Metales Ferrosos y no ferrosos PDF

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METALES Se define a los metales como aquellos elementos químicos que se caracterizan por tener las siguientes propiedades: FISICO-QUIMICAS. MECANICAS Y TECNOLOGICAS. PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS Propiedades físicas. - Son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su Composición. Ej: Cuando s...

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METALES Se define a los metales como aquellos elementos químicos que se caracterizan por tener las siguientes propiedades: FISICO-QUIMICAS. MECANICAS Y TECNOLOGICAS.

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS

Propiedades físicas. - Son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su Composición. Ej: Cuando se moldea un trozo de plastilina, sus átomos no se ven alterados de ninguna manera, pero exteriormente cambia su forma. Propiedades químicas. - Son aquellas propiedades que se hace evidente un cambio en la materia durante una reacción química. Las propiedades físico-químicas más importantes son: Peso Específico. - Se define como su peso por unidad de volumen. Punto de Fusión. - Es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al estado líquido. Calor Especifico. - Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia en 1°C. Dilatación. - Es un aumento de volumen que experimentan los cuerpos al elevar su temperatura. Impenetrabilidad. - Es la resistencia que opone un cuerpo a que otro ocupe simultáneamente su lugar. Divisibilidad. - Es la propiedad que les permite de poder fraccionarse en partículas más pequeñas. Inercia. - Es la resistencia al efecto de una fuerza que se ejerce sobre un cuerpo. Oxidación. - La oxidación es un fenómeno en el cual un elemento o compuesto se une con el oxígeno, es decir, se refiere al proceso químico que implica la pérdida de electrones por parte de una molécula, átomo o ion. Corrosión. - Es el desgaste de los metales debido a una reacción química, producida por agentes químicos. Aleabilidad. - Es la propiedad que tienen para formar aleaciones que dan lugar a nuevos materiales. Magnetismo. - Es la propiedad que tienen para ejercer fuerzas de atracción o repulsión sobre otros metales. Los metales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables son el níquel, el hierro, el cobalto y sus aleaciones, que comúnmente se llaman imanes.

Conductividad Eléctrica. - Es la capacidad de un cuerpo para permitir el paso de los electrones, los mismos que forman a su paso una corriente eléctrica. Los metales más conductores son: la plata, el cobre, el oro, el aluminio, el tungsteno y el hierro. Conductividad Térmica. - Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de transferir calor a materiales con las que está en contacto.

PROPIEDADES MECANICAS Propiedades mecánicas. - Son las características inherentes (propias de cada metal), que permiten diferenciar un metal de otro. Las propiedades mecánicas más importantes son: Dureza. - Es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Es decir, la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado o penetrado por un cuerpo más duro. Tenacidad. - Es la resistencia que opone éste u otro material a ser roto, molido, doblado o desgarrado. Fragilidad. - Es la propiedad de algunos metales de no poder experimentar deformaciones plásticas, de forma que al superar su límite elástico se rompen bruscamente. Resistencia. - Es la capacidad de algunos metales de soportar una carga externa sin romperse. La carga de rotura y puede producirse por tracción, compresión, torsión o cizallamiento. Fatiga. - Se refiere al fenómeno por el cual se produce una rotura del material, bajo cargas dinámicas cíclicas (motores, puentes, automóviles, aviones, etc.). Elasticidad. - Es la propiedad mecánica que tienen algunos metales para poder sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan. Plasticidad. - Es la propiedad mecánica que tienen algunos metales para poder deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico. Es decir, la capacidad de deformación permanente de un metal sin que llegue a romperse.

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Propiedades tecnológicas. - Es el comportamiento que tienen estos cuando son trabajados y estudiados por los seres humanos. Estas propiedades nos permiten diferenciar un metal de otro y saber si el metal utilizado es el apropiado o no para el fin que va a desempeñar. Las propiedades tecnológicas más importantes son: Ductilidad. - Es la propiedad que tienen los metales y aleaciones, que bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. Los metales más dúctiles son el platino, oro y cobre. El cobre se utiliza principalmente para

fabricar cables eléctricos, porque a su buena ductilidad añade el hecho de que sea muy buen conductor de la electricidad. Maleabilidad. - Es la propiedad que tienen los metales para formar láminas muy finas, sin rotura, por la acción de presiones. Los principales metales maleables son: El oro, la plata, el cobre, el estaño y el aluminio. Los metales se clasifican en 2 grandes grupos según el contenido de hierro: Metales Ferrosos Metales No Ferrosos.

METALES FERROSOS INTRODUCCIÓN Los metales ferrosos o férricos son los que contienen, como elemento base, el hierro (Fe). El hierro técnicamente puro es un material metálico magnético, de color blanco azulado, dúctil y maleable. Su punto de fusión es de aproximadamente 1.535 °C, aunque disminuye cuando se encuentra aleado con carbono (por ejemplo, la aleación con 4,3% de carbono funde a 1.145 °C). Su densidad es 7,87 g/cm3. Es un buen conductor del calor y de la electricidad. El hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno, reemplazó al bronce como material de fabricación de instrumentos y armas. El primer registro data del año 1700 A.C. donde los Hititas (hoy Turquía) utilizan el hierro para la fabricación de sus armas. Con el paso del tiempo el hierro, fue convirtiéndose en un material de gran importancia estratégica. La adopción del hierro como material de construcción fue una revolución. El mundo actual no se podría concebir sin la presencia del hierro. La industria naval, la ferroviaria, la automovilística o la aeronáutica son los últimos resultadosde una evolución iniciada muchos siglos atrás. Los metales ferroso se clasifican en:  Hiero C < 0,1%  Aceros 0,1 % < C < 2%  Fundiciones 2 %< C < 7% OBTENCIÓN DEL HIERRO El hierro se obtiene a traves de la explotación de yacimientos en la supoerficie terrestre, el hierro (Fe) es un metal que forma parte de la corteza terrestre (5 %); nunca se presenta en estado puro, sino combinado formando óxidos, hidróxidos, carbonatos y sulfuros. Según el contenido en hierro se distinguen distintos tipos:

El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro, llamada mena (elementos aprovechables), y otra parte compuesta por sustancias no ferrosas llamada ganga (elementos no aprovechables). Este mineral es llevado a las plantas procesadoras para la obtención de hierro. Los pasos a seguir en todo proceso son: 1. Separar la mena de la ganga utilizando sus propiedades físicas: densidad, comportamiento magnético. 2. Obtener el elemento que nos interesa, Fe (Hierro), por medio de una reacción química llamada reducción del hierro, que consiste en añadir monóxido de carbono tantas veces como sea necesario hasta obtener hierro puro. Esta reacción ocurre en el alto horno, que es un horno especial en el que tiene lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio. El alto horno está formado por dos troncos de cono colocados unos sobre otro y unidos por su parte más ancha. La altura varía entre unos 30 y 70 m y su diámetro entre 4 y 12 m. Su capacidad de producción varía entre 500 y 1500 toneladas diarias. Los productos obtenidos del alto horno son: Escoria.- Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria, como se comentó anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria (bigotera). Fundición, hierro colado o arrabio.- Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 7%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión.

CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DEL HIERRO  Es un material magnético (ferromagnético). Color blanco azulado. Muy dúctil y maleable. Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC Densidad alta (7,87 g/cm3.) Buen conductor del calor y la electricidad. Se corroe y oxida con mucha facilidad. Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado, etc). Es un metal más bien blando. El hierro puro no suele tener muchas aplicaciones industriales por sus bajas propiedades mecánicas y la dificultad de su obtención. Donde más se emplea es en el área de electricidad y electrónica, dadas sus propiedades de permeabilidad magnética. ACERO Material en el que el hierro es predominante y cuyo contenido en carbono es, generalmente, inferior al 2%, conteniendo además otros elementos en diversas proporciones. ACERO AL CARBONO El carbono tiene una gran influencia en el comportamiento mecánico de los aceros. La resistencia de un acero simple con 0,5% de carbono es más de dos veces superior a la de otro con 0,1%.

El carbono, sin embargo, generalmente reduce la ductilidad del acero. La ductilidad es una medida de la capacidad de un material para deformarse de forma permanente, sin llegar a la ruptura. Por ejemplo, el vidrio no es nada dúctil: cualquier intento por deformarlo, estirándolo o doblándolo, conduce inmediatamente a su fractura. Un acero del 0,1% en carbono es más de cuatro veces más dúctil que otro con 1% de carbono y dos veces más que un tercero con 0,5% de carbono

ACEROS ALEADOS O ACEROS ESPECIALES Se da el nombre de aceros aleados o aceros especiales a los aceros que además de contener hierro y carbono en su estructura principal, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales.

ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

FUNDICIONES Se denomina fundición a la aleación de carbono y hierro con un contenido entre el 1,67 y el 6,67% de carbono. Su densidad es menor que la del acero (7,2 - 7,6 g/cm3), y su punto de fusión oscila entre 1.050 y 1.300 ºC. En general, no son dúctiles ni maleables; tampoco se pueden forjar ni soldar con facilidad. Las fundiciones se clasifican en: Ordinarias, aleadas y especiales. Fundiciones Ordinarias Son aquéllas que únicamente contienen hierro, carbono y pequeñas cantidades de silicio, manganeso, azufre y fósforo. En su fabricación no se emplea ninguna técnica especial. Según el aspecto que presentan las superficies de fractura, pueden ser:   

Fundiciones Blancas. - El carbono está combinado con el hierro en forma de carburo de hierro (Fe3C), también denominado cementita. La presencia de este componente confiere al material gran dureza y fragilidad, a la vez que una tenacidad muy pequeña. Las fundiciones blancas carecen prácticamente de interés industrial. Fundiciones Grises. - Estas fundiciones son, en general, menos duras que las blancas, pero más tenaces. Se mecanizan fácilmente y tienen una elevada resistencia a la corrosión y al desgaste (poseen propiedades auto lubricantes). Fundiciones Atruchadas. - Sus propiedades son intermedias entre las fundiciones blancas y las grises; reciben este nombre a causa del color que presentan en las superficies de fractura, parecido al de las truchas.

Fundiciones Aleadas Son aquéllas que, además de hierro y carbono, contienen níquel, cromo, silicio, aluminio, molibdeno, titanio, vanadio y otros elementos en cantidades suficientes para modificar las características de las fundiciones ordinarias. Se clasifican en: 

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Baja Aleación. - Cuando la fundición contiene menos de un 5% de estos elementos (níquel, cromo, silicio, aluminio, molibdeno, titanio, vanadio). Alta Aleación. - Cuando la fundición contiene más de un 5% de estos elementos (níquel, cromo, silicio, aluminio, molibdeno, titanio, vanadio).

Fundiciones Especiales Se obtienen a partir de las ordinarias mediante determinados tratamientos o con la adición de algún elemento químico. Existen tres tipos de fundiciones especiales:   

Fundiciones Maleables. - Se obtienen a partir de las fundiciones blancas, se caracterizan por poseer una tenacidad y resistencia a la tracción mayores que las fundiciones blancas. Son fáciles de moldear y ofrecen una elevada resistencia a la corrosión y al desgaste. Fundiciones de Grafito Esferoidal. - Son fundiciones especiales que se obtienen añadiendo manganeso a las fundiciones ordinarias. En ellas el grafito, que estaba dispuesto en láminas, pasa a tener forma esferoidal o nodular. El resultado de este cambio en la forma del grafito es un incremento de la resistencia a la tracción. Fundiciones de Grafito Difuso.- Se obtienen a partir de las fundiciones blancas mediante una serie de tratamientos especiales que difunden el grafito en forma de pequeños nódulos. Con este tratamiento se consigue mejorar sus propiedades.

METALES NO FERROSOS Los metales no ferrosos o férricos son aquellos que no tienen Hierro (Fe) como componente principal. Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles. Los metales no ferrosos se pueden clasificar en 3 grupos que son:  

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Pesados: Son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto entre otros. Ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio. Ultraligeros: Su densidad es menor a 2 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación. PESADOS

Cobre Propiedades:  Es uno de los metales no ferrosos de mayor utilización.  Tiene un color rojo-pardo.  Su conductividad eléctrica es elevada  Su conductividad térmica también es elevada.  Es un metal bastante pesado, su densidad es 8.9gr/cm3.  Resiste muy bien la corrosión y la oxidación  Relativamente blando  Es muy dúctil y maleable. Aplicaciones: 

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Su principal aplicación es como conductor eléctrico, pues su ductilidad le permite transformarlo en cables de cualquier diámetro. Por su alta resistencia a la oxidación se emplea en instalaciones de tuberías y calderas en intercambiadores de calor.

Laton El laton es una aleación de cobre + Zinc que contienen hasta un 40 % de zinc, las que contienen del 30 al 35 % son las de mayor aplicación por ser baratas, muy dúctiles y fáciles de trabajar. Al disminuir el contenido de zinc, las aleaciones se aproximan cada vez más al cobre en sus propiedades y mejoran su resistencia a la corrosión. Las aleaciones de zinc del 5 al 20% son de aplicación en operaciones de soldado con soldadura fuerte, a causa de no ser susceptibles al agrietamiento por esfuerzos producidos en la elaboración, debido a su color rojo y porque su alto punto de fusión es conveniente. Bronce Es una aleación de cobre + estaño. Este metal presenta una elevada ductilidad y una buena resistencia al desgaste y a la corrosión. Se emplea en hélices de barco, cuerpos de bombas hidráulicas, filtros, campanas, tuercas, monedas, obras de arte, etc.

Además, su superficie lisa hace que resulte adecuado para fabricar engranajes, cojinetes y rodamientos. Existen dos tipos de cobre, el primero de ellos contiene 80 por ciento de cobre y 20 por ciento de estaño, mientras que el segundo contiene 95 por ciento de cobre y 5 por ciento de estaño. La función del estaño sobre el cobre es trasmitirle resistencia y dureza. A las aleaciones de cobre con otros materiales como el estaño-plomo se les llama bronces especiales. Estaño Se obtiene de la casiterita. Es un metal de color muy blanco, brillante, poco dúctil, pero muy maleable, y no se oxida a temperatura ambiente. Emite un ruido característico cuando se parte, denominado “grito de estaño”. Aplicaciones:  Bronce: Cu + Sn. Se utilizan en fabricación de campanas y engranajes.  Soldadura blanda: Pb + Sn. Se utiliza para soldar componentes electrónicos.  Hojalata: recubrimiento de una chapa de acero con capas finas de estaño, para proteger al acero de la corrosión. Zinc Se obtiene de la blenda y la calamina. Es un metal de color gris azulado, brillante, frágil en frío y de baja dureza. Se utiliza en cubiertas de edificios, cañerías y canalones. Mediante el proceso denominado galvanizado se recubren piezas con una ligera capa de zinc para protegerlas de la corrosión. Plomo Se obtiene de la galena. Es un metal de color gris plateado, muy blando y pesado. Tiene una notable plasticidad, es maleable y buen conductor del calor y la electricidad. Se emplea en la fabricación de baterías y acumuladores, y forma parte de algunas gasolinas. En la industria del vidrio y en óptica se utiliza como aditivo que proporciona dureza y añade peso. Al ser un metal absolutamente opaco, se emplea como protector contra radiaciones en medicina y en las centrales nucleares. Por la alta densidad es opaco a las radiaciones electromagnéticas, se usa como escudo protector en instalaciones de radiología y centrales nucleares. Recipientes que contengan ácidos (baterías y acumuladores eléctricos) por su resistencia a la corrosión. Nunca debe usarse para contener alimentos. Es un veneno mineral. Niquel Es un metal blanco brillante, tenaz, dúctil y maleable, muy resistente a la oxidación. Se usa en aparatos de la industria química y en el recubrimiento de metales por electrolisis. La aleación de níquel, cromo y acero se utiliza en la fabricación de ciertos aceros inoxidables.

Cromo Es blanco brillante, muy duro pero frágil, y resistente a la oxidación. El cromado brillante se utiliza para objetos decorativos y el cromado de otros metales. El cromado duro se utiliza en la fabricación de aceros inoxidables y aceros para herramientas. Cobalto Propiedades: 

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Tiene propiedades análogas al níquel, pero no es magnético. De color blanco. Generalmente encontrado junto al níquel. Se encuentra en minerales como la cobaltita, la esmaltita y la eritrina. Es un elemento duro, fuerte y resistente a la oxidación.

Aplicaciones:   

Se usa sobre todo en la producción de materiales y piezas industriales, más concretamente, en aleaciones, en generadores de turbinas de gas y turbinas de aviones. Con este elemento se hacen aleaciones, para hacer herramientas que permitan el corte a alta temperatura. Las sales de cobalto se usan para decoración y pintura.

LIGEROS Aluminio El aluminio es el metal más abundante en la corteza de la Tierra, pero no se encuentra puro, sino en muchas especies minerales (bauxita, corindón, esmeril, etc.) Se obtiene principalmente de la bauxita, un mineral muy escaso, motivo por el cual el alumi...