ALEACIONES

ALEACIONES 


Aleaciones del cobre

 El Cobre fue uno de los primeros metales descubiertos, utilizados por el hombre, y todavía se usa en muchas aplicaciones.  Su alta conductividad eléctrica y térmica hace que el Cobre se aplique ampliamente en electricidad y climatización de ambientes.  El Cobre tiene una sobresaliente resistencia a la corrosión ante muchos compuestos químicos, y es fácil de conformar y fabricar, lo que lleva a su amplia utilización en aplicaciones de manejo de fluidos y plomería.     
                                           
Su buena ductilidad, su alta conductividad, y su facilidad de unión, hacen del cobre la primera elección en todo el mundo para la transmisión de potencia eléctrica, en teléfonos, televisores, computadoras, y otros productos eléctricos que hacen nuestra vida más fácil.

El Cobre con frecuencia es aleado con otros metales básicos como el Zinc, Silicio, Estaño, Níquel, Cromo y Berilio, entre otros, para producir Latones y Bronces que se utilizan para fabricar una amplia variedad de productos industriales, marinos, de joyería y artísticos.

 (FUENTES: http://www.belmontmetals.com/es/product/aleaciones-de-cobre/)


Aleaciones del aluminio

 A pesar de que el Aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre (luego del Oxígeno y el Silicio), es un metal relativamente nuevo, ya que está disponible comercialmente y a precio razonable sólo desde hace un poco más de un siglo. Esto se debe a que el Aluminio se produce solamente mediante un proceso complejo que utiliza enormes cantidades de electricidad (aproximadamente 17.000 Kwh por tonelada de Aluminio). Afortunadamente, el Aluminio se puede reciclar con facilidad, particularmente a partir de latas de bebidas.

El Aluminio posee muchas propiedades útiles, es el más liviano de los metales comunes, tiene una buena conductividad y resistencia a la corrosión, y es fácil de fundir, moldear, enrollar y extruir que la mayoría de los metales. Estas propiedades permiten que el Aluminio y sus aleaciones puedan destinarse a múltiples aplicaciones en una amplia gama de usos.

El Aluminio rara vez se utiliza en su estado puro, sin aleación. Los metales que más comúnmente aparecen en aleación con el Aluminio son Silicio, Magnesio, Cobre, Zinc, Níquel, Manganeso y Estaño. Entre los menos comunes, encontramos dos Aleaciones de Aluminio que contienen aproximadamente un 1% de Plata. Existen más de 100 aleaciones de fundición reconocidas, y más de 400 designaciones de aleaciones de Aluminio fraguado. Las aleaciones de Aluminio son muy versátiles, ya que puede determinarse su rigidez, resistencia a la corrosión, fortaleza, maquinabilidad, y otras propiedades, mediante la selección de la aleación y los tratamientos por calor.

(FUENTES: http://www.belmontmetals.com/es/product/aleaciones-de-aluminio/)

Aleaciones del magnesio

  El magnesio es un metal ligero, con una densidad de 1.74 g/cm3, que compite con el aluminio para aplicaciones que requieren metales de baja densidad, a pesar de su mayor precio, alrededor del doble. Sin embargo, el magnesio y sus aleaciones muestran una serie de desventajas que limitan su utilización. Por una parte la reactividad del magnesio es elevada y sin embargo la estabilidad de sus óxidos es pobre por lo que su resistencia a corrosión es pequeña, sus características mecánicas son del orden de las correspondientes a las aleaciones de aluminio incluso de forma específica, y muestran pobres resistencia a termofluencia, fatiga y desgaste.

 Además, resultan aleaciones de difícil colabilidad y que en estado fundido arde en contacto con el aire, y su transformación en frío resulta igualmente difícil al cristalizar el Mg en una estructura hexagonal densa que no favorece precisamente su deformación. No obstante tiene amplias aplicaciones en la ingeniería aeronáutica y aerospacial.

(FUENTES: https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_4.html)

Aleaciones del titanio 

 El titanio sin alear tiene una estructura hexagonal compacta (fase α), que a los 885 ºC cambia a una estructura cúbica (fase β) centrada en el cuerpo, que se mantiene hasta la temperatura de fusión.

Efectos de los elementos de aleación:
El principal efecto de los elementos de aleación en las aleaciones de titanio, es la modificación de la temperatura de transformación. De esta manera, los elementos de aleación se clasifican en:
α –estabilizadores, que elevan la temperatura de transformación, y
β –estabiliz adores que hacen que descienda.
A continuación se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos de aleación del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal.

 

(FUENTES: https://ingenieriademateriales.wordpress.com/2012/03/03/manual-del-titanio-y-sus-aleaciones/)

Principales propiedades 

•       Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no oxidables.
•       Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.
•       Gran resistencia a altas temperaturas, con gran poder de aislamiento térmico  y, también, eléctrico.
•       Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes atmosféricos.
•       Alta resistencia a casi todos los agentes químicos.
•       Una característica fundamental es que pueden fabricarse en formas con dimensiones determinadas
•       Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad.

(FUENTES: http://pelandintecno.blogspot.com.es/2013/02/materiales-ceramicos-propiedades.html)


Materiales cerámicos no cristalinos

  Los materiales más importantes no cristalinos son los vidrios. Los vidrios tienen propiedades especiales que no se encuentran en otros materiales. La combinación de transparencia y dureza a temperatura ambiente y una excelente resistencia a la corrosión en la mayoría de los ambientes hacen al vidrio indispensable para muchas aplicaciones de ingeniería como construcción y vidriado de vehículos.

 En la industria eléctrica el vidrio es esencial para varios tipos de lámparas debido a sus propiedades aislantes y capacidad de suministrar un cierre hermético. En la industria electrónica los tubos de rayos catódicos también requieren el cierre hermético proporcionado por el vidrio, con sus propiedades aislantes para entrada de conectores. 

La alta resistencia química del vidrio lo hace muy útil para los equipos de laboratorio y forros resistentes a la corrosión, conducciones y recipientes de reacción en la industria química.

Los vidrios son materiales que durante el proceso de enfriamiento rigidizan sin formar una estructura cristalina. En cierta forma, el vidrio se asemeja a un líquido subenfriado. Una de sus características es que tiene una estructura no cristalina o amorfa, en la que los átomos que los constituyen no están colocados en un orden repetitivo de largo alcance como existe en un sólido cristalino. En un vidrio, las estructuras de corto alcance cambian su orientación de una manera aleatoria en todo el sólido, tal como muestra la figura.

(FUENTES: https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm14/pfcm14_3_2.html)

POLÍMEROS

Polímeros

Un polímero es un material constituído por macromoléculas de origen orgánico formado a través de un proceso llamado polimerización (moléculas simples dan lugar a otro tipo de moléculas). Son materiales ligeros, resitentes a la corrosión y buenos aislantes pero tienen poca resistencia mecánica y no son adecuados a elvadas temperaturas. Pueden ser:

• Naturales: proceden de seres vivos (seda, madera, algodón..)
• Sintéticos: se obtienen induastrialmente (vidrio, porcelana, nailon...)
• Semisintéticos: transformación de polímeros naturales (caucho vulcanizado..)

Mecanismos de polimerización:

•  Adición:
  Los polímeros están constituidos por macromoléculas de origen orgánico. Los monómeros se agrupan entre ellos formando macromoléculas y estas formando grandes cadenas. La reacción (polimerización) puede darse por pasos o en cadena y esto da lugar a polimeros lineales o ramificados. El tamaño de la cadena deepende de la temperatura y e ltiempo que dure la reacción. En esta reacción no se produce liberación de compuestos de masa molecular baja.
  Características:                                                                                                                         
      -Alta resistividad eléctrica

     -Duros y resitentes (construción)

     -Flexibles (polietileno), elásticos (caucho), resistentes a la tensión (nailon), muy   inertes (teflón)

  

  

  
  

  
  

  
  

  • Condensación: 
    Se forman por la eliminación de agua u otra molécula sencialla. Se obtiene: poliésteres, resinas fenol...
    
    
    

  
  

  Técnicas de conformado de polímeros

  -Extrusión:

      Los gránulos de plástico entra en el sistema de alimentación, estos pasan al tornillo sin fin, mientras estos gránulos se van derritiendo a causa del las camisas calefactoras, estos gránulos se van desplazando, por el movimiento giratorio del tornillo, hacia el cabezal, donde el material pasa a unos molde que le dan forma. Mas tarde se refrigeran y obtiene su forma definitiva, resistente y rígida.

  Este método solo se puede utilizar en aquellos casos donde los extremos de los objetos estén cerrados o abiertos. Por ejemplo: tuberías, mangueras, marcos de ventanas, etc..
  

                      

   -Inyección:

      El método de inyección es muy similar al de extrusión, los gránulos del plástico entran en el embudo, estos entran en el tornillo sin fin, y son transportados a un molde de metal, aquí se enfría y obtiene su forma final. Por ejemplo: vasos, platos, carcasas de móviles, etc.. 

  

   -Compresión:

        Éste método es utilizado para piezas de gran tamaño y no muy complicadas, como guardabarros de coche, pomos de puertas, pulseras,... El plástico que se trata adquiere una forma gracias a la presión de una máquina que tiene un molde. El proceso es el siguiente: se coloca una pieza de plástico en un molde de metal, esta es aplastada y moldeada por otra pieza de metal que conforma la otra mitad del molde, todo ello se realiza con el plástico a una elevada temperatura, gracias a esto el material adquiere una forma rígida, uniforme y homogéneo.

  
  

  -Modelado al vacío:

     Este método se utiliza para la creación de vasos, platos, mascaras y todo aquello que tenga unas paredes muy finas.

  Para este método se utiliza una lamina fina de plástico, la cual es calentada con unas resistencias. Debajo de esta lamina de plástico se encuentra un objeto del cual se quiere adoptar su forma, luego la lamina de plástico caliente cae sobre el molde, luego se extrae el aire para que el plástico obtenga todos sus detalles.
  

  

  -Calandrado:

     Este método se utiliza para la creación de placas PVC, carpetas, manteles, láminas de invernadero, etc.
   Se introducen los gránulos de plástico procedentes de una tolva en el interior de una calandra, que es un conjunto de rodillos,donde, según el grosor que haya entre éstos, se obtendrá láminas de plástico de distinto grosor listas para su uso.

  

  
  

  Comportamiento frente al calor:

  -Termoestables: no se pueden fundir a través  de calentamiento simple,  su masa es tan dura que necesita temperaturas muy elevadas para sufrir alguna modificación.

  -Elastómeros: pueden ser deformados ya que  tienen la propiedad de recuperar su forma al ser sometidos a una deformación de ella. Ej. Caucho vulcanizado.

  -Termoplásticos: tienen facilidad para ser fundidos, y por lo tanto pueden ser moldeados.

  
  

  (FUENTES:

  https://tecnologia-materiales.wikispaces.com/Pol%C3%ADmeros+-+M%C3%A9todo+de+conformado

  http://www.monografias.com/trabajos93/sobre-los-polimeros/sobre-los-polimeros.shtml#lospolimea )

  
  

  
  

  
  

                                        Tratamiento de los RSU

• Recogida general:

La bolsa general de basura, en aquellos sitios en donde no hay recogida selectiva, o la que contiene lo que no se ha puesto en los contenedores específicos, se deposita en contenedores o en puntos especiales de las calles y desde allí es transportada a los vertederos o a las plantas de selección y tratamiento.

• Plantas de selección:

En los vertederos más avanzados, antes de tirar la basura general, pasa por una zona de selección en la que, en parte manualmente y en parte con máquinas se le retiran latas (con sistemas magnéticos), cosas voluminosas, etc. 

• Reciclaje y recuperación de materiales:

Consiste en la recuperación del residuo mediante diversas técnica, a efectos de volverlo a introducir en la cadena de comercialización. Lo ideal sería recuperar y reutilizar la mayor parte de los RSU. Con el papel, telas, cartón se hace nueva pasta de papel, lo que evita talar nuevos árboles. Con el vidrio se puede fabricar nuevas botellas y envases sin necesidad de extraer más materias primas y, sobre todo, con mucho menor gasto de energía. Los plásticos se separan, porque algunos se pueden usar para fabricar nueva materia prima y otros para construir objetos diversos. 

• Vertido:

Los vertederos son zonas donde se depositan residuos urbanos.Los vertederos incontrolados o tiraderos de basura son lugares donde se depositan los residuos urbanos sin ningún tipo de control ni mantenimiento. La instalación de dichas áreas trae como consecuencia: olores; contaminación de acuíferos y de aguas superficiales, contaminación de suelos, contaminación atmosférica, degradación del paisaje, presencia de organismos patógenos (insectos, roedores, bacterias y virus, entre otros), incendios

• Incineración Pirolítica:

Es un proceso de oxidación térmica a alta temperatura en el cual los residuos peligrosos son convertidos, en presencia de oxígeno, en gases y residuales sólidos incombustibles (cenizas).

Los incineradores pirolíticos poseen una cámara primaria de acero con resistencia a altas temperaturas ; esta cámara se encuentra revestida con materiales refractarios , cuya finalidad es la de retener el calor producido por los quemadores.

La cámara secundaria , de menor tamaño que la primera, consiste también en una estructura de acero, la cual se encuentra revestida de material refractario que soporta mayores temperaturas. En la cámara secundaria los gases producto de la combustión de los desechos sólidos son incinerados mediante un quemador adicional.  

                             RESIDUOS TOXICOS Y PELIGROSOS

Son las sustancias que son inflamables, corrosivas, tóxicas o pueden producir reacciones químicas, cuando están en concentraciones que pueden ser peligrosas para la salud o para el ambiente. 

• El impacto negativo de estas sustancias se ve agravado cuando son difíciles de degradar en la naturaleza. Los ecosistemas naturales están muy bien preparados, por millones de años de evolución, para asimilar y degradar las sustancias naturales. 
• Siempre hay algún tipo de microorganismo o de proceso bioquímico que introduce en los ciclos de los elementos las moléculas. Pero en la actualidad se sintetizan miles de productos que nunca habían existido antes y algunos de ellos, como es el caso de los CFC, DDT, muchos plásticos, etc. 
• Permanecen muchos años antes de ser eliminados. Además al salir tantas moléculas nuevas cada año, aunque se hacen ensayos cuidadosos para asegurar que se conocen bien sus características, no siempre se sabe bien que puede suceder con ellos a medio o largo plazo.

ALEACIONES

ALEACIONES

Las aleaciones son  productos procedentes de dos o más elementos, en los que al menos uno es un metal.

Los elementos de la aleación deben estar en estado líquido y está formada por:

• Disolvente: está en mayor proporción
• Soluto: está en menor proporción

La creación se puede dar por:

• Sustitución: el soluto y el disolvente tienen la misma estructura y forman parte de la misma red.
• Inserción: el soluto es muy pequeño y se coloca en el interior del disolvente.
  

(FUENTE:https://es.slideshare.net/tonivi99/aleaciones?qid=6700e219-5afd-4724-a2c0-e478a95d92a4&v=&b=&from_search=21)

CRISTALIZACIÓN

• FASE 1: NUCLEACIÓN

En los metales y aleaciones líquidas los átomos se agrupan a azar, de modo irregular y son portadores de elevada energía y movimiento. A medida que el líquido se enfría y se acerca al punto de solidificación, la energía de algunos átomos puede haber disminuido y con ello su movilidad dentro de la masa, de tal forma que pueden ocupar, respecto a los otros, una posición más orientada, lo que se asemeja a su disposición en el metal sólido.
Una vez alcanzada la temperatura de solidificación, estos grupos aislados de átomos pueden haber quedado ya orientados y enlazados como el cristal elemental, adquiriendo una estructura rígida de orientación los unos respecto a los otros. Los átomos vecinos pueden unirse al cristal elemental formado, formando nuevos cristales elementales unidos y comenzar dentro de la masa líquida a formar redes cristalinas en crecimiento. Estos cristales en crecimiento, cuando alcanzan cierto tamaño se convierten en núcleos de cristalización, y a su alrededor comienza a tejerse la red cristalina.

• FASE 2: CRSITALIZACIÓN

En el proceso de cristalización el líquido  va manteniendo una forma relativamente correcta, los átomos vecinos se van enlazando en la posición adecuada y la red cristalina se incrementa manteniendo su geometría. Sin embargo, debido a que la transferencia de calor del material fundido puede ser diferente en diferentes direcciones; por ejemplo, mayor hacia las paredes de molde o recipiente, la red cristalina pueden ir creciendo en unas direcciónes mas que en otras por lo que los cristales van adquiriendo una forma alargada y se constituyen en los llamados ejes de cristalización.

Este tipo de cristalización, (similar a un cuerpo ramificado) se conoce como dendrítico, y el cristal formado dendrita.

• FASE 3: FORMACIÓN DE GRANOS

Durante el crecimiento dentro de la masa líquida, los cristales empiezan a entrar en contacto, lo que impide la formación de cristales geométricamente correctos, por consiguiente, después de la solidificación completa, la forma exterior de los cristales formados adquiere un carácter casual. Tales cristales se denominan granos.

(FUENTE:http://www.sabelotodo.org/metalurgia/cristalmetal.html) 

DIAGRAMA DE FASES

Es una representación gráfica de la relación entre la composición y la temperatura en una mezcla binaria.
 En el eje vertical se situal la temperatura (ºC / ºK) y en el eje horizontal la composición (% masa / % mol / fracción molar)

En el diagrama  se muestra la mezcla A + B. En el extremo izquierdo hay un 100% del componente A y en el derecho un 100% del componente B.
Hay dos líneas:

• Línea de sólidus: corresponde a las condiciones a las cuales la mezcla sólida empieza a fundirse y se obtiene una mezcla sólido + líquido. Esta línea existe debido a los diferentes puntos de fusión de la mezcla.
• Línea de líquidus: indica a que temperatura los dos componentes están en estado líquido.

  

La composición de la línea I (naranja) se dice que:

• Por debajo de T4  sólo es líquido. (%B<50%)
• Entre T4 y T2 es sólido y líquido. Cuanta más temperatura mayor parte líquida.
• En T1 sólo es líquido (A y B están fundidos). Por encima de esta sólo se observa la fase líquida.

En la línea II (verde):

• Por debajo de T3 sólo es sólido.
• Entre T3 y T1  dos fases, sólida y líquida (ambos).
• En T1 sólo es líquido (ambos)

LOS COMPONENTES A Y B NO PUEDEN SER SOLUBLES UNO EN OTRO.

EJ: ACERO ( hierro + carbono)

(FUENTE:http://zona-quimica.blogspot.com.es/2014/04/diagrama-de-fases-binario.html)

FUNDICIONES

Son aleaciones Fe-C con un porcentaje superior al 2,1 %. Hay otros tipos cuya estructura y propiedades dependerán de la composición y del tratamiento térmico:

• Fundición gris: aleaciones que contienen entre el 2,5% y 4% de C. El proceso de grafitización (el grafito forma laminas curvadas que proporcionan su característica grisácea o negruzca) se realiza con más facilidad a mayor temperatura.

 

 (FUENTE:http://www.esi2.us.es/IMM2/Pract-html/y2.html)

•  Fundición esferoidal: se añade Mg o Cs a la fundición gris. Consta de 3 procesos:

              -Tratamiento de esferoidización: se añade a la aleación líquida una aleación o elemento esferoidizante (Mg, Ca, Ti, Cr, S).

                 -Tratamiento de inoculación: consiste en someter la fundición a unos procesos para evitar que pase a fundición blanca.

(FUENTE:http://www.angelfire.com/al3/mambuscay/Art3.htm)

• Fundición blanca: bajas en C con menos de un 1%  en silicio y rápida velocidad de enfriamiento.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS 

Los tratamientos térmicos más importantes son: temple, recocido, revenido y normalizado. Con su aplicación se consiguen estructuras más blandas y más mecanizables, con mayor dureza y resistencia. Otro aspecto que mejoran es la homogeneización de la estructura.

• TEMPLE: Este tratamiento térmico se caracteriza por enfriamientos rápidos (continuos o escalonados) en un medio adecuado: agua, aceite o aire. Mediante el temple se consigue:

              − Aumentar la dureza y la resistencia mecánica.

              − Disminuir la tenacidad (aumento de la fragilidad).

              − Disminuir el alargamiento unitario.

              − Modificar algunas propiedades eléctricas, magnéticas y químicas.

Pasos:

1. Calentamiento del metal.- Se realiza en horno, siendo lento al hasta los 500ºC y rápido hasta la temperatura de temple.

2. Homogeneización de la temperatura.- Se mantiene a la temperatura de temple durante un determinado tiempo a la pieza para que se homogenice en todo el volumen de la pieza a templar.

3. Enfriamiento rápido.- Se saca la pieza del horno y se enfría el material en un fluido denominado medio de temple a una velocidad.

•  RECOCIDO: Se trata de calentar el metal hasta una determinada temperatura y enfriarlo después muy lentamente (incluso en el horno donde se calentó). De esta forma se obtienen estructuras de equilibrio. Son generalmente tratamientos iniciales mediante los cuales se ablanda el acero. Su finalidad es suprimir los defectos del temple. Mediante el recocido se consigue:

                 − Aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad.

                 − Eliminar la acritud.

                 − Afinar el grano y homogeneizar la estructura.

• REVENIDO: Como ya se ha visto, el temple produce un aumento de la fragilidad debido a las tensiones internas que se generan al producirse la transformación martensítica. Para evitarlo, se somete el metal a un proceso de revenido, que consiste en elevar la temperatura hasta una inferior a la de transformación (punto crítico AC1) para transformar la martensita en formas más estables. Mediante el revenido se consigue:

               − Disminuir la resistencia mecánica y la dureza.

               − Aumentar la plasticidad y la tenacidad. 

•  NORMALIZADO: Se trata de calentar el metal hasta su austenización y posteriormente dejarlo enfriar al aire. La ventaja frente al recocido es que se obtiene una estructura granular más fina y una mayor resistencia mecánica. La desventaja es que la dureza obtenida es mayor. Mediante este proceso se consigue:

              − Subsanar defectos de las operaciones anteriores de la elaboración en caliente (colada, forja, laminación,…) eliminando las posibles tensiones internas.

              − Preparar la estructura para las siguientes operaciones tecnológicas.

TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS 

Los más importantes son: cementación, nitruración, cianuración y sulfinización. Además de los producir cambios en la estructura, también se producen cambios en la composición química de su capa superficial añadiendo distintos productos. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales. Los objetivos que se persiguen mediante estos procesos son variados, pero entre ellos podemos destacar:

      − Mejorar la dureza superficial de las piezas, sin disminuir la tenacidad del núcleo.

      – Aumentar la resistencia al desgaste aumentando el poder lubrificante.

     − Aumentar la resistencia a la fatiga y la corrosión, sin modificar otras propiedades esenciales tales como ductilidad.

•  CEMENTACIÓN: Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la superficie, en estado sólido (carbón vegetal), líquido (cianuro sódico) o gaseoso (hidrocarburos). Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. Se consiguen superficies de gran dureza y resistencia superficial. Se aplica a piezas resistentes al desgaste y a los choques. 

• NITRURACIÓN: Consiste en aportar nitrógeno a la superficie de la pieza por medio de una corriente de amoniaco. Se consiguen durezas muy elevadas y superficies muy resistentes al desgaste, la corrosión y la fatiga sin perder la dureza.Se aplica a piezas sometidas a choques y rozamientos (ruedas dentadas, árboles de levas, ejes de cardán, aparatos de medida) .