METALES Y ALEACIONES METALES Y ALEACIONES NO FERROSAS: NO FERROSAS:

Producción, propiedades Producción, propiedades generales y aplicacionesgenerales y aplicaciones

Curso: ORGANO DE MAQUINAS Y MECANISMOS

Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles.

ClasificaciónSe pueden clasificar en tres grupos· Pesados: Son aquellos cuya densidad es

igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran en

este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto entre otros.

Ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio.

Ultraligeros: Su densidad es menor a 2 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación.

Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros.

Clasificación de los metales no Clasificación de los metales no ferrososferrosos

Metales y Aleaciones No FerrosasMetales y Aleaciones No FerrosasIncluyen una amplia gama de materiales. Los

más comunes: aluminio, cobre y magnesio, hasta aleaciones de alta resistencia y alta temperatura (tungsteno, tantalio y molibdeno).

Son resistentes a la corrosión, Elevada conductividad térmica y eléctrica,Baja densidad y,Facilidad de fabricación.

Aplicaciones: Aplicaciones: Utensilios de cocina Fuselaje de Aeronave Alambre de cobre para Conductores eléctricos Tubería de cobre para el suministro de agua residencial Láminas de metal para carrocería de autos Titanio para motores a chorro

AluminioAluminioSe produjo por primera vez en 1825Elemento más abundante, aprox. 8% de la corteza

terrestre. Su mineral principal: bauxita (oxido de aluminio)Elevada relación resistencia a peso, resistencia a

la corrosión frente a varios productos químicos, elevada conductividad térmica y eléctrica, su no toxicidad, reflectividad, apariencia y facilidad de conformado.

Lo primero que se debe saber del aluminio: es un metal no ferroso por lo tanto no es posible encontrarlo directamente desde la naturaleza si no que necesita un proceso obtención***Se requieren de dos a tres toneladas de bauxita para producir una tonelada de alúmina. Tbm Se necesitan aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio

***La obtención del aluminio a partir de la bauxita, precisa de gran cantidad de energía, por lo que es importante su reciclado

Clases de aluminio y sus aplicaciones

Usos Principales: Usos Principales: Recipientes y empaques (latas de

aluminio y hoja de aluminio)Edificios y otros tipos de construcciones Transporte (aeronaves, autobuses, autos,

equipo marino) Aplicaciones eléctricas Aparatos domésticos, utensilios de cocina Herramientas portátiles Todo el alambrado de transmisión de alto

voltaje está hecho de aluminio

MAGNESIO MAGNESIO Metal más ligero Buenas características de amortiguamiento de las

vibraciones Elemento de aleante en varios metales no ferrososUsos comunes: aeronaves y misiones, equipo de

manejo de materiales, herramientas eléctricas y portátiles, escaleras, equipaje, bicicletas, artículos deportivos, maquinaria de imprenta y textil.

Elemento metálico 3ero en abundancia (2%) en la corteza terrestre.

Producido por primera vez en 1808

Proceso: ->El agua del mar se mezcla con cal –> El hidróxido de magnesio se precipita al fondo y

es filtrado y mezclado con acido clorhídrico -> Se somete a electrolisis -> Se produce el metal de magnesio

Carnalita (cloruro de magnesio).

COBRECOBREFue producido por primera vez alrededor de 4000

a.C y poseen propiedades similares a las del aluminio.

Son de los mejores conductores de la electricidad y del calor

Tienen buena resistencia a la corrosión

Son de fácil procesamiento mediante técnicas de formado, maquinado, fundido y soldado.

Su principal aplicación es como conductor eléctrico, pues su ductilidad le permite transformarlo en cables de cualquier diámetro.

Por su alta resistencia a la oxidación se emplea en instalaciones de tuberías y calderas en intercambiadores de calor.

Aleaciones del cobre· Latones:- Cu con Zn- Menos resistente que el Cu- Soporta mejor el agua y el vapor- Uso en casquillos de ajuste de piezas mecánicas- Se añade Cu (moldeabilidad), Sn y Al

(resistencia a la corrosión marina)o Pb (capacidad de mecanizado) para mejorar las

propiedades.

· Bronces:- Cu con Sn (o cualquier otro metal menos el Zn)- Alta resistencia mecánica- Elevada resistencia a la corrosión· Bronce de aluminio (cuproaluminio):- 90% Cu – 10% Al.- Mayor dureza y resistencia a la oxidación y

corrosión.- Uso en industria para equipos expuestos a

líquidos corrosivos.

Minerales de cobre más utilizados en la actualidad.Minerales de cobre más utilizados en la actualidad.

AplicacionesAplicacionesComponentes eléctricos y electrónicos

Utensilios de cocina

Resortes

Joyería

Cartuchos para armas de fuego

Algunas aplicaciones del cobre.Algunas aplicaciones del cobre.

ALEACIONESALEACIONESSus principales aleaciones son los latones

y los bronces.

El latón es una aleación entre cobre y zinc

El bronce es una aleación entre cobre y estaño

Aleaciones del cobreAleaciones del cobre

NIQUELNIQUELDescubierto por primera vez en 1751

Imparte resistencia y tenacidad a la corrosión.

Es utilizado en los aceros inoxidables y en las aleaciones en base a níquel (superaleaciones)

El Níquel es un elemento versatil, altamente resistente a la corrosión y se puede alear con muchos metales. Debido a su resistencia a la corrosión, el níquel es usado para mantener la pureza en el procesamiento de comidas y fibra sintética.

Es muy resistente a varias reducciones químicas y a los álcalis cáusticos. Además el níquel tiene unas propiedades térmicas, eléctricas, muy buenas. Este metal se está usando frecuentemente en intercambiadores de calor debido a su relativamente alta conductividad térmica.

El níquel y las aleaciones bajas en níquel, comercialmente tienen una cantidad baja de otros elementos o no tienen ningún otro. En contraste, las aleaciones de níquel contienen una cantidad significante adicionada de otros elementos. El níquel y las aleaciones de níquel son metales no ferrosos útiles en una variedad de aplicaciones que incluyen resistencia a la corrosión y al calor.

Aleaciones del NiquelAleaciones del NiquelSe utilizan en plantas nucleares, equipo

para el manejo de alimentos y procesos químicos y aplicaciones marinas.

Las aleaciones de Níquel tienen una elevada fortaleza y resistencia a la corrosión a altas temperaturas.

SUPERALEACIONESSUPERALEACIONESSon importantes en aleaciones de alta

temperatura

Aplicaciones: turbinas de gas, motores a reacción, motores a chorro y en las industrias quimica,nuclear y petroquímica.

En general tienen buena resistencia a la corrosión a la fatiga mecánica y térmica.

TIPOS TIPOS Superaleaciones base hierro.Contienen de 32 a 67% de hierro, 15 a 22%

de cromo y 9 a 38% de níquel.Superaleaciones base cobalto.Contiene 35 a 65% de cobalto, 19 a 30% de

cromo y hasta 35% de níquel.Superaleaciones base níquel.Contiene de 38 a 76% de níquel, 27% de

cromo y 20% de cobalto.

Aplicaciones del Níquel Equipos de proceso de alimentos.Ingeniería marina y fuera de costa.Producción de sal.Manejo de equipos caústicos.Fabricación y manejo de hidróxido de sodio,

particularmente a temperaturas mayores de 300° F.

TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIOTITANIO Y ALEACIONES DE TITANIOEmpezó a ser producido comercialmente

en los años 50. Su elevada resistencia a peso y la resistencia a la corrosión, lo hace atractivo para muchas aplicaciones. Estas incluye aeronaves, carros de carreras, petroquímica, aplicaciones marinas, etc.

Se han desarrollado las aleaciones de titanio para servicio a 550℃ durante largos periodos y 750℃ para periodos mas cortos.

Nunca se encuentra en estado puro aunque es muy abundante en la corteza terrestre. Existe como óxido en los minerales Ilmenita , Rutilo y Esfena .

Mineral del Titanio

Ligero, altamente resistente a la corrosión, dúctil y fuerte. Más rígido y resistente que el acero. 43% más liviano. Puede ser fundido, estampado y soldado.Aplicaciones

Debido a su resistencia y su peso ligero, el titanio se usa en aleaciones metálicas y como sustituto del aluminio. Aleado con aluminio y vanadio,

se utiliza en los aviones. Su uso también es apreciado en la estructura de los misiles y las sondas espaciales.La relativa inercia del titanio le hace eficaz como sustituto de los huesos y cartílagos en cirugía, así como para las tuberías y tanques que se utilizan en la elaboración de los alimentos.

El titanio no aliado, conocido como titanio puro, tiene una excelente resistencia a la corrosión para aplicaciones donde la consideración de resistencia es secuencial.

Se le agregan elementos de aleación como aluminio, molibdeno, magnesio, etc. Con el fin de tener propiedades como mejor capacidad de trabajo, mayor resistencia, mayor capacidad de endurecimiento.

METALES REFRACTARIOS Y SUS METALES REFRACTARIOS Y SUS ALEACIONESALEACIONESExisten cuatro metales refractarios: el

molibdeno, el niobio, el tungsteno y el tantalio, se llaman refractarios (Que resiste la acción del fuego sin cambiar de estado ni destruirse.) por su elevado punto de fusión.

Se usan principalmente en motores a reacción, turbinas de gas y otras aplicaciones aeronáuticas, energía nuclear, etc. Donde la preocupación principal es la resistencia mecánica y la oxidación

MOLIBDENOMOLIBDENOEs un metal blanco plata, tiene un elevado

punto de fusión, un elevado modulo de elasticidad, buena resistencia al choque térmico y una buena conductividad eléctrica y térmica.

Se utiliza principalmente en cohetes de propulsantes solidos, motores a chorro, componentes electrónicos, etc.

Los principales elementos de aleacion son el titanio y el zirconio.

NIOBIONIOBIOPosee buena ductilidad y formabilidad,

teniendo una mayor resistencia a la oxidación que los demás metales refractarios.

Se aplica en cohetes y misiles, aplicaciones nucleares, químicas, etc.

TUNGSTENOTUNGSTENOTiene el punto de fusión mas alto de todos

los metales, alta densidad, frágil a temperaturas bajas, poca resistencia a la oxidación.

Se aplica en trabajos que involucran a temperaturas mayores a los 1650℃, como en electrodos de soldadura, filamento de bulbos, etc.

Debido a su alta densidad se utiliza como material de contrapeso en sistemas mecánicos.

TANTALIOTANTALIOSe caracteriza por su elevado punto de

fusión, buena conductibilidad y buena resistencia a la corrosión, tiene una elevada densidad.

Se utiliza en capacitores electrónicos y en varios componentes de la industria electica, electrónica y química. Se utiliza también para aplicaciones térmicas como en hornos.

BERILIO BERILIO Se utiliza sin alear en las toberas de los

cohetes, en las estructuras espaciales y de misiles, frenos de aeronaves y en instrumentos de presión.

ZirconioZirconioEl zirconio tiene apariencia plateada; tiene

buena resistencia mecanica y ductilidad a temperaturas elevadas, así con una buena resistencia a la corrosión.

Aleaciones de bajo punto de Aleaciones de bajo punto de fusiónfusiónEstas aleaciones se llaman así debido a sus

puntos de fusión relativamente bajos. Los metales principales de esta categoría son:

Plomotiene propiedades de alta densidad, resistencia ala corrosión, blandura, baja resistencia, ductilidad y buena capacidad de conformado.

Aleaciones de bajo punto de Aleaciones de bajo punto de fusiónfusiónZinc

Es el cuarto metal mas frecuentemente en la industria, despues del hierro, el aluminio y el cobre.

EstañoEs un metal blanco plateado y lustroso es como un recubrimiento protector en hojas de acero(hojalata) que se utilizza para la fabricacion de reciíentes para alimentos (latas).

Metales PreciososMetales PreciososOro

Es blando y dúctil, y tiene una buena resistencia a corrosión a cualquier temperatura.

PlataEs un metal dúctil, y tiene la conductividad electica y termina mas elevada de todos los metales. Desarrolla, sin embargo, oxido el cual afecta sus caracteristicas.

Metales PreciososMetales PreciososPlatino

◦Las aleaciones de platino se utilizan como contactos eléctricos, para los electrodos de las bujías, etc.

Aleaciones con memoria de formaAleaciones con memoria de formaLas aleación con memoria de forma son únicas por el echo de que después de haber sido deformadas plásticamente en varias formas a la temperatura ambiente, retornan a su forma original al ser calentadas.

Una aleación típica con memoria de forma, es 55% Ni y 45% Ti.

Las aleaciones con memoria de forma generalmente tiene propiedades como:

1.Ductilidad2.Resistencia a la corrosión3.Elevada conductividad eléctrica

Aleaciones Amorfas Aleaciones Amorfas (vidrios metálicos)(vidrios metálicos)

Es una clase de aleación metálica que a diferencia de los metales no tiene una Estructura cristalina de largo alcance.

Las aleaciones amorfas no tiene fronteras de grano, y los átomos están empacados de manera apretada y al azar. La estructura amorfa se obtuvo por primera vez a fines de la década de 1960 mediante la extremadamente rápida solidificación de la aleación fundida.

Las aleaciones amorfas típicamente contiene hierro, níquel y plomo, aleado con carbono, fosforo, boro, aluminio y silicio. Están disponibles en forma de alambre, cinta, tiras y polvos.

Estas aleaciones exhiben una excelente resistencia a la corrosión, buena ductilidad y alta resistencia.

Nano materialesNano materialesFueron investigados por primera vez a principios de la década de 1980.

La composición de un nano material puede ser cualquier combinación de elementos químicos; entre las composiciones de mayor importancia están los carburos, los óxidos, los nitruros, los metales y sus aleaciones, los polímeros orgánicos y varios materiales compasitos.

Los polvos sintetizados se consolidan en bloques y otras formas comerciales mediante varias técnicas; una de ellas es la compactación y el sinterizado.

Entre las aplicaciones actuales y potenciales para los nano materiales están:

•Herramientas e insertos de cortes fabricados de carburos y otras cerámicas nano cristalinas.•Polvos para procesamiento de metalurgia de polvos.•Chips de computadoras•Despliegues en pantalla plana•Electrodos para bujías, implantes médicos, imanes de alta potencia y baterías de alta densidad energética.