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miércoles, 8 de marzo de 2017

Tecnología Industrial I - Tema 7.- Metales NO ferrosos

TEMA 7.- METALES NO FERROSOS

ÍNDICE


1.- Introducción

2.- Clasificación de los metales no ferrosos

3.- Metales no ferrosos pesados
     3.1.- Estaño. Proceso de obtención
     3.2.- Cobre. Proceso de obtención
     3.3.- Cinc. Proceso de obtención
     3.4.- Plomo. Proceso de obtención
     3.5.- Cromo. Características y usos
     3.6.- Níquel. Características y usos
     3.7.- Wolframio o Tungsteno. Propiedades y aplicaciones

4.- Metales no ferrosos ligeros

     4.1.- Aluminio. Características y aplicaciones
     4.2.- Titanio. Características y aplicaciones

5.- Metales no ferrosos ultraligeros

     5.1.- Magnesio. Características y aplicaciones

6.- Impacto ambiental

7.- Presentaciones comerciales


1.- INTRODUCCIÓN


Los metales NO ferrosos comprenden todos los metales a excepción del hierro. Su utilización no es tan masiva como los productos férreos (hierro, acero y fundición) pero tienen una una gran importancia en la fabricación de gran cantidad de productos, por propiedades como, el bajo peso específico, la resistencia a la oxidación en condiciones ambientales normales, la fácil manipulación y mecanizado.

Propiedades como bajo peso específico, poca o nula oxidación en condiciones ambientales normales, así como una fácil manipulación, han contribuido a que los materiales no ferrosos tengan una gran importancia en la fabricación de gran cantidad de productos.

Las aleaciones de productos no ferrosos son extensamente utilizadas en nuestro quehacer diario. Van desde monedas (fabricadas con aleaciones de cobre, níquel y aluminio) hasta filamentos de bombillas (de wolframio), pasando por componentes electrónicos soldados mediante estaño, grifos recubiertos de cromo, etc.

En general, los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales.

Los metales férricos presentan algunos inconvenientes como: la facilidad de corrosión, el punto de fusión elevado, la baja conductividad térmica y eléctrica y la dificultad de mecanizado. Por ello la industria utiliza los metales no férricos que pueden clasificarse atendiendo a su densidad en pesados, ligeros y ultraligeros.


2.- CLASIFICACIÓN DE LOS METALES NO FERROSOS


Aunque los productos ferrosos todavía siguen siendo los metales más utilizados en la actualidad, el resto de metales, es decir, los metales no férreos, son cada día más imprescindibles y se emplean cada vez más en la industria para la fabricación de multitud de productos.

Los metales no ferrosos se pueden clasificar, según su peso específico en:

Pesados: Su densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³. Ej: Estaño, cobre, cinc, plomo, etc.
Ligeros: Su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³. Ej: Aluminio y titanio.
Ultraligeros: Su densidad es menor de 2 kg/dm³. Ej: Magnesio y berilio.


En general, los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales.
Ordenados de mayor a menor utilización, son: cobre (y sus aleaciones), aluminio, estaño, plomo, cinc, níquel, cromo, titanio y magnesio.

Los metales no ferrosos, ordenados de mayor a menor utilización, son: cobre y sus aleaciones, aluminio, estaño, plomo, cinc, niquel, cromo, titanio y magnesio.

3.- Metales no ferrosos pesados

3.1.- Estaño. Proceso de obtención y aplicaciones

Es un metal muy escaso en la naturaleza. Se obtiene a partir de la casiterita


Las principales características del estaño son las siguientes:



Las principales aleaciones del estaño son:


La principales aplicaciones del estaño son:


Actividad 1: Realiza un mapa mental indicando el proceso de obtención del estaño.

Actividad 2: Haz un cuadro comparativo de las características de las principales aleaciones y deduce las propiedades del estaño con respecto a otros metales.


Actividad 3: Busca en Internet algunas aplicaciones del estaño para soldadura


3.2.- Cobre. Proceso de obtención

Cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros), cuyo símbolo es Cu, es un elemento químico de número atómico 29. Es un metal de transición de color rojizo y de resplandor metálico que, junto con la plata y el oro es parte de la llamada familia del cobre.

 3.2.1.- Propiedades del cobre

El cobre se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de la electricidad (el segundo por detrás de la plata) (Las detalles se ven en la Tabla 2.1). Debido a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material má utilizado para la fabricación de cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

3.2.2.- Obtención del cobre

      El cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados (80 %) y de minerales oxidados (20 %), los primeros se tratan por un proceso denominado pirometalúrgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia.


     Los principales minerales de sulfuro de cobre son calcopirita (CuFeS2), calcocita (Cu2S), covelita (CuS), bornita (Cu5FeS4) y tetraedrita.





La producció primaria de cobre comienza con la extracció de minerales de cobre. Hay dos formas básicas de la minería de cobre: la mina a cielo abierto y la mina subterránea. La mina a cielo abierto es el método de explotación predominante en el mundo.




Chile produce un tercio del cobre mundial y tiene la reserva má abundante. Además hay que tener en cuenta que China es el segundo país que produce cobre, pero no tiene tantas reservas como Chile.



El cobre se suministra a los fabricantes como catódicos, palanquillas, torta o lingote. A través de la extrusión, forjamiento, fusión, electrólisis, etc., se transforma en alambre, cable, varilla, tubos, placas, hojas, piezas, polvos y otras formas.

Las industrias finales pueden transformar cobre y sus aleaciones semielaborados en
productos del uso final, tales como automóviles, electrodomésticos, electrónica, y otras formas dependiendo de a quénecesidades van a satisfacer.






ACTIVIDADES TEMA 7
METALES NO FERROSOS

  1. Señala al menos dos características que definan al estaño y describe sus principales aleaciones.
    Características:
    ·El estaño puro tiene un color muy brillante . A temperatura ambiente se oxida y pierde el brillo exterior.
    ·A temperatura ambiente es muy maleable y blando, sin embargo, en caliente es frágil y quebradizo.
    ·Por debajo de -18ºC empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris.
    ·Cuando se dobla se oye un crujido.
    Aleaciones:
    ·Bronce: es una aleación de cobre y estaño.
    ·Soldaduras blandas: son aleaciones de plomo y estaño con proporciones de estaño de entre el 25% y el 90%.
    ·Aleaciones de bajo punto de fusión: las más importantes son; -Darcet
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  1. Señala qué dos características definen el cobre. ¿Cuál son los minerales de cobre más utilizados en la actualidad?
    ·Es muy dúctil y maleable.
    ·Posee una alta conductividad eléctrica y térmica.
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  2. ¿Qué es el bronce ordinario? ¿De qué elementos está formado?
    Es toda aleación metálica de cobre y estaño, en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 5 al 20 %. Puede incluir otros metales.

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  1. ¿Qué es el latón especial? ¿Para que se emplea?
    Es una aleación metálica en la que lleva cobre, cinc y otros elementos químicos.
    Se suelen usar en grifos, tuercas y tornillos.
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  1. ¿De qué material están fabricadas las campanas?
    Se fabrican con bronce ordinario.
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  1. ¿De qué material suelen fabricarse las monedas de curso legal?
    Níquel, cobre, cinc, aluminio, latón, etc.
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  1. ¿Qué es el cobre blíster?
    O cobre bruto es el cobre obtenido en el horno de reverbero (que procede del mineral de cobre), cuya pureza está alrededor el 40 %.
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  1. ¿En qué consiste el forjado del cobre? ¿Qué se consigue con la forja?
    Consiste en golpearlo en frío con un martillo. Con ello se mejoran sus propiedades, especialmente la dureza.
  2. ¿En qué consiste el cuproaluminio? ¿Para qué se emplea?
    Es una aleación de cobre y aluminio. Se emplea para la fabricación de hélices de barco, turbinas, bases de sartenes, etc.
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  1. Señala cuáles son los minerales de cinc más empleados en la actualidad. ¿Cuáles son las aleaciones más importantes de cinc? ¿Para qué se emplea?
    Los minerales más empleados son la blenda y calamina.
    Las aleaciones más importantes son:
    · Latón: se emplea para tornillos y grifos.
    · Alpaca: se emplea para cubertería y compases.
    · Zamak: se emplea para piezas e instrumentos científicos antiguos.
  2. Usando el cinc como elemento principal, ¿qué métodos de recubrimiento metálico de piezas existen?
    · Galvanizado electrolítico.
    · Galvanizado en caliente.
    · Sherardización.
    · Metalizado.
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  3. Indica al menos dos características que describan el plomo y señala cuál es su aleación más importante y su aplicación.
    Características más importantes: · Se funde a los 327ºC
                        · Es maleable y blando
                        · Tiene una alta densidad (11,34 kg/dm3)
    Aleación más importante: Metal junto al estaño (para soldaduras).
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  1. ¿A qué se llama plomo de obra? ¿Para qué se emplea?
    Al plomo que se obtiene en el horno de mufla (especie de horno alto pequeño), procedente de la galena. Al contener muchas impureza, no tiene una aplicación específica.
  2. ¿Qué metales no ferrosos se emplean para la fabricación del acero inoxidable?
    Además del acero, se emplea níquel (10%) y cromo (18%).
  3. ¿En qué se diferencia el níquel del cobalto?
    El cobalto tiene unas propiedades parecidas al níquel, pero es magnético a temperatura ambiente, cosa que el níquel no lo es.
  4. ¿Con qué material se fabrican los aceros rápidos y los metales duros para la construcción de herramientas de corte?
    Con cobalto.
  5. ¿Qué es el bronce de aluminio?
    O duraluminio, es una aleación de cobre y aluminio.
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  1. Señala qué características definen al titanio. ¿De qué materia prima se obtienen?
    Es un metal blanco plateado, muy resistente a la oxidación y corrosión, se mantiene hasta los 400ºC y con unas propiedades parecidas a las del acero.
    Se obtiene del rutilo y de la ilmenita.
  2. ¿Para qué se usa el magnesio en estado puro?
    Para fabricar productos pirotécnicos.
  3. Describe el proceso de obtención del cobre por vía seca.
    Resultado de imagen de obtencion del cobre por via seca

  4. Señala por qué crees que es necesario triturar y moler el mineral de cobre en el proceso de obtención de este metal por vía seca.
    Para separar la ganga y la mena metiéndolo en un depósito lleno de agua.
  5. Los candelabros y algunas lámparas suelen estar fabricados con latón. ¿Cómo distinguirías un objeto fabricado con bronce de uno de latón.
    Los objetos de latón tienen un color más dorado mientras que los de bronce se van volviendo de color verde.

  1. Señala las diferencias más significativas entre el latón y el bronce desde el punto de vista de la composición y de sus aplicaciones. Indica, igualmente, las ventajas que aporta el empleo de las aleaciones de cobre (bronce y latón) frente al cobre puro.
    Bronce: su composición es de cobre y estaño. Sus aplicaciones podrían ser los cables eléctricos, las campanas y las esculturas.
    Latón: su composición es de cobre y cinc. Sus aplicaciones podrían ser las lámparas, las tuercas y los tornillos.
    Al mezclar el cobre con otros metales se produce un empeoramiento de la conductividad calorífica y eléctrica, sin embargo, mejoran sus propiedades mecánicas y tiene mayor resistencia a la oxidación.
  2. Describe el proceso de obtención del cinc por vía seca y por vía húmeda.
Vía seca:
Primero se tritura y calcina la blenda y la calamina y se forma el óxido de cinc. En un horno de mufla se reduce incrustando carbón y extrayendo oxígeno. Así se forma el cinc al 98%
Vía húmeda:
Primero se tritura la blenda y la calamina y se forma el mineral de cinc en polvo, y se le añade ácido sulfúrico. El sulfato de cinc disuelto y las impurezas se someten a electrólisis para eliminar las impurezas. Así se forma el cinc al 99%.

  1. Pon una foto del proceso de obtención del plomo.
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   30. ¿Para qué se usa el titanio en odontología? Señala en qué aplicaciones resulta             recomendable la utilización del titanio, a pesar de ser un producto caro.
Se está utilizando en bases de piezas dentarias, ya que su implantación en el interior del hueso (mandíbula) no produce rechazo alguno. Pasado algún tiempo, queda firmemente unido al hueso. Sobre esa base se pueden colocar dientes o muelas.
Se usa para la fabricación de estructuras y elementos de máquinas para transbordadores espaciales, misiles, satélites de comunicaciones, cohetes, etcétera, ya que tiene una gran resistencia y poco peso específico. También se usa en la fabricación de aletas de turbinas, herramientas de corte, fabricación de pinturas, etc.




Ejercicios extras


      ·¿Qué ventajas tiene el titanio frente al acero?
El titanio, frente al acero, tiene las siguientes ventajas:
• Resiste mejor la oxidación y corrosión a temperatura ambiente.
• Conserva las propiedades mecánicas (análogas a las del acero) incluso hasta los 400 °C.


    ·¿Cuáles son los minerales de magnesio? ¿Cuáles de ellos se usa más?
Carnalita, magnesita y dolomita.
Se usa más la carnalita, que se obtiene del agua del mar (se encuentra en forma de cloruro de magnesio).


     ·¿Qué es el wolframio? ¿Cuáles son sus características?
El wolframio es el mismo elemento químico que el tungsteno. Es un material que conserva sus propiedades a altas temperaturas, lo que lo hace idóneo en aplicaciones tales como herramientas de máquinas-herramientas y lamentos de bombillas.

Realizado por Ainara y Rebeca 1ºBCH
Revisado por Francisco Díaz
 


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