases son utilizados para obtener ácido sulfúrico y el producto de su vaciado es cobre conocido como cobre Blister, el que tiene 98% de pureza y que puede ser refinado todavía más por métodos electrolíticos.
Producción del Latón
Se inicia el proceso con una formal y meticulosa selección de las materias primas con las que se alimentarán los hornos de fusión
Continúa con la colada, donde se obtiene el billet de latón. El calentamiento del billet sirve de preparación para la extrusión, en la que se consiguen las formas de las barras y perfiles. El calibrado y trefilado posterior aportan al material la dimensión y características mecánicas requeridas por el cliente.
Con los procesos finales de enderezado, pulido y biselado el producto queda preparado para su distribución al cliente.
Produccion del Bronce
El bronce es llevado a su estado liquido en poderosos
hornos impulsados a Gas Natural los cuales levantan una temperatura de
hasta 1200 ºC aproximadamente, que hacen de las piezas de chatarra un
uniforme crisol de material incandescente que luego es volcado por
dentro de las cajas de arena rellenando cada uno de los espacios
impresos por el molde y quedando así la imagen en bruto de la pieza a
realizar.
Cada pieza desmoldada es perfectamente cepillada, limpiada, esmerilada y
cincelada en manos de verdaderos artistas quedando así casi listas para
su proceso de acabado final.
Oxidación
La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.
Corrosión
La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna.
La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.
Corrosión
La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna.
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