LOS METALES y ALEACIONES

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADOlrobertolc@crece.uss.edu.pe

QUÉ SON LOS METALES• Son materiales PUROS que se obtienen a partir de los MINERALES

en el cual están contenidos. Por ejemplo:

• También llamamos metal a las Aleaciones , siendo el resultado de combinar 2 o más elementos químicos, siempre y cuando el que se encuentra en mayor proporción es un metal.

COBRE

BRONCEESTAÑOCOBRE

PROPIEDADES DE LOS METALES

PROPIEDADES NO COMUNES

• OXIDACIÓN: – Algunos metales se oxidan, como el Hierro

– Otros no, como el Oro

• COMPORTAMIENTO MAGNÉTICO: El hierro se ve atraído

por los imanes

• TOXICIDAD: algunos metales son tóxicos, como el PLOMO y el

MERCURIO

CLASIFICACIÓN DE LOS

Son aquello que contiene hierro como elemento base, pueden llevar pequeñas porciones de otros elementos.

Tipos de minerales de hierro:

Magnetita

Limonita

Siderita

Hematites 70%

60%

Los minerales de los que se extraen los metales secomponen de dos partes:a) Mena: Parte aprovechable del mineral para obtener el metal.

b) Ganga: Parte no aprovechable para obtener el metal del mineral.

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Proceso de Obtención del Hierro

METALES FERROSOS

• Excelentes propiedades magnéticas, es el segundo metal después del Aluminio.

• Sin embargo, el Hierro puro no se utiliza por que es demasiado blando, frágil, quebradizo y se oxida fácilmente

HIERRO PURO

• Es aleación de Hierro con una pequeña cantidad de Carbono entre 0.1 hasta un 1,76 %

• Muy tenaz, maleable y Dúctil.

• Es la mas importante y utilizada en muchísimas aplicaciones:

ACERO(es el más usado)

• Es una Aleación de Hierro con un porcentaje de Carbono superior al 1,76 aunque menor al 6,67 %

• Se obtiene a partir del Arrabio procedente del alto Horno

• Gran dureza y resistencia al desgaste y vibraciones

FUNDICION

TIPOS DE ACERO

Aceros

Sí aleados

¿Contienen otros

elementos

químicos ?

Nono aleados

Aceros, suaves y extra suaves Aceros semisuaves

Extra duros

Todo acero es en realidad una aleación, pero no todos los aceros son “aceros aleados”.Los aceros más simples son hierro (Fe) (alrededor del 99 %) aleado con carbono (C)(alrededor del 0,1 −1 %, dependiendo del tipo)

• Aceros inoxidables con mayor dureza y tenacidad

CROMO:

• Aceros inoxidables Mayor resistencia a la tracción y la corrosión. Mayor tenacidad.

NIQUEL:

• Mayor elasticidad y carácter magnético

SILICIO:

Son aquellos aceros que contienen otros elementos

químicos además del Hierro y Carbono.

Casi todos los aceros que se utilizan en la realidad son aleados, pues los elementos de aleación mejoran

considerablemente sus propiedades mecánicas

Entre los elementos aleantes tenemos: el manganeso (el más común), níquel, cromo,molibdeno, vanadio, silicio, y boro. Aleantes menos comunes pueden ser el aluminio,cobalto, cobre, cerio, niobio, titanio, tungsteno, estaño, zinc, plomo, y zirconio.

Elemento Porcentaje Función Primaria

Aluminio 0,95 –1,30 Elemento aleante para la nitruración del acero

Boro 0,001– 0,003 Poderoso agente endurecedor

Cromo

0,5 – 2 Incrementa la dureza y Tenacidad, aporta resistencia al calor y al rozamiento.

4 –18 Incrementa la resistencia a la corrosión, es imprescindible para hacerlo inoxidable.

Cobre 0,1– 0,4 Resistencia a la corrosión

Manganeso

0,25 – 0,40Combinado con Azufre y con Fósforo reduce la fragilidad. También ayuda a removerel exceso de oxígeno en el acero fundido, también brinda y resistencia al desgaste.

> 1 Aumenta la Templabilidad al disminuir los puntos de transformación

Molibdeno 0,2 – 5Aporta resistencia al desgaste mecánico en caliente e inhibe el crecimiento de grano(Evita formación de cristales a altas temperaturas). Aumenta la tenacidad de acero,

La mejora de propiedades de los aceros aleados se muestra a continuación, con respecto a losaceros al carbono: resistencia, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, templabilidad, yresistencia en caliente. Para alcanzar esas mejores propiedades el acero puede necesitar untratamiento térmico.

Elemento Porcentaje Función Primaria

Níquel2 – 5

Aumenta la resistencia a la tracción y tenacidad. (se utiliza en conjunto con elmolibdeno para lograr mejores resultados).

12 – 20 Incrementa la resistencia a la corrosión

Silicio

0,2 – 0,7 Incrementa la fuerza

2 Aceros con mayor elasticidad.

En altos porcentajes

Mejora las propiedades magnéticas

Azufre 0,08 – 0,15 Mejora las propiedades del mecanizado (forjado, troquelado, etc.)

Vanadio 0,15Aumenta la resistencia/fuerza sin perder ductilidad, promueve estructura de granofino. Aumenta la resistencia a altas temperaturas

Titanio -

Corrección de carbono en partículas inertes, reduce la dureza martensíticas (enacero es la no difusión del carbono cuando se forma o calienta el metal, el templedificulta la difusión del carbono y se origina partículas de martensita. Los aceroscon microestructura martensítica son los más duros y mecánicamente resistentes,pero también los más frágiles y menos dúctiles. La dureza de estos aceros dependedel contenido en carbono) en los aceros al cromo

Tungsteno - Incrementa el punto de fusión.

Cobalto -Aumenta la dureza del acero en caliente, su resistencia a la corrosión, a la oxidacióny al desgaste

Vamos a estudiar solo uno de cada tipo:

LIGEROS

ALUMINIO

MAGNESIO

(Ultra Ligera)

TITANIO

PESADOS

COBRE

ESTAÑO

CINC

PLOMO

ALEACIONES DEL COBRE

BRONCE

LATÓN

CLASIFICACIÓN DE LOS METALES NO FERROSOS

SE OBTIENE DE LA BAUXITA:

PROPIEDADES: Metal blanco plateado con alta resistencia a la corrosión,

blando, de baja densidad, gran maleabilidad y ductilidad y alta conductividadeléctrica.

APLICACIONES: Líneas eléctricas de alta tensión, aviones, coches, bicis,

ventanas, útiles de cocina, latas de refrescos

El titanio es alotrópico con una estructura

CC(B) por arriba de 882 °C.

PROPIEDADES

• El titanio proporciona excelente

resistencia a la corrosión

• Ligero

• Tenaz

• Poca conductividad

• Frágil en frío, pero muy dúctil

y maleable al rojo vivo

APLICACIONES

• Estructura y elementos de máquinasen aeronáutica

• Herramientas de corte

• Aletas para turbinas

• Pinturas antioxidantes

• Odontología

• Implantes en la Medicina

PROPIEDADES

• Gran Dureza• Ligero• Alta conductividad térmica• Alta conductividad eléctrica• Resistente a la corrosión• Transparente a las radiaciones

electromagnéticas• No magnético

APLICACIONES

• En el diagnóstico con rayos X

• Gran importancia en la fabricaciónde aviones

• Moderador de neutrones en reactoresnucleares

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• Se extrae de los minerales:

CUPRITA CALCOPIRITA MALAQUITA

• PROPIEDADES: Blando, rojizo. Se oxida fácilmente. Buenconductor eléctrico

• APLICACIONES: Fabricación de cables eléctricos, monedas, tuberías de agua, objetos decorativos...

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE POR VÍA SECA

PROCESO DE OBTENCIÓN POR VÍA HÚMEDA

Mineral de Cobre

TrituraciónÁcido

Sulfúrico

ElectrólisisCOBRE

RECICLAJE DE CABLES

RecogidaClasificación

Triturado

Plástico (I)

Plástico (II)

Cobre (I)

Cobre (II)

• ALEACIÓN DE COBRE Y ESTAÑO

• PROPIEDADES: COLOR DORADO, BUENA RESISTENCIA AL DESGASTE , TENAZ, DURO Y RESISTENTE A LA CORROSIÓN

• APLICACIONES: hélices de barco, campanas tuercas, engranajes, esculturas,...

ALEACIONES

CONTENIDO

• Objetivos

• ¿Qué es una aleación?

• Propiedades de las aleaciones

• Aleaciones mas comunes

• Importancia de las aleaciones

• Ejemplos de aplicaciones de aleaciones metálicas en la

industria actual

Dar a conocer :

• Formación de las aleaciones

• Tipos de aleaciones

• Importancia de las aleaciones

• Propiedades de las aleaciones

¿Qué es una aleación?

• Una aleación es una mezcla homogénea, 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: Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb

(plomo). Pueden tener algunos elementos no

metálicos, como: P, C, Si, S, As.

• Para su fabricación se mezclan llevándolos a

temperaturas tales que sus componentes se fundan.

• Las aleaciones presentan brillo metálico y alta

conductividad eléctrica y térmica, aunque usualmente

menor que los metales puros.

• Las propiedades físicas y químicas son, en general,

similares a la de los metales, sin embargo las propiedades

mecánicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad y otras

pueden ser muy diferentes, de ahí el interés que despiertan

estos materiales.

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• Las aleaciones no tienen una temperatura

de fusión única, dependiendo de la

concentración, cada metal puro funde a una

temperatura, coexistiendo simultáneamente

la fase líquida y fase sólida como se puede

apreciar en los diagramas de fase.

ACERO

Es una aleación de hierro con

una cantidad de carbono

variable entre el 0,008 y el

1,7% en peso de su

composición, sobrepasando el

1.7% (hasta 6.67%) pasa a ser

una fundición.

ALNICO

Formada principalmente de

Cobalto (5.24%), Aluminio

(8-12%) y Níquel (15-26%),

aunque también puede

contener cobre (6%), en

ocasiones titanio (1%) y el

resto de hierro.

ALPACA

Es una aleación ternaria

compuesta por Zinc (8-45%),

Cobre (45-70%) y Níquel (8-

20%)

BRONCE

Es toda aleación metálica de

Cobre y Estaño en la que el

primero constituye su base y el

segundo aparece en una

proporción del 3 al 20 por ciento

CUPRONIQUEL

Es una aleación de cobre, níquel

y las impurezas la consolidación,

tales como hierro y manganeso.

MAGAL

Es una aleación de magnesio, al

que se añade aluminio (8 o 9%),

zinc (1%) y manganeso (0.2%).

MAGNAMEs una aleación de Magnesio que se le añade Manganeso, Aluminio y Zinc. Se utiliza para la fabricación de instrumentos quirúrgicos

NICROM

• Es una aleación compuesta de un

80% de Níquel y un 20% de Cromo

NITINOL

• Es una aleación de Níquel y

Titanio

ORO BLANCO(electro)

Es una aleación de oro y algún

otro metal blanco, como la

plata, paladio, o níquel.

PELTRE

• Es una aleación compuesta

por estaño, cobre, antimonio

y plomo

LATON O CUZIN

• Es una aleación de cobre y zinc.

Zamak

Es una aleación de zinc con

aluminio, magnesio y cobre.

Constantán

Aleación formada por cobre y níquel.

EJEMPLOS EN LA INDUSTRIA

En la industria actual son innumerables las aplicaciones

de los metales aleados. A continuación menciono las

aleaciones más comunes y ejemplos concretos en la

industria

utilizado en la confección de resistencias

para elementos calefactores, como

secadores de pelo, hornos eléctricos,

tostadoras y se utilizan normalmente para

hacer alambre de la resistencia, porque

tiene una alta resistencia y resistencia a la

oxidación a altas temperaturas. Cuando se

utiliza como un elemento de calefacción,

alambre de la resistencia es por lo general

se enrollan en bobinas.

NICROM

Por sus propiedades de materialsuperelástico, se han desarrolladodispositivos de aplicación en medicina,como cilindros-mallas autoexpansiblespara mantener permeabilidad de vasossanguíneos (Stents), o dispositivos paraoclusión de defectos cardiacos. Tambiénse emplean en elementos que debenrecuperar su forma original después deuna severa deformación, como monturasde gafas para niños o antenas deteléfonos móviles (ya en desuso)

NITINOL

Se Clasifican en:

Aceros Inoxidables Martensíticos.

Aceros Inoxidables Ferríticos.

Los Aceros Inoxidables Austeníticos.

Aceros Inoxidables Dúplex

Son los llamados aceros inoxidables altamente aleado concromo y otros elementos.

Presentan buena resistencia a la corrosión y resistenciamecánica, se endurecen y son magnéticos. Tienen uncontenido de Carbono relativamente alto de 0.2 a 1.2% yde Cromo de 12 a 18%. Los tipos más comunes son el AISI410, 420 y 431.

Se llaman martensíticos, porque tienen una estructurametalográfica formada básicamentepor martensita (ferrita deformada por el carbono que nopudo difundirse).

• Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se

obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la estructura

cristalina del material se transforma en austenita y de aquí adquieren el

nombre.

• El contenido de Cromo varia de 16 a 28 %, el de Níquel de 3.5 a 22 % y

el de Molibdeno 1.5 a 6 %.

Los tipos más comunes son el AISI 304, 310 , 316 y 317.

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• Las propiedades básicas son:

Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene - limpieza,

fáciles de transformar.

Excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden

utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas.

Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso doméstico, hospitalario y

en la industria alimentaria, tanques, tuberías, etc

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• Estos aceros inoxidables, prácticamente desconocidos en nuestro medio,

fueron producidas por primera vez hace ya más de 60 años. Sin

embargo, los primeros aceros inoxidables Dúplex presentaron una serie

de inconvenientes, como una elevada susceptibilidad a la precipitación

de fases secundarias (como la fase sigma), baja tenacidad, baja

resistencia a la corrosión y poca soldabilidad.

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