Caracterizacion de Metales

En la actualidad día a día utilizamos distintos objetos y herramientas, estos de aquí se encuentran hechos de distintos materiales. Los materiales se pueden clasificar en: Materiales metálicos Materiales polímeros Materiales cerámicos
Cada uno de los cuales tienen distintas propiedades debido a su estructura y su composición. Estas propiedades sirven para el diseño de estructuras y maquinarias en la ingeniería y en el día a día.


Es importante establecer que al mismo tiempo que existen distintos tipos de materiales, existen también para cada uno de ellos, diferentes tipos de propiedades. Las propiedades principalmente frecuentadas en la ingeniería de los materiales son: Propiedades eléctricas: basadas en como reacciona un material ante un campo eléctrico. Propiedades mecánicas: basadas en el comportamiento ante un fenómeno externo. Propiedades magnéticas: basada en el comportamiento de un material en presencia de un campo magnético. Propiedades térmicas: basada en la reacción de un material en durante cambios de temperatura .

METALES Y ALEACIONES Un metal es un elemento químico que tiene propiedades metálicas, en general las propiedades metálicas características de estos elementos son: -Buena conductividad eléctrica -Buena conductividad térmica -Características de brillo -Una aleación ? Entre las principales aleaciones no ferrosas tenemos las de aluminio, cobre, zinc, plomo y magnesio.

EL COBRE Y SUS ALEACIONES

Son de las mas utilizadas en la industria para la fabricación de accesorios, cojinetes, casquillos, válvulas, ejes, etc. •funde a 1083°C •muy blando y muy dúctil •Su densidad es de aproximadamente 8.9 g/cm3 •Las aleaciones de cobre más utilizadas son: • Cobres puros , Latones , Bronces

EL ZINC Y SUS ALEACIONES •posee una densidad de 6.9 a 7.2 gr/cm3 •Funde a 419°C y se evapora a 907 °C •Es un metal duro de color blanco azulado y brillo metálico •Las principales características de las aleaciones de zinc son: •Tienen un costo relativamente bajo

EL ZINC Y SUS ALEACIONES

•Son fáciles de fundir por su bajo punto de fusión. •Poseen una resistencia mecánica y a la corrosión superficial buena para aplicaciones como bisagras, chapas, cerraduras, etc. •Efecto de los aleantes •Aluminio: Es el principal aleante para el zamak •Cobre : Aumenta la resistencia al impacto y la dureza •Magnesio : Aumenta la dureza

ALUMINIO Y SUS ALEACIONES Las principales características de las aleaciones de aluminio son :

-Bajo peso -Alta conformabilidad -Amplio rango de propiedades mecánicas -Buenas propiedades físicas -Buena resistencia ambientes

a

la

corrosión

en

diferentes

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ALUMINIO

•Color •Densidad •Conductividad Eléctrica •Conductividad térmica •Resistencia a la corrosión

PRODUCTOS

•Productos extruidos •Productos planos •Productos Trefilados •Productos fundidos

PROCESO APLICADOS AL ALUMINIO

·

FUNDICIÓN

Proceso de alta temperatura, en el cuál la materia caliente es depositada en moldes para producir piezas o lingotes.

PROCESO APLICADOS AL ALUMINIO • ENVEJECIDO Mediante este proceso se endurecen aleaciones de aluminio del grupo 6XXX y se obtienen más resistencia, el proceso se hace en un horno a 180°C durante 6 horas aproximadamente. Según los tipos de tratamiento que se utilicen para endurecer el aluminio, éstos se pueden clasificar en dos grupos: A. Aleaciones no templables, con endurecimiento por acritud. B. Aleaciones tratables, con endurecimiento estructural.

REPRESENTACION DEL TRATAMIENTO DE ENDURECIMIENTO ESTRUCTURAL

• ANODIZADO Es un proceso electrolítico por medio del cual la película protectora natural de oxido de su superficie se hace de mayor espesor, esta capa puede llegar hasta las 20 micras. El proceso de anodizado termina con el sellado, que consiste en un tratamiento de hidratación, con el fin de eliminar la porosidad y el poder absorbente de la película de alúmina, y de aumentar su resistencia química frente a medios agresivos.

µ = t x σ x 0.3 µ = Micras t = Tiempo (minutos)

σ = densidad de corriente (Amperios/decímetros cuadrados)

ANODIZADO ( ELECTROCOLOR )

ALEACIONES DE ALUMINIO Y CARACTERISTICAS DE LAS ALEACIONES

Serie 1000: Aluminio con un mínimo de pureza de 99% Serie 2000: Aleado con Cobre Serie 3000: Aleado con Manganeso Serie 4000: Aleado con Silicio Serie 5000: Aleado con Magnesio Serie 6000: Aleado con Silicio - Magnesio Serie 7000: Aleado con Zinc.

Las propiedades físicas y mecánicas de las aleaciones de aluminio dependen básicamente de: Composición química, impurezas y microestructura.

-Control de composición química en la fabricación. -Velocidad de microestructura.

enfriamiento,

que

influye

en

la

-Adición de modificadores y refinadores de grano que mejoran las propiedades mecánicas.

PROCESO DE FUNDICIÓN Características físicas y químicas de aluminio fundido son: •Se combina fácilmente con el oxigeno ,vapor de agua y material oxidante •Absorbe hidrogeno fácilmente •Baja densidad combinado con la contracción •Formación de una capa de óxidos de aluminio •La formación de escoria

Cuando en la fusión se requiera adicionar elementos de alto punto de fusión como el cobre, el níquel, el manganeso, silicio y cobre, se hace normalmente con prealeaciones y los de mas bajo punto de fusión se agregan directamente como el zinc y el magnesio

Para efectos de fabricar una aleación de aluminio se debe realizar un balance de carga teniendo en cuenta las recuperaciones y eficiencias de cada uno de los elementos que entran en la carga.

Entre los aspectos importantes a tener en cuenta están las llamadas perdidas por fusión, que están asociadas a:

•

Formación de escoria que se produce por reacción del metal con la atmósfera y el material refractario

•

En la fusión se presentan gases . Ellos se introducen en el metal en función de la temperatura

•

tipos de atmósferas , esta depende del tipo de aleación que se desee fabricar

•

Proceso de vaciado

FORMACION DE ESCORIA

DEFECTOLOGIA •Defectos externos como grietas (agrietamiento en caliente) y rugosidades •Defectos volumétricos •Propiedades mecánicas insatisfactorias

CONTROL DE COMPOSICION QUIMICA Para el control de la composición química existen diferentes tipos de ensayos Como: Ensayo de absorción atómica y espectroscopia de emisión atómica

PERDIDAS METALICAS

Las pérdidas normales asociadas a la fusión de aleaciones de aluminio se relacionan en forma directa con : •la masa y el área superficial de la carga •limpieza general del material •las pérdidas metálicas pueden ser exageradas si el metal se calienta a más de las temperaturas mínimas necesarias para el proceso •

PERDIDAS METALICAS

PERDIDAS METALICAS

La escoria puede ser un aislador perjudicial cuando está sobre la superficie de aluminio fundido en la cámara de fusión, Produciendo que la temperatura de la colada no aumente

DESGASIFICADO DEL ALUMINIO

•El aluminio en estado liquido posee una elevada capacidad para disolver el hidrógeno. •la cantidad de hidrógeno que absorba puede estar relacionado con la temperatura del metal y la composición de la aleación. •el numero, tamaño y forma de los poros depende del contenido de hidrógeno y de la velocidad de solidificación

DESGASIFICADO DEL ALUMINIO

•Los desgasificantes tradicionales como cloro han sido sustituidos por gases inertes debido a su alta emisión de contaminantes que atacan la capa de ozono

•La solubilidad del Hidrógeno en el aluminio se incrementa exponencialmente al aumentar la temperatura

DESGASIFICADO DEL ALUMINIO •El proceso de desgasificación del aluminio consiste en la inyección de un flujo de gas de arrastre (Argón o Nitrógeno) en el aluminio fundido

• los parámetros más importantes de la desgasificación del aluminio son el tamaño de la burbuja inyectada , el suministro de un número suficiente de burbujas y la protección de la superficie del metal líquido

DESGASIFICADO DEL ALUMINIO

MAGNETISMO El magnetismo no es más que el fenómeno físico asociado con la atracción de determinados materiales; es decir por medio del cual los materiales ejercen fuerza de atracción o de repulsión sobre otros materiales. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cobradas como los electrones.

Materiales Magnéticos: estos materiales son aquellos que poseen una forma especializada de energía que esta relacionada con la radiación electromagnética, y sus propiedades y estructura se distinguen de los demás por las características magnéticas que poseen.

CARACTERIZACION DE METALES PRUEBA MAGNETICA Esta es una prueba básica empleada para identificar los metales ferrosos (hierro y acero) de los no ferrosos.

Generalmente, todos los metales ferrosos son afectados por el magnetismo, pero no sucede lo mismo con los no ferrosos. Sin embargo, algunos aceros inoxidables no son magnéticos.

CARACTERIZACION DE METALES PRUEBA DEL COLOR Las dos divisiones principales de metal incluyen los hierros y aceros, los cuales son indicados por su color gris blanco, y los metales no ferrosos que se dividen en dos clasificaciones generales de color amarillo y blanco. El cobre puede identificarse fácilmente debido a su color (amarillento) y lo mismo sucede con el latón y el bronce. El aluminio, el metal blanco, las aleaciones de aluminio, el zinc y metales similares todos tienen color gris plateado (con variaciones de tono).

CARACTERIZACION DE METALES

PRUEBA DE LAS CHISPAS Este método de identificar los metales es ampliamente empleado por los soldadores para identificar los hierros y aceros. Se utiliza una pulidora mecánica de alta velocidad como equipo de prueba. Use SIEMPRE gafas protectoras para evitar lesiones en los ojos cuando repase los metales con muelas abrasivas.

PRUEBA DE LAS CHISPAS Las chispas resultantes del contacto con la muela abrasiva tendrán distintas características según los distintos tipos de acero. Cuanto más ligero el contacto, tanto mejor. Para poder identificar mejor las chispas, hágalo contra un fondo oscuro. La teoría de la prueba de las chispas es que al calentarse el metal, las distintas partes de cada metal se oxidan a diferentes velocidades y los colores de oxidación son diferentes.

PRUEBA DE LAS CHISPAS El hierro relativamente puro, al ser calentado por la rueda abrasiva, no se oxida rápidamente. Por lo tanto, las chispas son largas y desaparecen al enfriarse. Conforme el contenido de carbón del acero o del hierro fundido aumenta, los compuestos de carbón y hierro tienen distintas temperaturas de ignición, por consiguiente, las características de las chispas difieren.

Generalmente, son cuatro las características de las chispas que indican la naturaleza de la condición del acero. Esas con: • Color de la chispa • Longitud de la chispa • El número de explosiones (ráfagas) a todo el largo de las chispas individuales • La forma de las explosiones (horquillas o repetidas)

ANÁLISIS DE GOTA PARA IDENTIFICACIÓN ELEMENTOS METALICOS EN ALEACIONES

DE

Los procedimientos para los análisis de gota se pueden dividir en 2 : los ensayos directos los cuales se efectúan directamente sobre la superficie misma de la aleación y los ensayos indirectos el los cuales se debe tomar limadura de la aleación o si es necesario llevarla hasta un punto de pulverización.

Se puede determinar la presencia de un metal solo con distinguir un rango de colores , ya que es posible dentro de las franjas observadas en las áreas de disolución, detectar la presencia de un compuesto en combinación con las otras sustancias presentes o como metal puro adquiriendo su color característico.

La siguiente tabla muestra algunas aleaciones comerciales y se especifican los elementos mas importantes, en donde identificarlos permitirá clasificar la aleación en la mayoría de los casos

ALUMINIO ELEMENTO

SIMBOLO

Cobre

Cu

Cinc

Zn

Hierro

Fe

Silicio

SI

Titanio

Ti

COBRE

HIERRO ELEMENTO

SIMBOLO

Cobre

Cu

Titanio Magnesio Cromo Niquel

ELEMENTO

SIMBOLO

Estaño

Sn

Plomo

Pb

Cinc

Zn

Hierro

Fe

Silicio

SI

Níquel

Ni

Ti Mg Cr Ni

IDENTIFICACIÓN DE ZINC ( ZN ) EN ALEACIONES DE ALUMINIO : Sobre una superficie plana, limpiada con papel de lija , depositar 2 gotas de hidróxido de sodio al 20 %, se deja actuar alrededor de 5 minutos, posteriormente al lavar con agua destilada las huellas dejadas por las gotas surgirá una huella color parda, se seca con papel filtro y se adiciona una gota de ácido nítrico concentrado , si desaparece el oscurecimiento dejado por el hidróxido de sodio esto indica la presencia de cinc (Zn ) en la aleación.

IDENTIFICACIÓN DE COBRE (Cu ) EN ALEACIONES DE ALUMINIO : Sobre una superficie plana, limpiada con papel de lija , depositar 2 gotas de hidróxido de sodio al 20 %, posteriormente al lavar con agua destilada las huellas dejadas por las gotas surgirá una huella ennegrecido, se seca con papel filtro y se adiciona 2 gota de ácido nítrico concentrado,si desaparece el oscurecimiento instantáneamente, esto indica la presencia de cobre (Cu ) en la aleación, si posteriormente se adiciona 2 gotas de amoniaco concentrado, aparecerá un color azul corroborando la presencia de cobre en la aleación

ESPECTROSCOPIA DE EMISIÓN ATOMICA

La espectroscopia en general, estudia la interacción entre la radiación y la materia. La espectroscopia de emisión atómica, en particular, es una técnica instrumental que tiene por objeto el estudio de la radiación procedente de los niveles electrónicos de los átomos después de que estos sean irradiados con una fuente de emisión

Esta técnica esta basada en la obtención mediante excitación del espectro de emisión de los elementos lo cual permite la detección cualitativa (presencia de un elemento ) y cuantitativa ( cantidad del elemento) de varios tipos de muestras como metales, aleaciones , suelos, minerales y rocas.

EMISIÓN ATÓMICA (AES)

Se basa en la energía que emite un átomo que previamente ha sido excitado a estados electrónicos superiores al pasar al estado fundamental. La radiación emitida está en la región ultravioleta visible útil para análisis cualitativos y cuantitativos de los elementos utilizado principalmente para análisis de metales. Las muestras generalmente en estado sólido pero a veces pueden estar en estado líquido, requieren una mínima o ninguna preparación.

VENTAJAS - Es un buen método para análisis de trazas con concentraciones del orden de ppm. - Utilizados para todos los metales y otros elementos ocasionales. - Utilizado para poca cantidad de muestra. -Las muestras pueden analizarse separaciones químicas previas. - Método rápido.

sin

preparaciones,

sin

DESVENTAJAS -El equipo es caro sobretodo para elementos pesados o muestras complejas (aparatos más grandes) -Precisión y exactitud limitada a un 5%. - El método se limita al análisis de elementos, no se puede utilizar para determinar el estado de combinación de una sustancia

ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables son aleaciones ferro-cromo con un mínimo de 11% de cromo. El agregado de otros elementos a la aleación permite formar un amplio conjunto de materiales, conocidos como la familia de los aceros inoxidables. Entre los elementos de aleación, dos se destacan: el cromo, elemento presente en todos los aceros inoxidables por su papel en la resistencia a la corrosión y el níquel por la memoria en las propiedades mecánicas

Aceros inoxidables martensíticos Los aceros inoxidables martensíticos tienen la característica común de ser magnéticos y endurecibles por tratamiento térmico. Aceros inoxidables ferríticos Los aceros inoxidables ferríticos también son magnéticos. A pesar de tener una menor cantidad de carbono que los martensíticos. Aceros inoxidables austeníticos Los aceros inoxidables austeníticos no son magnéticos y no pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Son muy dúctiles y presentan excelente soldabilidad

IDENTIFICACIÓN DE ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO Vs ALUMINIO Como se menciona anteriormente una de las características de este acero inoxidable y con lo cual podríamos confundirlo en algún momento con aluminio es debido a que ambos son NO MAGNETICOS, por esto un método practico para su identificación es la prueba de chispa la cual consiste en desgastar un material en un esmeril y observar si genera chispa, es de anotar que todos los metales ferrosos arrojan chispa mientras los no ferrosos no.

DENSIDAD

Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.

La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m3, la densidad será de:

La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.), de esta forma la densidad del agua será: Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.

Sustancia

Densidad kg/m3

Densidad g/c.c.

Agua

1000

1

Aceite

920

0,92

Gasolina

680

0,68

Plomo

11300

11,3

Acero

7800

7,8

Mercurio

13600

13,6

Madera

900

0,9

Aire

1,3

0,0013

Butano

2,6

0,026

METAL

DENSIDAD

METAL

DENSIDAD

ALUMINIO

2,70 grs/ml

COBRE

8,93 grs/ml

CINC

7,10

"

CROMO

7,10

"

ESTAÑO

7,29

"

HIERRO

7,87

"

NÍQUEL

8,90

"

PLATA

10,50

"

PLOMO

11,30

"

MERCURIO

13,50

"

ORO

19,30

"

PLATINO

21,50

"

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja