INDICE
1.Tipos de enlaces químicos
2.El enlace metálico
3.Características de los materiales metálicos
4.Metalografía
5.Estructura microscópica de los metales
5.1.Grano
5.2.Clasificación de los tamaños de grano
5.3.Tipos de cristales más habituales;
6.Materiales metálicos clasificación por densidad
6.1.Clasificación por importancia industrial
7.El Acero
7.1.Descubrimiento
7.2.Procedencia mineralógica del hierro
7.3.Importancia histórica
7.4.Características,
7.5.Estructuras cristalográficas
7.6.Colores del acero en función de la temperatura
8.El aluminio
8.1.Descubrimiento
8.2.Procedencia mineralógica
8.3.Características
8.4.Estructura cristalográfica
1.Tipos de enlaces químicos
El enlace químico puede ser definido como la fuerza que mantiene unidos los átomos en una molécula. Recordemos que una molécula no es más que un conjunto de átomos que se comportan como una unidad debido a que químicamente son más estables.
Los átomos para alcanzar una estabilidad química presentan una unión, la cual se realiza cumpliendo con la regla del octeto, la cual constituye que los átomos se unen mediante procesos, que implican pérdida, ganancia o compartimiento de electrones, esto con la finalidad de almacenar ocho electrones en su último nivel.
Los tipos fundamentales de enlace son el iónico, el covalente y el metálico:
iónico: Es aquel que se produce por transferencia de electrones, es decir, un átomo gana electrones mientras que el otro los pierde quedando unidos por diferencia de cargas (fuerzas electrostáticas). Este tipo de enlace se produce entre elementos que tienen una marcada diferencia de electronegatividades, especialmente entre un metal y un no metal.
Covalente: Es aquel que se produce cuando se comparten pares de electrones. Este tipo de enlace se produce entre elementos que tienen una electronegatividad igual o semejante y generalmente se establece entre no metales. Teniendo en cuenta el numero de pares de electrones que se comparten este enlace puede ser sencillo (este comparte un par de electrones), doble (son compartidos dos pares de electrones) o triple (se comparten tres pares de electrones).
Teniendo en cuenta la polaridad del enlace se clasifica como:
Polar: cuando se forma entre elementos de electronegatividad diferente
Apolar cuando se forma entre elementos con igual electronegatividad.
Normal: Si el átomo aporta o no electrones, el enlace puede ser normal si ambos aportan electrones
coordinado: si un solo átomo aporta electrones
Metálico: Se llama enlace metálico al tipo de unión que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo).
2.El enlace metalico
Se llama enlace metálico al tipo de unión que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo).
Propiedades del enlace metálico
Características de los metales:
1.- Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus puntos de fusión y ebullición varían notablemente.
2.- Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas. (Esto se explica por la enorme movilidad de sus electrones de valencia)
3.- Presentan brillo metálico.
4.- Son dúctiles y maleables. (La enorme movilidad de los electrones de valencia hace que los cationes metálicos puedan moverse sin producir una situación distinta, es decir una rotura)
5.- Pueden emitir electrones cuando reciben energía en forma de calor.
6.-Para explicar las propiedades características de los metales se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones
Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.
3.Características de lo materiales metálicos
Los metales tienen una serie de características que los diferencian de los demás materiales, los no metales. Además de que todos, a excepción del mercurio, son sólidos, la más característica de las propiedades de los metales es:
su brillo especial, que curiosamente se llama brillo metálico. El brillo es la capacidad de un material para reflejar, absorber o reflectar la luz. Los metales, una vez pulidos, reflejan la mayor parte de la luz que les llega.
buenos conductores eléctricos y mostrar carga eléctrica positiva en los procesos de electrólisis. La estructura electrónica de los átomos metálicos se caracteriza por la existencia de pocos electrones en su capa externa, por lo que se requiere escasa energía para que los pierdan y adopten la estructura estable en forma de cationes. Además, en una masa metálica, los electrones de valencia fluctúan de uno a otro átomo formando la denominada “nube electrónica”, de algún modo compartida por todos los átomos del metal. Así muchos son empleados para hacer cables, etc... Además también son buenos conductores del calor.
Los metales son materiales, en general, bastante densos, insolubles en agua y en muchos disolventes, y opacos con un espesor adecuado.
presentan resistencia a la tracción, es decir, que pueden soportar grandes cargas, que se calcula poniendo el material en una cubeta imprimiéndole una fuerza que se aumenta progresivamente y dividiendo la carga máxima de fuerza que se la ha aplicado a la probeta por la sección transversal de la misma.
Los metales son poco duros, así una de las funciones más importantes de las aleaciones es mejorar esta propiedad. La dureza se delimita dejando caer contra una superficie pulida de un metal una bola de acero especial y muy duro (método Brinell) o un diamante piramidal (método Vickers). Una vez hecho esto podemos medir la dureza del metal de dos maneras: por la relación entre la carga en kilogramos y la huella dejada en el metal en milímetros cuadrados, estaremos hablando de dureza de retroceso, o bien teniendo en cuenta la altura que adquiere la bola en el rebote, cuanto más blando sea el material, menor altura alcanzará ya que la energía del impacto ha sido absorbida en casi su entera totalidad por la deformación del metal, y se llamará dureza a la penetración.
Los metales son muy dúctiles, es decir, que se pueden estirar en forma de hilos; y bastante maleables, podemos estirarlos en láminas sin romperlos
Una de las malas propiedades de los metales es su baja resistencia a la fatiga, o la situación en la que se encuentran algunos metales tras ser expuestos a ciclos de carga de una intensidad menor al crítico de rotura del material.
Entre las características en el carácter químico no se puede establecer una relación común a todos los metales ya que, por ejemplo, en el caso Existen metales inoxidables como el oro y los hay que tardan menos de un día en oxidar su capa exterior a un milímetro de profundidad como el hierro, el cobalto y el bario.
4.Metalografia
La metalografía es la ciencia que estudia las características micro estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas, químicas y mecánicas, el microscopio es la herramienta más importante del metalurgista tanto desde el punto de vista científico como desde el técnico. Es posible determinar el tamaño de grano, forma y distribución de varias fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. La microestructura revelará el tratamiento mecánico y térmico del metal y, bajo un conjunto de condiciones dadas, podrá predecirse su comportamiento esperado.
5.Estructura microscopica de los metales
5.1Grano
El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano.
En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande. Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad, la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que se someterá a largos procesos de trabajo en frío.
Todos los metales experimentan crecimiento de grano a altas temperaturas. Sin embargo, existen algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas relativamente altas (alrededor de 1800 F o 982 C) con muy poco crecimiento de grano, pero conforme aumenta la temperatura, existe un rápido crecimiento de grano. Estos aceros se conocen como aceros de grano fino. En un mismo acero puede producirse una gama amplia de tamaños de grano.
5.2.Clasificacion de los tamaños de grano
El tamaño de grano se determina por medio de la cuenta de los granos en cada pulgada cuadrada bajo un aumento de 100X. La figura A es una carta que representa el tamaño real de los granos tal como aparece cuando se aumenta su tamaño 100X. El tamaño de grano especificado es por lo general, el tamaño de grano austenítico. Un acero que se temple apropiadamente debe exhibir un grano fino.
Este verdadero mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cómo el metal al solidificar se dispone en diversas formas. Al variar la temperatura, los cristales ganan o pierden energía y buscan una nueva ordenación tratando siempre de permanecer estables.
La particularidad fundamental de la constitución de los metales es la distribución perfectamente organizada de sus átomos, característica de todos los cuerpos cristalinos.
La estructura cristalina es la causa a la cual deben los metales una serie de sus propiedades, ausentes en los cuerpos amorfos.
En un metal siempre se puede destacar un conjunto mínimo de átomos (cristal elemental), cuya distribución en el espacio es semejante y se repite reiteradas veces. El enlace de tales conjuntos de átomos forma la red cristalina o cristal, constituida por cristales elementales.
5.3 Tipos de cristales mas habituales
La mayoría de los metales tienen cristales elementales como: cúbico espacial centrado (figura A), cúbico centrado en las caras (figura B) y hexagonal compacto (figura C):
Los metales más densos, que contienen la máxima cantidad de átomos en un mismo volumen, esto es, tienen distancias ínter-atómicas menores, son los que tienen cristales elementales cúbicos centrados en las caras y hexagonales compactos.
Tienen una red espacial cúbica centrada:
Hierro (por debajo de 910 oC)
Cromo, Volframio, Molibdeno, Tantalio, Niobio.
Red cúbica centrada en las caras:
Hierro (por encima de 910 oC).
Cobre, Níquel,
Red hexagonal compacta:
Cinc, Magnesio.
6.Materiales metálicos, clasificación por densidad
Tabla de densidad de lo metales mas corrientes a 15º
6.1.Clasificación por importancia industrial
En realidad, casi todos los metales son importantes desde el punto de vista económico, pero solo aproximadamente una veintena de ellos son absolutamente esenciales.
EL HIERRO(FE)
Es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando este como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición. El acero es indispensable debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. Los aceros bajos en carbono se empelan para piezas de ingeniería que necesitan una alta resistencia mecánica y al desgaste; los aceros altos en carbono se emplean principalmente en las herramientas. Las fundiciones dependiendo de sus características se emplean en motores, válvulas, engranajes, etc. L os óxidos de hierro por su parte se emplean para pinturas; la magnetita y el oxido de hierro III se emplean en aplicaciones magnéticas
MAGNESIO(Mn)
Los óxidos de magnesio se utilizan como material refractario en hornos para la producción de hierro y acero, cemento, etc. Su uso principal es como elemento de aleación de aluminio en envases de bebidas, en componentes de los automóviles, el las llantas. Además el hidróxido (leche de magnesia), el cloruro, el sulfato (sales Epsom) y el citrato se emplean en la medicina. El polvo de carbonato de magnesio es utilizado por los gimnastas y levantadores de peso para mejorar el agarre a los objetos. Es prácticamente imprescindible en la escalada de dificultad para secar mano y dedos (el sudor) del escalador y mejorar la adherencia a la roca. Otros usos incluyen flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias, entre otros usos.
CROMO(CR)
Se utiliza principalmente en la metalurgia, en los procesos de cromado y también en el anodizado de aluminio. En las pinturas cromadas con tratamiento antioxidante. Sus cromatos y óxidos se emplean en colorantes y pinturas. Sus sales en general debido a sus colores se utilizan como mordientes. El cromato de potasio se emplea en la limpieza de material de vidrio de laboratorio. Su uso común es como catalizador. El mineral cromita se emplea en moldes para la fabricación de ladrillos. También se emplea el oxido de cromo para preservar la madera. Cuando se sustituyen algunos iones de aluminio por iones de cromo se obtiene el rubí.
NIQUEL(Ni)
Aproximadamente el 65% del níquel se utiliza en la fabricación de aceros inoxidables austenítico. El 12% se utiliza en superaleaciones de níquel y el restante 23% se reparte en otras aleaciones, baterías recargables, acuñación de monedas, recubrimientos metálicos. Las aleaciones de níquel-cobre como son muy resistentes a la corrosión se utilizan en los motores marinos y en la industria química. Las aleaciones de níquel-titanio se utilizan en robótica
COBALTO(Co)
Entre sus aleaciones cae señalar las superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación. Se utiliza en los imanes, las cintas magnéticas, el la catálisis del petróleo y la industria química. Además se usa en secantes para pinturas, barnices y tintas y en el recubrimiento base de esmaltes vitrificados. En pigmentos, electrodos de baterías eléctricas, cables de acero de neumáticos. El Co-60 se usa en radioterapia, esterilización de alimentos y radiografía industrial para el control de calidad.
MOLIBIDENO(No)
Se utiliza pues en aleaciones de alta resistencia y que soporten temperaturas y corrosiones sumamente altas. Estas aleaciones se usan en la construcción y en piezas de aviones y automóviles. Además se usa como catalizador en la industria petrolera, en concreto para la eliminación del azufre. También se emplea en la industria de isótopos nucleares; en distintos pigmentos, para pinturas, plásticos, tintes, plásticos y compuestos de caucho, etc.
WOLFRAMIO
Se suele emplear en los filamentos de las lámparas incandescentes, en los alambres de los hornos eléctricos, en las puntas de los bolígrafos, en la producción de aleaciones de acero duras y resistentes. En la Segunda Guerra Mundial se usó para blindar la punta de los proyectiles anti-tanque. También se usa para la fabricación de dardos, concretamente en los barriles de los dardos, en aleación con níquel, y en una proporción desde el 80% al 97%. En los últimos años se ha utilizado para la fabricación de joyas como brazaletes, anillos y relojes con una gran aceptación por quienes lo usan.
VANADIO(V)
Aproximadamente el 80% producido se emplea como ferro vanadio o como aditivo en aceros. También se utiliza en acero inoxidable usado en instrumentos quirúrgicos y herramientas, en aceros resistentes a la corrosión, y mezclado con aluminio en aleaciones de titanio empleadas en motores de reacción. Además, en aceros empleados en ejes de ruedas y cigüeñales, engranajes, y otros componentes críticos. Es un importante estabilizador de carburos en la fabricación de aceros. Se emplea en algunos componentes de reactores nucleares. Forma parte de algunos imanes superconductores.
NO FERROSOS
COBRE(Cu)
Debido a su extraordinaria conductividad, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, desde 0,025 Mm. en adelante. Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinaria eléctrica en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos y sistemas de comunicaciones.
ZINC(Cn)
El metal se usa principalmente como capa protectora o galvanizador para el hierro y el acero, y como componente de distintas aleaciones, especialmente del latón. También se utiliza en las placas de las pilas (baterías) eléctricas secas, y en las fundiciones a troquel. El óxido de cinc, conocido como cinc blanco, se usa como pigmento en pintura. También se utiliza como rellenados en llantas de goma.
PLOMO(Pb)
Se emplea en grandes cantidades en la fabricación de baterías y en el revestimiento de cables eléctricos. También se utiliza industrialmente en las redes de tuberías, tanques y aparatos de rayos X. Debido a su elevada densidad y propiedades nucleares, se usa como blindaje protector de materiales radiactivos. Entre las numerosas aleaciones de plomo se encuentran las soldaduras, el metal tipográfico y diversos cojinetes metálicos. Una gran parte del plomo se emplea en forma de compuestos, sobre todo en pinturas y pigmentos.
ESTAÑO(Sn)
Es un metal muy utilizado en centenares de procesos industriales en todo el mundo. En forma de hojalata, se usa como capa protectora para recipientes de cobre, de otros metales utilizados para fabricar latas, y artículos similares. El estaño es importante en las aleaciones comunes de bronce (estaño y cobre), en la soldadura (estaño y plomo) y en el metal de imprenta (estaño, plomo y antimonio). También se usa aleado con titanio en la industria aerospacial.
ALUMINO(Al)
Por su elevada conductividad del calor, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. Solamente presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más. El metal es cada vez más importante en arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales.
MERCURIO(Hg)
Su uso más antiguo fue en la confección de espejos, que aún hoy día se aplica. Se utiliza también en instrumentos de medición principalmente termómetros y tensiómetros, enchufes, rectificadores eléctricos, interruptores, lámparas fluorescentes y como catalizador. También se usa en la industria de explosivos.
ORO(Au)
Se conoce y aprecia desde tiempos remotos, no solamente por su belleza y resistencia a la corrosión, sino también por ser más fácil de trabajar que otros metales y más fácil de obtener. Debido a su relativa rareza, comenzó a usarse como moneda de cambio y como referencia en las transacciones monetarias internacionales. La unidad para medir el peso del oro es la onza troy. .La mayor parte del oro producido se emplea en la acuñación de monedas y en joyería. Para estos fines se usa en aleación con otros metales que le aportan dureza. El contenido de oro en una aleación se expresa en quilates. El oro destinado a la acuñación de monedas se compone de 90 partes de oro y 10 de plata. El oro verde usado en joyería contiene cobre y plata.
PLATA(Ag)
Aproximadamente el 70% se usa con fines monetarios, buena parte de este metal se emplea en orfebrería, y en menores cantidades en la industria fotográfica, química y eléctrica. En la medicina el nitrato de plata, es utilizado para eliminar las verrugas. En Electrónica, por su elevada conductividad es empleada cada vez más, por ejemplo, en los contactos de circuitos integrados y teclados de ordenador. Fabricación de espejos de gran reflectividad de la luz visible. En joyería y platería para fabricar gran variedad de artículos ornamentales
PLATINO(Pt)
Debido a su poca reactividad y su punto de fusión elevado, el platino es muy útil para ciertos instrumentos de laboratorio como crisoles, pinzas, embudos, cápsulas de combustión y platos de evaporación. Normalmente se le añaden pequeñas cantidades de iridio para aumentar su dureza y durabilidad. El platino se usa también en los puntos de contacto de los aparatos e instrumentos eléctricos utilizados para medir altas temperaturas.
NUCLEARES
TORIO(Th)
Aparte de su incipiente uso como combustible nuclear el torio metálico o alguno de sus óxidos se incorpora al tungsteno metálico para fabricar filamentos de lámparas eléctricas; para aplicaciones en material cerámico de alta temperatura; para la fabricación de lámparas electrónicas Además para fabricar electrodos especiales de soldadura, aleado con Tungsteno (Wolframio) creando la aleación con más alto punto de fusión existente, cerca de los 4000º. Como agente de aleación en estructuras metálicas.
URANIO(U)
El principal uso del uranio en la actualidad es como combustible para los reactores nucleares que producen el 17% de la electricidad obtenida en el mundo.El uranio empobrecido es usado en la producción de municiones perforantes y blindajes de alta resistencia.
El acero es una aleación (mezcla) de hierro y carbono, con contenido en éste último de entre el 0,5 y el 2%, pero también puede contener otros metales en pequeña proporción, como níquel (Ni), manganeso (Mn), cromo (Cr), vanadio (V) o wolframio (W), que le confieren propiedades peculiares.
7.1.descubrimiento:
Se desconoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica para obtener hierro a partir de la fusión de minerales. Sin embargo, los primeros restos arqueológicos de utensilios de hierro datan del 3000 a. C. y fueron descubiertos en Egipto, aunque hay vestigios de adornos anteriores. Algunos de los primeros aceros provienen del este de África, cerca de 1400 a. C.3 Durante la dinastía Han de China se produjo acero al derretir hierro forjado con hierro fundido, en torno al siglo I a. C.4 5 También adoptaron los métodos de producción para la creación de acero wootz, un proceso surgido en India y en Sri Lanka desde aproximadamente el año 300 a. C. y exportado a China hacia el siglo V. Este temprano método utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones.6 7 También conocido como acero Damasco, era una aleación de hierro con gran número de diferentes materiales, incluyendo trazas de otros elementos en concentraciones menores a 1000 partes por millón o 0,1 % de la composición de la roca.
7.2.procedencia mineralogica
El oligisto o hematita es un mineral compuesto de óxido férrico, cuya fórmula es Fe2O3 y constituye una importante mena de hierro ya que en estado puro contiene un 70% de este metal. A veces posee trazas de titanio (Ti), aluminio (Al), manganeso (Mn) y agua (H2O).
7.3.importancia historica
La Edad del Hierro es el período en el cual se descubre y populariza el uso del hierro como material para fabricar armas y herramientas. En algunas sociedades antiguas, las tecnologías metalúrgicas necesarias para poder trabajar el hierro aparecieron en forma simultánea con otros cambios tecnológicos y culturales, incluyendo muchas veces cambios en la agricultura, las creencias religiosas y los estilos artísticos, aunque este no ha sido siempre el caso.
La Edad de Hierro se dio aproximadamente cuando su producción se constituyó en la forma más sofisticada de la metalurgia. Si bien requiere una alta temperatura de fusión, su dureza y la abundancia de fuentes de mineral de hierro lo convirtieron en un material mucho más deseable y barato de obtener que el bronce, lo que contribuyó de forma decisiva a su adopción como el metal más usado.
7.4.Caracteristicas del acero
Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos o a los métodos de endurecimiento por acritud, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas características genéricas
Densidad Media: 7850 kg/m3
Comportamiento respecto a la Temperatura: se puede contraer, dilatar o fundir.
Punto de Fusión: depende del tipo de aleación, pero al ser su componente principal el hierro éste anda alrededor de los 1510 ºC. Sin embargo los aceros aleados presentan frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1375 ºC.
Punto de Ebullición: alrededor de los 3000 ºC.
3.Características de los materiales metálicos
4.Metalografía
5.Estructura microscópica de los metales
5.1.Grano
5.2.Clasificación de los tamaños de grano
5.3.Tipos de cristales más habituales;
6.Materiales metálicos clasificación por densidad
6.1.Clasificación por importancia industrial
7.El Acero
7.1.Descubrimiento
7.2.Procedencia mineralógica del hierro
7.3.Importancia histórica
7.4.Características,
7.5.Estructuras cristalográficas
7.6.Colores del acero en función de la temperatura
8.El aluminio
8.1.Descubrimiento
8.2.Procedencia mineralógica
8.3.Características
8.4.Estructura cristalográfica
1.Tipos de enlaces químicos
El enlace químico puede ser definido como la fuerza que mantiene unidos los átomos en una molécula. Recordemos que una molécula no es más que un conjunto de átomos que se comportan como una unidad debido a que químicamente son más estables.
Los átomos para alcanzar una estabilidad química presentan una unión, la cual se realiza cumpliendo con la regla del octeto, la cual constituye que los átomos se unen mediante procesos, que implican pérdida, ganancia o compartimiento de electrones, esto con la finalidad de almacenar ocho electrones en su último nivel.
Los tipos fundamentales de enlace son el iónico, el covalente y el metálico:
iónico: Es aquel que se produce por transferencia de electrones, es decir, un átomo gana electrones mientras que el otro los pierde quedando unidos por diferencia de cargas (fuerzas electrostáticas). Este tipo de enlace se produce entre elementos que tienen una marcada diferencia de electronegatividades, especialmente entre un metal y un no metal.
Teniendo en cuenta la polaridad del enlace se clasifica como:
Polar: cuando se forma entre elementos de electronegatividad diferente
Apolar cuando se forma entre elementos con igual electronegatividad.
Normal: Si el átomo aporta o no electrones, el enlace puede ser normal si ambos aportan electrones
coordinado: si un solo átomo aporta electrones
Metálico: Se llama enlace metálico al tipo de unión que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo).
2.El enlace metalico
Se llama enlace metálico al tipo de unión que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo).
Propiedades del enlace metálico
Características de los metales:
1.- Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus puntos de fusión y ebullición varían notablemente.
2.- Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas. (Esto se explica por la enorme movilidad de sus electrones de valencia)
3.- Presentan brillo metálico.
4.- Son dúctiles y maleables. (La enorme movilidad de los electrones de valencia hace que los cationes metálicos puedan moverse sin producir una situación distinta, es decir una rotura)
5.- Pueden emitir electrones cuando reciben energía en forma de calor.
6.-Para explicar las propiedades características de los metales se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones
Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.
Los metales tienen una serie de características que los diferencian de los demás materiales, los no metales. Además de que todos, a excepción del mercurio, son sólidos, la más característica de las propiedades de los metales es:
su brillo especial, que curiosamente se llama brillo metálico. El brillo es la capacidad de un material para reflejar, absorber o reflectar la luz. Los metales, una vez pulidos, reflejan la mayor parte de la luz que les llega.
buenos conductores eléctricos y mostrar carga eléctrica positiva en los procesos de electrólisis. La estructura electrónica de los átomos metálicos se caracteriza por la existencia de pocos electrones en su capa externa, por lo que se requiere escasa energía para que los pierdan y adopten la estructura estable en forma de cationes. Además, en una masa metálica, los electrones de valencia fluctúan de uno a otro átomo formando la denominada “nube electrónica”, de algún modo compartida por todos los átomos del metal. Así muchos son empleados para hacer cables, etc... Además también son buenos conductores del calor.
Los metales son materiales, en general, bastante densos, insolubles en agua y en muchos disolventes, y opacos con un espesor adecuado.
presentan resistencia a la tracción, es decir, que pueden soportar grandes cargas, que se calcula poniendo el material en una cubeta imprimiéndole una fuerza que se aumenta progresivamente y dividiendo la carga máxima de fuerza que se la ha aplicado a la probeta por la sección transversal de la misma.
Los metales son poco duros, así una de las funciones más importantes de las aleaciones es mejorar esta propiedad. La dureza se delimita dejando caer contra una superficie pulida de un metal una bola de acero especial y muy duro (método Brinell) o un diamante piramidal (método Vickers). Una vez hecho esto podemos medir la dureza del metal de dos maneras: por la relación entre la carga en kilogramos y la huella dejada en el metal en milímetros cuadrados, estaremos hablando de dureza de retroceso, o bien teniendo en cuenta la altura que adquiere la bola en el rebote, cuanto más blando sea el material, menor altura alcanzará ya que la energía del impacto ha sido absorbida en casi su entera totalidad por la deformación del metal, y se llamará dureza a la penetración.
Los metales son muy dúctiles, es decir, que se pueden estirar en forma de hilos; y bastante maleables, podemos estirarlos en láminas sin romperlos
Una de las malas propiedades de los metales es su baja resistencia a la fatiga, o la situación en la que se encuentran algunos metales tras ser expuestos a ciclos de carga de una intensidad menor al crítico de rotura del material.
Entre las características en el carácter químico no se puede establecer una relación común a todos los metales ya que, por ejemplo, en el caso Existen metales inoxidables como el oro y los hay que tardan menos de un día en oxidar su capa exterior a un milímetro de profundidad como el hierro, el cobalto y el bario.
4.Metalografia
La metalografía es la ciencia que estudia las características micro estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas, químicas y mecánicas, el microscopio es la herramienta más importante del metalurgista tanto desde el punto de vista científico como desde el técnico. Es posible determinar el tamaño de grano, forma y distribución de varias fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. La microestructura revelará el tratamiento mecánico y térmico del metal y, bajo un conjunto de condiciones dadas, podrá predecirse su comportamiento esperado.
5.Estructura microscopica de los metales
5.1Grano
El tamaño de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecánicas del metal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento térmico son fácilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo de impregnación térmica afectan el tamaño del grano.
En metales, por lo general, es preferible un tamaño de grano pequeño que uno grande. Los metales de grano pequeño tienen mayor resistencia a la tracción, mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, así como también son menos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas y dados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad, la cual es deseable a menudo para la carburización y también para el acero que se someterá a largos procesos de trabajo en frío.
Todos los metales experimentan crecimiento de grano a altas temperaturas. Sin embargo, existen algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas relativamente altas (alrededor de 1800 F o 982 C) con muy poco crecimiento de grano, pero conforme aumenta la temperatura, existe un rápido crecimiento de grano. Estos aceros se conocen como aceros de grano fino. En un mismo acero puede producirse una gama amplia de tamaños de grano.
5.2.Clasificacion de los tamaños de grano
El tamaño de grano se determina por medio de la cuenta de los granos en cada pulgada cuadrada bajo un aumento de 100X. La figura A es una carta que representa el tamaño real de los granos tal como aparece cuando se aumenta su tamaño 100X. El tamaño de grano especificado es por lo general, el tamaño de grano austenítico. Un acero que se temple apropiadamente debe exhibir un grano fino.
Se muestra el diagrama de fases de la aleación Fierro Carbono, que muestra en el eje vertical la temperatura y en el eje horizontal la composición química. En el extremo izquierdo se encuentra la composición 100% Fe y 0% C y en el extremo derecho se encuentra la composición 100% C y 0% Fe. En la figura se muestra solamente hasta 5% C y 95% Fe por ser la zona de mayor interés ya que contiene los aceros y las fundiciones de mayor uso.
Este verdadero mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cómo el metal al solidificar se dispone en diversas formas. Al variar la temperatura, los cristales ganan o pierden energía y buscan una nueva ordenación tratando siempre de permanecer estables.
La particularidad fundamental de la constitución de los metales es la distribución perfectamente organizada de sus átomos, característica de todos los cuerpos cristalinos.
La estructura cristalina es la causa a la cual deben los metales una serie de sus propiedades, ausentes en los cuerpos amorfos.
En un metal siempre se puede destacar un conjunto mínimo de átomos (cristal elemental), cuya distribución en el espacio es semejante y se repite reiteradas veces. El enlace de tales conjuntos de átomos forma la red cristalina o cristal, constituida por cristales elementales.
5.3 Tipos de cristales mas habituales
La mayoría de los metales tienen cristales elementales como: cúbico espacial centrado (figura A), cúbico centrado en las caras (figura B) y hexagonal compacto (figura C):
Tienen una red espacial cúbica centrada:
Hierro (por debajo de 910 oC)
Cromo, Volframio, Molibdeno, Tantalio, Niobio.
Red cúbica centrada en las caras:
Hierro (por encima de 910 oC).
Cobre, Níquel,
Red hexagonal compacta:
Cinc, Magnesio.
6.Materiales metálicos, clasificación por densidad
Tabla de densidad de lo metales mas corrientes a 15º
6.1.Clasificación por importancia industrial
En realidad, casi todos los metales son importantes desde el punto de vista económico, pero solo aproximadamente una veintena de ellos son absolutamente esenciales.
FERROALEABLES
EL HIERRO(FE)
Es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando este como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición. El acero es indispensable debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios. Los aceros bajos en carbono se empelan para piezas de ingeniería que necesitan una alta resistencia mecánica y al desgaste; los aceros altos en carbono se emplean principalmente en las herramientas. Las fundiciones dependiendo de sus características se emplean en motores, válvulas, engranajes, etc. L os óxidos de hierro por su parte se emplean para pinturas; la magnetita y el oxido de hierro III se emplean en aplicaciones magnéticas
MAGNESIO(Mn)
Los óxidos de magnesio se utilizan como material refractario en hornos para la producción de hierro y acero, cemento, etc. Su uso principal es como elemento de aleación de aluminio en envases de bebidas, en componentes de los automóviles, el las llantas. Además el hidróxido (leche de magnesia), el cloruro, el sulfato (sales Epsom) y el citrato se emplean en la medicina. El polvo de carbonato de magnesio es utilizado por los gimnastas y levantadores de peso para mejorar el agarre a los objetos. Es prácticamente imprescindible en la escalada de dificultad para secar mano y dedos (el sudor) del escalador y mejorar la adherencia a la roca. Otros usos incluyen flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias, entre otros usos.
CROMO(CR)
Se utiliza principalmente en la metalurgia, en los procesos de cromado y también en el anodizado de aluminio. En las pinturas cromadas con tratamiento antioxidante. Sus cromatos y óxidos se emplean en colorantes y pinturas. Sus sales en general debido a sus colores se utilizan como mordientes. El cromato de potasio se emplea en la limpieza de material de vidrio de laboratorio. Su uso común es como catalizador. El mineral cromita se emplea en moldes para la fabricación de ladrillos. También se emplea el oxido de cromo para preservar la madera. Cuando se sustituyen algunos iones de aluminio por iones de cromo se obtiene el rubí.
NIQUEL(Ni)
Aproximadamente el 65% del níquel se utiliza en la fabricación de aceros inoxidables austenítico. El 12% se utiliza en superaleaciones de níquel y el restante 23% se reparte en otras aleaciones, baterías recargables, acuñación de monedas, recubrimientos metálicos. Las aleaciones de níquel-cobre como son muy resistentes a la corrosión se utilizan en los motores marinos y en la industria química. Las aleaciones de níquel-titanio se utilizan en robótica
COBALTO(Co)
Entre sus aleaciones cae señalar las superaleaciones usadas en turbinas de gas de aviación. Se utiliza en los imanes, las cintas magnéticas, el la catálisis del petróleo y la industria química. Además se usa en secantes para pinturas, barnices y tintas y en el recubrimiento base de esmaltes vitrificados. En pigmentos, electrodos de baterías eléctricas, cables de acero de neumáticos. El Co-60 se usa en radioterapia, esterilización de alimentos y radiografía industrial para el control de calidad.
MOLIBIDENO(No)
Se utiliza pues en aleaciones de alta resistencia y que soporten temperaturas y corrosiones sumamente altas. Estas aleaciones se usan en la construcción y en piezas de aviones y automóviles. Además se usa como catalizador en la industria petrolera, en concreto para la eliminación del azufre. También se emplea en la industria de isótopos nucleares; en distintos pigmentos, para pinturas, plásticos, tintes, plásticos y compuestos de caucho, etc.
WOLFRAMIO
Se suele emplear en los filamentos de las lámparas incandescentes, en los alambres de los hornos eléctricos, en las puntas de los bolígrafos, en la producción de aleaciones de acero duras y resistentes. En la Segunda Guerra Mundial se usó para blindar la punta de los proyectiles anti-tanque. También se usa para la fabricación de dardos, concretamente en los barriles de los dardos, en aleación con níquel, y en una proporción desde el 80% al 97%. En los últimos años se ha utilizado para la fabricación de joyas como brazaletes, anillos y relojes con una gran aceptación por quienes lo usan.
VANADIO(V)
Aproximadamente el 80% producido se emplea como ferro vanadio o como aditivo en aceros. También se utiliza en acero inoxidable usado en instrumentos quirúrgicos y herramientas, en aceros resistentes a la corrosión, y mezclado con aluminio en aleaciones de titanio empleadas en motores de reacción. Además, en aceros empleados en ejes de ruedas y cigüeñales, engranajes, y otros componentes críticos. Es un importante estabilizador de carburos en la fabricación de aceros. Se emplea en algunos componentes de reactores nucleares. Forma parte de algunos imanes superconductores.
NO FERROSOS
COBRE(Cu)
Es un metal muy utilizado en centenares de procesos industriales en todo el mundo. En forma de hojalata, se usa como capa protectora para recipientes de cobre, de otros metales utilizados para fabricar latas, y artículos similares. El estaño es importante en las aleaciones comunes de bronce (estaño y cobre), en la soldadura (estaño y plomo) y en el metal de imprenta (estaño, plomo y antimonio). También se usa aleado con titanio en la industria aerospacial.
ALUMINO(Al)
Por su elevada conductividad del calor, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna. Solamente presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un tamaño dado, pero pesa menos de la mitad. Un alambre de aluminio de conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia, y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más. El metal es cada vez más importante en arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales.
MERCURIO(Hg)
PLATA(Ag)
PLATINO(Pt)
7.EL ACERO
7.1.descubrimiento:
Se desconoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica para obtener hierro a partir de la fusión de minerales. Sin embargo, los primeros restos arqueológicos de utensilios de hierro datan del 3000 a. C. y fueron descubiertos en Egipto, aunque hay vestigios de adornos anteriores. Algunos de los primeros aceros provienen del este de África, cerca de 1400 a. C.3 Durante la dinastía Han de China se produjo acero al derretir hierro forjado con hierro fundido, en torno al siglo I a. C.4 5 También adoptaron los métodos de producción para la creación de acero wootz, un proceso surgido en India y en Sri Lanka desde aproximadamente el año 300 a. C. y exportado a China hacia el siglo V. Este temprano método utilizaba un horno de viento, soplado por los monzones.6 7 También conocido como acero Damasco, era una aleación de hierro con gran número de diferentes materiales, incluyendo trazas de otros elementos en concentraciones menores a 1000 partes por millón o 0,1 % de la composición de la roca.
La Edad del Hierro es el período en el cual se descubre y populariza el uso del hierro como material para fabricar armas y herramientas. En algunas sociedades antiguas, las tecnologías metalúrgicas necesarias para poder trabajar el hierro aparecieron en forma simultánea con otros cambios tecnológicos y culturales, incluyendo muchas veces cambios en la agricultura, las creencias religiosas y los estilos artísticos, aunque este no ha sido siempre el caso.
La Edad de Hierro se dio aproximadamente cuando su producción se constituyó en la forma más sofisticada de la metalurgia. Si bien requiere una alta temperatura de fusión, su dureza y la abundancia de fuentes de mineral de hierro lo convirtieron en un material mucho más deseable y barato de obtener que el bronce, lo que contribuyó de forma decisiva a su adopción como el metal más usado.
Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos o a los métodos de endurecimiento por acritud, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas características genéricas
Densidad Media: 7850 kg/m3
Comportamiento respecto a la Temperatura: se puede contraer, dilatar o fundir.
Punto de Fusión: depende del tipo de aleación, pero al ser su componente principal el hierro éste anda alrededor de los 1510 ºC. Sin embargo los aceros aleados presentan frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1375 ºC.
Punto de Ebullición: alrededor de los 3000 ºC.
Es muy tenaz
Es Dúctil: esta propiedad permite obtener alambres
Es Maleable: es posible deformarlo hasta obtener láminas
Es fácil de mecanizar: para un posterior tratamiento térmico
Fácilmente soldable
Dureza variable según el tipo de elementos de aleación
Es Maleable: es posible deformarlo hasta obtener láminas
Es fácil de mecanizar: para un posterior tratamiento térmico
Fácilmente soldable
Dureza variable según el tipo de elementos de aleación
Templable o endurecible por tratamientos térmicos.
La Corrosión: es la mayor desventaja de los aceros, ya que el acero se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Además de con elementos de aleación, prueba de ello son los aceros inoxidables.
La Corrosión: es la mayor desventaja de los aceros, ya que el acero se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Además de con elementos de aleación, prueba de ello son los aceros inoxidables.
Alta Conductividad Térmica y Eléctrica
7.5.Estructura cristalográfica acero
Las diferentes estructuras del acero dependen de la temperatura y el porcentaje de carbono que contenga
Debajo de 723 C :
• Ferrita (Fe)
• Grafito (C)
• Cementita (Fe3C)
• Perlita
Arriba de 723 C :
• Austenita
• Ledeburita
• Mertensita (Austenita
retenida)
• Estructuras resultantes de tratamientos térmicos:
• Sorbita
• Stelita
• Bainita
• Troostit
• Aceros de bajo contenido de carbono (aceros estructurales) 0.003-0.89% de C, hipoeutectoide (ferrita+perlita)
• Aceros de alto contenido de acero (aceros de herramientas) 0.89-1.76% de C, hipereutectoide (perlita+cementita)
• Fundición de hierro 1.76-6.65% de C: 1.76-4.26% de C hipoeutectica 4.26-6.65% de C hipereutectica
7.6.Colores del acero en función de la temperatura
Colores del revenido:
Es el primer cambio que se aprecia en un acero (si está pulido) al calentarlo, y corresponde a diferentes capas de oxidación que ocurren a diferentes temperaturas. Estos colores van cambiando a medida que se calienta el metal, sin embargo no se revierten al enfriarlos. Vale decir, un metal que se calentó a cierta temperatura va a teñirse de un cierto color, y al enfriarse sigue conservando ese color, hasta que se vuelva a pulir el metal. Aquí va una lista con los diferentes colores del revenido en función de la temperatura correspondiente:
200°C: Sin color
220°C: amarillo claro
230°C: amarillo
240°C: amarillo oscuro
255°C: bruno amarillento
265°C: bruno rojizo
275°C: rojo púrpura
285°C: violeta
295°C: azul oscuro
310°C: azul claro
325°C: gris
330°C: se pierde nuevamente el color
Otra cosa es el brillo del metal, el cual corresponde a la radiación del espectro electromagnético del material, emisión de energía en forma de luz producto de los saltos electromagnéticos de los electrones. Cada elemento tiene frecuencias específicas y definidas de brillo (De hecho, en eso se basa la espectrometría de emisión atómica, basándose en qué frecuencias emite un material, comprobar que elemento es). Sin embargo, a rasgos generales (a simple vista) todos los elementos emiten luz aproximadamente en los mismos colores a las mismas temperaturas.
650°C comienza el rojo oscuro
700°C rojo oscuro
800°C rojo cereza
900°C rojo claro
1000°C salmón
1100°C naranja
1200°C amarillo limón
1300°C blanco
8.EL ALUMINIO
8.1.Descubrimiento
Hans Christian Oersted (1777-1851) fue el primero capaz de aislar el aluminio en el año 1825, aunque no totalmente puro, y por tanto se pone en duda su logro. Oersted ideó la reacción de una amalgama de potasio sobre cloruro de aluminio, después del cambio, destiló en vacío la nueva amalgama para eliminar el mercurio. En 1827 Friedrich Wöhler (1800-1882) es el primero en conseguir claramente y de manera repetida la separación del aluminio por reducción del cloruro de aluminio por el potasio. Obtiene un polvo gris de de aluminio, el cual tiene presencia de óxidos y otras impurezas que impiden recogerlo en una sola masa. Después de mejorar su método, Wöhler conseguía ya en 1845, pequeños glóbulos de un metal suficientemente puro para describir correctamente las propiedades del aluminio.
8.2.Procedencia mineralógica aluminio
Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrolisis. Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2700 kg/m³) y su alta resistencia a la corrosión.
8.3.Características del aluminio
El aluminio es un metal ligero, blando pero resistente, de aspecto gris plateado. Su
densidad es aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre. Es muy maleable y
dúctil y es apto para el mecanizado y la fundición.
Debido a su elevado calor de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa
superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene
el proceso de oxidación proporcionándole resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta
capa protectora puede ser ampliada por electrolisis en presencia de oxalatos.
El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos
(formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión
[Al(OH)4] liberando hidrógeno.
8.4.Estructura cristalográfica
Tanto el aluminio como sus aleaciones tienen una estructura cristalina centrada en la cara lo que lo hace altamente estable hasta que se fusiona a los 660.32ºC. Estas propiedades lo convierten en un metal fácil de cambiar su forma y soldar,
El aluminio no se inflama instantáneamente por lo que tiene numerosas aplicaciones en materiales inflamables o explosivos.
7.5.Estructura cristalográfica acero
Las diferentes estructuras del acero dependen de la temperatura y el porcentaje de carbono que contenga
Debajo de 723 C :
• Ferrita (Fe)
• Grafito (C)
• Cementita (Fe3C)
• Perlita
Arriba de 723 C :
• Austenita
• Ledeburita
• Mertensita (Austenita
retenida)
• Estructuras resultantes de tratamientos térmicos:
• Sorbita
• Stelita
• Bainita
• Troostit
• Aceros de bajo contenido de carbono (aceros estructurales) 0.003-0.89% de C, hipoeutectoide (ferrita+perlita)
• Aceros de alto contenido de acero (aceros de herramientas) 0.89-1.76% de C, hipereutectoide (perlita+cementita)
• Fundición de hierro 1.76-6.65% de C: 1.76-4.26% de C hipoeutectica 4.26-6.65% de C hipereutectica
7.6.Colores del acero en función de la temperatura
Colores del revenido:
Es el primer cambio que se aprecia en un acero (si está pulido) al calentarlo, y corresponde a diferentes capas de oxidación que ocurren a diferentes temperaturas. Estos colores van cambiando a medida que se calienta el metal, sin embargo no se revierten al enfriarlos. Vale decir, un metal que se calentó a cierta temperatura va a teñirse de un cierto color, y al enfriarse sigue conservando ese color, hasta que se vuelva a pulir el metal. Aquí va una lista con los diferentes colores del revenido en función de la temperatura correspondiente:
200°C: Sin color
220°C: amarillo claro
230°C: amarillo
240°C: amarillo oscuro
255°C: bruno amarillento
265°C: bruno rojizo
275°C: rojo púrpura
285°C: violeta
295°C: azul oscuro
310°C: azul claro
325°C: gris
330°C: se pierde nuevamente el color
Otra cosa es el brillo del metal, el cual corresponde a la radiación del espectro electromagnético del material, emisión de energía en forma de luz producto de los saltos electromagnéticos de los electrones. Cada elemento tiene frecuencias específicas y definidas de brillo (De hecho, en eso se basa la espectrometría de emisión atómica, basándose en qué frecuencias emite un material, comprobar que elemento es). Sin embargo, a rasgos generales (a simple vista) todos los elementos emiten luz aproximadamente en los mismos colores a las mismas temperaturas.
650°C comienza el rojo oscuro
700°C rojo oscuro
800°C rojo cereza
900°C rojo claro
1000°C salmón
1100°C naranja
1200°C amarillo limón
1300°C blanco
8.EL ALUMINIO
8.1.Descubrimiento
Hans Christian Oersted (1777-1851) fue el primero capaz de aislar el aluminio en el año 1825, aunque no totalmente puro, y por tanto se pone en duda su logro. Oersted ideó la reacción de una amalgama de potasio sobre cloruro de aluminio, después del cambio, destiló en vacío la nueva amalgama para eliminar el mercurio. En 1827 Friedrich Wöhler (1800-1882) es el primero en conseguir claramente y de manera repetida la separación del aluminio por reducción del cloruro de aluminio por el potasio. Obtiene un polvo gris de de aluminio, el cual tiene presencia de óxidos y otras impurezas que impiden recogerlo en una sola masa. Después de mejorar su método, Wöhler conseguía ya en 1845, pequeños glóbulos de un metal suficientemente puro para describir correctamente las propiedades del aluminio.
8.2.Procedencia mineralógica aluminio
Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrolisis. Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2700 kg/m³) y su alta resistencia a la corrosión.
8.3.Características del aluminio
El aluminio es un metal ligero, blando pero resistente, de aspecto gris plateado. Su
densidad es aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre. Es muy maleable y
dúctil y es apto para el mecanizado y la fundición.
Debido a su elevado calor de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa
superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene
el proceso de oxidación proporcionándole resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta
capa protectora puede ser ampliada por electrolisis en presencia de oxalatos.
El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos
(formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión
[Al(OH)4] liberando hidrógeno.
8.4.Estructura cristalográfica
Tanto el aluminio como sus aleaciones tienen una estructura cristalina centrada en la cara lo que lo hace altamente estable hasta que se fusiona a los 660.32ºC. Estas propiedades lo convierten en un metal fácil de cambiar su forma y soldar,
El aluminio no se inflama instantáneamente por lo que tiene numerosas aplicaciones en materiales inflamables o explosivos.
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