Metales - Escuela Técnica Raggio

Escuelas Técnicas Raggio Tecnología de los materiales- Mec 4° 1°

Nahuel Conqueira Correia Lima 1

Metales

Metales ferrosos

Aceros Aceros normalizados SAE-AISI: AISI significa American Iron and Steel Institute (Instituto Americano del hierro y el acero) mientras que SAE tiene como significado Society of Automotive Engineers (Sociedad Norteamericana de Ingenieros Automotores). Por la inmensa variedad de aceros que pueden obtenerse según su porcentaje de carbono y sus distintas aleaciones se han clasificado mediante nomenclaturas según la norma para identificarlos y designarlos. La SAE emplea, a tal fin, números compuestos de cuatro o cinco cifras, según los casos, cuyo ordenamiento caracteriza o individualiza un determinado acero. El significado de dicho ordenamiento es el siguiente: Primera cifra 1 caracteriza a los aceros al carbono Primera cifra 2 caracteriza a los aceros al níquel Primera cifra 3 caracteriza a los aceros al cromo-níquel Primera cifra 4 caracteriza a los aceros al molibdeno Primera cifra 5 caracteriza a los aceros al cromo Primera cifra 6 caracteriza a los aceros al cromo-vanadio Primera cifra 7 caracteriza a los aceros al tungsteno Primera cifra 9 caracteriza a los aceros al silicio-manganeso Para aceros al manganeso la característica resulta: 13xx En los aceros simples (un solo elemento predominante), las dos últimas cifras establecen el porcentaje medio aproximado de C en centésimo del 1%, cuando el tenor del mismo no alcanza al 1%.- Por último, la cifra intermedia indica el porcentaje o, en forma convencional, el contenido preponderante de la aleación, tal el caso de los aceros al Cr-Ni, en los que la segunda cifra corresponde al % de Ni. Mediante el número SAE, los aceros al carbono, de hasta 1% de C, pueden ser fácilmente identificados; así un SAE 1025 indica: Primera cifra 1 acero al carbono. Segunda cifra 0 ningún otro elemento de aleación predominante. Ultimas cifras 25 0,25% de carbono medio aproximado de carbono. La composición química porcentual de los aceros que corresponden a esta designación es:

C = 0,22-0,28 %; Mn = 0,30-0,60 %; S = 0,05 % máx.; P = 0,04 % máx.

Donde puede observarse que el manganeso (Mn), azufre (S) y el fósforo (P) no son considerados como factores capaces de dotar a la aleación de



propiedades especiales, por no alcanzar el porcentaje mínimo de 1,5 %, 0,08 % y 0,1 %, respectivamente, requerido para ello. Para ampliar la gama de aceros posibles de clasificar, la SAE los determina, en algunos casos, con cinco cifras, de manera que la segunda y la tercera indiquen el porcentaje del elemento preponderante; así por ejemplo: el acero SAE 71660 resulta al tungsteno con 16 % de W (15 al 18 %) y 0,60 % de C (0,50 al 0,70 %). Aclaramos que, si bien la primera cifra (elemento que le da su nombre a la aleación de acero) y las dos últimas (tenor de carbono) cumplen casi rigurosamente con lo indicado precedentemente, no ocurre lo mismo con la intermedia (segunda y tercera si son cinco), debido a que por necesidad o conveniencia se las elige, algunas veces, en forma arbitraria y de manera que el número completo defina perfectamente a un tipo de acero. En la clasificación SAE se han determinado a los metales de mayor uso en automotores; es por ello que los aceros al carbono sólo tienen designación convencional para aquellos de hasta 1 % y los cuaternarios (Cr-Ni, Cr-Mo, etc.) y complejos (Cr-Ni-Mo, etc.) no responden en sus números, a los vistos, como se verifica en la tabla y ejemplos siguientes. Fundiciones Las fundiciones son aleaciones de hierro carbono con un porcentaje en este último de entre un 1.76% y un 6.67%, si bien en la práctica este margen se reduce hasta un 2 a 4% (fundiciones hipoeutectoides). Contienen además, invariablemente, otros elementos como impurezas tales como silicio, manganeso, etc. En general, tienen aplicaciones limitadas debido a sus propiedades mecánicas, consecuencia de su elevado contenido en carbono que las hace muy duras pero también muy frágiles, además de no poder ser conformadas mediante forja o soldado. Las fundiciones se obtienen fundamentalmente del arrabio y chatarra, llevándose a cabo el proceso de fundición en unos hornos denominados cubilotes. Estos cubilotes consisten en un horno de reducción, con un proceso análogo al del alto horno pero a menor escala, en el que la materia prima, además de coque y fundente, es arrabio y chatarra. El fundido es transportado posteriormente mediante cucharas a los moldes, ya sean de las piezas finales o lingoteras. En comparación con los aceros, las fundiciones presentan una serie de ventajas tales como: Son más económicas, son más resistentes a esfuerzos de compresión, son mecanizables, y presentan mejores coeficientes de absorción de vibraciones mecánicas y acústicas, son resistentes al desgaste, al choque térmico y a la corrosión. Pero presentan las siguientes desventajas: Son materiales más frágiles y quebradizos, no admiten deformaciones por forja ni laminaciones. Las fundiciones se clasifican fundiciones blancas y grises atendiendo al color que presenta su fractura. Mediante tratamientos térmicos posteriores de estas dos aleaciones obtenemos las aleaciones maleables, blanca, negra y perlítica, y las fundiciones nodulares o esferoidales. Además, también podemos obtener fundiciones aleadas cuando además de hierro y carbono se añaden terceros elementos que mejoran las propiedades mecánicas de éstas.



Contracción: Como se ha visto, el metal, al solidificarse, sufre una contracción: en la fundición blanca la contracción es casi igual a la del acero (16 a 18 por 1000). En las fundiciones grises, en las cuales en el momento de la solidificación se segregan las laminillas de grafito ( de peso específico - 2 ) con aumento de volumen de la masa, la contracción final resulta menor ( 10 por 1000); la contracción varia también según los obstáculos mayores o menores que encuentra la colada en el molde. Resistencia a la tracción: La fundición gris tiene una carga de rotura a la tracción que, de cerca de 15 Kg/mm2, llega a los 30, 40 y 45 Kg/ mm2. Las fundiciones aleadas y las esferoidales sobrepasan este límite llegando a cargas que se pueden comparar a las de los aceros de calidad (70 y hasta 80 Kg/ mm2.) en las fundiciones maleables las cargas de rotura son de por lo menos 32 Kg/ mm2, gene realmente en torno a 40 Kg/ mm2. Resistencia a la compresión: La resistencia a la comprensión es mayor, y para las fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de la tracción: por eso, como vemos, es aconsejable someter las piezas de fundición a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción. Resistencia a la flexión: Puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión varia según la orientación de la sección. Resistencia al choque: El choque y la resiliencia son solicitaciones dinámicas, y en su confrontación la fundición se comporta de un modo particular. Las fundiciones grises, resisten no muy bien los choque y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas. Las fundiciones maleables, por el contrario, y las de grafito nodular (fundiciones dúctiles) resisten bien; no obstante, si los choques está 4 contenidos en el límite de seguridad; las fundiciones grises tienen un óptimo comportamiento, por su propiedad característica de amortiguar las vibraciones, por esto (además de por razones económicas) se ha llegado a sustituir los cigüeñales de acero tratado para compresores y para motores de combustión interna, por árboles colados con fundición gris, obteniéndose un funcionamiento más regular más suave y menos ruidoso. Dureza: La dureza de la función es relativamente elevada. La fundición gris tiene una dureza de 140 a 250 Brinell, se puede mecanizar fácilmente, porque la viruta se desprende mejor y por la presencia de grafito liberado, que lubrica el paso de la viruta sobre el corte de la herramienta, l a Viruta es siempre escamosa, excepto en las fundiciones maleables y en las de grafito nodular. Las



fundiciones blancas tienen una dureza superior a 350 a 400 Brinell. Hasta cerca de 550 Brinell se pueden mecanizar con herramientas de carburo; más allá, requieren la muela de esmeril Resistencia química: La fundición tiene una discreta resistencia química, es decir, a los ácidos, a los álcalis, a las oxidaciones y al fuego. Por esto se hacen elementos para máquinas e instalaciones químicas y elementos para máquinas e instalaciones térmicas (parrillas, por ejemplo, calderas, etc.). Otras propiedades: La fundición no es dúctil, no es maleable (en el verdadero sentido de la palabra); se puede soldar al latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco, el metal de aporte (acero o fundición) adquiere una elevada dureza y sólo con alguna dificultad puede ser trabajado. La fundición puede recibir baños galvánicos (ser niquelada, por ejemplo), ser galvanizada en caliente, estañada y esmaltada al fuego (piezas de uso doméstico y para la industria química). Fundición Gris: Son las más empleadas e importantes, y se caracterizan por el color grisáceo de su fractura debido a que el carbono, en un porcentaje de 2.5 a 4%, se encuentra en forma de grafito, distribuido en finas láminas. Al contrario que las fundiciones blancas, las grises se ven favorecidas por la presencia de silicio, el cual puede intervenir hasta en un 4%. Este silicio se comporta, en muchos aspectos, como carbono, y así se puede hablar de carbono equivalente como la suma del carbono total más el silicio que se comporta como él. La presencia de grafito en finas láminas determina las propiedades de las fundiciones grises. Así, son materiales muy frágiles, que no pueden conformarse por forja o soldado, pero si son muy maleables y poseen una buena capacidad de absorción de vibraciones. Además, la presencia del grafito le hace tener muy buena resistencia al desgaste por fricción ya que éste actúa de lubrificante. Se emplean en la fabricación de elementos robustos, pero poco sometidos a fatiga y esfuerzos, tales como contrapesos, bases o pedestales para máquinas- herramientas, bastidores para maquinaria pesada, blocks de para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas, entre otras. Fundición Blanca: Esta fundición presenta una fractura blanca y su mircroestructura no manifiesta grafito. La mayoría de las fundiciones blancas contienen entre 2,5 y 3 % de carbono, del 0,8 a 1,25 % de silicio, y se obtienen al lograr un enfriamiento rápido a fin de evitar que el carbono forme grafito. Son muy duras y frágiles. Generalmente se las utiliza en piezas que luego por tratamiento térmico serán convertidas en fundición maleable. O bien en piezas que han de sufrir mucho desgaste superficial por fricción, generalmente limitándola a una parte de la sección y el resto es de fundición gris (llamada fundición congelada). La fundición congelada se emplea generalmente para ruedas de vagones, zapatas de freno, donde el exterior



que será sometido a desgaste por fricción es de fundición blanca y su núcleo es de fundición gris. Fundición Maleable: Las fundiciones maleables se obtienen mediante tratamientos térmicos de las fundiciones blancas. Se aplica un tratamiento térmico de recocido que consiste en introducir la pieza en un recipiente cerrado, recubierta de un material oxidante que suele ser óxido de hierro y someterla a un calentamiento, a uno 900º - 1.000ºC, durante unos 10 días, para finalmente enfriar la pieza lentamente. Así, presentan cierta ductilidad y maleabilidad, es decir, posibilidad de deformación, y menor fragilidad pero manteniendo la tenacidad. Se emplean para la fabricación de piezas de formas complejas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos como elementos de conexión hidráulica, manivelas, etc. Fundición Nodular: Es una fundición de tipo maleable, en la que el grafito se presenta bajo forma de nódulos redondeados, de ahí su nombre, y que se obtiene a partir de la fundición gris aún en estado fundido. El método de obtención consiste en la adición de magnesio a la colada de fundición gris. En el momento de verter la colada se añade silicio con objeto de detener la acción del magnesio, que parece ser la de inhibir la formación inicial de grafito, el cual cristalizará rápidamente formando los nódulos. De esta forma, se obtiene un material más dúctil, con buenas propiedades mecánicas y que puede templarse.

Metales no ferrosos

De todos los metales y aleaciones utilizados para la industria, aproximadamente el 20% corresponde a los no ferrosos. Muy pocos se emplean en estado de metal prácticamente puro. En este sentido se puede mencionar el cobre electrolítico, cuya elevada conductividad lo hace apto para prestaciones exigentes en la conducción de electricidad. También se encuentran en esta categoría algunos metales nobles, como la plata y el oro, empleados en aplicaciones de electrónica y otros como el platino, utilizados en la manufactura de catalizadores para la industria química y petroquímica. Sin embargo, la mayor parte de los usos de metales no ferrosos a escala industrial es bajo la forma de diferentes aleaciones. La variedad de combinaciones que se pueden realizar permiten cubrir las prestaciones mecánicas y físicas y las propiedades químicas necesarias para fabricar una gran variedad artículos útiles para la industria y la sociedad. Algunas de las características distintivas de las aleaciones no ferrosas son la adecuada resistencia a distintos tipos de esfuerzos mecánicos, el buen comportamiento frente a la corrosión, la elevada conductividad eléctrica y maquinabilidad. Aluminio El mineral del cual se extrae el aluminio, comúnmente llamado bauxita, es abundante y se encuentra principalmente en áreas tropicales y subtropicales: África, Antillas, América del Sur y Australia. Hay también algunas minas de bauxita en Europa. La bauxita se refina para obtener óxido de aluminio (alúmina) y luego a través de un proceso electrolítico ser reducida a aluminio



metálico. Las plantas de producción de aluminio primario están localizadas por todo el mundo, por lo general en áreas donde hay abundantes recursos de energía eléctrica barata. Se requieren de dos a tres toneladas de bauxita para producir una tonelada de alúmina. Se necesitan aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio.



Hay numerosos depósitos de bauxita, principalmente en las regiones tropicales y subtropicales, así como también en Europa. La bauxita es generalmente extraída por un sistema de minería a cielo abierto, aproximadamente a unos 4-6 metros de profundidad de la tierra. De acuerdo a información relevada por el Internacional Aluminium Institute, una mina de bauxita tipo emplea aproximadamente 200 personas por cada millón de toneladas/años de bauxita producida o aproximadamente 11 personas por hectárea. Por lo general estas minas ofrecen empleos relativamente bien remunerados y las compañías mineras tienden a proporcionar ayuda a sus comunidades vecinas. Hay atractivas razones comerciales y sociales para promover el desarrollo de una mina de bauxita. La compañía minera quiere el mineral para su uso o venta, mientras que los gobiernos nacionales aprueban el desarrollo de las minas, no sólo por motivos de empleo y sociales sino también por los ingresos que obtienen de estas compañías mineras. Tales razones son complementadas, según últimos estudios llevados a cabo por el International Aluminium Institute, por una mayor concientización de las compañías mineras en cuanto a los factores ambientales. Las áreas de explotación están siendo restauradas a una condición del medio ambiente estable, el 90 % de compañías consultadas ya tiene un plan de rehabilitación en el lugar. Cada vez más, las compañías mineras están comprometidas con temas del medio ambiente. La explotación de bauxita es acompañada por una rehabilitación de tierra y control ambiental a fin de restaurar el área, de acuerdo a una condición ambiental sostenible. La alúmina es un material de color blanco tiza de consistencia similar a la arena fina. La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es vital para la producción de aluminio–se requieren aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio. En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son removidos. Se los conoce comúnmente como "barro rojo". En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en soda cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son removidos. Se los conoce comúnmente como "barro rojo". La industria del aluminio primario utiliza la alúmina fundamentalmente como materia prima básica para la producción del aluminio. Además, la alúmina se utiliza de manera complementaria para:



1. Aislante térmico para la parte superior de las cubas electrolíticas. 2. Revestimiento de protección para evitar la oxidación de los ánodos de carbón. 3. Absorción de las emisiones provenientes de las cubas.

Producción de Alúmina: La solución de aluminato de sodio clarificada es bombeada dentro de un enorme tanque llamado precipitador. Se añaden finas partículas de alúmina con el fin de inducir la precipitación de partículas de alúmina puras, una vez que el líquido se enfría. Las partículas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y luego son sometidas a 1100°C en un horno o calcinador, a fin de eliminar el agua que contienen, producto de la cristalización. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La soda cáustica es devuelta al comienzo del proceso y usada nuevamente.



El proceso para obtener alúmina pura de la bauxita ha cambiado muy poco desde finales del siglo XIX. El Proceso Bayer puede ser considerado en tres etapas: Extracción: El hidrato de alúmina es selectivamente removido de los otros óxidos (insolubles) disolviéndolo en una solución de hidróxido de sodio (soda cáustica): Al2O3.xH2O + 2NaOH ---> 2NaAlO2 + (x+1)H2O El proceso es mucho más eficiente cuando el mineral es reducido a un tamaño de partícula mucho más pequeño que antes de la reacción. Esto se logra a través de la molienda del mineral pre-lavado. Este es entonces enviado a un asimilador de alta presión. Las condiciones dentro del digestor (concentración, temperatura y presión) varían según las propiedades de la bauxita utilizada. Aunque las temperaturas más altas son teóricamente favorables, éstas producen varias desventajas incluyendo problemas de corrosión y la posibilidad de que se encuentren otros óxidos (además de la alúmina) disueltos en el líquido cáustico. Las plantas modernas operan entre unos 200 y 240° C y pueden implicar presiones de aproximadamente 30atm. Después de la extracción, el líquido (conteniendo Al2O3 disuelto) debe ser separado del residuo de bauxita insoluble, purificado tanto como sea posible y filtrado, antes de ser depositado en el precipitador. El barro es espesado y lavado de modo que la soda cáustica pueda ser removida y reciclada. Precipitación El trihidrato de alúmina cristalino, denominado "hidrato", es precipitado a partir del licor del digestor: 2NaAlO2 + 4H2O ---> Al2O3.3H2O + 2NaOH Este es básicamente lo opuesto del proceso de extracción, salvo que aquí la naturaleza del producto puede ser controlada por diferentes condiciones de la planta. Los cristales de hidrato son entonces clasificados en fracciones por tamaño e introducidos dentro de un horno de rotativo o un lecho fluidificado para su calcinación. Calcinación: El hidrato se calcina para extraer el agua y formar alúmina para el proceso de producción del aluminio. 2A1 (OH)3 ---> A12O3 + 3H2O El proceso industrial de obtención de aluminio, denominado proceso Hall-Heroult, consiste en la electrólisis de alúmina (óxido de aluminio) disuelta en una mezcla de sales fundidas o baño electrolítico. Esta mezcla se mantiene permanentemente en estado líquido a una temperatura de 960°C.



El reactor donde se desarrolla el proceso, usualmente conocido como celda o cuba de electrólisis, es un recipiente de aproximadamente y dependiendo de la tecnología de producción utilizada, 4.5 m de ancho por 8.5 m de largo por 1.5 m de altura, conformado por carbón y material refractario, soportados externamente por una rígida estructura de acero. En dicho reactor pueden distinguirse desde arriba hacia abajo cuatro elementos constitutivos bien diferenciados: ánodos de carbón (polo positivo); mezcla de sales fundidas; aluminio líquido y cátodos de carbón (polo negativo). En este sistema la corriente eléctrica continua circula desde el ánodo hacia el cátodo. Al atravesar el baño electrolítico la corriente produce la descomposición de la alúmina disuelta en aluminio metálico y oxígeno. El aluminio metálico obtenido se deposita en el fondo de la cuba, mientras que el oxígeno generado consume el carbón de los ánodos produciendo dióxido de carbono. La planta de Aluar cuenta a la fecha con un total de 784 cubas que le posibilitan a la empresa alcanzar una capacidad instalada de 460.000 toneladas anuales. Dicho número de cubas se distribuye en 8 naves o salas de electrólisis de aproximadamente 500 metros de longitud cada una. Periódicamente, el aluminio obtenido en cada celda de electrólisis se extrae de la misma por succión, utilizando para el transporte recipientes térmicamente aislados de 6 toneladas de capacidad. Estos recipientes se trasladan a las 3 salas de fundición con que cuenta la planta industrial, donde el metal líquido se solidifica en diferentes aleaciones y formatos que constituyen los productos finales del proceso. Las series de cubas: Las cubas son organizadas en series dentro de la planta de producción de aluminio. Las series de cubas más modernas, tienden a tener las cubas colocadas “lado a lado” y la mayoría de las tareas de mantenimiento se llevan a cabo usando puentes grúas multiuso, (algunas tareas deben realizarse regularmente), como por ejemplo el cambio de los ánodos, la remoción del producto terminado etc. La cuba: Una cuba consta de dos partes principales:

1. Un bloque de carbono el cuál se ha obtenido a partir de una mezcla de coque y brea. Este bloque actúa como ánodo (o electrodo positivo).: 2. El cátodo (o electrodo negativo) que comprende un cajón de acero rectangular asentado sobre hormigón, que contiene un crisol carbonoso sobre el cual descansa el aluminio líquido.

Entre el ánodo y el cátodo hay un espacio donde se encuentra el electrolito. Este se encuentra en estado líquido a 960°C. Se le agrega la alúmina refinada que se disuelve entonces en el electrolito fundido. El electrolito: El electrolito usado es la criolita, que es el mejor solvente para la alúmina. Para mejorar la performance de las cubas, se agregan otros componentes como el fluoruro de aluminio y el fluoruro de calcio (utilizados para bajar el punto de solidificación del electrolito).



El ánodo: El carbón o coque calcinado, utilizado para producir los ánodos que se consumen durante la electrólisis, es un subproducto de la refinación del petróleo. El coque calcinado utilizado en la planta de ALUAR proviene del complejo petroquímico ubicado en la ciudad de Ensenada de la provincia de Buenos Aires. A partir de este material, ALUAR fabrica sus propios ánodos en instalaciones específicas de su planta de Puerto Madryn. Los ánodos de carbono utilizados en el Proceso Hall Héroult, se consumen durante la electrólisis. Los ánodos precocidos se forman separadamente, usando partículas de coque aglutinadas con brea y cocinadas en un horno. Una vez que estos ánodos se consumen hasta una cierta altura deben ser cambiados. El cátodo: El cátodo consiste en un armazón de grafito incrustado en barras de acero para realizar la conexión eléctrica. Durante el proceso el aluminio líquido funciona como cátodo. Generalmente la vida útil de un cátodo es de 1.500 a 3.000 días.

La mayoría de las aplicaciones del aluminio requieren que se lo combine con otros metales para formar aleaciones específicas para cada proceso de fabricación. Los principales metales usados como aleantes son el silicio, el zinc, el cobre, el magnesio y el manganeso. Una vez obtenida la aleación deseada, el aluminio puede ser procesado de la siguiente manera Laminación Aleaciones Fundición Extrusión Estos procesos pueden a su vez ser combinados con otros procesos industriales como el pintado, el anodizado, la soldadura, el forjado, entre otros.

http://www.aluar.com.ar/es/aluminio.php?id_categoria=65






Además, una vez alcanzada su forma final, las propiedades del producto pueden ser modificadas mediante tratamientos térmicos. La gran variedad de procesos industriales a los cuales es posible someter al aluminio explican la enorme cantidad de aplicaciones de este metal. El aluminio se procesa en primera instancia en laminadores en caliente para luego ser transferido a laminadores en frío. Laminadores en caliente: Previo al proceso de laminación, el aluminio tiene forma de un gran lingote o placa. Este lingote es calentado hasta unos 500ºC y pasado repetidas veces por este primer tipo de laminadores. Este proceso reduce gradualmente el espesor del lingote hasta unos 6mm, y una vez finalizado, el aluminio es enfriado y transportado a los laminadores en frío para su posterior tratamiento. Laminadores en frío: Hay una gran diversidad de laminadores en frío. Grande también es la gama de productos que se obtienen, que llegan hasta espesores de 0.05mm. En general, el tipo de producto depende de la aleación utilizada, el proceso de deformación vía laminación y el tratamiento térmico aplicado al producto, ajustando así sus propiedades mecánicas y físicas. Productos: Los productos pueden ser agrupados en grandes categorías: laminados finos y laminados gruesos. Entre los primeros, se puede distinguir el foil del resto de los laminados finos. El foil tiene un espesor menor a los 0.2mm y es utilizado por lo general en la industria de packaging en envases o coberturas. También se lo utiliza en aplicaciones eléctricas, y como componente en aislamientos térmicos. El resto de los laminados finos, con espesores entre 0.2mm y 6mm se aplican de manera muy diversa en el sector de la construcción (sea en revestimientos o techos). También tienen como destino el sector de transporte (paneles laterales y estructuras de automotores, barcos y aviones). Los laminados gruesos tienen un espesor superior a los 6mm. Suele ser utilizado también en estructuras de aviones, vehículos militares y componentes estructurales de puentes y edificios. Los productos pueden ser agrupados en grandes categorías: laminados finos y laminados gruesos. Entre los primeros, se puede distinguir el foil del resto de los laminados finos. El foil tiene un espesor menor a los 0.2mm y es utilizado por lo general en la industria de packaging en envases o coberturas. También se lo utiliza en aplicaciones eléctricas, y como componente en aislamientos térmicos. El resto de los laminados finos, con espesores entre 0.2mm y 6mm se aplican de manera muy diversa en el sector de la construcción (sea en revestimientos o techos). También tienen como destino el sector de transporte (paneles laterales y estructuras de automotores, barcos y aviones). Los laminados gruesos tienen un espesor superior a los 6mm. Suele ser utilizado también en estructuras de aviones, vehículos militares y componentes estructurales de puentes y edificios.



El rango de propiedades del aluminio es amplio y se potencia por la diversidad de aleaciones comercialmente disponibles. La composición de esas aleaciones está regulada por clasificaciones internacionales. Cada una de aquellas se describe por un conjunto de cuatro dígitos, con letras y números adicionales que indican el temple de la aleación. Por ejemplo, 6082-T6 es una aleación de resistencia media basada en la familia de productos de aluminio-magnesio-silicio.

1XXX Aluminio de pureza mínima de 99%

2XXX Aleaciones de aluminio y cobre

3XXX Aleaciones de aluminio y manganeso

4XXX Aleaciones de aluminio y silicio

5XXX Aleaciones de aluminio y magnesio

6XXX Aleaciones de aluminio, magnesio y silicio

7XXX Aleaciones de aluminio, zinc y magnesio

8XXX Otras aleaciones

Las aleaciones de aluminio pueden ser divididas principalmente en dos grupos, según el tipo de proceso en que son utilizadas: las aleaciones para trabajado mecánico (extrusión, forja, laminación, etc.) y las aleaciones de moldeo (colada de piezas). Además, ambos grupos contienen ciertas aleaciones que pueden endurecerse mediante tratamientos térmicos y otras que no son susceptibles de endurecimiento al tratarlas térmicamente. Los productos fundidos y moldeados tienen una amplia variedad de aplicaciones:

resistencia a la corrosión son condiciones indispensables hogar.

Se reconocen dos métodos básicos de fundición: moldeo en arena y moldeo en coquilla (molde permanente) Los productos extruidos de aluminio, conocidos como "perfiles", son confeccionados a partir de cilindros de aluminio llamados barrotes. Los barrotes se encuentran disponibles en variados tamaños, aleaciones, tratamientos térmicos y dimensiones, dependiendo de los requerimientos del usuario. El proceso de extrusión se caracteriza por hacer pasar a presión el aluminio a través de una matriz para obtener el perfil deseado. Esto es posible tras haber calentado los barrotes a utilizar a una temperatura cercana a los 450-500°C y haberles aplicado una presión de 500 a 700 MPa (equivalente a la presión registrada en el fondo de un tanque de agua de unos 60km de altura). El metal precalentado es impulsado dentro de la prensa y forzado a salir por la matriz, obteniéndose así, el perfil extruido. El proceso de extrusión lleva la temperatura de las prensas a unos 500ºC y la temperatura de salida es cuidadosamente controlada para conservar las propiedades mecánicas, una alta calidad en la superficie de los productos terminados y una elevada productividad.



La prensa de extrusión: La prensa genera la fuerza necesaria para forzar el paso del aluminio precalentado a través de la matriz. Consiste fundamentalmente en:

· Un depósito donde se aloja el barrote a ser extruido · El cilindro principal que empuja el barrote contra el panel frontal. · Un panel frontal que aloja la matriz. · La matriz, por donde sale el aluminio extruido y que le imprime la forma final al perfil. · Columnas de amarre, con las que se conjugan los componentes descriptos.

Los principios del proceso de extrusión pueden ser observados en el siguiente diagrama.

Aplicaciones: Los productos extruidos son vastamente utilizados en el sector de la construcción, particularmente en ventanas y marcos de puertas, en casas prefabricadas y estructuras de edificios, en techos y cortinas. También son utilizados en automotores, trenes y aviones y en el sector de la náutica. Duraluminio Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. En cambio, unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores.



El duraluminio es una aleación de aluminio con cobre (Cu) (3-5%) y pequeñas cantidades de magnesio (Mg) (0,5-2%), manganeso (Mn) (0,25-1%) y zinc (Zn) (3,5-5%). Cobre El cobre es de todos los metales corrientes el que se emplea en mayor variedad de formas. En la forma más pura se utiliza en aplicaciones eléctricas, pero también es importante por ser el principal componente de muchas aleaciones. El punto de fusión del cobre es 1083 ºC, suelda muy bien, es muy tenaz y dúctil, y la resistencia a la compresión llega a los 60 kg/mm2. El cobre y muchas de sus aleaciones se caracterizan por una conveniente asociación de resistencia mecánica y ductilidad, si bien el trabajo mecánico continuado endurece y fortalece el material con una disminución de la ductilidad, lo cual hace que la deformación continuada resulte progresivamente más difícil. El cobre y sus aleaciones son muy útiles en la técnica y para los variados instrumentos industriales corrientes, y también para las instalaciones químicas. Las propiedades del cobre que inducen a su empleo en estas últimas son: 1) Excelente resistencia a la corrosión para una amplia variedad de agentes solventes; 2) Gran ductilidad, lo que les permite ser moldeado en cualquier forma deseada; 3) Buena resistencia a la tracción, que la mantienen a moderadas temperaturas; 4) Fragilidad en la soldadura según varios modelos. Obtención del cobre: Generalmente se encuentra en forma de mineral de cobre constituido por óxidos o compuestos de azufre. A los minerales de cobre con óxidos pertenecen los minerales de cobre rojos y multicolores; a los minerales de cobre sulfúricos pertenecen los minerales de cobre arenosos. Los minerales de cobre arenosos se someten primeramente a la oxidación, es decir, se calientan en una corriente de aire; durante esta operación e azufre se escapa en forma de anhídrido sulfuroso que se transforma luego en acido sulfúrico. Durante el proceso de fusión (reducción) realizado en un horno de llamas, las demás mezclas contenidas en el mineral de cobre forman parte de la escoria. El producto obtenido se llama cobre negro un contenido de 90 a 95% de cobre. Resulta más simple que con el horno la obtención de cobre en un convertidor semejante al convertidor de Thomas-Bessemer usado en la producción de acero. En el convertidor se sacan del cobre sucio en fusión las mezclas adicionales mediante la insuflación de aire. De este modo se obtiene el cobre de convertidor de un 96 a 98% de pureza. Mediante una reducción posterior en el horno, se obtiene el cobre metalúrgico con un grado de pureza de 99 a 99.9 % (A, B, C, D y F según norma DIN 1708). El cobre todavía más puro se consigue mediante la electrolisis. Placas fundidas de cobre metalúrgico se suspenden en una solución de sulfato de cobre como ánodos. Al hacer pasar la corriente eléctrica el cobre disuelto se deposita sobre cátodos compuestos chapas de cobre electrolítico (cobre E). Las clases de cobre indicadas en la tabla, con excepción del cobre KE, contienen oxigeno. La ausencia de oxigeno se indica con la letra S. Entonces el



símbolo para el cobre D se escribe Cu-SD. Si se requiere cobre capaz de ser soldado, es necesario encargar cobre desoxidado. El suministro de la materia prima de cobre se realiza en forma de bloques, pernos, rollos, planchas, lingotes laminados y el cobre electrolítico se suministra en forma de cátodos.

Extracto de la Norma DIN 1708.

Designación Símbolo Contenido mínimo de Cu en %

Aplicación

Cobre A A-Cu 99,0 Cajas de fuego, pernos.

Cobre B B-Cu 99,25 Aleaciones fundidas y aleaciones con cobre menos del 60% productos laminados, prensados, forjados inclusive pernos.

Cobre C C-Cu 99,5 Barras, caños, chapas, flejes, aleaciones para productos laminados, prensados y forjados. Cobre D D-Cu 99,75

Cobre F F-Cu 99,9

Cobre E (de alta conductividad)

E-Cu ** Para fines electrotécnicos (cobre para conductores)

Cobre electrolítico para cátodos

KE-Cu ** Material de inserción para fusiones de gran pureza

**En el examen de calidad del cobre clase E se debe guiar por la conductibilidad eléctrica. Efecto de las impurezas en el cobre: Las cantidades residuales de impurezas ejercen una influencia, en general, perniciosa en las propiedades del cobre. El bismuto, flúor, selenio y telurio son los que actúan más adversamente en las condiciones de trabajo en frio porque son poco solubles en el cobre y forman fases aisladas que puntos de fusión bajos: la relación de esta circunstancia con el trabajo en caliente es manifiesta y clara. En cambio, ciertos elementos de aleación se añaden con objeto de mejorar algunas de las propiedades básicas del cobre. Aplicaciones del cobre: El cobre se usa en forma de chapas, flejes, barras de sección rectangular, redonda, cuadrada y hexagonal, y en forma de caños. Se emplea en las construcciones de maquinas y aparatos, cajas de fuego. También en forma de chapas delgadas en artefactos de refrigeración, en los aparatos de intercambio térmico, etc. En vista de que el cobre bajo la acción de aire húmedo se cubre de una capa verde de oxido que protege el resto del metal contra la oxidación, este es apto para ser usado en exteriores.



En contacto con ácidos se forma carbonato o acetato de cobre que es toxico. Por eso las partes interiores de vajilla de cobre deben ser estañadas. Con el objeto de ahorrar cobre para recipientes de la industria química se usan chapas de acero cobreadas, es decir, chapas de acero recubiertas con una chapa delgada de cobre. Bronce Es el nombre con el que se denominan toda una serie de aleaciones metálicas que tienen como base el cobre y proporciones variables de otros elementos como estaño, zinc, aluminio, antimonio, fósforo, y otros con el objeto de obtener unas características de dureza superior al cobre. El contenido mínimo de cobre es del 60%. Bronce SAE 62: Es un bronce fuerte, de utilidad general, conveniente para duras condiciones de trabajo y fuertes presiones. Las aplicaciones típicas incluyen los engranajes, casquillos de servicio pesado, guías de válvulas, soportes de arboles de levas, bombas de combustible, casquillos de bielas, pasadores de piston, palancas oscilantes, etc. Bronce SAE 63: Este bronce de utilidad general combina la resistencia con la cualidad de maquinarse fácilmente. Es, en general, apto para casquillos sujetos a fuertes cargas y condiciones duras de trabajo. También se emplea para accesorios sujetos a presiones moderadamente altas de agua o aceite. Bronce SAE-64: Buena resistencia a grandes esfuerzos y vibraciones. Un bronce con excelentes características físicas para el trabajo pesado con excelente característica antifricción por su alto contenido de plomo, (lubricante seco). De gran calidad antifriccional y resistencia a la corrosión y desgaste por su alto contenido de plomo, (lubricante seco). Es mecanizado fácilmente; soporta elevadas temperaturas y velocidades; conduce el calor y la electricidad y es apto para trabajos pesados pues tolera sin dificultades el impacto y la fatiga. Es resistente a presiones, golpes, y vibraciones. Se aconseja usarlo en bujes y cojinetes de laminadoras o equipos pesados con altas cargas y hasta 1000rpm. Puede ser aplicado además en encamisados, prensas, y palas mecánicas.

Composición química de aleaciones de bronces SAE-62/64

Elemento SAE-62 SAE-63 SAE-64

Cobre 86-89 87.5 78-82

Estaño 9-11 10 9-11

Plomo 0.3 1.8 8-11

Zinc 1-3 0.75

Níquel 1 1 0.75



Hierro 0.15 0.15 0.15

Fósforo 0.05 0.05 0.05

Antimonio 0 0.55

Bronce auto-lubricado (SAE 66/660): Este bronce se obtiene por pulvimetalurgia a partir de polvos aleados tratados convenientemente por sinterizado a altas temperaturas en atmósferas controladas. ES un bronce para cojinetes que puede soportar sin deformarse mayormente y sin engranar altas temperaturas. Son aleaciones de excelente cualidad antifricción. Poseen buenas propiedades mecánicas y resistencia al desgaste con cargas medianas y velocidades moderadas. El bronce auto-lubricado posee estas características al retener lubricante en su estructura porosa. No obstante se recomienda no sobrepasar las temperaturas de trabajo máximas aconsejadas para lubricantes de alta viscosidad. Es usado en bujes de motores eléctricos, motores diesel, maquinarias agrícolas y de la industria automotriz, rodillos de cintas transportadoras, respaldos para bujes metalizados, casquillos de pie de biela y bancada de equipos agrícolas, descansos en locomotoras y vagones, bujes de guía para columnas de máquinas inyectoras y sopladoras, prensas, colizas, etc. Composición Química del bronce auto-lubricado: SAE 66: Cu 83/86%; Sn 4,36%; Pb 8/10%; Zn 2%; Ni 1% SAE 660: Cu 81/85%; Sn 6,3/7%; Pb 6/8%; Zn 2/4%; Ni 1% Latón: Aleación de cobre, zinc y plomo, cuya característica es su alta maquinabilidad, al adquirir las propiedades del cobre, su principal componente, se comporta estable a través del tiempo, sin importar las condiciones a las que este expuesto. El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables. El latón, es una aleación que se realiza en crisoles o en un horno de reverbero o de cubilote. Las proporciones de Cobre y Zinc pueden ser variadas para crear un rango de latones con propiedades variables. En los latones industriales el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad, y la capacidad de conformación por fundición, forja, estampación y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos pueden transformarse en láminas de diferentes espesores, varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Un pequeño aporte de plomo en la composición del latón mejora la maquinabilidad porque facilita la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite ralentizar el desgaste de la herramienta de corte.



El latón tiene un color amarillo brillante, con parecido al oro, característica que es aprovechada en joyería, y en el galvanizado de elementos decorativos. Otras aplicaciones de los latones abarcan campos muy diversos, como armamento, calderería, soldadura, fabricación de alambres, tubos de condensadores y terminales eléctricos. Como no es atacado por el agua salada, se usa también en las construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos. El latón no produce chispas por impacto mecánico, una propiedad atípica en las aleaciones. Esta característica convierte al latón en un material importante en la fabricación de envases para la manipulación de compuestos inflamables, cepillos de limpieza de metales y en pararrayos. Latones con 5 a 15% de zinc son fáciles de trabajar en frío, en especial los que tienen alto contenido de zinc. Son dúctiles, pero a menudo resultan ser duros para el maquinado. La resistencia a la corrosión es adecuada. Las aleaciones llamados latón de dorar (5% Zn), bronce comercial(10% Zn), y latón rojo(15% Zn). El primero se utiliza, principalmente, en joyería, tiene las misma ductilidad que el cobre pero mayor resistencia. El bronce comercial, se emplea también en joyería y en la fabricación de piezas forjadas y estampadas. Sus propiedades de maquinado son deficientes, pero tiene excelentes propiedades para el labrado en frío. El latón rojo posee buena resistencia a la corrosión, así como resistencia a las altas temperaturas. Los latones con un porcentaje en cinc por debajo de un 20% se llaman latones rojos, por el color que los caracteriza; son resistentes a la corrosión y a las fisuras. El latón con un contenido en zinc del 34 al 37% se llama latón amarillo, tiene mejores condiciones de fabricación que el rojo pero es menos resistente a la corrosión. Latones con 20% a 36% de zinc en este grupo figuran el latón de bajo zinc (20%), el latón para cartuchos (30%) y el latón amarillo (33% zinc y 67% cobre). El latón pobre en zinc es muy semejante al latón rojo, y se utiliza en artículos que requieren operaciones de estirado profundo. El latón para cartuchos es el que tiene la mejor combinación de ductilidad y resistencia. El latón amarillo es usado para la fabricación de tubos, planchas y cartuchos. Aunque la maleabilidad en caliente del latón amarillo resulta deficiente, se puede usar prácticamente en cualquier otro proceso de fabricación y, por tanto, en una gran variedad de productos. La adición de plomo afecta las propiedades de trabajo en frío y la unión por soldadura. En este grupo se tienen el latón de bajo plomo (32.5%Zn, .5%Pb), el latón de alto plomo (34% Zn, 2%Pb) y el latón de corte libre (35.5%Zn, 3%Pb). El latón de bajo plomo no sólo es fácil de maquinar, sino que tiene además excelentes propiedades para el trabajo en frío. El latón de alto plomo se emplea en la manufactura de piezas de instrumentos diversos, cerraduras y relojes. El latón de corte libre también se utiliza en piezas para tornos automáticos y tiene buena resistencia a la corrosión con excelentes propiedades mecánicas. Latón con 36 a 40% de zinc los latones con más de zinc son menos dúctiles que el latón para cartuchos y no pueden ser trabajados en frío en forma severa.

FERROSOS

(CONTIENEN Fe)

NO

FERROSOS

(NO CONTIENEN Fe)

ACEROS

(Fe+C - contienen desde

0,1% hasta 0,9 % de C)

METALES

FUNDICIONES

(Fe+C - contienen desde

1,80 % hasta 3,80 % de C)

ACEROS

NO ALEADOS

(AL CARBONO)

ACEROS

ALEADOS

(Pueden contener

Cr-Ni-Mo-V-Mn-Si)

FUNDICIONES

BLANCA

(desde 1,8 % a 3 % C)

FUNDICIONES

GRIS

(desde 2,7 % a 3,8 % C)

FUNDICIONES

MALEABLES

(se obtienen por T. Térmico)

FUNDICIONES

MALEABLES

CORAZÓN BLANCO

(2,5% a 3,3% C)

FUNDICIONES

MALEABLES

CORAZÓN NEGRO

(2 % a 2,75 % C)

NO ALEADOS:

COBRE (Cu)

ESTAÑO (Sn)

PLOMO (Pb)

ZINC (Zn)

CROMO (Cr)

NÍQUEL (Ni)

ALUMINO (Al)

TITÁNIO (Ti)

TUNGSTENO (W)

COBALTO (Co)

ALEADOS:

LATÓN (Cu-Zn)

BRONCE (Cu-Sn)

ZAMAK (Zn-Al-Cu)

DURALUMINIO (Al- Cu-Sn)

FUNDICIONES

NODULARES

(agregado de Cesio

o Magnesio)

FUNDICIONES

ALEADAS

(agregado aleantes como

al acero)

Metales - Escuela Técnica Raggio

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