1,1 Aleaciones No Ferrosas.

1,1,1 Aleaciones de Aluminio.

1,1,2 Aleaciones para Forja

1,2 Aleaciones de Magnesio.

1,3 Aleaciones de Cobre.

1,4 Aleaciones de Nquel y Cobalto.

1,5 Aceros simples o de bajo carbono.

1,6 Aceros de aleacin.

Metales y aleaciones

FUNDICION Y TRATAMIENTO TERMICOUNIDAD 1

1.- METALES Y ALEACIONES1.1.- ALEACIONES NO FERROSAS INTRODUCCIN

Los metales ferrosos son los ms importantes desde el punto de vista industrial, pues presentan excelentes propiedades mecnicas, capacidad para modificar sus propiedades por medio de tratamientos mecnicos y trmicos y bajo precio debido a su abundancia y fcil obtencin.

No obstante, hay veces que las exigencias tcnicas obligan a usar materiales cuyas caractersticas no siempre son satisfechas por los metales frricos. Con frecuencia se exige de los metales buena resistencia a la corrosin, poco peso, gran resistencia mecnica, elevada conductividad elctrica o trmica y alta resistencia al desgaste. Caractersticas difciles de lograr con el hierro y sus aleaciones, pero que poseen distinto s metales no ferrosos.

CLASIFICACIN

Los metales no ferrosos se pueden clasificar atendiendo a su densidad en tres grandes grupos: a) Metales no ferrosos pesados: Densidad igual o mayor a 5 kg/dmLos ms importantes son el cobre y sus aleaciones (bronce y latn), estao, cinc y plomo. b) Metales no ferrosos ligeros: Densidad comprendida entre 2 y 5 kg/dm. Veremos el aluminio y sus aleaciones y el titanio.

c) Metales no ferrosos ultraligeros: Densidad menor a 2 kg/dm

Veremos el magnesio y el berilio, aunque este ltimo casi siempre se usa como elemento de aleacin y pocas veces en estado puro.

METALES NO FRRICOS PESADOS A) COBRE (Cu) OBTENCIN

El cobre se encuentra generalmente en la naturaleza formando minerales, siendo los ms importantes los minerales sulfurados (calcopirita y calcosina) y los xidos (malaquita y cuprita). El proceso de obtencin del cobre puro a partir de estos minerales es por va seca, PROPIEDADES Conductividad trmica y elctrica muy alta Resistencia a la corrosin Dctil y maleable Se deja soldar con facilidad

APLICACIONES

Por su buena conductividad elctrica se usa como conductor elctrico en cables de baja tensin. Por su buena conductividad trmica se usa en intercambiadores de calor, evacuadores de calor, refrigeradores, calderas, Por ser dctil y maleable es susceptible de dejarse conformar en delgadsimas lminas empleadas en objetos de artesana y en la industria. ALEACIONES DE COBRE

La adiccin de elementos al cobre disminuye su conductividad elctrica y trmica, pero mejora sus propiedades mecnicas y su resistencia a la corrosin. Las aleaciones de cobre ms importantes son: Bronce y Latn.

B) BRONCE

Es una aleacin de cobre y estao, normalmente con menos de un 30 % de estao. Si slo lleva estos dos elementos se denomina bronce ordinario y si adems se le aaden otros elementos que le confieren propiedades determinadas (como cinc, fsforo, plomo, silicio) se denominan bronces especiales.

Propiedades: _ Es duro, pero dctil y maleable._ Ms resistente a la corrosin que el cobre_ Conserva la conductividad trmica y elctrica aunque en menor medida. Aplicaciones:

_ Fabricacin de piezas mecnicas, engranajes, cojinetes, conducciones para lquidos y gases y otros accesorios para calefaccin._ Los ms duros (con ms Sn) para campanas y timbres._ Los ms blandos (con menos Sn) para fabricar chapas, alambres y medallas o monedas estampadas.

C) LATN

Es una aleacin de cobre y cinc (30 a 55 %). Si adems hay otros elementos se denominan latones especiales (manganeso, plomo,).

Propiedades:

_ Es dctil y maleable._ Buen conductor de la electricidad y el calor._ Resiste bien a la corrosin, especialmente ante agua y vapor caliente. Aplicaciones:

Se usa para la fabricacin de numerosas piezas fundidas, forjadas o mecanizadas, entre ellas: tornillera, remaches, elementos de mquinas, griferas, elementos de decoracin,

D) ESTAO (Sn)

El estao puro tiene un color blanco brillante.

OBTENCIN

El estao se obtiene a partir de un mineral denominado casiterita (78% de Sn). La casiterita se reduce en presencia de Carbono y elevada temperatura, de forma que se elimina as el oxgeno transformndose en estao bruto por la siguiente reaccin:

SnO2 + C Sn + CO2

Por refundiciones sucesivas o por procesos electrolticos se obtiene el estao puro.

PROPIEDADES

Resistencia a la corrosin (es inoxidable) Maleable y poco dctil Cuando se dobla se oye un crujido llamado grito del estao. Por debajo de -18C se descompone en un polvo gris, es la enfermedad o peste del Sn APLICACIONES

Por su resistencia la corrosin se emplea en la fabricacin de hojalata, que se obtiene al recubrir lminas de hierro con una capa exterior de estao por inmersin en bao de estao fundido. Se usa mucho en envases alimenticios. Por su maleabilidad, en la fabricacin de papel de estao, para cubrir alimentos. Es muy importante su aleacin con cobre para obtener bronce. Tambin para obtener soldadura blanca al alearlo con plomo (Sn del 25 al 90 %)

E) CINC (Zn) De color blanco azulado.

OBTENCIN

Se obtiene principalmente a partir del mineral blenda (que tiene 67% de cinc y azufre). El proceso es el siguiente:

1. La blenda se somete a calcinacin en presencia de aire puro para eliminar el azufre. Durante este proceso el cinc se combina con oxgeno para formar xido de cinc. Por su parte el acero se elimina en forma de SO gaseoso que se suele usar para fabricar cido sulfrico. 2. El xido de cinc (ZnO) se reduce a continuacin para obtener cinc bruto metlico siguiendo 2 pasos:

a.- Por va seca o reduccin: El xido de cinc se lleva a una temperatura de 1000C en un horno. El cinc liberado se evapora y se escapa del horno para condensarse en estado lquido por enfriamiento en un condensador. Este cinc que se obtiene no es puro, suele llevar impurezas.

b.- Se somete a electrlisis para purificar el cinc: Para ello el cinc fundido se introduce en unas clulas electrolticas, donde al aplicar una diferencia de potenciar el cinc se deposita en el electrodo negativo.

PROPIEDADES

Resistencia a la corrosin. Se auto protege contra la corrosin mediante una capa superficial de xidos. Posee un coeficiente de dilatacin trmica muy alto. A temperatura ambiente es frgil y quebradizo, pero entre 100 y 150 C es muy maleable.

APLICACIONES

Para cubiertas de tejados, canales y otros elementos sometidos a la accin de agentes atmosfricos. Como elemento de aleacin en latones (cobre y cinc) Como protector de metales corrosibles como el hierro, mediante el galvanizado. Dicho proceso consiste en introducir la pieza de hierro o acero en un bao de cinc fundido.

Con ello se protege de la oxidacin

F) PLOMO (Pb)

De color gris azulado.

OBTENCIN

Se obtiene a partir de la galena (que es un mineral formado por sulfuro de plomo, PbS, con un 85 % de Pb). El proceso es el siguiente:

1. Se tuesta el mineral, calentndolo mientras es atravesado por una corriente de aire, con lo que se elimina el azufre. Se obtiene xido de plomo.2. Reduccin por fusin en un horno de cuba para separar el oxgeno del plomo y transformar ste en plomo bruto. 3. Se eliminan impurezas por medio de una fusin denominada de refinado y se obtiene el plomo puro.

PROPIEDADES

Anticorrosivo: Resiste bien los agentes atmosfricos (en el aire se auto protege formando de xido) y qumicos, aunque atacado por la mayora de cidos orgnicos dbiles.

Muy blando y maleable. Buen conductor del calor y la electricidad. Pesado.

APLICACIONES

Para fabricacin de elementos que han de trabajar en ambientes corrosivos: revestimiento de aparatos y depsitos de la industria qumica y elctrica, tuberas para gas o agua, aunque en esta ltima aplicacin est siendo sustituido por el PVC. Como elemento de proteccin contra los rayos X en medicina. Para fabricacin de pinturas antioxidantes. Para mejorar el rendimiento de la gasolina y reducir su contaminacin en la combustin.

ALEACIONES DE PLOMO

El plomo y el estao forman parte de numerosas aleaciones en las que a menudo interviene tambin el antimonio. Las principales son: Soldadura blanda: aleacin de estao (25 al 90 %) y plomo. Metal antifriccin: aleaciones empleadas en los cojinetes de distintos mecanismos. Metal de imprenta: aleacin de Sn + Pb + Zn para los tipos y mquinas de imprenta. Plomo duro: aleacin con un 10 % de antimonio. Se emplea en juguetes, cubiertos econmicos,

OTROS METALES NO FERROSOS PESADOS: Cromo, Nquel, Wolframio y Cobalto

METALES NO FRRICOS LIGEROS A) ALUMINIO (Al)

De color blanco plateado.

OBTENCIN

En la actualidad, el mtodo Bayer es el nico empleado por ser el ms barato. Se parte del mineral bauxita (xido de aluminio que contiene 55-60 % de Al, adems de cido silcico y xido de hierro) y se sigue el siguiente proceso:

1. La bauxita, una vez molida, es atacada con una disolucin de sosa custica (35% en volumen) a presiones y temperaturas elevadas. De aqu se obtiene la almina por precipitacin.2. Para obtener el aluminio a travs de la almina se disuelve sta en criolita fundida, que protege el bao de la oxidacin, a una temperatura de unos 1000C y se la somete a un proceso de electrlisis que la descompone en aluminio y oxgeno. En dicho proceso, el aluminio se va depositando en la parte inferior de la cuba recubierta de grafito al que va conectado el borne positivo de la cuba. Al mismo tiempo, se desprende oxgeno en forma de CO y CO2. Se extrae el aluminio por esa parte inferior de la cuba. PROPIEDADES

Material ligero. Inoxidable al aire libre al cubrirse por una dbil capa de xido que lo protege. No le atacan las sustancias orgnicas. Maleable y dctil. Fcil de mecanizar. Buen conductor de la electricidad.

APLICACIONES

Por su buena conductividad elctrica y poco peso se usa en lneas elctricas de alta tensin. Por su resistencia a la corrosin se emplea en tiles de cocina, carpintera metlica y fabricacin de pinturas resistentes a estados atmosfricos. Por su poco peso en: construcciones aeronuticas, ferroviarias, automovilsticas y estructuras metlicas. Por elevada maleabilidad para papel de aluminio, como envoltura de alimentos. En aleaciones ligeras.

1.1.1.- ALEACIONES LIGERAS DE ALUMINIO

Se dividen en dos categoras:

Aleaciones para moldeo: las ms comunes son con cobre, con magnesio o con silicio.

Reducen el coeficiente de contraccin, evitando que se produzcan grietas o roturas.

1.1.2.- ALEACIONES PARA FORJA:

Elevan la resistencia mecnica del aluminio. Este tipo de aleaciones tiene diversas aplicaciones:

Construcciones marinas y aeronuticas. Elementos de elevadas caractersticas mecnicas: mbolos, culatas, cojinetes, Elementos ligeros: CD-ROM, botes de refresco, cuadros de bicicletas,

B) TITANIO (Ti)

De color blanco plateado.

OBTENCIN

Se obtiene del rutilo (trixido de titanio TiO), el cual se trata con cloro en atmsfera inerte obtenindose el tetracloruro de titanio (TiCl). Tratando ste en atmsfera inerte con magnesio a elevadas temperaturas se obtiene el titanio puro.

PROPIEDADES

Buena resistencia a la corrosin (ms que el acero inoxidable) Buena resistencia mecnica. Ligero.

APLICACIONES

En aeronutica, navegacin, autocares, material blico (proyectiles, misiles),transbordadores y naves espaciales. En forma de xido y pulverizado como elemento antioxidante en la fabricacin de pinturas. METALES NO FRRICOS ULTRALIGEROS

A) MAGNESIO (Mg) Color y brillo semejante a la plata. OBTENCIN

Principalmente a partir de sus minerales: magnesita, dolomita y carnalita.

PROPIEDADES

Muy ligero. Ms resistente que el aluminio, pero conduce peor la electricidad y el calor. Muy maleable y poco dctil. No se oxida en presencia de aire seco, pero cuando hay humedad se corroe con facilidad. Se mecaniza bien.

APLICACIONES

En estado puro tiene pocas aplicaciones, slo en pirotecnia y en fotografa, ya que en su combustin desprende gran luminosidad.

1.2.- ALEACIONES DEL MAGNESIO

Sus principales aleaciones son con aluminio, cinc y manganeso. Tienen bajo peso especfico (ligeros) y buena maquinabilidad. Se emplean en la fabricacin de maquinaria, motores, trenes y automviles de carreras.

Las aleaciones de magnesio son muy fciles de mecanizar, pueden ser conformadas y fabricadas por la mayora de los procesos de trabajado de metales. A temperatura ambiente, el magnesio se endurece por deformacin en fro rpidamente, reduciendo la conformabilidad en fro; de este modo, el conformado en fro esta limitado a deformacin moderada o curvado por rodillo de gran radio.Las fundiciones de las aleaciones de magnesio son dimensionalmente estables hasta aproximadamente los 95C. Las coladas de molde permanente (permanent mold-casting) son tan resistentes como las de molde de arena (sand-casting), y pueden proporcionar tolerancias dimensionales ms ajustadas, con mejor terminacin superficial. Las aplicaciones tpicas de la colada por gravedad son componentes de motores de aviacin y llantas de vehculos de competicin.El diseo de partes de magnesio por colada inyectada sigue los mismos principios establecidos para otros metales. Las mximas propiedades mecnicas en una aleacin tpica son desarrolladas en un rango de espesor de pared entre 1,9 y 3,8 mm El magnesio es fcil de trabajar en caliente, por lo que usualmente requiere menos etapas de forjado que otros metales. Curvado, calado y terminado son usualmente las nicas operaciones que se necesitan. Una tpica aplicacin del forjado de magnesio son los anillos de acoplamiento en fuselajes de misiles.Las formas usuales de extrusin incluyen perfiles redondos, cuadrados, rectangulares y hexagonales; ngulos, vigas y canales; y una variedad de tubos. Ejemplos de extrusiones de magnesio son bastidores de carga y estructurales para cubiertas militares.B) BERILIO (Be)

PROPIEDADES

Alto punto de fusin. Fuente de neutrones. APLICACIONES

Pantallas de proteccin frente a radiaciones. Productos para generar energa nuclear. Principalmente en aleaciones con cobre, aluminio, nquel y hierro.

1.3.- ALEACIONES DE COBRE

Estas aleaciones de cobre-berilio con Co o/y Ni poseen caractersticas mecnicas muy elevadas, similares a los aceros de alta resistencia, una vez sometidas al tratamiento trmico adecuado.

Adems tienen una buena conductibilidad trmica y elctrica, as como excelentes caractersticas elsticas. Son resistentes a la corrosin y poseen propiedades anti-chispa y a-magnticas.

Ejemplo de uno de los productos que suministramos. Pistones de cobre-berilio.ALPACA (Cu-Ni-Zn)Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, nquel (Ni) y zinc (Zn), en una proporcin de 50-70% de cobre, 13-25% de nquel, y 13-25% de zinc. Sus propiedades varan de forma continua en funcin de la proporcin de estos elementos en su composicin, pasando de mximos de dureza a mnimos de conductividad. Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos. Si a estas aleaciones de cobre-nquel-cinc se les aaden pequeas cantidades de aluminio o hierro constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosin marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construccin naval, principalmente en condensadores y tuberas, as como en la fabricacin de monedas y de resistencias elctricas. Las aleaciones de alpaca tienen una buena resistencia a la corrosin y buenas cualidades mecnicas. Su aplicacin se abarca materiales de telecomunicaciones, instrumentos y accesorios de fontanera y electricidad, como grifos, abrazaderas, muelles, conectores. Tambin se emplea en la construccin y ferretera, para elementos decorativos y en las industrias qumicas y alimentarias, adems de materiales de vajillas y orfebrera. El monel es una aleacin que se obtiene directamente de minerales canadienses y tiene una composicin de Cu=28-30%, Ni=66-67%, Fe=3-3,5%. Este material tiene gran resistencia a los agentes corrosivos y a las altas temperaturas. Otro tipo de alpaca es el llamado platinoide, aleacin de color blanco compuesta de 60% de cobre,14% de nquel, 24% de cinc y de 1-2% de wolframio1.4.- ALEACION DE NIQUEL Y COBALTOBASE COBALTOLas aleaciones de cobalto encuentran gran aplicacin por la excelente resistencia al desgaste y las propiedades mecnicas a alta temperatura. El cobalto es metalrgicamente similar al nquel, y la mayora de las aleaciones de construccin contienen cantidades sustanciales de nquel para aumentar la ductilidad a alta temperatura. Como en el nquel y en el hierro, la adicin de cromo, nquel, molibdeno, y tungsteno mejoran la resistencia a la corrosin.La gran resistencia al desgaste de las aleaciones de cobalto la hacen difcil de fabricar. El cobalto es usado generalmente en la industria como un material duro superficial en regiones de desgaste crticas, aplicado por soldadura de recargue.BASE NIQUELSus buenas propiedades mecnicas, buena capacidad de deformacin en fro, gran tenacidad, alta resistencia al calor, resistencia a la oxidacin a altas temperaturas, as como una buena resistencia a la corrosin por muchos agentes qumicos, han hecho que el nquel y sus aleaciones encuentren aplicacin creciente en todas las ramas de la industria. Las aleaciones de nquel han solucionado problemas de corrosin y buenos valores de resistencia mecnica a alta temperatura en dnde para tales condiciones, los aceros inoxidables resultan inadecuados.El nquel y sus aleaciones se pueden soldar por todos los procesos de soldadura conocidos en las condiciones apropiadas Sin embargo, debido a la gran afinidad de este metal por los gases atmosfricos y aquellos provenientesde la descomposicin de residuos orgnicos, conviene limpiar la zona a unir; eliminar toda traza de grasa, aceite, pintura y pelcula de xido y soldar las aleaciones de nquel en estado recocido para evitar fisuras.

1.5.- ACEROS SIMPLES O DE BAJO CARBONO

ACERO Es una aleacin de hierro-carbono con diferentes proporciones que puede llegar a un 2% de carbono. Sin embargo la mayora de los aceros contienen menos de un 0.5% de carbono. Adems pueden contener agregados e impurezas naturales como fsforo y azufre. PRODUCCIN DE HIERRO Y ACERO La mayora del hierro se extrae de los minerales de hierro en altos hornos y se forma un material denominado arrabio.

Los principales minerales de hierro son: Magnetita con un 65% de hierro y Oxido Frrico con un 50%. Los materiales bsicos empleados para fabricar arrabio son minerales de hierro, coque y caliza.

El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monxido de carbono, que se combina con los xidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metlico. La ecuacin de la reaccin qumica fundamental de un alto horno es: Fe2O3+ 3 CO --> 3 CO2 + 2 Fe La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monxido de carbono y como sustancia fundente.

Este material se combina con la slice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusin. Sin la caliza se formara silicato de hierro, con lo que se perdera hierro metlico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno.

Los aceros simples se clasifican de acuerdo a su contenido de carbono en: - Aceros de bajo carbono - Aceros de medio carbono y - Aceros de alto carbono

Cada uno de los grupos anteriores tienen caractersticas bien definidas como se muestra a continuacin:

Aceros de bajo carbono (0.02