Metalurgia y más

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La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión. Además de relacionarse con la industria metalúrgica.metalurgia extractiva: Área de la metalurgia en donde se estudian y aplican operaciones y procesos para el tratamiento de minerales o materiales que contengan una especie útil (oroplatacobre, etc.), dependiendo el producto que se quiera obtener, se realizarán distintos métodos de tratamiento. procesos metalurgicos: Los procesos metalúrgicos comprenden las siguientes fases:Obtención del metal a partir del mineral que lo contiene en estado natural, separándolo de la ganga;El afino, enriquecimiento o purificación: eliminación de las impurezas que quedan en el metal;Elaboración de aleaciones;Otros tratamientos del metal para facilitar su uso.Operaciones básicas de obtención de metales:Operaciones físicas: triturado, molido, filtrado (a presión o al vacío), centrifugado, decantado, flotación, disolución, destilación, secado, precipitación física.Operaciones químicas: tostación, oxidación, reducción, hidrometalurgia, electrólisis, hidrólisis, lixiviación mediante reacciones ácido-base, precipitación química, electrodeposición y cianuración.

Se denomina siderurgia  a la técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de éste o de sus aleaciones. El proceso de transformación del mineral de hierro comienza desde su extracción en las minas. El hierro se encuentra presente en la naturaleza en forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. Los más utilizados por la siderurgia son los óxidos, hidróxidos y carbonatos. Los procesos básicos de transformación son los siguientes:Óxidos -> hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe304)//Hidróxidos -> Limonita//Carbonatos -> Siderita o carbonato de hierro (FeCO3)Estos

minerales se encuentran combinados en rocas, las cuales contienen elementos indeseados denominados gangas. Parte de la ganga puede ser separada del mineral de hierro antes de su envío a la siderurgia, existiendo principalmente dos métodos de separación:

Imantación: consiste en hacer pasar las rocas por un cilindro imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro se adhieran al cilindro y caigan separadas de las otras rocas, que precipitan en un sector aparte. El inconveniente de este proceso reside en que la mayoría de las reservas de minerales de hierro se encuentra en forma de hematita, la cual no es magnética.

Separación por densidad: se sumergen todas las rocas en agua, la cual tiene una densidad intermedia entre la ganga y el mineral de hierro. El inconveniente de este método es que el mineral se humedece siendo esto perjudicial en el proceso siderúrgico.

Una vez realizada la separación, el mineral de hierro es llevado a la planta siderúrgica donde será procesado para convertirlo primeramente en arrabio y posteriormente en acero.Siderurgias integrales y acerías Se denomina siderurgia o siderurgia integral a una planta industrial dedicada al proceso completo de producir acero a partir del mineral de hierro, mientras que se denomina acería a una planta industrial dedicada exclusivamente a la producción y elaboración de acero partiendo de otro acero o de hierro. Proceso de producción El acero es una aleación de hierro y carbono. Se produce en un proceso de dos fases. Primero el mineral de hierro es reducido o fundido con coque y piedra pómez, produciendo hierro fundido que es moldeado como arrabio o conducido a la siguiente fase como hierro fundido. La segunda fase, la de aceración, tiene por objetivo reducir el alto contenido de carbono introducido al fundir el mineral y eliminar las impurezas tales como azufre y fósforo, al mismo tiempo que algunos elementos como manganeso, níquel, hierro o vanadio son añadidos en forma de ferro-aleaciones para producir el tipo de acero demandado.

En las instalaciones de colada y laminación se convierte el acero bruto fundido en lingotes o en laminados; desbastes cuadrados (gangas) o planos (flog) y posteriormente en perfiles o chapas, laminadas en caliente o en frío.

En principio, son tres los tipos de instalaciones dedicadas a producir piezas de acero fundidas muy grandes o laminados de acero: Procesos en plantas integrales,Procesos en acerías especializadas,Laminadoras

Una aleación es una mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal. Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos: Fe, Al, Cu, Pb. Pueden tener algunos elementos no metálicos, como: P, C, Si, S, As. Para su fabricación se mezclan llevándolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan. Clasificacion Por su composición Tiene en cuenta el elemento que se halla en mayor proporción (aleaciones férricas aleaciones base cobre, etc.) Cuando los aleantes no tienen carácter metálico suelen hallarse en muy pequeña proporción, mientras que si únicamente se mezclan metales, los aleantes pueden aparecer en proporciones similares. Por el número de elementos Se pueden distinguir aleaciones binarias como el cuproníquel, ternarias (alpaca)... Hay aleaciones en las que intervienen un elevado número de elementos químicos, si bien en pequeñas cantidades. Por su estructura Sustitucional Intersticial "sustitución derivada de otra red Por su peso Las aleaciones ligeras contienen como elemento principal el aluminio o el magnesio.El acero : Acero es la denominación que comúnmente se le da en ingeniería metalúrgica a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,1 y el 2,1% en peso de su composición, aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son quebradizas y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de susformas alotrópicas (excepto en la forma de diamante). La difusión de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetros atómicos

El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas.

El álnico1 o alnico es una aleación formada principalmente de cobalto, aluminio y níquel, aunque también puede contener hierro, cobre y en ocasiones titanio. Su uso principal es en aplicaciones magnéticas.

Álnico es un acrónimo, y se refiere a las aleaciones de metal que están compuestas principalmente de aluminio (Al símbolo), níquel (símbolo Ni) y cobalto (Co símbolo), por lo tanto, al-ni-co, con la adición de hierro, cobre, y a veces, de titanio. Las aleaciones de álnico son ferromagnéticas y se usan para hacer imanes permanentes. Antes del desarrollo de imanes de tierras raras en la década de 1970, fueron el tipo más fuerte de imán. Otros nombres comerciales de las aleaciones de esta familia son: Alni, Alcomax, Hycomax, Columax, y Ticonal.

La alpacaplata alemana o metal blanco es una aleación ternaria compuesta por zinc (8 a 45 por ciento), cobre (45 a 70 por ciento) y níquel (8 a 20 por ciento), con un color y brillo parecido al de la plata. Las aleaciones que contienen más de un 60% de cobre son monofásicas y se caracterizan por su ductilidad y por la facilidad para ser trabajadas a temperatura ambiente, la adición de níquel confiere una buena resistencia a los medios corrosivos.Entre las aplicaciones se encuentran la fabricación de imágenes religiosas, vajillas de mesa, bombillas (sorbete) para mate, cremalleras, objetos de bisutería, llaves de los instrumentos musicales (p. ej. el oboe), diales de los aparatos de radio, monedas, instrumentos quirúrgicos y dentales yreostatos.

Bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 por ciento. Las aleaciones constituidas por cobre y zinc se denominan propiamente latón; sin embargo, dado que en la actualidad el cobre se suele alear con el estaño y el zinc al mismo tiempo, en el lenguaje no especializado la diferencia entre bronce y latón es bastante imprecisa.El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre y da su nombre al período prehistórico conocido como Edad del bronce. Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han utilizado en joyería, medallas y escultura. Lasmonedas acuñadas con aleaciones de bronce tuvieron un protagonismo relevante en el comercio y la economía mundial.

El constantán es una aleación, generalmente formada por un 55% de cobre y un 45% de níquel Se caracteriza por tener una resistencia eléctrica constante en un amplio rango de temperaturas, es uno de los materiales más utilizados para la fabricación de monedas.Hay otras aleaciones conocidas por tener también un muy pequeño coeficiente de temperatura, por ejemplo el manganin.

El cuproníquel es una aleación de cobreníquel (Cu + Ni) y las impurezas de la consolidación, tales como hierro y manganeso. Este metal no corroe en agua de mar, porque se ajusta su potencial de electrodo de ser neutral con respecto al agua de mar. 

Un magal es una aleación de magnesio, al que se añade aluminio (8 o 9%) zinc (1%) y manganeso (0'2%).

El magnam es una aleación de Magnesio (mg) que se le añade Manganeso (mn), Aluminio (al) y Zinc (zn). Fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre, definiendo el período prehistórico conocido como Edad del Bronce. Sus aplicaciones incluyen partes mecánicas y la fabricación de instrumentos quirúrgicos. Es un metal muy difícil de conseguir ya que solo se usa para experimentos y construcción de solo algunos instrumentos.

El nicromo o nicrom es una aleación de níquelcromo. La aleación tipo está compuesta de un 80% de niquel y un 20% de cromo. Es de color gris y resistente a la corrosión, con un punto de fusión cercano a los 1400 °C. Por su gran resistividad y su difícil oxidación a altas temperaturas, es muy utilizado en la confección de resistencias para elementos calefactores, como secadores de pelo, hornos eléctricos y tostadoras. Normalmente se enrolla en bobinas para desarrollar una resistencia eléctrica que genere el calor.

El nitinol es el ejemplo más conocido de las llamadas aleaciones con memoria de forma. Las aleaciones con memoria de forma deben sus propiedades a una transición de fase entre una estructura de tipo austenita y una de tipo martensita. Las transiciones de fase en los sólidos pueden producirse por dos mecanismos muy diferentes. El más común consiste en el desplazamiento de átomos de sus posiciones de equilibrio, mediante un proceso conocido como difusión, para adoptar una nueva estructura más estable en las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentra el material. Este tipo de transiciones se produce generalmente de una forma lenta.

El oro blanco o electro es una aleación de oro y algún otro metal blanco, como la platapaladio, o níquel, muchas veces recubierta de rodio de alto brillo (acabado espejo), debido al brillo ligeramente apagado del metal resultante en algunas mezclas.

El peltre es una aleación compuesta por estañocobreantimonio y plomo. Es maleable, blando y de color blanco con alguna similitud a la plata, poco reactivo y funde a 320 ºC por lo que su utilización para adornos es muy común. Este material fue utilizado por Niepce para tomar la primera fotografía. Duradero y maleable, con el tiempo adquiere una interesante pátina y puede ser forjado de cualquier forma.

El Zamak es una aleación de zinc con aluminiomagnesio y cobre. Tiene dureza, resistencia a la tracción, densidad 6,6 g/cm³ y temperatura de fusión de 386 °C. Este material puede inyectarse (por cámara fría o caliente y por centrifugación), otro proceso posible es la fundición en tierra de coquilla. Es un material barato, posee buena resistencia mecánica y deformabilidad plástica, y buena colabilidad. Se puede cromar, pintar y mecanizar. La única desventaja de este material es que la temperatura en presencia de humedad lo ataca provocándose una corrosión intercristalina (aspecto similar al desierto). Puede ser utilizado para piezas estructurales. Durante la inyección a presión, es posible la aparición de poros internos o burbujas en el proceso de inyección o colada, lo que puede derivar en la disminución de la resistencia mecánica de las piezas. Sin embargo, una correcta inyección generará una distribución homogénea de poros finos, lo cual favorecerá la tenacidad de la pieza inyectada, al verse frenado el crecimiento de grietas por dichos poros finos.

El latón, es una aleación de cobre y zinc. Las proporciones de cobre y zinc pueden variar para crear una variedad de latones con propiedades diversas. En los latones industriales el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior al 50%.  Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundicíón, forja, troquelado y maquinado. En frío, los lingotes obtenidos pueden transformarse enláminas de diferentes espesores, varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad también depende de su composición. En general, la densidad del latón ronda entre 8,4 g/cm³ y 8,7 g/cm³

El efecto térmico de memoria es un efecto propio de los materiales llamados inteligentes, como los músculos artificiales y otros materiales, que producen una reacción ante un estímulo dado.

 

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