CIENCIA DE LOS MATERIALES
INTRODUCCINAunque los productos ferrosos todava siguen siendo
los metales ms utilizados en la actualidad, el resto de metales, es
decir, los metales no frreos, son cada da ms imprescindibles y se
emplean cada vez ms en la industria para la fabricacin de multitud
de productos.Los metales no ferrosos se pueden clasificar, segn su
peso especfico en tres grupos:Metales no ferrosos pesados: Son
aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran
en este grupo el cobre, el estao, el plomo, el cinc, el nquel, el
cromo y el cobalto.Metales no ferrosos ligeros: Tienen una densidad
comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los ms utilizados son el aluminio y
el titanio.Metales no ferrosos ultraligeros: Su densidad es menor a
5 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 aleacinTodos estos metales no ferrosos, es
estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecnica bastante
reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen
alearse con otros.En general, los metales no ferrosos son blandos y
tienen poca resistencia mecnica. Para mejorar sus propiedades se
alean con otros metales.Ordenados de mayor a menor utilizacin, son:
cobre (y sus aleaciones), aluminio, estao, plomo, cinc, nquel,
cromo, titanio y magnesio.COBRELas caractersticas de este metal
son:Es uno de los metales no ferrosos de mayor utilizacin.Tiene un
color rojo-pardo.Su conductividad elctrica es elevada (solo
superada por la plata)Su conductividad trmica tambin es elevada.Es
un metal bastante pesado, su densidad es 9 5 gr/cm3Resiste muy bien
la corrosin y la oxidacin.Es muy dctil y maleable.Obtencin del
cobreLos minerales ms utilizados para obtener cobre son sulfuros de
cobre, especialmente la calcopirita. Tambin existen minerales de
xido de cobre, destacando la malaquita y la cuprita. Los minerales
de cobre suelen ir acompaados tambin de hierro.Procesos de
ObtencinExisten dos procesos de obtencin del cobre:La va hmeda: Se
emplea solamente cuando el contenido de cobre en el mineral es muy
reducido (menos de un 10%). Consiste en triturar todo el mineral y
aadirle cido sulfrico y aplicar a la mezcla el proceso de
electrlisis (es decir, aplicar una corriente continua introduciendo
dos electrodos en la mezcla)La va seca: Se emplea solamente cuando
el contenido de cobre supera el 10%. Consta de las siguientes
fasesSe tritura el mineral, se criba y se muele hasta reducirlo a
polvo.Se introduce en un recipiente con agua abundante, donde se
agita para eliminar la ganga que flota.La mena que quede se lleva a
un horno de pisos donde se oxida para eliminar el hierro presente.
De este modo se separa el cobre del hierro.A continuacin se
introduce el mineral de cobre en un horno donde se funde. Luego se
aade slice y cal que reaccionan con el azufre y restos de hierro,
formando la escoria que flota y se elimina. El cobre lquido que se
encuentra debajo se denomina cobre bruto, cuya pureza es del
40%.Por ltimo, para obtener un cobre de alta pureza se somete el
lquido a un proceso electroltico. El cobre tendr una pureza del
99,9%.Aleaciones del cobreBronces: Son aleaciones de cobre y estao;
y en ocasiones, de otros elementos. Es mucho ms duro resistente que
el cobre.Latones: Son aleaciones de cobre y cincCuproaluminio: Son
aleaciones de cobre ya aluminio. Son muy resistentes a la oxidacin
y la corrosin.Aplicaciones del cobreSu principal aplicacin es como
conductor elctrico. Pues su ductilidad le permite transformarlo en
cables de cualquier dimetro. Por su alta resistencia a la oxidacin
se emplea en instalaciones de fontanera, tuberas y
calderas.ALUMINIOLas caractersticas de este metal son:Es un metal
muy ligero (2,7 5 gr/cm3) y muy resistente a la oxidacin.Es un buen
conductor elctrico y del calor.Es muy dctil y maleable.Obtencin del
aluminioEl mineral del que se extrae el aluminio es la bauxita.
Procesos de ObtencinEl mtodo de obtencin tiene dos fases:Se emplea
un mtodo llamada Bayer y despus se combina con la electrlisis:Se
tritura y muele el mineral hasta reducirlo a polvoSe mezcla el
polvo con sosa custica, cal y agua caliente.La sosa disuelve la
bauxita, separndose los residuos en el decantador. El material til
se llama almina, al cual debe eliminarse toda el agua que posea y
refrigerarse.Hasta aqu el mtodo Bayer.Para obtener el aluminio, se
disuelve la almina en una sustancia llamada criolita a una
temperatura de 1000 C y se somete a un proceso de electrlisis que
descompone el material en aluminio.Aleaciones del aluminioEl
aluminio suele alearse con otros metales para mejorar sus
propiedades mecnicas.Con cobre: Es el duraluminio. Es un aluminio
de alta dureza y buena maquinabilidad, adems de ser ligero Con
Zinc: Es un aluminio duro y resistente a la
corrosin.AplicacionesPor ser ligero se emplea en la industria
aeronutica, automovilstica.Por ser buen conductor elctrico, se
utiliza en conducciones areas de alta tensin.Por su resistencia a
la corrosin: se emplea para fabricar depsitos para bebidas, bateras
de cocina, envolver alimentos.
ESTAO
Obtencin del estao
Se trata de un metal bastante escaso en la corteza terrestre.
Afortunadamente, se suele encontrar concentrado en minas, aunque la
riqueza suele ser bastante baja (del orden del 0,02 %). El mineral
de estao ms explotado es la casiterita, en el que este metal se
encuentra en forma de xido (SnO2).
Proceso de Obtencin del Estao
La casiterita se tritura y muele en molinos adecuados. Luego se
introduce en una cuba con agua, en la que se agita. Por decantacin,
el mineral de estao (que es ms pesado) se va al fondo y se separa
de la ganga.
Posteriormente se introduce en un horno, donde se oxidan los
posibles sulfuros de estao que hay en el mineral y se transforman
en xidos.
La mena de estao, en forma de xido, se introduce en un horno de
reverbero, donde se produce la reduccin (transformacin de xido de
estao a estao), depositndose el estao en la parte inferior y la
escoria en la superior.
Finalmente, para obtener un estao con porcentaje del 99 %, es
necesario someterlo a un proceso electroltico.
Las caractersticas principales del estao son:
El estao puro tiene un color muy brillante.
A temperatura ambiente se oxida y pierde el brillo exterior.
A temperatura ambiente es muy maleable y blando, y pueden
obtenerse hojas de papel de estao de algunas dcimas de milmetro de
espesor.
En caliente es frgil y quebradizo.
Por debajo de 18 C empieza a descomponerse y a convertirse en un
polvo gris. A este proceso se le conoce como enfermedad o peste del
estao.
Cuando se dobla se oye un crujido denominado grito del
estao.
Las aleaciones principales de estao son:
Bronce. Es una aleacin de cobre y estao.
Soldaduras blandas. Son aleaciones de plomo y estao con
proporciones de estao entre el 25 y el 90 %.
Aleaciones de bajo punto de fusin. Las ms importantes son:
Darcet (25 % Sn + 25 % Pb + 50 % Bi), que funde a los 97 C.
Cerrolow (8,3% Sn + 22,6% Pb + 44,7% Bi + 5,3% Cd + 19,1% In),
que funde a los 47 C.
Aplicaciones
Una de las aplicaciones ms importantes del estao es la
fabricacin de hojalata. Consiste en recubrir una chapa de acero con
dos capas muy finas de estao puro.
El estao protege al acero contra la oxidacin.
PLOMO
Obtencin del plomo
El mineral de plomo ms empleado es la galena, que est compuesta
de sulfuro de plomo.
Proceso de Obtencin del Plomo
Consta de cuatro fases:
1. Enriquecimiento: La galena se tritura y muele. Luego se
separa la ganga de la mena mediante flotacin.
2. Oxidacin de los sulfuros: Hay que tostar (a unos 700 C) todos
los sulfuros de Pb para transformarlos en xidos. Al aadir slice y
cal, se obtiene monxido de plomo (PbO).
3. Reduccin del monxido de Pb: Se realiza en un horno de mufla
(especie de horno alto en pequeo). Se usa carbn de coque y cal. El
plomo obtenido contiene muchas impurezas. Se llama plomo de
obra.
4. Afinado del plomo: Hay dos fases:
1) Separacin de otros metales (cobre, cinc, plata, etc.)
2) Afinado electroltico.
Sus caractersticas son:
Es muy maleable y blando.
De color grisceo-blanco muy brillante cuando est recin
cortado.
Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato bsico que
lo auto protege.
Resiste bien a los cidos clorhdrico y sulfrico, pero es atacado
por el cido ntrico y el vapor de azufre.
Aplicaciones
Por su capacidad de resistir bien a los agentes atmosfricos y
qumicos, el plomo tiene multitud de aplicaciones, tanto en estado
puro como formando aleaciones. Las ms importantes son:
En estado puro:
xido de plomo. Usado para fabricar pinturas al minio
(antioxidantes).
Tuberas. Est prcticamente en desuso.
Recubrimiento de bateras, proteccin de radiaciones nucleares
(rayos X), etc.
Formando aleacin:
Soldadura blanda, a base de plomo y estao, empleado como
material de aportacin.
ZINC
Obtencin
Los minerales ms empleados en la extraccin del cinc son la
blenda y la calamina.
La obtencin del Zinc
Al igual que con el cobre, dependiendo de la concentracin de
zinc se emplean dos procedimientos de obtencin: va seca (mayores
del 10%) y va hmeda (inferiores al 10%).
Va Seca
Va Hmeda
El zinc posee las siguientes caractersticas:
Es muy resistente a la oxidacin y corrosin en el aire y en el
agua
Poco resistente al ataque de cidos y sales.
Tiene el mayor coeficiente de dilatacin trmica de todos los
metales.
A temperatura ambiente es quebradizo, pero entre 100 y 150 C es
muy maleable.
Aplicaciones
En forma de aleacin
Latones (Cobre y cinc): Al ser ms barato el zinc que el estao,
en muchas aplicaciones est sustituyendo al bronce.
Plata alemana o alpaca (Cu + Ni + Zn): Utilizada antiguamente en
cubertera y en la actualidad en joyera barata y fabricacin de
estuches.
Zamak (Al + Cu + Zn): Obtencin de piezas de gran precisin y de
gran calidad superficial, con lo que no necesitan mecanizado.
En estado puro
Chapas de diferentes espesores: Recubrimiento de tejados;
Canalones y cornisas, as como tubos de bajada de agua y depsitos;
Recubrimiento de pilas.
Recubrimiento de piezas
Galvanizado electroltico: consiste en recubrir, mediante
electrlisis, un metal con una capa muy fina de zinc (unas 15
milsimas de milmetro).
Galvanizado en caliente: la pieza se introduce en un bao de zinc
fundido. Una vez enfriada, el zinc queda adherido y la pieza
protegida.
Metalizado: se proyectan partculas diminutas de zinc, mezcladas
con pintura, sobre la superficie a proteger.
Sherardizacin: consiste en recubrir con polvo de zinc una pieza
de acero e introducirla en un horno. Por el calor, el zinc penetra
en el acero.
Otras Formas
xidos de zinc: Bronceadores, desodorantes, etc.; Colorantes,
pegamentos, conservantes, etc.
NQUEL
Obtencin
El nquel se extrae de minerales que provienen de sulfuros de
nquel-hierro o silicato hidratado de nquel.
Proceso de obtencin del Niquel
Este proceso tiene tres pasos:
1. El xido de nquelreaccionacongas de sntesisa 200C para
eliminar el oxgeno, produciendo nquel impuro. Las impurezas
incluyenhierroycobalto.
2. El nquel impuro se hace reaccionar con exceso demonxido de
carbonoa 50-60C para formarcarbonilo de nquel. No se forman los
complejos con las otras impurezas metlicas
3. La mezcla de monxido de carbono y el exceso de carbonilo de
nquel se calienta a 220-250C. En la calefaccin, el tetracarbonilo
de nquel se descompone para dar nquel puro.
Caractersticas del Nquel
Es un metal blanco ligeramente plido y brillante
Es duro y muy tenaz
Cuando contiene una pequea cantidad del carbono, se vuelve
maleable dejndose laminar
Pequeos porcentajes de magnesio, en muy resistente a la corrosin
atmosfrica,
Aliado a hierro le imparte gran resistencia a la oxidacin.
Densidad: 8,85 kg/dm.
Punto de fusin: 1450 C.
Resistividad: 0,11 ohmiosmm/m.
Aplicaciones
Ni + Cr + acero
Se emplea para aceros inoxidables
En aparatos de la industria qumica
En recubrimiento de metales por electrolisis
CROMO
Obtencin
Se obtiene cromo a partir de lacromita(FeCr2O4). La cromada se
obtiene comercialmente calentando a la cromadora en presencia de
aluminio o silicio (mediante un proceso de reduccin).
Aproximadamente la mitad de las cromadas se extrae deSudfrica.
Tambin se obtiene en grandes cantidades
enKazajistn,IndiayTurqua.
Proceso de Obtencin del Cromo
Electrlisis de sales de cromo (III).
Por reduccin del trixido de cromo con aluminio, el cual si se
realiza a vaco, se obtiene cromo del 99 % de pureza.
Caractersticas del Cromo
Tiene un color grisceo acerado
Es muy duro y tiene un gran acritud
Resiste muy bien la oxidacin y corrosin
Densidad: 6,8 kg/dm.
Punto de fusin: 1900 C.
Resistividad: 1,1 ohmiosmm/m.
Aplicaciones:
Cromado brillante: para objetos decorativos
Cromado duro: para la fabricacin de aceros inoxidables y aceros
para herramientas.
TITANIO
Obtencin
Se encuentra abundantemente en la naturaleza, ya que es uno de
los componentes de casi todas las rocas de origen volcnico que
contienen hierro.
La obtencin del Titanio
La extraccin del titanio es un proceso complejo, lo que encarece
extraordinariamente el producto final. En la actualidad, los
minerales de los que se obtiene el titanio son el rutilo y la
ilmenita.
En cuanto al proceso de obtencin del titanio, en la actualidad
se emplea casi exclusivamente el mtodo Kroll.
Cloracin: Se calienta el mineral de titanio al rojo vivo. Luego
se le aade carbn y se hace circular cloro a travs de toda la masa.
Se obtiene tetracloruro de titanio (TiCl4)
Transformacin: El compuesto se introduce en un horno a 800 C.
Luego se introduce un gas inerte (helio o argn) y magnesio. Se
forma titanio esponjoso.
Obtencin: El titanio esponjoso se introduce en un horno elctrico
y se le aaden fundentes: el resultado es titanio puro.
El titanio posee las siguientes caractersticas:
Es un metal blanco plateado que resiste mejor la oxidacin y la
corrosin que el acero inoxidable.
Las propiedades mecnicas son anlogas, e incluso superiores, a
las del acero, pero tiene la ventaja de que las conserva hasta los
400 C.
Su densidad es de 4,45 kg/dm
Su punto de fusin 1800C
su resistencia a la traccin de 100kg/mm
Aplicaciones
Dada su baja densidad y sus altas prestaciones mecnicas, se
emplea mayoritariamente en:
La fabricacin de estructuras y elementos de mquinas en
aeronutica (aviones, cohetes, misiles, satlites de comunicaciones,
etc.).
Normalmente se suele emplear aleado con el 8 % de aluminio.
Para mejorar las propiedades fsicas, se le suele alear tambin
con cromo, vanadio y molibdeno.
Se emplea tambin en la fabricacin de herramientas de corte
(nitrato de titanio)
En la construccin de aletas para turbinas (carburo de
titanio)
En forma de xido y pulverizado, para la fabricacin de pinturas
antioxidantes.
Tambin se emplea para recubrimiento de edificios.
MAGNESIO
Obtencin
Los minerales de magnesio ms importantes son: carnalita (es el
ms empleado y se halla en forma de cloruro de magnesio, que se
obtiene del agua del mar), dolomita y magnesita.
La obtencin del Magnesio
Existen dos mtodos de obtencin, dependiendo del mineral de
magnesio:
Por Electrolisis
El magnesio sube a la superficie, ya que tiene menos densidad
que la mezcla de sales fundidas. La cuba tiene que ser metlica y
acta como ctodo.
Por reduccin
Consiste en introducir el mineral en un horno elctrico, al que
se ha aadido fundente, para provocar la eliminacin de oxgeno.
El magnesio posee las siguientes caractersticas:
En estado lquido o en polvo es muy inflamable (recuerda cmo
funcionaban los flashes de las antiguas cmaras de fotos).
Tiene un color blanco, parecido al de la plata.
Es maleable y poco dctil.
Es ms resistente que el aluminio.
Su densidad es de 1,74 kg/dm
Su punto de fusin de 650C
Resistencia a la traccin de 18 kg/mm
Aplicaciones
En forma de aleacin.
Aleaciones para forjar:
Magnam = magnesio + manganeso
Magzin = magnesio + cinc
Magal = magnesio + aluminio
Aleaciones para fundir:
Fumagcin = magnesio + cinc
Fumagal = magnesio + aluminio
En estado puro. Tiene pocas aplicaciones
Fabricacin de productos pirotcnicos
Como desoxidante en los talleres de fundicin del acero.
AVANCES DE LOS METALES NO FERROSOS EN LA ACTUALIDAD
El rpido desarrollo de los semiconductores para la industria
electrnica, que comenz a principios de la dcada de 1960, dio el
primer gran impulso a la ciencia de materiales. Despus de descubrir
que se poda conseguir que materiales no metlicos como el silicio
condujeran la electricidad de un modo imposible en los metales,
cientficos e ingenieros disearon mtodos para fabricar miles de
minsculos circuitos integrados en un pequeo chip de silicio. Esto
hizo posible la miniaturizacin de los componentes de aparatos
electrnicos como los ordenadores o computadoras.
Aunque los ltimos avances de la ciencia de materiales se han
centrado sobre todo en las propiedades elctricas, las propiedades
mecnicas siguen teniendo una gran importancia. En la industria
aeronutica, por ejemplo, los cientficos han desarrollado y los
ingenieros han probado, materiales compuestos no metlicos, ms
ligeros, resistentes y fciles de fabricar que las aleaciones de
aluminio y los dems metales actualmente empleados para los
fuselajes de los aviones.
CONCLUSIONES:
Los materiales no ferrosos por su clasificacin son ms ligeros
que los no ferrosos ya que son fabricados con otros tipos de
elementos; dentro de los mas importantes se destacan el cobre; que
es inalterable al agua, el zinc, plomo, estao, aluminio y
magnesio.
Estos suelen ser tambin ocupados en industrias y en otros
lugares donde se requieran para su utilidad. Los materiales
ferrosos y no ferrosos para ser elaborados llevan un proceso de
elaboracin mediante el cual algunos elementos son combinados unos
con otros para que surjan.
Podemos concluir en que los metales ferrosos se diferencian de
los no ferrosos por el hecho de que ellos tienen hierro en sus
compuestos el cual les brinda una mayor dureza y en cierto modo una
mayor utilidad para el uso cotidiano mientras que los metales no
ferrosos tienden a ser ms blandos.
BIBLIOGRAFA:
http://es.wikipedia.org/wiki/Cromo
http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_IV.html
http://www.quimicaweb.net/tablaperiodica/paginas/cromo.htm
https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/02/metales-no-ferrosos.pdf
https://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20071006143446AAF5zv3
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CIENCIA DE LOS MATERIALES
UNIVERSIDAD DE LAS F
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ARMADAS ESPE
METALES NO FERROSOS
INTEGRANTES
:
CHANCSIG ALEX
ROCHE ENRIQUE
BRYAN COBO
CARRERA
:
MECATRNICA
DOCENTE
:
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NRC
:
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NIVEL
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28-04-2015
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