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METALES

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METALES

Obtención
- Mineral
  - Compuesto por
    - Mena
      - Combinación metálica natural
    - Ganga
      - Productos impurificadores de la mena
  - Metalurgia
    - Método para eliminar la ganga y obtener el metal puro (siderurgia cuando está referido al hierro)
  - Metal
    - Cuerpo químico simple cuyo óxido u hidróxido ofrecen una reacción básica
    - Casi imposible encontrar o producir metales en estado puro
  - No metal o metaloide
    - Ofrecen una reacción básica
  - 2 o más cuerpos químicos unidos
    - Si sus componentes se ven a simple vista o con sencillos aparatos
      - Mezcla (agrupación granular)
    - Si sus componentes no se ven fácilmente
      - Disolución (agrupación molecular)
        Aleación
        Combinación de dos o más metales o bien metal y metaloide
        Condiciones
        En estado sólido ser miscibles
        La cumplen todos los metales excepto el plomo que no se mezcla con hierro ni aluminio
        Los componentes deben conservar sus características metálicas
        El producto resultante (aleación) tiene propiedades metálicas
        Utilidad
        Lograr propiedades o mejorarlas
      - Combinación (agrupación atómica)
Propiedades
- Estructura cristalina
  - Microestructura
    - Buenos conductores térmicos y eléctricos
    - Brillantes
    - Oxidables o corruptibles
      - Más nobles
        Menos oxidables
      - Menos nobles
        Más oxidables
      - Listado de metales, ordenado de mayor (menos nobles) a menor (más nobles) facilidad de corrosión: Mg, Zn, Al, Cd, aleaciones Al-Mg-Si, aleaciones Cu-Al, hierros y aceros normales, Cr, Pb, Sn, Ni, latones, bronces, Cu, aceros inoxidables, Ag.
  - Macroestructura
    - Más o menos duros / frágiles
    - Elásticos / Plásticos
    - Tenaces (gran capacidad de deformación sin romper)
  - Composición química
    - Fusibles
    - Soldables
    - Oxidables
- Pueden variarse con tratamientos mecánicos y térmicos
- Dependen de su composición, estructura, historia o tratamientos previos
- No combustibles (con el fuego pierden resistencia)
  - A temperaturas no muy altas no se funden pero se vuelven blandos y moldeables, pierden sus resistencias mecánicas, excepto los aceros refractarios y los de altas resistencias. Las dilataciones térmicas producen grandes tensiones y deformaciones
- Químicamente activos
  - Reaccionan con:
    - Oxígeno atmosférico formando óxidos
    - Humedad formando hidróxidos
    - Ácidos / Álcalis formando sales metálicas
- Uniones y soldaduras
  - Uniones mecánicas
    - Resistentes
    - Pueden
      - Deshacerse y rehacerse
        Pernos
        Tuercas
        Tornillos
      - Ser definitivas
        Roblones
        Remaches
        Sustituidas por soldaduras
    - Exigen espacio a ambos lados (excepto agujero roscado)
  - Uniones por soldadura
    - Unión rígida hasta formar una sola pieza, con o sin adicción de otros materiales. La nueva pieza debe tener una resistencia ≥ que las piezas que se unen.
    - Tipos
      - Heterogéneas
        Utilizan aleaciones que funden a menor Tª que los metales que unen
        Tipos
        Blandas
        Duras
      - Homogéneas
        Unión sin metal de aporte o con aporte de similar o igual composición a los que se sueldan
        Tipos
        Por compresión
        Con fusión
Tipos y productos derivados
- Férricos (Fe)
  - Derivados del hierro (Fe), abundante en la corteza terrestre.
  - Propiedades
    - Color: blanco patinado Funde a 1530º C Buen conductor del calor y la electricidad Dúctil, maleable, tenaz Admite pulimiento Atraído por imán y se imanta +aire o vapor de agua = hidróxido férrico (poroso -> favorece la progresión de la corrosión)
  - Obtención
    - Mineral de hierro+carbón de coque+fundente (caliza, arcilla, etc) + calor (>1100º C) = ARRABIO (masa fundida)
  - Tipos
    - Hierro dulce (<0.1% de C)
      - Casi puro (<0.1% de carbono). A menos carbono más temperatura de fusión. Estructura fibrosa, blanda, forjable, dúctil, maleable, soldable y trabajable. Escasa resistencia. El menos fusible (Tª 1550-1700º C). Muy tenaz y resistente al impacto. Se forja con facilidad (incluso en frío). No sirve para moldear ni templarse. Resistente a tracción. El mejor para forja de artesanía.
      - El mejor para forja de artesanía
    - Acero (0.1-1.7% de C)
      - >1.2% de C -> durs, agrios y quebradizos <0.2% de C-> suaves, elásticos, forjables y soldables Funde entre 1450-1500º C Resistente a tracción
      - Obtención
        Moldeado
        Forjado
        Prensado (por compresión o extrusión)
        Laminado (por tracción)
        A partir de:
        Plancha
        Chapas
        Placas
        Barra
        Perfiles laminados
        Redondos
        Planos
        Rectangulares
      - Tipos
        Ordinarios
        Los componentes ≠ al Fe y C son impurezas
        Tipos
        Extrasuave
        Alambres
        Chapas
        Suave o dulce
        Forjable. Resistentes. Dúctiles. No moldeables. Se trabajan y pliegan con facilidad. Gran soldabilidad.
        Perfiles laminados
        Redondos
        Alambres
        Chapas
        Semisuave
        Forjable
        Maquinaria
        Semiduro
        Duro
        Templable. Poco soldable. Su dureza aumenta con el contenido en C. Poco dúctiles. Muy frágiles para estructura. Poco soldables. Bajo punto de fusión -> buenos para moldear.
        Limas
        Herramientas de corte
        Cuchillas
        Muelles
        Especiales o aleados
        Mejor resistencia mecánica en relación al coste. Peor comportamiento al fuego. Peor resistencia a la corrosión química y electroquímica (excepto aceros inoxidables).
        Fe+C+ elementos químicos que modifican sus propiedades primarias
      - Uso en construcción
        Estructurales (normalizados)
        Barras lisas y corrugadas
        Mallas electrosoldadas
        Aceros de alta resistencia trefilados
        Barras
        Alambres
        Perfiles laminados estructurales
        Chas e>3mm
        Chapas finas
        La protección puede ser
        En obra
        Decorativo
        Galvanizado
        Pintado
        Esmaltado
        Uso
        Revestimientos lisos, grecados u ondulados de paredes y cubiertas
        Muros cortina
        Canalones
        Caños de desagüe
        Evacuación de agua
        Tabiquería desmontable
        Muelles
        Inoxidables
        Aleaciones
        Cromo
        Níquel
        Manganeso
        Tipos
        Martensíticos (13% cromo)
        Ferríticos (17% cromo)
        Austeníticos (16-19% cromo + 6-14% Níquel)
        Los más usados. No magnéticos. Alta resistencia mecánica. Alta ductilidad. Alta soldabilidad. No endurecen por tratamiento térmico (aunque mejora su dureza natural a costa de ductilidad)
        Propiedades
        Alto costo (x10 ordinarios) Resistentes a los ácidos orgánicos y minerales. Alta resistencia mecánica. Aceptable dureza. Pueden fabricarse piezas y perfiles por laminación y extrusión. Algunos son forjables, moldeables y facilmente soldables. Admite el pulido desde mate hasta espejo. Uso en interior y exterior.
        Refractarios
        Capaces de resistir los efectos del calor. Aleaciones cromo-silicio. Uso: resistencias eléctricas y similares.
        Acero corten
        Desarrollado en 1950. Corrosión resistance - tensile strengh.
        Propiedades
        Alta resistencia mecánica. Alta resistencia a la corrosión sin protección adicional (capa de óxidos protectores que tarda en estabilizarse 2 años) -> variación de color superficial (de rojo a púrpura). 50% + caro que el ordinario. No puede competir con el inoxidable en los casos de atmósferas altamente corrosivas o con probabilidad de condensaciones de humedad salina.
        Alta resistencia a la corrosión sin protección adicional
        No puede competir con el inoxidable en los casos de atmósferas altamente corrosivas o con probabilidad de condensaciones de humedad salina.
        Composición
        Bajo contenido en C + Cobre (0.25-0.55%) + Cromo (0.25-1.25%)
      - Morfología industrial
        PERFILES
        Semielaborados
        Destinados a modelado posterior, por tanto se sirven en bruto, sin aristas vivas ni continuas
        Elaborados
        No necesitan manipulación morfológica para su empleo, salvo el corte de longitud o curvatura
        I, IB, H, U, L, LD, T,TD, Carriles, perfiles especiales
        HIERROS UNIVERSALES (varillas)
        Redondos (Ø≥ 5mm)
        Liso
        Corrugado
        Helicoidal
        Derivados del redondo
        Redondo hueco
        Medio redondo
        Media caña
        Pasamanos
        Telas metálicas
        Mallazos
        Cuadrados ≥5mm
        Para cerrajería de taller y artística
        Triangular
        Poligonal
        CHAPAS
        Productos de acero cuyo ancho es > 400 mm
        Chapa negra
        Lisa
        Perforada
        Embutida
        Estriada
        Alveolada
        Desplegada
        Ondulada
        Grecada
        Chapa revestida o inoxidable
        Resistente a la intemperie
        Hojalata (+estaño)
        Galvanizada (+zinc)
        Emplomada (+plomo)
        HIERROS RECTANGULARES (nº/nº)
        Hierros planos. Laminados cuyo ancho ≤ 150 mm.
        Fleje
        Pletina
        Llanta
        Plano ancho
        Platabanda
        Cualquiera de los hierros planos soldados o remachados a perfiles laminados para aumentar si sección (su módulo resistente)
        HIERROS DE UNIÓN
        A cortante
        Remaches o roblones
        Tornillos
        Pasadores
        Clavos
        A tracción
        Cables
        Cadenas
        CERRAJERÍA
        TUBERÍAS
    - Fundición (1.7-6.6% de C)
      - El más fácil de obtener (refundido del arrabio). Duro, quebradizo, muy frágil, no forjable (no susceptible de adquirir forma definitiva por procesos de deformación plática ni en frío ni en caliente, sino en estado líquido), no soldable. Amortigua vibraciones (se usa en soportes y bases de maquinaria). Resistente a tracción < que a compresión. Más resistente a la corrosión que el hierro dulce y que el acero (capa adherente que evita que progrese la corrosión).
      - Uso para:
        Piezas iguales en cantidad, rígidas, resistentes al calor y a la corrosión, pesadas (tapas y rejillas de alcantarillas, buzones, etc.)
      - Tipos
        Gris
        Blanca
        Aleada
  - Tratamientos térmicos y termoquímicos
    - A más contenido de carbono más dóciles y más sensibles a tratamientos térmicos
- No férricos
  - COBRE
    - Color: rojo asalmonado Brillante, forjable, dúctil y maleable. Puro funde a 1070º C Superficie brillante que se convierte en mate por efecto del oxígeno y humedad del aire, formando una capa de protección de óxidos cúpricos (en ciertos ambientes + tiempo = pátina verde). Resiste bien la corrosión (incluso del mar). No resiste a ácidos fuertes ni amoniaco. Buen conductor del calor y de la corriente eléctrica. Resistencia mecánica aceptable. Sin alear se puede laminar en caliente o forjar y conformarse por extrusión. Soldable.
    - Formatos comerciales
      - Alambres, barras y pletinas
        Telas metálicas y enrejados ligeros
      - Chapas y láminas
        Elementos de cubiertas
      - Tubos
        Conducciones de fontanería
    - En aleaciones
      - Aumenta la conductividad térmica y eléctrica. Aumenta la resistencia frente a la corrosión. Mejora la soldabilidad. Adecuada resistencia mecánica. Forjables, prensables, embutibles y mecanizables facilmente. Algunos muy indicados para moldeo. Protegen frente a la corrosión a metales menos nobles.
      - Protege a otros metales menos nobles de la corrosión
      - Tipos
        + Acero / Aluminio
        Aumenta la resistencia a corrosión
        Mejora la facilidad de fabricación
        + Zinc = Latón
        + Estaño = Bronce
  - ALUMINIO
    - 2º Elemento más abundante en la corteza terrestre. 2º Metal más usado en la industria. Color: blanco azulado. Brillante en corte reciente. Estructura fibrosa. Ligero Blando y trabajable. Dúctil y maleable. Funde a 600º C. Alta conductividad térmica y eléctrica (< cobre). Alto poder reflectante (80%) Se oxida casi instantáneamente, formando una capa blancuzca y densa de óxidos alumínicos (no manchan ni son tóxicos). Poco noble. La corrosión se puede ver incrementada por la aparición de pares galvánicos (aluminio + cobre o aleaciones; menos con los aceros normales; poco peligro con zonc, acero inoxidable o plomo). Atacado por los ácidos (productos de limpieza, hongos, líquenes). Atacado por álcalis (hormigón fresco, lejías, detergentes), pero cesa y se crea una capa de óxido adecuada. En la industria y en la construcción se utiliza como materia prima de aleaciones.
    - En aleaciones
      - Tipos
        Moldeables
        Cerrajería y herrajes
        Forjables
        Laminación, prensado y extrusión
        Estructurales
        Perfiles y chapas
      - Tratamientos externos
        Decapado
        Eliminación de la capa externa de óxidos para tratamientos posteriores.
        Oxidado
        Aumentar la capa de óxido para aumentar la protección, base para pinturas.
        ANODIZADO
        Proceso electrolítico que aumenta la capa natural de óxido superficial. Buena base para pinturas posteriores, revestimientos aislantes para conductores eléctricos, aumentar la resistencia a corrosión y lo dota de brillo. Se puede tintar en colores. La calidad se mide por el espesor.
        Pintado
        Tras oxidado, se pinta con baño colorante, excepto los que contengan Cu, Hg o Pb
        LACADO
  - ZINC
    - Color: blanco azulado. Brillante en corte reciente. Frágil. Funde a 417º C. Puro: resistencia a tracción moderada; elevado coeficiente de dilatación térmica; forjable, soldable y moldeable (130-150ºC). Se oxida con rapidez -> carbonato de zinc, no progresiva -> protege. Vapores ácidos o salinos (mar) -> par galvánico -> destruye. No le afecta el agua de lluvia o potable, pero sí las ácidas y con CO2. No es atacado por el hormigón y morteros de cemento o la cal ya fraguados. Proteger cuando pueda haber contacto con sales solubles, cloruros y sulfatos. El yeso puede atacarlo en ambientes húmedos. Inapreciable corrosión en contacto con: plomo, hierro y aluminio. Evitar el contacto zinc - cobre y aleaciones.
    - Formatos
      - Chapas lisas
        Canalones
        Limahoyas
      - Chapas onduladas
        Cubiertas ligeras
      - Barras, alambres, tubos, clavos, etc.
    - Uso principal
      - En aleaciones (latones, bronces)
      - Galvanizado
      - Componente en pinturas
  - PLOMO
    - Muy denso (< que el oro). Blando (se raya con la uña), conformable, muy resistente químicamente. Ductilidad muy alta (se puede trabajar en frío con facilidad y conformarlo). Funde a 327º C Suelda sin dificultad. Elevado coeficiente de dilatación térmica. baja resistencia a la fatiga -> se agrieta y rompe con los cambios térmicos frecuentes Color: gris azulado. Brillo metálico recién cortado->desaparece en contacto con el aire atmosférico -> óxido (no mancha. No es atacado electrolíticamente por otros metales. Resiste bien a los ácidos, aunque sensible a ciertos ácidos de tipo orgánico. Agua + CO2 -> atacan al plomo Morteros de cal no atacan demasiado al plomo. Morteros y hormigones de cemento (especialmente si están húmedos) atacan al plomo. Impermeable a radiaciones catódicas y ultracortas. Venenoso bajo formas solubles.
    - Formatos
      - Chapas
      - Tuberías de saneamiento
      - Aislante de sonido y vibraciones
      - Fusibles
      - Anti-radiactivo
      - Material de soldadura, aleaciones, sellado e impermeabilización de juntas
  - OTROS
    - Generalmente usados como materiales de protección, antioxidación o como elementos de aleación.
    - Níquel
    - Estaño
    - Cadmio
    - Cromo
Tratamientos
- Mecánicos
  - En frío
    - Aumenta la dureza y la resistencia a tracción. Reduce el alargamiento. Aumenta el valor del límite elástico.
  - En caliente
    - FORJA El trabajo de deformación se realiza a una Tª alta cercana a la de recristalización.
  - Tipos
    - Forjado
    - Batido
    - Martillado
    - Laminación
    - Extrusión
- Térmicos
  - Templado
  - Maduración
  - Revenido
  - Recocido
  - Normalizado
- De endurecimiento superficial
  - Nitruración
  - Cementación
  - Cianurización o carbonitruración
  - Endurecimiento por temple superficial.
Acabados
- Tratamiento superficial cuyo objetivo es
  - Estético
  - Protección frente a corrosión
- Tipos
  - Pinturas
  - Revestimientos cerámicos
  - Revestimientos plásticos
  - Metalización
    - Con
      - Zinc
      - Aluminio
      - Cadmio
      - Estaño
    - Procedimientos
      - Recubrimientos electrolíticos
      - Enchapado metálico
      - Galvanizado
      - Pulverización metálica
Conservación y mantenimiento
- Protección frente a la corrosión
  - Facilitar un rápido drenaje de las aguas
  - Aislar entre sí metales distintos
  - Utilizar metales o aleaciones especialmente resistentes a la corrosión
  - Evitar
    - La condensación de humedad sobre sus superficies
    - Circunstancias ambientales que favorecen o aceleran la corrosión
      - Suciedad Corrientes vagabundas Aguas con excesivo detergente, lejías u otras sustancias de limpieza doméstica Sustancias ácidas (agua de lluvia, suelos, aguas negras, yesos, escayolas, algunas maderas, algas, musgos, etc.) Sulfatos de suelos o piezas cerámicas Cloruro cálcico Algunos compuestos generados durante la hidratación de cementos y cales Otros
    - Acciones y tensiones mecánicas que agraven los procesos corrosivos
    - Humedad permanente
    - Huecos, grietas o recodos que puedan llenarse de agua o polvo (rellenarlos)
    - Contacto de metales con materiales absorbentes
    - Contacto metal-metal interponiendo aislante eléctrico
    - Aireación diferencial del ambiente en contacto con el metal
    - Contacto agua-metal
      - Aguas muy calientes con mucha velocidad o estancadas Eliminar obstrucciones y cambios bruscos de dimensión y dirección Impedir flujo desde un contacto con material noble a otros de menor nobleza (ánodos de sacrificio)
  - Elegir metales adecuados a cada ambiente
  - Protegerlos con productos adecuados
- Protección contra el fuego
  - Revestimiento con
    - Enlucido y aplacado de pastas de yeso
    - Hormigón o mortero de cemento Portland
    - Ladrillos refractarios
    - Pinturas y productos intumescentes e ignífugos
Aspectos medioambientales
- El proceso metalúrgico consume grandes cantidades de energía
- Se aprovechan bien los materiales obtenidos y los subproductos (escorias de alto horno)
- Provienen de fuentes no renovables, aunque abundantes en la corteza terrestre
- Durabilidad entorno a 20 años, aunque pueden necesitar un tratamiento periódico sencillo o una limpieza
- Fácilmente reciclables
  - Aunque a veces no permiten la separación en materiales simples
Criterios de selección
- Revestimientos metálicos
- El formato influye en el lenguaje
  - lamas = textura unidireccional Placas = paños planos
- Vitrificados para superficies duras, difícilmente rayables y permiten la limpieza húmeda frecuente
- Evitar su uso cuando hay riesgo de punzonado o golpes que lo deformen
- Nuevos formatos
  - Dibond
    - https://www.display.3acomposites.com/es/dibond.html
  - Paneles sandwich
    - https://www.hiansa.com/es
  - Telas metálicas
    - http://www.telasmetalicasg.com/
Aplicaciones
- Elementos estructurales de acero
  - Vigas
    - IPN
    - IPE
  - Pilares
    - HEB
    - UPN
- Carpintería, cerrajería y herrajes
  - Acero inoxidable
  - Aluminio
  - Hierro
- Tuberías
  - Cobre
  - Aluminio
- Cubiertas
  - Cobre
  - Aluminio
  - Zinc
  - Plomo
- Protección contra corrosión de otros
  - Tratamientos
    - Dorado
    - Plateado
    - Cobreado
    - Cincado
    - Galvanizado
    - Aceros inoxidables

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Description: Tecnología Mind Map on METALES, created by Esther Interiores on 05/04/2019.
Created by: Esther Interiores
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