T6 – METALES
Como elementos que definen características metálicas: brillo, resistencia, elevada conductividad térmica, deformabilidad, conductividad térmica buena, plasticidad.
Metales usados en al construcción: hierro, aluminio, plomo (tóxico), cobre.
– Aleaciones:
mezcla de un metal con otro que le da un metal con propiedades metálicas, mejores que las del metal inicial, en algunas aplicaciones. (acero -> aleación de hierro + carbono)– Afinos metalúrgicos:
llevar a la máxima pureza al material.– Afinos siderúrgicos:
proceso para llevar el producto a las características que queremos.Para conseguir un metal amorfo se tiene que enfriar muy deprisa.
1. Propiedades de los metales:
1. PROPIEDADES MECÁNICAS
1.1 Resistencia mecánica:
– Tracción:
resistencia a la ruptura que opone un material sometido a un esfuerzo de tracción. La tensión de rotura es la que se produce la rotura, al fragmentación de cristales.– Compresión:
resistencia a la rotura por compresión; los metales son isorresistentes, por lo que sus resistencias a tracción y compresión tienen valores similares.– Cortadura:
es muy elevada, del orden del 60% de la resistencia a tracción.– Fatiga:
resistencia que mantiene un material frente a un esfuerzo alargado en el tiempo.1.2 Deformabilidad:
– Elasticidad:
aptitud del metal a deformarse sin que se rompan los enlaces atómicos, volviendo a su estado inicial cuando cesen las cargas. La elasticidad de los metales es alta comparada con la de los materiales pétreos, pero es muy baja comparada con los elastómeros.– Plasticidad:
aptitud de los metales para sufrir deformaciones que permanecen al cesar las cargas. Se distingue la ductabilidad, que la capacidad de transformarse en alambre mediante estirado, y la maleabilidad, que es la capacidad de transformarse en láminas.– Acritud:
capacidad del metal de endurecerse, aumentar su resistencia, a medida que es deformado.– Fragilidad:
un material es muy frágil cuando es muy pequeña su deformación antes de la rotura.1.3 Tenacidad:
Oposición del metal, sometida a una carga intermitente, a deformarse o romperse. El ensayo típico para determinar la tenacidad, es el ensayo del péndulo Charpy.
1.4 Dureza:
Propiedad que expresa la capacidad de un metal a ser deformado superficialmente. Mayor dureza significa resistencia a la deformación plástica o a la rotura por compresión, y mejor resistencia al desgaste.
– Rayado:
resistencia que opone un metal a ser rayado por otro.– Penetración:
oposición de un metal a que otro cuerpo pueda hacer mella en él.– Elástica:
reacción de la superficie de un metal al ser sometido a un impacto de un elemento.– Corte:
oposición de un metal a la acción de corte ejercida por otro.1.5 Soldabilidad:
Propiedad por al que dos piezas en contacto, pueden unirse formando un conjunto rígido.
2. PROPIEDADES ELÉCTRICAS
– Conductividad eléctrica:
facilidad que posee el metal al paso de un flujo eléctrico a través suyo.– Resistividad eléctrica:
resistencia que opone el metal a ser traspasado por un flujo eléctrico. Depende de la naturaleza del metal y de la temperatura.3. PROPIEDADES TÉRMICA
– Conductividad térmica:
facilidad que presenta un metal para conducir calor.– Coeficiente de dilatación lineal:
mide la variación de una unidad de longitud de un cuerpo cuando su temperatura aumenta un grado.4. Sin embargo, la acción del oxígeno sobre los metales viene frenada por el porcentaje de oxígeno atómica, y el hecho de que los metales se recubren con la capa de óxido impidiendo una mayor profundización de la oxidación.
– Corrosión: destrucción lenta y progresiva de un metal causada por un agente no mecánico. Se produce por fenómenos electrolíticos que se producen a la superficie de un metal, con sustancia en estado líquido, normalmente presencia de agua.
Se necesita H2O para que la oxidación pase a ser corrosión.
2.- Principios básico del afino de los metales: purificación de los metales
* Reacción selectiva: si las impurezas tienen mejor afinidad por un elemento, por medio de una reacción selectiva puede lograrse su eliminación. Para ello se mezclan, con el metal fundido, el elemento que se pretende que reaccione y las impurezas, modificando las características de éstas y permitiendo la fácil eliminación del nuevo compuesto.
* Electrolisis: permite la obtención de productos cuya pureza oscila entre el 99’5% y el 99’9%. Se forma un transporte de metal puro del ánodo al cátodo, mientras que las impurezas se mantienen al fondo o en disolución.
3. – Corrosión: proceso electroquímico, corriente eléctrica que circula entre determinadas zonas de la superficie del metal à reducción y oxidación.
* Polarización y pasivado: formación de una capa muy fina de óxido y resistente a la corrosión, que protege al metal de ser atacado.
* Pares galvánicos: corrosión producida por 2 metales sumergidos en un electrolito y puesto en contacto exteriormente por medio de un conductor.
* Aireación diferencial: el electrolito está más expuesto a ciertas partes (grietas) que activa la corrosión.
Tipos de corrosión:
* Generalizada o uniforme: tiene lugar cuando el metal es atacado uniformemente en toda la superficie que estás en contacto con el medio agresivo.
* Localizada: tiene lugar en zonas limitadas, su acción es muy peligrosa porque puede pasar desapercibida hasta que sus efectos rompen la pieza. Se originan por discontinuidades en las capas protectoras.
Protección contra la corrosión:
*Selección material: aleaciones anticorrosivos, usar material homogéneo en zonas que se teme la corrosión, evitar la posible formación de pares galvánicos.
* Otros procedimientos: inhibidores de corrosión (sustancia química que reaccionan con el causante e la corrosión para evitarla).
4. – Laminación: hacer pasar el metal en estado plástico por unos rodillos, y se parte en láminas. Se usa para obtener planchas, perfiles y tubos.
* Perfil cerrado: chapa doblada y soldada al final, se usa en cubiertas.
* Laminados en caliente: a través de un lingote se obtiene el perfil deseado, se usa en estructuras. Tenemos los perfiles en Y, en L, en U, en I (IPN, IPE, HEB), la pletina, las barras redondas, cuadradas y rectangulares.
*Conformación en frío: chapa realizada por laminado que posteriormente se dobla para obtener la forma deseada, el espesor es constante.
– Fusión: se hace un molde y se rellena de un metal; radiador, piezas motor, etc.
– Extrusión: dibujar una boquilla con la forma que necesitamos y presionar el metal, para que salga con esa forma. Debe estar suficientemente frío para que no se deforme y debe tener un comportamiento plástico. Tratamientos para los metales:
1. Térmicos: calentar y enfriar un metal, sin cambiar al composición del metal, lo que cambian son los constituyentes.
* Normalizado: calentar a 50ºC por encima de la crítica, mantenerlo a esa Tª el tiempo suficiente para lograr la total austenización y enfriarlo al aire libre. Elimina las tensiones internas, y se logra una estructura homogénea, se obtiene un producto blando y dúctil. El temple aumenta la dureza, el límite elástico y la resistencia a la tracción, también disminuye la tenacidad y el alargamiento.
*Recocido: tiene como objetivo ablandar el hacer y eliminar las tensiones internar. Se pueden realizar recocidos a temperaturas inferiores a la crítica, son el de ablandamiento y el de contra acritud, que confiere ductibilidad a los aceros estirados en frío. La velocidad de enfriamiento tiene que ser inferior a la velocidad crítica de temple.
2. Termoquímicos: mediante calor y frío, cambia la constitución y ligeramente la composición. Se calienta la pieza a temperatura superior a la crítica, se enfría rápidamente a la temperatura del tratamiento, y después de un tiempo se enfría al aire.
3. Mecánicos: deformar mecánicamente, consiguiendo acritud
4. Superficiales: recubrir el metal de otro metal, dota al metal con mayor dureza, mayor resistencia a corrosión y a desgaste. Con un torno se rebaja dejándolo a la forma original.
* Electrolítico: el CROMADO aumenta la dureza de metal, es más resistente al desgaste que el metal, aumenta la resistencia a la corrosión.
* Inmersión:
* Cimentación: se mete la pieza en el metal fundido, y luego se pone en el horno para que la pieza coja las propiedades del metal fundido. Se aumenta el contenido de carbono para templar.
6. Se realiza una trituración para reducir el tamaño para su transporte, y una molienda para adaptar la mena a los procesos de fabricación.
Afino: consiste en ese metal que hemos conseguido al disminuirle la cantidad de impurezas que contiene. Los minerales de hierro usados como materias primas para la obtención de éste son: óxidos, carbonatos, sulfuros y silicatos de hierro.
Hay 4 formas alotrópicas del Fe:
– Hierro alfa: es muy magnética y no se disuelve carbono o lo hace en proporciones muy pequeñas, es estable por debajo de los 768ºC.
– Hierro beta: no es magnética y tiene la propiedad de disolver carbono en bajas cantidades, es estable entre 768 y 910ºC.
– Hierro gamma: no es magnética y se puede disolver carbono hasta el 2%, es estable a temperaturas superiores a los 910ºC. Acepta tratamientos térmicos; aquí obtenemos el acero.
– Hierro delta: es débilmente magnética, y cristaliza como el hierro beta, es estable por encima de los 1400 ºC. (gamma)
8. Un metal puro está formado por granos de un solo constituyente, por eso los granos son de diferente forma y tamaño pero del mismo aspecto. Es dúctil y forjable.
– Cementita: se trata de carburo de hierro (C-Fe3) compuesta por un 6,67% de C y un 93,33 de Fe. No tiene alargamiento ni forja, es magnética hasta los 210ºC.
– Perlita: compuesta por un 86,5& de ferrita y un 13,5% de cementita. Se produce a los 650 – 723 ºC.
– Austenita: solución sólida, por inserción, de carbono en hierro (gama). Es el constituyente más denso de los aceros, es estable a partir de 723ºC, la estructura es blanca, no son magnéticos.
– Martensita: después de la cementita es el constituyente más duro del acero, es una solución sólida sobresaturada de carbono y hierro alfa. Se produce a los 300 ºC hasta la temperatura ambiente.
– Toosita: se produce por transformación isotérmica y lenta de la austenita entre 500 y 600ºC.
– Sorbita: se produce por transformación isotérmica y lenta de la austenita entre 600 y 650ºC.
– Bainita: se produce por transformación isotérmica y lenta de la austenita entre 250 y 550ºC.
– Steadita: también se trata de un constituyente de las fundiciones, muy dura y muy frágil.
Aleaciones del acero con otros elementos:
– Manganeso: mejora la tenacidad, maleabilidad y corrosión.
– Silicio: igual que el manganeso, se emplea como desoxidante.
– Azufre: merma sus propiedades mecánicas y su solubilidad, aumenta la fragilidad.
– Fósforo: es el más perniciosos, da fragilidad y baja el punto de fusión.
– Cromo: en bajos % aumenta la resistencia, la dureza y la ductilidad.
– Estaño: lo hace insoldable y aumenta su fragilidad.
– Aluminio: facilita su moldeo.
9. Partes:
– Tragante: donde se introducen las materias primas, es la parte superior.
– Vientre: parte más ancha del horno, formada por una franja cilíndrica; entre los 1000 y 1300ºC, se realiza la reducción intensa, se forma el hierro metal. Entre los 1300 y 2000ºC, se funde la ganga.
10. Para realizarlos se usa el horno eléctrico o los convertidores con inyección de oxígeno
– Convertidor Thomas: realización del afino por vía básica, se consigue eliminar el fósforo.
Afino en horno eléctrico:
Constan de un recipiente metálico, la solera, de chapa gruesa, recubierta del refractario, refrigerada por agua; la bóveda, que es la cubierta del horno, que es desplazable para poder