La Edad de los Metales es el perodo que sigui a la Edad de Piedra y durante el cual el hombre empez a usar tiles y armas de metal; comienza antes del V milenio a. C. y acabara en cada lugar con la entrada en la Historia, para buena parte de Europa en el I milenio a. C.

Es parte de la Prehistoria en Europa, as como en la mayor parte del mundo, a excepcin de en Mesopotamia, que coincide con el desarrollo de la escritura y por tanto con la Historia.

LOS METALES Tienen un brillo muy caracterstico. Son ms densos y pesados que otros materiales de uso tcnico. Su gran resistencia mecnica les permite soportar grandes esfuerzos, presiones o golpes. Tienen grandes posibilidades de trabajo, como doblar, cortar, estampar, fundir o moldear.Algunos de ellos son muy duros. Conducen muy bien el calor y la electricidad.

PROCESO DE OBTENCIN Cuando se form la tierra, la masa fundida contena los mltiples metales. La mayora de los metales se combinaron con rocas cuando estaban fundidos para formar minerales metlicos,ejemplo: bauxita y mineral de hierro

PROCESO DE OBTENCIN Todos los metales se obtienen a travs de la minera Minera: Es la extraccin fsica de materiales de la corteza terrestreMinas a cielo abiertoMinas subterrneas

La metalurgia propiamente dicha naci con los primeros metales trabajados: el cobre, el oro y la plata.Los primeros utensilios de metal eran elaborados por artesanos trabajando el metal en fro.Hacia el ao 5000 a. C. se produjo un descubrimiento clave: la fundicin de los materiales metlicos.Se utilizaban moldes de arcilla para dar la forma deseada y luego,cuando se enfriaba, el metal adquira una gran resistencia y dureza.El bronce es una aleacin de cobre y estao empleada por primera vez en Mesopotamia hacia el 3000 a. C. La cantidad de estao hace variar la dureza de la aleacin.PROCESO DE OBTENCIN

Muchas veces combinamos metales distintos, o metales con otros materiales para formar aleaciones y mejorar as las propiedades del metal

De ah que los metales y aleaciones poseen muchas propiedades tiles en ingeniera, por lo que presentan gran aplicacin en los diseos de ingeniera.

El hierro y sus aleaciones

El hierro ha sido uno de los primeros metales conocidoHacia el 1750 a. C. los egipcios extraan mineral de hierro.Se cree que la siderurgia apareci hacia en el segundo milenio antes de Cristo en el Cucaso y se extendi luego por la pennsula griega.El hierro funde a una temperatura muy alta (1500 C) y debe ser forjado para que los objetos adquieran cierta dureza.

EL HIERRO

La mayora del hierro se extrae de los minerales de hierro en altos hornos de gran tamao. En el alto horno el monoxido de carbono obtenido a partir del coque acta como un agente reductor para reducir los xidos de hierro (Fe2O3) para producir arrabio bruto que contiene aprox. un 4% de carbono junto con algunas impurezas de acuerdo a las reacciones siguientes.EL HIERRO

Una vez que se obtiene el arrabio, se procede a trasladarlo a la planta acerera que se encuentra en las cercanas. Se traslada la fundicin en carros termo o carros botella.El proceso mas utilizado para convertir el arrabio en acero es el soplado con oxigeno y medio bsico. El oxigeno puro reacciona con el arrabio y forma oxido de hierro, seguidamente el carbono del accero reacciona con el xidos de hierro para formar monxido de carbono:FeO +C Fe + CO

Antes del comienzo de la reacion con oxigeno, se adiciona en cantidades controladas fundentes formadores de escoria (cal). En este proceso el contenido de carbono del acero sepuede reducir drasticamente en 22 minutos.

El hierro y sus aleaciones (principalmente el acero) son producidos a nivel mundial aproximadamente un 90 % respecto a otros metales. Esto principalmente debido a la combinacin de resistencia, ductibilidad y tenacidad a un coste relativamente bajo.Las aleaciones basadas en el hierro se denominan aleaciones ferrosas y las que se basan en los dems metales aleaciones no ferrosas.EL HIERRO

ALEACIONES

Procesos qumicos del alto horno

Reduccin del mineral a hierro elemental-Reduccin indirecta (reduccin con monxido de carbono) Fe3O4 + 4 CO 3 Fe + 4 CO2 H= 3.9 cal FeO +CO Fe + CO2 H= 3.1 cal -Reduccin directa (reduccin con carbono)3C + Fe2O3 2 Fe + 3CO H= -115.6 cal

Carburacin, mediante CO y C3Fe + 2CO Fe3C + CO2 H= 35.4 cal3Fe + C Fe3C H= -5.6 cal

Procesos qumicos del alto horno

Aire insuflado + Coque

C + O2 CO2 + 94,2 cal

C + CO2 2CO - 41 cal

En esta parte del horno las temperaturas llegan a los 1800C

Afinado del arrabioEl acero se fabrica a partir del arrabio blanco

La conversin de arrabio en acero se llama afinado.

Algunos tipos de afino - afino por viento -afino en solera

Para que una solucin de hierro - carbono reciba el nombre de aleacin, la concentracin de carbono no puede ser mayor del 6,67 %, ya que, si fuese mayor, perdera las cualidades metlicas y recibira el nombre de compuesto qumico.

Hierro: tiene un contenido en carbono entre el 0,008 % y el 0,025 %. El hierro puro es difcil de obtener puesto que la concentracin de carbono a temperatura ambiente ha de ser menor al 0,008 %. Por otra parte sus aplicaciones estn limitadas casi exclusivamente a ncleos de inductancias.

Aceros: para que una aleacin de hierro carbono se considere acero, la concentracin de carbono ha de estar comprendida entre el 0,025 % y el 1,76 % a temperatura ambiente. El campo de aplicacin de los aceros es muy amplio, abarcando todos los campos de la industria. Entre sus caractersticas fundamentales estn: su alta dureza, buena resistencia mecnica, maleabilidad, ductilidad, etc.

Fundiciones: reciben este nombre las aleaciones de hierro - carbono que tienen una concentracin de carbono comprendida entre el 1,76 % y el 6,67 %. La caracterstica fundamental de la fundicin es su extraordinaria dureza, que la hace ideal para herramientas de corte.

Ferrita Tambin conocida como hierro alfa (Fe). A temperaturas inferiores a 900 C tiene una estructura cbica centrada en el cuerpo. Dependiendo de la temperatura a la que se encuentre, la ferrita es dctil y magntica, pero pasa a ser no magnticaa temperaturas superiores a 768 C. No forma soluciones slidas ya que sus espacios interatmicos disponibles son pequeos por lo que los elementos de menor dimetro atmico, H B, N y C, son capaces de colocarse en los intersticios. La mxima solubilidad del carbono en la forma alfa es slo0,0259 % en masa a 723 C.

AustenitaConocido como hierro gamma (Fe), con estructura cbica centrada en las caras. Esta variedad alotrpica del hierro es estable a temperaturas entre 910 C y 1400 C y es ms densa que la forma alfa y no magntica. El Fe posee mayor capacidad para formar soluciones slidas que el alfa, puesto que el espacio interatmico disponible en el centro de los cubos puede alojar fcilmente a los elementos de pequeo dimetro atmico anteriormente citados. As, el Fe llega a disolver hasta 1,76 % de carbono a 1130 C. La solucin slida de insercin formada recibe el nombre de austenita, la cual slo es estable a elevadas temperaturas.

CementitaConocido como carburo de hierro, con un 6,67 % de carbono, de frmula Fe3C, que cristaliza en el sistema ortorrmbico. Es muy frgil y duro (HV = 840) y a bajas temperaturas es ferromagntico y pierde esta propiedad a 212 C . Funde o se descompone por encima de 1950 C, es inestable a temperaturas inferiores de 1200 C y tiene tendencia a descomponerse segn la reaccin:

Fe3C 3Fe + Cgrafito

Ciertos elementos, como el S, Te, N, Mn, Cb y Mg, tienden a estabilizar a la cementita, y otros, como el Si, Ti, Al, Ni, Bi e H, tienden a acelerar su descomposicin.

Perlita Es una mezcla que se da en el punto eutectoide (0,8 % de C y 723 C) y consta de ferrita ms cementita. Su estructura esta constituida por lminas alternativas de ferrita y cementita, siendo el espesor de las lminas de ferrita 0,3 m superior a las de cementita. Las propiedades mecnicas de la perlita son intermedias entre las de la ferrita y cementita y aunque es ms dura y resistente que la ferrita, es ms blanda y maleable que la cementita.

Martensita Es una solucin slida sobresaturada de carbono en Fe. Se obtiene por enfriamiento rpido de la austenita de los aceros, tras haber sido calentada para conseguir una constitucin austentica. Se presenta en forma de agujas y cristaliza en el sistema tetragonal. La proporcin de carbono no es constante y vara hasta un contenido mximo de 0,98 %. Si aumentamos la proporcin de carbono, tambin aumenta la resistencia mecnica, la dureza y la fragilidad del acero.

Diagrama de fase Fe-C mostrando la relacin entre el diagrama de equilibrio Fe-C, grafito (lnea continua) y el diagrama metaestable Fe-Fe3C (lneas discontinuas)

OBTENCIN DEL ACERO

EL ACEROEl acero fue utilizado por primera vez en China hacia el ao 2200 a. C.En Egipto se comenz a elaborar acero hacia el ao 1450 a. C.A partir de 1855, el ingls Bessemer ide un mtodo mucho ms barato que los existentes en su poca para la produccin de acero. De esta manera, el uso industrial del acero se generaliz en Occidente.Tienen menos del 1,7% de carbono. Tienen una aceptable dureza y resistencia

Afino por vientoProcedimiento Bessemer y Thomas

Ambos procedimientos de afinado se llevan a cabo inyectando aire a presin en un recipiente llamado tolva. Convertidores:Bessemer: revestimiento de espato flor (CaF2) solo admite arrabio de libre o de bajo nivel de fsforo.Thomas: revestimiento bsico de dolomita [CaMg(CO3)2]soporta cantidades de fosforo mayor.

Afino en soleraProcedimiento Siemens-MartinSe usa para reconvertir en acero la chatarra y el hierro viejo.Se usa una llama oxidante y se forma FeO el cual oxida al Si, P y Mn .

RECICLADO DEL ACERO

Aleaciones de aceroAceros al nquel. Son aceros inoxidables y magnticos. Aceros al cromo. El cromo comunica dureza y una mayor penetracin del temple. Aceros al cromo-nquel. De uso ms corriente que el primero. proporcin de uso corriente; carbono 0,30, cromo 0,7% y nquel 3%. Aceros al cromo-molibdeno. Son aceros ms fciles de trabajar que los otros con las mquinas herramientas. se emplean cada vez ms en construccin. Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la accin de los agentes atmosfricos y qumicos. Tienen una proporcin de 13 a 14% de cromo.

ACEROS AL CARBON

ACEROS AL CARBONO

ACEROS DE BAJA ALEACIONACEROS DE ALTA ALEACION

ACEROS INOXIDABLESSe utilizan fundamentalmente por su resistencia a la corrosin.

Adicin de Cr

Inoxidables ferrticos (BCC)12%

Aleaciones Fe-C-ms otros elementos: > 5% en peso

Son inoxidables si % en peso de Cr> 12% (ACEROS INOXIDABLES)

Para > al 20%: excelente resistencia a la oxidacin a alta temperatura: (ACEROS REFRACTARIOS)

Elevadas propiedades mecnicas: dureza (ACEROS DE HERRAMIENTAS)

Aceros inoxidables

ALEACIONES

ALEACIONES

En teora son aleaciones frreas de cualquier % C, con la condicin que la solidificacin se produzca por el diagrama estable (que aparezca grafito). En la realidad, es muy complicado que aparezca grafito con menos del 2 % C. Por tanto tendrn una composicin entre el 2 y 6,67 % C, aunque en la prctica la mayora de las fundiciones contienen entre el 3 y 4,5 % ( 2,75 - 3,5 %). Las fundiciones de uso comn funden a temperaturas entre los 1150C y los 1250C, mucho mas bajas que los aceros, por este motivo se moldean con tanta facilidad.ALEACIONES FERREAS Fundiciones

ALEACIONES FERREAS Fundiciones

Son de fcil moldeo, y de mayor resistencia a la corrosin que el acero. En la solidificacin presentan mucha menor contraccin que los aceros, con lo que se pueden obtener piezas con gran precisin de formas y medidas.Las fundiciones tienen peor resistencia a la traccin que los aceros y son ms frgiles (por el grafito) Poseen excelentes propiedades en cuanto a resistencia a compresin, resistencia al desgaste, buena respuesta a la friccin y a vibraciones y facilidad de mecanizado.

ALEACIONES NO FERROSAS

ALEACIONES NO FERROSASLas aleaciones no ferrosas tienen grandes diferencias entre s. Temperaturas de fusin. Resistencias mecnicas. Densidades Resistencias mecnicas especficas

Resistencia especfica: es la relacin entre la resistencia a traccin y la densidad. Aunque una aleacin tenga una resistencia inferior a la un material ms denso, para un determinado peso puede aguantar una carga mucho mayor

METALES NO FRRICOSAluminio: Es blando y dctil Resistente a la corrosin Buen conductor de electricidad y calorCobre: Metal poco duro Buen conductor de electricidad y calor Poco corrosivoLatn: Aleacin de cobre y cinc Fcil de moldear Bastante econmicoBronce: Resistente a los esfuerzos Resistente a la corrosin Muy apto para fundir

PROCESOS DE FABRICACINFundicin y moldeo: Es el modelado de un metal vertiendo metal fundido en un molde Para obtener formas y relieves complicadosDeformacin mediante perforadora y troquel Deformacin de metal laminado, para obtener piezas planas. Corte y mecanizado: Dar forma a la pieza quitando material sobrante

HERRAMIENTASTrazar y marcarRegla metlicaEscuadra metlicaGraneteComps de trazarPunta de trazar

HERRAMIENTASCortar , ajustar, perforarTijeras de chapaCortatuboSierra de arcoElectroesmeriladoraLimasTaladradora de columna

ACTIVIDADES1. Qu es la siderrgia?Se llama as al proceso de obtencin de aleaciones de hierro2. Qu es la metalrgia?Se llama as al proceso de obtencin del resto de metales3. Qu es el acero? Una aleacin de hierro con menos del 2% de carbono, bastante resistente, muy empleada en la industria y en la construccin.

Actividades4. El acero inoxidable es una aleacin de: Hierro, carbono, cromo y niquel5. Por qu las estructuras de los aviones se realizan de aleaciones de aluminio en vez de acero como los coches?El aluminio es tres veces ms ligero que el acero, adems es muy resistente a la corrosin y tiene una aceptable resistencia a los esfuerzos.6. El bronce es una aleacin de7. El latn es una aleacin decobre y estaocobre y cinc

Actividades8. Relaciona las siguientes columnasCerraduraCable elctricoVigaVentanaHoja de sierraAcero comnAluminioCobreAcero especialLatnConductor de electricidadAspecto decorativoInoxidableResistente a los esfuerzosDuro

Actividades9. Qu materias primas intervienen en la produccin de acero?Mineral de hierroMineral de carbnMinerales fundentesOxgeno inyectadoOtros elementos metlicos10. Relaciona las siguientes columnasSierra de arcoDoblar un alambreLimaCortar un tubo de aceroTaladradoraEliminar una rebabaAlicatesPerforar un perfilComps de puntasDoblar una chapa en ngulo rectoTijeras de chapaRecortar una pieza de chapaTornillo de bancoTrazar un crculo

ACTIVIDADES11. La aleacin de hierro con ms de un 2% de carbono, de fcil moldeo y resistente a la corrosin, recibe el nombre de:Fundicin12. El proceso de fabricacin de piezas con formas y relieves complicados que se realiza introduciendo el metal fundido en moldes, se llama:Fundicin y moldeo13. La prensa de troquelado,el torno y la fresadora son mquinas que se emplean para:Dar forma a las piezas metlicas quitando el material sobrante

ACTIVIDADESExterior: cupro-niquelInterior: 3 capas (niquel-latn/niquel/niquel-latn)Exterior: niquel-latnInterior: 3 capas (cupro-niquel/niquel/cupro-niquel)Oro nrdico: cobre-aluminio-cinc-estaoAcero recubierto de cobre

VOCABULARIOArrabio: material fundido que se obtiene en el alto hornoColada: etapa de una fundicin en donde se vierte el material fundido en un molde Coque: Combustible slido, ligero y poroso que resulta de calcinar ciertas clases de carbn mineral Escoria: son un subproducto de la fundicin de la mena para purificar los metales Etalaje: Parte de la cavidad de la cuba de los hornos altos, inferior al vientre y encima de la obra Palanquilla: El forjado en barras de seccin cuadrada de cuatro centmetros de ladoRefractario: Que resiste la accin del fuego sin alterarse

Tratamientos termicos

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