METALES NO FERROSOS FERROSOS HIERRO FORJADO COBRE ACEROS ALUMINIO

Presentación del tema: "METALES NO FERROSOS FERROSOS HIERRO FORJADO COBRE ACEROS ALUMINIO"— Transcripción de la presentación:

1 METALES NO FERROSOS FERROSOS HIERRO FORJADO COBRE ACEROS ALUMINIO
FUNDICIONES ALEACIONES FERROSAS NO FERROSOS COBRE ALUMINIO MAGNESIO TITANIO METALES PRECIOSOS

2 BREVE RESEÑA HISTORICA
El cobre fue el primer metal usado por el hombre AC en Afganistán y Pakistán objetos de Cu martillado 9.500 AC en Irak, colgantes de Cu 7.200 AC en Turquía, objetos de Cu 5.000 AC en Turquía, Cu fundido 3.000 AC cerca del Mar Muerto, piezas de bronce al arsénico 2.500 AC Valle del Indo, bronce fundidos a la cera perdida 2.400 AC cerca del Mar Egeo, piezas de Au, Ag y Cu 2.000 AC en Norte América, piezas de Cu nativo 1.600 a en China, metalurgia del bronce 6.00 a 4.00 AC en Perú, Au en láminas martillado

3 El cobre es conocido y utilizado por la industria humana desde la antigüedad, un poco a la par del oro y la plata. Todas las civilizaciones han utilizado el cobre o sus aleaciones a lo largo de su evolución. La razón es la existencia de cobre nativo en estado casi puro, la facilidad de extracción del metal gracias a su bajo calor de oxidación. Las aleaciones de cobre se han desarrollado al mismo tiempo que el metal: bronces al estaño cuproantimonios chinos latones mas o menos complejos

4 Desde el descubrimiento de la corriente eléctrica y el desarrollo industrial resultante del mismo, el cobre encuentra su verdadera y primordial aplicación: la de conductor. Actualmente, aleaciones de cobre que admiten tratamiento térmico han creado posibilidades industriales que no se logran mas que con ellas obteniendo un compromiso siempre difícil entre la conductibilidad eléctrica o térmica y la resistencia mecánica. Empleando composiciones especiales dentro de las aleaciones de cobre se ha mejorado el compromiso entre la conductibilidad térmica y la resistencia a la corrosión acuosa

5 OBTENCION DEL COBRE

6 LITOSFERA Es la parte sólida de la corteza terrestre. Los elementos se encuentras combinados formando óxidos, sulfuros, silicatos, etc. Son pocos los metales que se encuentran en estado nativo, ellos son: oro, plata, platino, cobre, mercurio, bismuto y estaño. En general se encuentran en las menas (mineral o mezcla de minerales) en combinaciones químicas estables. Está formada por dos partes: el mineral (porción rica en metal o elemento) con composición química definida y por otro lado la ganga o desperdicio (silicatos, calizas). En las menas, el mineral y la ganga están íntimamente mezclados y deben se separados mediante procesos físico-químicos. Una de las etapas fundamentales para obtener el metal libre es la reducción del metal (proceso inverso a la oxidación), en donde se reintegran los electrones que ha perdido al estar combinado con oxígeno, azufre u otro anión.

7 OBTENCION DEL COBRE El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80%) y de minerales oxidados (20%), los primeros se tratan de pirometalurgia y los segundos de hidrometalurgia. • La metalurgia del cobre por vía seca es la mas utilizada, pero sólo se puede aplicar a minerales con una concentración superior al 10 % en cobre. • La vía húmeda se aplica a los minerales con una concentración del 3 al 10 %. Los minerales de contenido inferior al 3 % no se benefician hoy en día.

8 OBTENCION DEL COBRE Extracción a rajo abierto Extracción subterránea

9 TRITURACION El mineral transportado de la mina es reducido de tamaño mediante trituración en máquinas chancadoras en etapas sucesivas, como son etapa primaria, secundaria y terciaria al final de la cual el mineral ha sido reducido en su diámetro en aproximadamente media pulgada .

10 MOLIENDA HUMEDA Al metal triturado se le agrega agua y algunos reactivos, para luego ser cargados en molinos de barras o de bolas, conteniendo cerca de 200 ton de bolas de acero. El mineral tiene a la salida un diámetro promedio de 0,2 mm. Este proceso se conoce con el nombre de molienda húmeda. La pulpa así producida pasa continuamente por un ciclón separador que retorna las partículas más gruesas al molino .

11 CONCENTRACION POR FLOTACION
Concentración por flotación. La concentración de la pulpa se realiza en celdas de flotación. Insuflando aire y mediante agitación mecánica, sumado a la adición de reactivos, se captan las partículas ricas en cobre las cuales pasan a formar una espuma (mata) que se ubica en la parte superior de la celda, por donde sale y continúa a las etapas siguientes del proceso. El material pobre en cobre, llamado cola, decanta y sale por el fondo de la celda y es conducido a tanques de relave donde se deposita. El concentrado tiene 40% de Cu

12 SECADO DE LA PULPA Los concentrados de cobre provenientes de la planta de flotación contienen mucha agua, la cual debe ser reducida. El proceso se inicia en los decantadores. La pulpa espesa que sale del fondo del decantador se lleva a filtros que reducen la humedad de un 50% a un 16%, quedando un "queque" que se envía a fundición de concentrados. Previamente a la fundición se baja la humedad hasta un 5 u 8% en un horno secador.

13 FUNDICION El horno tiene un charco poco profundo de metal impuro y escoria y se calienta con una llama Se carga el tostado, fundente y carbón en polvo Se funde con rapidez y se separa la escoria liviana y la mata pesada Esta se sangra periódicamente y la escoria se introduce nuevamente Horno de Reverbero

14 REFINADO Y PREPARACION DE TOCHOS
Primero se refina en un Convertidor donde insuflando aire se oxida el S y se obtiene Cu metálico impuro (Blister) Luego se vuelve a refinar en un Horno de Reverbero y se obtiene Cu casi puro Por último se refina por electrólisis Se vuelve a fundir en forma de barras o losas

15 ESQUEMA DE LA OBTENCION DEL COBRE

16 GRADOS COMERCIALES DEL COBRE
Dos procedimientos distintos conducen a los dos tipos fundamentales de cobre que se pueden obtener: El afino al fuego: elimina la mayor parte de las impurezas y especialmente aquellas que son perjudiciales para las propiedades mecánicas y para la transformación. El afino electrolítico: elimina impurezas que son perjudiciales a la conductibilidad eléctrica además de las precedentes.

17 GRADOS COMERCIALES DEL COBRE
El llamado cobre de “selección optima” es una variedad refinada a fuego que contiene alrededor de 99.75% de cobre y no conforma las normas de conductividad requeridas. El cobre de alta conductividad, generalmente conocido como “O.F.H.C.” es de máxima pureza y contiene por lo menos 99.9% de cobre. Se usa cuando se requieren las conductividades mas altas, eléctrica y térmica y es refinado electroliticamente

18 PROPIEDADES DEL COBRE EXISTE EN FORMA NATIVA Y COMBINADO CON AZUFRE Y OXIGENO SE OXIDA POCO (semi noble) ALTA CONDUCTIVIDAD PLASTICIDAD MAQUINABILIDAD NO MAGNETICO PUEDE SER SOLDADO BASE PARA LATONES Y BRONCES

19 PROPIEDADES MECÁNICAS
• El cobre tiene una excelente capacidad de deformación que se traduce, en un gran alargamiento antes de la rotura en estado recocido ( y aun con una acritud parcial ) y un importante intervalo entre el límite elástico y la carga de rotura. • Tiene un alargamiento del %. También tiene una estricción del 90 % (reducción de la sección), sin embargo mecánicamente es débil. • Es un material muy dúctil y maleable (cristaliza en red cúbica centrada en caras), pero adquiere gran acritud cuando se deforma en frío duplicando o más su resistencia mecánica y dureza (hasta Rt = 50 Kg / mm2), aunque por el contrario pierden alargamiento, por lo que es necesario recocerlo. • Embote las limas y desprende con dificultad las virutas en el mecanizado.

20 PROPIEDADES QUÍMICAS • En general el cobre es bastante resistente a la corrosión, de ahí las aplicaciones tradicionales del cobre en la industria alimenticia. • El agua pura no ataca al cobre a ninguna temperatura, por ello se utiliza en la fabricación de calderas. • El cobre se recubre de una pátina no porosa de óxido que lo defiende; Pero la acción continuada de los agentes atmosféricos (aire, humedad,....) forman en su superficie una película verde grisáceo de sullfato de cobre, altamente tóxica. En las regiones marinas se forman cloruros de cobre y a veces carbonato que reducen el progreso de la oxidación de 0.5 a 1 milésima de milímetro por año. De todas formas las condiciones de corrosión suelen ser tan complejas que no es posible afirmar concretamente como resistirá el cobre frente a determinados agentes. • El cobre resiste en general mal a las disoluciones amoniacales, ácido nítrico, cloruro férrico, sulfato férrico, sales de mercurio, azufre en fusión...

21 COBRE características Cu Ag Au Densidad a 20º C, g/cm³ 8.9 10.5 19.3
Modulo de elasticidad kgf/mm² 12000 7500 8000 T de fusión, º C 1083 961 1064 T de ebullición, º C 2595 2530 2212 Resistividad eléctrica Ώ.cm.10¯6 1.7 1.5 2.1

22 IMPUREZAS EN EL COBRE Bi y Pb, forman eutécticos de bajo punto de fusión, producen fragilidad al rojo El S y el O forman eutécticos pero a alta temperatura, el O puede provocar problemas de fisuración por H

23 El Cu en bruto presenta pequeñas cantidades de O2
Cu2O La presencia del Cu2O es con frecuencia ventajosa, ya que las impurezas dañinas tales como el Bi, forman óxidos asociados con los glóbulos de Cu2O en lugar de formar películas ínter cristalinas frágiles. Sin embargo para procesos como el de soldadura y fabricación de tubos la existencia de estos glóbulos es extremadamente dañina Cu2O + H2 2 Cu + H2O El vapor de agua precipita en bordes de grano reduciendo la ductilidad hasta un 85% y la resistencia a la tension en un 40%

24 El cobre que se destina a soldadura o tratamiento térmico debe ser desoxidado antes de ser vaciado ( adición de P ) Para aplicaciones eléctricas debe usarse cobre electrolítico o cobre oxidado de buena calidad

25 ALEACIONES DE COBRE LATONES: aleaciones de Cu y Zn - Latones 
BRONCES: hasta 12% del elemento de aleación - al estaño -al silicio -al aluminio -al berilio CUPRONIQUELES: aleaciones de Cu y Ni PLATA ALEMANA: aleación de Cu, Ni y Zn

26 LATONES Los latones comprenden las aleaciones útiles de Cu y Zn que contienen hasta 45% de Zn. Según vemos en el diagrama el Cu disolverá hasta 32.5% de Zn a 902º C. A 450º C aumenta su proporción a 39%. Con ritmos de enfriamiento extremadamente lentos la solubilidad del Zn desciende nuevamente a 35.2% a 250º C

27 LATONES A temperaturas inferiores a 454º C y con los ritmos de enfriamiento en la industria, la cantidad de Zn que puede permanecer en la solución sólida es de alrededor de 39%. Si el Zn aumenta mas de 39% entonces aparece β’, esta fase es dura y tenaz pero plástica cuando cambia su modificación a β de los 454º C

28 La fase ά es bastante blanda y dúctil a las temperaturas ambientes, por esta razón son excelentes para trabajar en frío. Son fáciles de deformar plásticamente y por eso se fabrican con ellos semiproductos laminados como chapas, cintas , perfiles, etc.

29 LATONES  (hasta 36% Zn) resistencia y ductilidad
ideal para trabajo en frío problemas de fisura intercristalinas sensibles a la corrosión (dezincificación) aplicaciones: panales de radiadores, tanques, ojos de cerraduras, remaches, etc. AMARILLOS 20 a 36% Zn mejor resistencia a la corrosión no son sensibles a fisuras ni dezincificación aplicaciones: monedas, medallas, cartuchos, joyería, conductores eléctricos, placa para grabar nombres, etc ROJOS 5 a 20% Zn

30 FISURAS INTERCRISTALINAS
Se deben a altos esfuerzos residuales posteriores al trabajado en frío, los cuales provocan fisuras debidas a los efectos de los esfuerzos de corrosión. Se recomienda recocer la aleación o usar aleaciones menos susceptibles

31 DEZINCIFICACION Ocurre cuando el latón esta en contacto con el agua de mar o con aguas dulces. Se forma un Cu poroso y esponjoso lo que provoca fugas a través de esa capa porosa. Las soluciones son pequeñas cantidades de Sn o Sb

32 LATONES  +  (38 a 46% Zn) La fase ´ es mas dura y frágil que 
Son mas difícil de trabajar en frío Calentándolo se obtiene una sola fase () que tiene excelentes propiedades de trabajado en caliente Es templable y tratable térmicamente Aplicaciones: cubiertas de barcos, condensadores, decoración de arquitectura, etc

33 LATONES Plasticidad máxima con 30%
Al pasar del 39% disminuye drásticamente Máxima resistencia a 46%, con baja elasticidad

34 LATONES FUNDIDOS Se utiliza como fundido
Contienen grandes cantidades de elementos de aleación Sn, Pb, Fe, Mn, Ni, Al Aplicaciones:Válvulas de bajas presiones, accesorios de tuberías, piezas para bombas

35 ALEACIONES DE COBRE LATONES: aleaciones de Cu y Zn - Latones 
BRONCES: hasta 12% del elemento de aleación - al estaño -al silicio -al aluminio -al berilio CUPRONIQUELES: aleaciones de Cu y Ni PLATA ALEMANA: aleación de Cu, Ni y Zn

36 hasta 12% del elemento de aleación
BRONCES: hasta 12% del elemento de aleación Se aplicó el nombre originalmente a las aleaciones Cu-Sn Bronces al estaño Bronces al silicio Bronces al aluminio Bronces al berilio Contienen además: P, Pb, Zn, P

37 BRONCES AL ESTAÑO Igual que en los latones la fase ά por ser una solución sólida es tenaz y dúctil. Sin embargo la fase δ es un compuesto ínter metálico y es una sustancia dura que hace a las aleación ά + δ bastante frágiles. Cuando el contenido Sn es superior al 14% se forma una cantidad considerable de la eutectoide ά + δ en forma análoga a la formación de perlita en el acero

38 BRONCES AL ESTAÑO El diagrama ha sido estudiado por muchos investigadores, pero debido a su gran complejidad (20-50%) y a lo difícil que es conseguir el estado de equilibrio, el problema de las posiciones de las líneas de equilibrio y de la naturaleza de las fases aun no ha sido resuelto. Al interpretar las estructuras producidas comercialmente es conveniente referirnos al diagrama mas antiguo (el de lineas continuas) en el que la eutectoide ά + δ se muestra a temperatura ambiente

39 BRONCES AL ESTAÑO Contienen: 1 A 11 % Sn y 0.01 A 0.5% P
Tienen: tenacidad, alta resistencia a la corrosión, bajo coeficiente de fricción Aplicación: arandelas, bujes,etc Se agrega Zn para mejorar la resistencia al desgaste Se añade Pb para mejorar la maquinabilidad

40 BRONCES AL ESTAÑO La influencia del Sn en las propiedades mecánicas del cobre es análoga a la del Zn, pero mas enérgica, con un 5% de Sn la plasticidad disminuye. En el bronce fundido la existencia de inclusiones de eutectoide dura asegura una gran resistencia al desgaste, por lo que el bronce con un 10% de Sn es el mejor material antifricción

41 BRONCES AL SILICIO Con menos de 5% de Si son monofásicas
Tiene propiedades mecánicas comparables con los aceros de medio carbono Tiene resistencia a la corrosión comparable con el Cu Aplicación: recipientes de presión, tanques, construcciones marinas

42 BRONCES FOSFORADOS Contienen entre 0.1 y 1% de P. El fósforo aumenta la resistencia a la tensión y mejora la resistencia a la corrosión

43 BRONCES QUE CONTIENEN PLOMO
Algunas veces se le agrega hasta 2% de Pb a los bronces y latones para mejorar su maquinabilidad. Permiten 20% mas de carga que los metales blancos a base de Pb o Sn. Tiene muy alta conductividad y se pueden usar a altas velocidades

44 BRONCES AL ALUMINIO Los bronces al Al unifasicos muestran buenas propiedades de trabajado en frío y gran resistencia, combinadas con gran resistencia a la corrosión. Los bronces al Al ά + ß se pueden tratar termicamente. Capacidad para retener la resistencia a altas temperaturas. Alta resistencia a la oxidacion. Buenas propiedades de desgaste Color agradable (utiles para decoracion)

45 BRONCES AL BERILIIO Contienen entre 1.75 y 2.5% de Be y hasta 0.5% de Co. Es adecuado para herramientas que requieren propiedades que eviten la producción de chipas ( cinceles y hojas de sierras en trabajos de gas o minas peligrosas), puesto que es al mismo tiempo duro y tenaz. Al existir un cambio de solubilidad en el diagrama indica posibilidades de endurecimiento por envejecido.

46 CUPRONIQUELES (hasta 30% Ni)
El diagrama muestra solubilidad completa, por lo tanto todos son aleaciones monofásicas Por lo tanto no son tratables térmicamente y sus propiedades pueden alterarse por trabajo en frío Propiedades: alta resistencia a la corrosión y erosión en agua de mar Aplicaciones: tubos de condensadores, intercambiadores en recipientes navales y plantas costeras

47 ALPACAS Son aleaciones de Cu, Ni y Zn. Son materiales dúctiles y con buena resistencia a la corrosión. Se utilizan como material quirúrgico y dental, joyería de fantasía, placas para grabar.... Pueden ser formadas en frío y generalmente se cubren con una placa de plata. La adición de un 2% de Pb las hace fáciles de grabar y se utilizan para la manufactura de llaves tipo Yale

48 OPERACIONES DE CONFORMACION DEFINITIVA
El cobre no aleado o débilmente aleado y las aleaciones constituidas por una sola fase ά se pueden deformar parcialmente en estado blando, por embutición, plegado, conformado, etc. Con aleaciones bonificables en estado recién templado ocurre lo mismo, aunque en menor grado debido a su limite elástico un poco mas elevado. La capacidad de deformación es pequeña para aleaciones endurecidas por maduración artificial después del temple, siendo prácticamente nula para el estado de acritud completa

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50 MECANIZADO Mecanizado relativamente difícil:
A este dan lugar las aleaciones de fase única cuya elevada ductibilidad impide la fragilidad de la viruta y su fragmentación: cuproníqueles cobre en todos sus tipos cuproaluminios ( Al < 6% ) latones

51 MECANIZADO Maquinabilidad de tipo medio:
En este grupo se encuentran aleaciones de estructura bifásica pero sin plomo. La presencia de la segunda fase facilita la rotura de la viruta y mejora la superficie mecanizada: cuproaluminio ( Al > 6% ) latones especiales sin plomo latones ά + ß sin Pb

52 MECANIZADO Buena maquinabilidad:
En general a este grupo pertenecen las aleaciones que contienen plomo, los latones ά + ß con adiciones de Pb y los cobre-teluro y cobre-azufre. Los lubricantes utilizados en el mecanizado son: soluciones alcalinas aceites solubles aceites minerales de viscosidad débil

53 TRATAMIENTOS TÉRMICOS:
Recocido de estabilización: Tiene por objeto eliminar tensiones producidas en el mecanizado, deformación en frío o en el moldeo de piezas complicadas , sin afectar sus características mecánicas. Se realiza a temperaturas de 150º C a 325º C , durante una o dos horas, enfriando después al aire.

54 TRATAMIENTOS TÉRMICOS:
Recocido contra la acritud: Tiene por objeto ablandar el cobre con acritud que ha sido endurecido por trabajos mecánicos en frío. Se realiza a T de 325 a 650º C , debiendo permanecer a la temperatura del recocido una hora o dos . Se recomienda no rebasar los 650º C , pues a partir de esta temperatura se empieza a agrandar el tamaño de grano , lo que puede hacer disminuir la ductilidad del material considerablemente.