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INTRODUCCION
La metalurgia es el arte de extraer los metales de los minerales
que los contienen y
transformarlos en formas adecuadas a los usos a que van a
destinarse.
A excepcin de algunos metales preciosos, como la plata, el oro y
el platino, los metales no
suelen generalmente encontrarse en estado nativo, sino casi
siempre en diversas
combinaciones con el oxgeno o el azufre. Estos compuestos
naturales, que constituyen lo que
se llama minerales, son sometidos a tratamientos mecnicos y
qumicos para extraer el metal.
robablemente si nos !ablan de la litsfera, nos !agan dudar un
poco sobre su significado, en
cambio, todos sabemos que la corteza terrestre es la capa de
nuestro planeta que est en
contacto con la atmsfera.
As podemos decir que la litsfera o corteza terrestre est
constituida por las rocas que son
grandes masas formadas por la agregacin de sustancias qumicas
llamadas minerales.
Los minerales son una de las principales fuentes de materias
primas de que dispone el !ombre
y de ellos, mediante una serie de tratamientos adecuados se
extraen los metales, cuyo estudio
desarrollamos en este tema.
ELEMENTOS METLICOS.
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"on elementos qumicos con altos puntos de fusin y de ebullicin#
son indispensables y los
podemos encontrar en todas partes y se caracteriza por ser
buenos conductores del calor y la
electricidad, poseer alta densidad, y ser slidos a temperaturas
normales $excepto el mercurio
y el galio%# sus sales forman iones electropositivos $cationes%
en disolucin.
Propiedades Fsicas:
Los metales poseen ciertas propiedades fsicas
caractersticas& La mayora de ellos son de
color grisceo, pero algunos presentan colores distintos# el
bismuto $'i% es rosceo, el cobre
$(u% ro)izo y el oro $Au% amarillo. En otros metales aparece ms
de un color, y este fenmeno
se denomina policrosmo. *tras propiedades seran&
'rillo& refle)an la luz que incide en su superficie.
+ureza& la superficie de los metales oponen resistencia e
de)arse rayar por ob)etos
agudos.
enacidad& los elementos presentan mayor o menor resistencia
a romperse cuando
e)ercen sobre ellos una presin.
+uctibilidad& los metales son fcilmente estirados en !ilos
finos $alambres%, sin
romperse.
-aleabilidad& ciertos metales, tales como el oro, la plata y
el cobre, presentan la
propiedad de ser reducidos a delgadas lminas, sin romperse.
(onductividad (alrica& los metales absorben y conducen la
energa calrica.
(onductividad Elctrica& los metales permiten el paso de la
corriente elctrica a travs
de su masa.
+ensidad& la inmensa mayora de los metales presentan altas
densidades.
/usibilidad& la inmensa mayora de los metales presentan
elevadsimos puntos de
fusin, en mayor o menor medida para ser fundidos.
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Propiedades qumicas:
0eaccionan con los cidos para formar sales.
/orman iones electropositivos o cationes.
0eaccionan con el oxgeno para formar xidos bsicos.
METLUR!I
A la temperatura ordinaria casi todos los metales son slidos,
excepto el -ercurio $1g% que es
lquido. odos son d2ctiles y maleables en menor o mayor grado. Es
decir&
La metalurgia trata de los procedimientos que se siguen para
extraer los metales a partir de los
minerales en que se encuentran. "iderurgia es la metalurgia
aplicada al !ierro.
Los principales mtodos metal2rgicos son los siguientes&
REDUCCI"N:ratamiento de los xidos de los metales por el
carbono.
TOSTCI"N:ratamiento de los sulfuros por el oxgeno,
calentndolos.
METLES INDUSTRILES
(*'0E $(u%& -etal ro)izo, muy d2ctil y maleable, buen
conductor del calor y de la
electricidad. "u principal aplicacin es como conductor de
electricidad.
LAA $Ag%& -etal blanco brillante, pesado y blando. Es el
me)or conductor de la
electricidad. "e aplica en )oyera y en fabricacin de
monedas.
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-E0(304* $1g%& -e5tal lquido de color plateado brillante, es
muy pesado. "e
aplica en la fabricacin de termmetros y en medicina. "us
aleaciones se llaman
amalgamas.
(46( $7n%& -etal blando azulado, quebradizo, pero maleable
en caliente. "e empleamuc!o para recubrir otros metales con el fin
e protegerles de la oxidacin# por e)emplo
al !ierro, que se recubre con una capa de cinc y se llama !ierro
galvanizado.
L*-* $b%& -etal de color gris tpico, blando muy pesado y
funde fcilmente. "e
utiliza en las tuberas para conduccin del agua potable.
E"A8* $"n%& -etal de color blanco argentino, blando y muy
maleable. "e emplea
en forma de !o)as muy finas llamados papel de esta9o para
envolver alimentos ytambin para recubrir envases de !ierro formando
la !o)alata y tambin se usa como
metal de soldadura.
AL3-464* $Al%& -etal blanco brillante, d2ctil, maleable y
muy ligero. 'uen
conductor del calor y electricidad. -uy empleado !oy en da en
carpintera metlica,
construcciones aeronuticas y revestimientos de depsitos.
14E00* $/e%& -etal blanco grisceo que se oxida fcilmente.
+uro, pesado, d2ctil ymaleable. "us variedades son& !ierro
dulce, acero y fundicin. El !ierro se puede
templar, formar y moldear.
LECIONES:
"e llama aleacin al producto resultante de la solidificacin de
dos o ms metales fundidos
con)untamente. "i uno de los metales es el mercurio $!g%, ya
!emos dic!o que se llama
amalgama.
Las aleaciones producen compuestos con las propiedades de los
metales componentes, ms
aumentadas, y con cierta resistencia a la oxidacin por el aire y
a los agentes qumicos.
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El bronce que es la aleacin del cobre y esta9o. Las principales
son& el bronce suele
emplearse para fabricar campanas y piezas varias en la
industria& engrana)es,
moldeados, etc.
El latn que es la aleacin de cobre y cinc. El latn se utiliza
para la fabricacin depomos y !erra)es de puertas y ventanas,
grifos, pies de lmparas, etc.
El plomo y el esta9o se alean para formar metal de soldadura.
Esta aleacin con
antimonio sirve para confeccionar los tipos de escritura de
imprenta.
CUSS DE L LTERCION
Lesio#es $orma%es
Las deformaciones de los elementos mecnicos suelen estar
causadas por dos tipos de
acciones&
: Acciones mecnicas& la deformacin viene producida por una
carga que, si incide sobre un
elemento que traba)a a flexin, producir flec!a excesiva. "i
afecta a un elemento que traba)a
a compresin, producir pandeo excesivo.
Las causas de estas acciones son variables.
: Acciones trmicas& la deformacin es el resultado de someter
al elemento metlico a
elevadas temperaturas. Las causas de estas elevadas temperaturas
pueden ser desde la
radiacin solar al fuego.
anto las acciones mecnicas como las trmicas producirn
deformaciones que, siempre que
se sit2en por deba)o del lmite elstico del metal en cuestin,
podrn ser reversibles. "in
embargo, tanto cargas de gran magnitud como las exposiciones al
fuego prolongadas pueden
producir deformaciones irreversibles que en ocasiones el
edificio no puede asumir sin la
necesaria reparacin.
A% 0otura d2ctil
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La rotura de la mayora de los elementos metlicos por procesos
comunes, a excepcin de la
fundicin, viene precedida de un estado de deformacin previa que,
por lo general, permite la
deteccin del problema con suficiente antelacin y la acometida
oportuna de medidas
paliativas. Aun as, en ciertos elementos, la combinacin de
grandes cargas y secciones
escasas produce rpidos procesos de deformacin y rotura. "uele
ser el caso de c!apas y
conectores.
'% 0otura frgil
Existen casos concretos en los que los elementos metlicos pueden
sufrir peque9as
figuraciones propias de materiales de rotura frgil y no d2ctil,
como corresponde a los
metales.
Los casos ms comunes de este tipo de rotura son&
: +esgarro Laminar& rotura o fisuracin en el sentido de
laminacin de estructuras de acero
laminado que produce un dibu)o escalonado con tramos
longitudinales muc!o mayores a los
transversales. Afecta al acero por su limitada resistencia en la
citada direccin, como
consecuencia de la aparicin de inclusiones no metlicas en el
proceso de laminado.
El origen o causa de esta deformacin y fisuracin puede
encontrarse tanto en la eleccin del
material de aportacin en las soldaduras, que al retraerse puede
producir tensiones en dic!a
direccin, como en el dise9o de las uniones y nudos, que tambin
pueden favorecer la
aparicin de tensiones perpendiculares a la direccin de
laminacin.
: 0otura por fatiga& rotura o fisuracin resultado de una
modificacin permanente y localizada
del metal. Este proceso se ve favorecido cuando la estructura
del metal presenta cristalizacin,
que puede venir causada por un sobrecalentamiento excesivo, por
e)emplo, durante el procesode soldado.
Las causas de esta modificacin permanente suelen encontrarse en
los dos tipos de acciones
que con ms frecuencia afectan a los elementos metlicos, las
acciones mecnicas, que
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debern ser variables a la vez que permanentes para producir la
rotura por fatiga, y las
acciones trmicas que produzcan movimientos de dilatacin y
contraccin alternativos.
Este tipo de lesiones presenta difcil reparacin, que en la
mayora de los casos pasa por una
sustitucin parcial del elemento.
C& Erosi'#
+esgaste o prdida de seccin producidas por el arrastre de
materiales de un lquido que
circula a grandes velocidades y sufre turbulencias. La erosin en
estos casos supone un doble
proceso, mecnico y qumico al actuar con)untamente con el proceso
de oxidacin. El
movimiento del fluido en el interior produce el desprendimiento
de las partculas de xido,
con menor resistencia, y favorecen la aparicin de un nuevo
proceso de oxidacin.
En el caso del cobre la erosin se ve favorecida cuando el agua
es blanda y circula a elevadas
temperaturas. "ern precisamente los factores que produzcan una
elevada velocidad de
circulacin y las turbulencias los que causen la aparicin de esta
lesin. La reparacin vuelve
a pasar, casi de modo obligado, por la sustitucin del segmento
afectado.
Lesio#es sus(a#cia%es
A% *xidacin
*xidacin de un elemento frrico
0eaccin de la superficie de un metal con el oxgeno del aire o
del agua produciendo una capa
superficial de xido metlico $vuelta al estado natural ms estable
de los metales no
preciosos%, sin capacidad portante, que puede derivar en una
prdida de capacidad resistente
del elemento al verse reducida su seccin. odos aquellos factores
que faciliten la
acumulacin de agua o !umedad se establecern como causas que la
favorezcan.
El !ierro y sus aleaciones $entre ellas los aceros% forman una
capa de xido porosa que
adems permite la acumulacin de agua y favorece el proceso de
oxidacin y la aparicin del
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fenmeno de corrosin electroltica, que se trata de forma
independiente en el apartado de
oxidacin:corrosin.
La me)or opcin frente a la oxidacin, cuando sta supone una
agresin !acia el elemento
metlico es la prevencin, aunque tambin es posible la
;reparacin< cuando no se !a sidocapaz de evitar su aparicin y
sobre todo cuando su estado es tan avanzado que supone riesgo
de prdida de la capacidad portante del elemento metlico en
cuestin.
or otra parte, el acero (*0E6, se presenta como excepcin, ya que
la aleacin que lo
constituye da lugar a un xido especial que se caracteriza por
una mayor consistencia y unas
caractersticas mecnicas capaces de proteger al resto del
metal.
or lo tanto, en muc!os casos, la oxidacin, ms que una lesin,
puede considerarse una
proteccin preventiva. or ello, al referirnos a esta capa en los
citados metales utilizaremos el
trmino autoproteccin.
)& Corrosi'# e# u# a#c%a.
+estruccin o descomposicin de un metal producida por un agente
exterior y favorecida por
la presencia de un medio acuoso en contacto con ambos.
"eg2n la naturaleza del agente, distinguimos&
(orrosin qumica& ataque de un metal por la accin de agentes
qumicos causantes de
una serie de reacciones qumicas producidas en la interfase
metal:medio corrosivo y
dando lugar a unos productos qumicos que, si depositan en la
superficie del metal,
llegan, en algunos casos, a proteger al propio metal de una
corrosin mayor.
A-'4E6AL& agresin por parte de los compuestos presentes en
el aire
contaminado& dixido de azufre, dixido de carbono, sulfatos,
cloruros, cenizas
y escorias.
-AE04ALE" +E (*6"03((4=6& agresin por parte de otros
materiales
constructivos& cemento rtland $!idrxido sdico y potsico%,
morteros y
pastas de cal $calcio y magnesio libres%, pastas de yeso
$cidos%, madera
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$cidos orgnicos y sales solubles% y cementos porosos $amoniaco
presente en
agentes espumantes%.
-AE04A *0>?64(A& agresin por parte de las sustancias que
producen
ciertos organismos, como algas, mo!os y lquenes $cidos orgnicos
y dixidode carbono%.
(orrosin electroltica& el agente agresor es otro metal de
diferente potencial
electroqumico puesto en contacto con el metal corrodo a travs de
un medio acuoso
$electrolito% que induce entre ellos un par elctrico. Entre los
elementos del par se
producir una corriente elctrica, concretamente desde el nodo $ms
negativo% alctodo $ms positivo%, perdiendo el primero electrones,
con la consiguiente
descomposicin del material, y acumulando el segundo los
productos insolubles de la
corrosin. La reparacin pasa en muc!os casos por la sustitucin
del elemento
corrodo y la recolocacin evitando en lo posible la nueva
formacin de par galvnico.
(omo casos particulares se establecen&
*0 A40EA(4=6 +4/E0E6(4AL& la diferencia de potencial
electroqumico
se produce entre dos piezas del mismo metal, cuando una de ellas
se encuentrapermanentemente !2meda y la otra permanentemente seca.
La zona !2meda se
establece como nodo y la seca como ctodo, producindose una
corriente de
electrones desde la parte !2meda a la seca y produciendo la
corrosin de la
primera.
En el interior de conductos puede producirse tambin este proceso
por la
obstruccin o las alteraciones del flu)o, que puedan producir
zonas aireadas
dentro del propio conducto.
46E0>0A63LA0& aparicin de pares elctricos y corrosin
puntual entre
las partculas de los distintos metales de una aleacin, cuando en
sta no se !a
completado el proceso de unin de los mismos. "e trata del 2nico
ataque
posible en el acero inoxidable. @iene causado por un defecto del
material y si
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su efecto destructivo es importante, el 2nico modo de reparacin
es la
sustitucin.
C& O*idaci'#+Corrosi'#
ipo de corrosin ms extendida en los metales frricos,
fundamentalmente el acero, en el
caso de la construccin.
(onsiste en la formacin de un par galvnico o elctrico entre el
!ierro presente en el acero y
el !idrxido de !ierro fruto de la oxidacin y que resulta tener
un potencial electroqumico
superior al primero.
El medio de intercambio de electrones $electrolito% entre ambos
es el agua que se acumula en
los poros de la capa de xido. As, el !ierro presente en el acero
se establece como nodo
$polo negativo% y el !idrxido de !ierro como ctodo $polo
positivo%, produciendo una
corriente de electrones del primero al segundo y causando la
descomposicin del acero.
La lesin inicial, es decir, la oxidacin, es la que ser necesario
prevenir o reparar y sus
causas las que !abr que evitar en todo momento.
Lesio#es (picas
En este caso, se emplea una mayor variedad de materiales
metlicos, que adems se ven
sometidos a las acciones trmicas, las !umedades y otras
agresiones tpicas de la intemperie.
+eformacin excesiva. Acciones trmicas
(orrosin. (orrosin qumica
(orrosin. (orrosin electroltica
(orrosin. (orrosin electroltica. Aireacin diferencial
*tras lesiones
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+eformacin excesiva. Acciones mecnicas
0otura d2ctil
0otura por /atiga
4nstalaciones !idrullicas
Los movimientos de dilatacin:contraccin sern tpicos de este tipo
de instalaciones,
especialmente por las que circule agua a elevadas temperaturas.
A su vez, tambin lo sern
todos los derivados del contacto directo con el agua y su
circulacin.
TRTMIENTOS PR LOS METLES
Los metales se pueden someter a una serie de tratamientos para
potenciar sus propiedades&
+ureza, resistencia mecnica, plasticidad para facilitar su
conformado,...
Existen cuatro clases de tratamientos&
ratamientos trmicos. El metal es sometido a procesos trmicos en
los que no
vara su composicin qumica, aunque s su estructura.
ratamientos termoqumicos. Los metales se someten a enfriamientos
y
calentamientos, pero adems se modifica la composicin qumica de
su superficie
exterior.
ratamientos mecnicos. "e me)oran las caractersticas de los
metales mediante
deformacin mecnica, con o sin calor.
ratamientos superficiales. "e me)ora la superficie de los
metales sin variar su
composicin qumica msica. En estos tratamientos, a diferencia de
los
termoqumicos, no es necesario llevar a cabo calentamiento
alguno.
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Los tratamientos no deben alterar de forma notable la composicin
qumica del metal pues, en
caso contrario, no sera un tratamiento, sino otro tipo de
proceso.
Tra(amie#(os (,rmicos
"on operaciones de calentamiento y enfriamiento de los metales
que tienen por ob)eto
modificar su estructura cristalina $en especial, el tama9o del
grano%. La composicin qumica
permanece inalterable.
Existen tres tratamientos fundamentales&
: 0ecocido. El metal se calienta durante cierto tiempo a una
temperatura determinada y, a
continuacin, se enfra lentamente. "e consigue una mayor
plasticidad para que pueda ser
traba)ado con facilidad. La temperatura y la duracin de este
tratamiento dependern del
grado de plasticidad que se quiera comunicar al metal.
: emple. (onsiste en el calentamiento del metal, seguido de un
posterior enfriamiento
realizado de forma brusca. (on esto se consigue obtener un metal
muy duro y resistente
mecnicamente. El endurecimiento adquirido por medio del temple
se puede comparar al que
se consigue por deformacin en fro.
: 0evenido. "e aplica exclusivamente a los metales templados,
pudiendo considerarse comoun tratamiento complementario del temple.
(on ello se pretende me)orar la tenacidad del
metal templado, a costa de disminuir un poco su dureza.
Tra(amie#(os (ermoqumicos
Los tratamientos termoqumicos consisten en operaciones de
calentamiento y enfriamiento de
los metales, completadas con la aportacin de otros elementos en
la superficie de las piezas.
Los ms relevantes son&
(ementacin. (onsiste en la adicin de carbono a la superficie de
un acero que
presente un ba)o contenido en carbono a una cierta temperatura.
"e obtiene as una
dureza superficial muy elevada.
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incrementan la dureza y la resistencia mecnica del metal y,
tambin, acarrean una
disminucin en su plasticidad.
Tra(amie#(os super$icia%es
Los ms utilizados son&
: -etalizacin. "e proyecta un metal fundido, pulverizndolo sobre
la superficie de otro. (on
esto se consigue comunicar a la superficie de un metal las
caractersticas de otro diferente.
: (romado. "e deposita cromo electrolticamente sobre el metal#
de esta manera, se disminuye
su coeficiente de rozamiento y se aumenta su resistencia al
desgaste.
