Propiedades y ensayos de materiales metálicos

Clasificación

Naturales, Artificiales, Sintéticos

Propiedades

Sensoriales, Ópticas, Térmicas, Magnéticas, Químicas y Mecánicas

• Elasticidad
• Plasticidad
• Ductilidad
• Maleabilidad
• Dureza
• Fragilidad
• Tenacidad
• Fatiga
• Maquinabilidad
• Acritud
• Colabilidad
• Resiliencia

Esfuerzos a los que están sometidos

Tracción, Compresión, Flexión, Torsión, Cortadura, Pandeo

Ensayos

Tracción

Estirar lentamente la probeta hasta romperse. Se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza.

Fatiga

Girar rápidamente la probeta del material a analizar, al mismo tiempo esta se deforma debido a la fuerza.

Dureza

Se ejerce una fuerza con un diamante sobre la pieza que vayamos a analizar y ver las medidas de la huella.

Resiliencia

Consiste en saber la energía necesaria para romper una probeta, mediante un impacto. Se utiliza un péndulo que lleva una velocidad de 7m/s. Para calcular la energía se anota la altura tomada.

Estructura interna de los materiales

Estructura cristalina:

• Estructura cúbica centrada
• Estructura cúbica centrada en el cuerpo
• Estructura cúbica centrada en las caras
• Estructura hexagonal compacta

Solidificación de los metales

Cuando un metal puro y fundido se enfría, se llega a una temperatura de equilibrio, en el que se produce un cambio de estado.

Nucleación

Los átomos se unen entre sí formando redes cristalinas. Este proceso se inicia alrededor de impurezas o sobre la propia pared del molde. Se extrae el calor y los átomos se unen.

Crecimiento

A velocidad lenta: Al extraerse el calor, los átomos se unen a núcleos. Cuando la masa esté sólida, habrá núcleos de gran tamaño, formando granos unidos entre sí. Velocidad rápida: Los átomos forman nuevos núcleos dando como resultado muchos granos pequeños unidos.

Propiedades según la velocidad de solidificación: a grano más pequeño mejores propiedades.

Disminución del tamaño del grano: fragmentar núcleos ya formados, enfriamiento lento, agitar la masa durante la solidificación.

Transformación del Hierro puro: enfriamiento lento: 1538 °C: Fe delta 1394 °C: Fe gamma: austenita 910 °C: Fe alfa: ferrita

Algunos constituyentes de los aceros

El acero es una aleación 99% hierro + 1% carbono. Sus propiedades dependen de su composición y constituyentes que son:

• Cementita: duro y frágil
• Martensita: duro, enfriamiento brusco
• Bainita: medio, enfriamiento no muy lento
• Perlita: blando, enfriamiento muy lento
• Ferrita: inversamente proporcional al carbono

Metales ferrosos

Los que contienen hierro como elemento base, pueden llevar además pequeñas proporciones de otros metales.

Procesos de obtención

Horno alto (hierro)

1. Se le añade al horno arrabio, chatarra y fundente.
2. Se inyecta oxígeno en el metal fundido. Las impurezas se queman.
3. Se extrae la escoria que flota sobre el acero.
4. Al acero se le añaden ferroaleaciones y carbono.

Horno eléctrico (chatarra)

Características: interior ladrillo refractario, temperatura interior 3500°C, carga máxima 100 tn, duración del proceso 50 min.

1. Se añade la chatarra y el fundente.
2. Los electrodos de la chatarra se les acercan para que salte un arco eléctrico y se funda el metal.
3. Al fundirse la chatarra se inyecta oxígeno eliminando impurezas.
4. Se extrae la escoria.
5. Se vierte el acero y se moldea.

Aceros no aleados

Tienen un porcentaje de elementos químicos que intervienen en la aleación.

Aleados

Además de tener hierro y carbono tienen otros elementos.

Vía Seca

1. Trituración
2. Molienda
3. Separación de la ganga. El mineral en polvo lleno de agua se agita.
4. Se oxida el hierro en el horno, separando el hierro del cobre
5. Fundición
6. Obtención del material
7. Refinado electrolítico en la cuba

Vía Húmeda

Se tritura todo el mineral y se le añade ácido sulfúrico. Se realiza la electrólisis, obteniendo el cobre.

Método Kroll

1. Cloración. Se calienta el mineral del Titanio. Se le añade carbón y circula a través del cloro. Obteniendo TiCl4.
2. Transformación: La obtención se introduce en el horno a 800. Se introduce gas inerte y magnesio, formando titanio esponjoso. Este se introduce en un horno eléctrico y se le añaden fundentes