Transcript CARACTERÍSTICAS METALES

MODIFICACIÓN DE LAS
PROPIEDADES DE LOS METALES
CARACTERÍSTICAS
METALES
DERIVADAS DEL ENLACE METÁLICO
1.
2.
3.
4.
5.
CONDUCCIÓN TÉRMICA Y
ELÉCTRICA ELEVADA
RESISTENCIA MECÁNICA ALTA
GRAN PLASTICIDAD,
DUCTILIDAD Y TENACIDAD
MALEABILIDAD ELEVADA
CARÁCTER RECICLABLE
•
REDES TRIDIMENSIONALES:
ESTADO CRISTALINO
•
ENLACE METÁLICO:
1.
2.
3.
4.
FORMACIÓN DE UNA NUBE ELECTRÓNICA
PERTENENCIA INCONCRETA DE LOS e- A LOS ÁTOMOS
GRAN MOVILIDAD ELECTRÓNICA
ESTO JUSTIFICA LA ELEVADA CONDUCTIVIDAD
METÁLICA.
ESTRUCTURA INTERNA METALES
ENLACE METÁLICO
ESTADO CRISTALIN0:
redes
tridimensionales compactas con
máximo aprovechamiento espacial.
MISMA VECINDAD:
distancia permanente entre puntos
CELDA UNIDAD: ejes y
ángulos cristalográfico

REDES CRISTALINAS SIMPLES:
◦ Representan todas las posibles redes puntuales
de átomos situados en vértices.
◦ Sus celdas unidad son ‘CELDAS PRIMITIVAS’
ESTRUCTURA CRISTALINA
REDES CRISTALINAS DE
BRAVAIS: 14 celdas unidad
CARACTERÍSTICAS:
• Redes puntuales más complejas
• Cumplen la propiedad de misma vecindad.
• Sus celdas unidad:‘CELDAS NO PRIMITIVAS’
• La posición atómica en ‘no vértice’ da lugar:
•
•
•
•
Redes
Redes
Redes
Redes
SENCILLAS
CENTRADAS EN EL CUERPO
CENTRADAS EN LAS CARAS.
CENTRADAS EN LA BASE.
REDES DE BRAVAIS
Sistemas cristalinos y redes de
Bravais
LOS METALES CRISTALIZAN EN LAS SIGUIENTES ESTRUCTURAS:
•RELACIONADO CON EL ESTADO DE MÍNIMA ENERGÍA
•HIPÓTESIS DE LAS ESFERAS RÍGIDAS
REDES CRISTALINAS
METÁLICAS
ESTRUCTURA BCC
•
•
INDICE DE COORDINACIÓN : 8
NÚMERO DE ÁTOMOS POR CELDA: 2
•
MÁXIMO EMPAQUETAMIENTO EN LA DIAGONAL CUBO
•
FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO: (FEA) 0,68
•
NO ES UNA ESTRUCTURA TOTALMENTE
COMPACTA
ESTRUCTURA FCC
•
•
•
INDICE DE COORDINACIÓN: 12
NÚMERO DE ÁTOMOS POR CELDA: 4
MÁXIMO EMPAQUETAMIENTO EN LA DIAGONAL DE CARA
FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO (FAE): 0,74
• ES UNA ESTRUCTURA COMPACTA: NO
POSIBILIDAD DE EMPAQUETAMIENTO.
•
HAY
MAYOR
ESTRUCTURA HCP
•
•
•
•
INDICE DE COORDINACION: 12
NÚMERO DE ÁTOMOS POR CELDA: 6
MÁXIMO EMPAQUETAMIENTO:
FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO: 0,74
INTERSTICIOS O
HUECOS
JFJLFLKAJDDDDD
POLIMORFISMO Y
ALOTROPÍA
•
•
ALOTROPRÍA: Estructura cristalina en función de P y T.
POLIMORFISMO: Alotropía en los compuestos químicos.
DEFECTOS DE LA
ESTRUCTURA
CRISTALINA
•
DEFECTOS TÉRMICOS: Dilatación térmica por vibración.
•
DEFECTOS ELECTRÓNICOS: Impurezas atómicas.
•MATERIALES SEMICONDUCTORES
•
DEFECTOS ATÓMICOS: Fallos en la estructura cristalina
• PUNTUALES, LINEALES O SUPERFICIALES
DEFECTOS ATÓMICOS
PUNTUALES
CAUSAN LOS EFECTOS DE DIFUSIÓN.
ATÓMOS INSTERSTICIALES: Átomo en
Espontáneo. La concentración sube con T.
•
•
un
instersicio.
LUGARES VACANTES: En los que no hay átomos
ÁTOMO EXTRAÑOS: Átomos diferentes que se sitúan en los
puntos reticulares o en los huecos. Espontáneo. La
concentración sube con T.
•
DIFUSIÓN
MOVIMIENTO ATÓMICO
DESDE LA POSICIÓN
DE EQUILIBRIO HASTA
OTRAS DEBIDO A LA
AGITACIÓN TÉRMICA
1. LA FUERZA IMPULSORA ES LA DIFERENCIA DE CONCENTRACIONES.
2. LA DIFUSIÓN AUMENTA CON T
3. SE VE FAVORECIDA POR LA CANTIDAD DE VACANTES
4. LOS ÁTOMOS INTERSTICIALES TAMBIÉN SE DIFUNDEN SI SU TAMAÑO
ES ADEACUADO.
DEFECTOS ATÓMICOS
LINEALES
1.
2.
3.
4.
5.
6.
SU LONGITUD ES MUCHO MAYOR QUE SU ANCHURA
DISLOCACIÓN: DISTORSIÓN LINEAL DE LA RED.
TIPOS: EN CUÑA, EN HÉLICE.
CUÑA: SEMIPLANO EXTRA
HÉLICE: PLANOS PERPENDICULARES EN HÉLICE
ESTE DEFECTO NO TIENE EXPLICACIÓN ENERGÉTICA
•
DEFECTOS ATÓMICOS
LINEALES
JUSTIFICACIÓN:
1. TENSIONES DE ORIGEN TÉRMICO
2. DEFORMACIONES EN FRÍO
3. EXISTENCIA DE ÁTOMOS EXTRAÑOS EN LA
RED
•
CONSECUENCIAS:
1. FORMAN UNA ESTRUCTURA LINEAL 3D:
10¹²cm/cm³
2. DISMINUYE LA RESISTENCIA MECÁNICA.
3. LOS MOVIMIENTOS DE LAS DISLOCACIONES
CAUSAN LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN LAS
ALEACIONES METÁLICAS.
DEFECTOS ATÓMICOS
SUPERFICIALES
•
•
POCA PROFUNDIDAD FRENTA A LONGITUD Y ANCHURA
TIPOS: DE APILAMIENTO Y LÍMITE DE GRANO
DEFECTOS ATÓMICOS
SUFPERFICIALES
•
GRANO:ESTRUCTURA CRISTALINA DIRECCIONADA
FORMADA EN EL PROCESO DE SOLIDIFICACIÓN.
•
JUNTA DE GRANO: ZONA LIMITROFE ENTRE GRANOS
•
LOS GRANOS NO SE JUSTIFICAN ENERGETICAMENTE
GRANOS
INFLUENCIA DEL GRANO EN LA
MICROESTRUCTURA Y
PROPIEDADES DE ALEACIONES
METÁLICAS
LA MICROESTRUCTURA DEPENDE DEL: TAMAÑO, FORMA Y
ORIENTACIÓN DEL GRANO
•
A MENOR TAMAÑO DE GRANO MAYOR RESISTENCIA.
• FORMA EQUIAXICA A ALARGADA POR LAMINACIÓN EN FRÍO
• ORIENTACIÓN QUE DEPENDE DEL PROCESO Y PROVOCA ÉL
CAMBIO DE ISOTROPÍA A ANISOTROPÍA
•
SOLUCIONES SÓLIDAS:
ALEACIONES
•
ALEACIÓN METÁLICA:
MEZCLA DE DOS O MAS METALES O DE UN
METAL Y UN NO METAL
•
REQUISITOS:
1. ÁTOMOS MISCIBLES EN ESTADO LÍQUIDO
2. CARÁCTER METÁLICO DEL PRODUCTO
•
TIPOS : 1. SUSTITUCIÓN
2. INSERCIÓN
SOLUTO DE MISMA RED: ÁTOMOS DE MENOS
PROPORCIÓN
• DISOLVENTE EN DISTINTA RED: EL DE LA MISMA
ESTRUCTURA QUE LA ALEACIÓN FINAL.
•
SOLUCIONES SÓLIDAS
DE SUSTITUCIÓN
ÁTOMOS DE SOLUTO SUSTITUYEN AL DISOLVENTE EN ALGUNOS
NUDOS DE LA RED.
•
CONDICIONES:
• A Y B = SISTEMA DE CRISTALIZACIÓN. SI
NO HAY LIMITE DE CRISTALIZACIÓN
• A Y B DEBEN TENER LA MISMA VALENCIA.
• ELECTRONEGATIVIDAD SEMEJANTE
• 15% DIFERENCIA MÁXIMA EN Ø ATOMICO
SOLUCIONES SÓLIDAS DE
INSERCIÓN
EL SOLUTO SE INSERTA EN LOS HUECOS DEL DISOLVENTE
•
•
•
•
•
LA DIFERENCIA DE Ø PUEDE SER MUY GRANDE
EL Ø DEL SOLUTO DEPENDE DE LA RED DEL DISOLVENTE
SOLUTOS HABITUALES: H, O, C, N
DISOLVENTES HABITUALES: Cr, Fe, Co, Ni.
EJEMPLO: Hierro γ (FCC).
SOLUCIONES SÓLIDAS
TIPOS:
MECANISMOS DE
ENDURACIMIENTO DE
LOS METALES
DUREZA Y RESISTENCIA DEPENDEN DE LA MOVILIDAD DE LAS
DISLOCACIONES
•
MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO:
•POR DEFORMACIÓN EN FRÍO
• POR AFINO DE GRANO
• POR SOLUCIÓN SÓLIDA
ENDURECIMIENTO POR
DEFORMACIÓN EN FRÍO
1.
2.
3.
4.
LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA AUMENTA LA DUREZA Y
FRAGILIDAD: ACRITUD
LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA AUMENTA LA DENSIDAD DE
DISLOCACIONES.
ACRITUD: ALTA RESISTENCIA, BAJA DUCTILIDAD, ALTA
FRAGILIDAD
RECOCIDO: PARA DEVOLVER LA PLASTICIDAD
ENDURECIMIENTO POR
AFINO DE GRANO
LAS JUNTAS DE GRANO IMPIDEN EL MOVIMIENTO Y
RECORRIDO DE DISLOCACIONES
• GRANOS MÁS PEQUEÑOS, MAYOR LONGITUD DE JUNTA.
• RELACIÓN ENTRE LIMITE ELÁSTICO Y DIÁMETRO DE
GRANO:
•
ENDURECIMIENTO POR
SOLUCIÓN SÓLIDA
1.
2.
3.
AUMENTAN LA DUREZA
ESTO SE DEBE A LA DEFORMACIÓN MECÁNICA
ESTABILIZAN LAS DISLOCACIONES.
DEFECTOS RED CRISTALINA



1. IMPERFECCI0NES
PUNTUALES
2. IMPERFECCIONES
LINEALES:
DISLOCACIONES
3. IMPERFECCIONES
SUPERFICIALES:
GRANOS Y JUNTAS
DE GRANOS
MECANISMOS
 TIPOS:
ENDURECIMIENTO
1. DEFORMACIÓN EN FRÍO: RECOCIDO
DEBIDO AL AUMENTO DE FRAGILIDAD
 2. POR AFINO DE GRANO: A MENOR
TAMAÑO DE GRANO MAYOR LIMITE
ELÁSTICO: ơ= ơ + K/d
 3. POR SOLUCIÓN SÓLIDA

1. TÉRMICOS: varia estructura no
composición química
 2. TERMOQUÍMICOS: modifica la
composición de la superficie exterior
 3. MECÁNICOS: deformación mecánica
con o sin calor
 SUPERFICIALES: mejora la superficie sin
variar la composición quimica

TRATAMIENTOS METÁLICOS
CALENTAMIENTOS Y ENFRIAMIENTOS
QUE MODIFICAN EL TAMAÑO DE GRANO,
NO LA COMPOSICIÓN.
 1. RECOCIDO: aumenta la plasticidad
 TEMPLE: aumenta la dureza y resistencia
 REVENIDO: como complemento del
temple. Mejora la tenacidad.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS
TERMOQUIMICOS
CALENTAMIENTOS Y ENFRIAMIENTOS CON
APORTACIÓN DE OTROS ELEMENTOS
SUPERFICIALES
1. CEMENTACIÓN: adición de C. Dureza
2. NITRURACIÓN: adición de N. Dureza y
resistencia a la corrosión.
3. CIANURACIÓN: C Y N en baños.
4. CARBONITRURACIÓN: C Y N en gases.
5. SULFINIZACIÓN: C, N Y S. resistencia al
desgaste y menor coeficiente
rozamiento.
METALES FERROSOS





CONTIENE Fe COMO ELEMENTO BASE
P.F.= 1535ºC DISMINUYE CON EL C
BUEN CONDUCTOR
QUIMICAMENTE ACTIVO: ORÍN
VARIEDADES ALOTRÓPICAS: αβϒδ

MUY USADO A NIVEL INDUSTRIAL
Fe INDUSTRIAL: C<0.03%. Poco uso
 ACERO: 0.03% < C < 1.67%. Mucho uso
 FUNDICIÓN: 1.67% < C < 6.6.7%. Uso

TIPOS DE MATERIALES
FERROSOS
ACEROS
PROPIEDADES:
 + C hace+ Dureza, resistencia y
fragilidad
 Dúctiles y maleables
 Menor tenacidad y soldabilidad si más C
 Se oxida, excepto los inoxidables
 Aceros al carbono.
 Aceros aleados.
ACEROS Y OTROS ELEMENTOS










S: Confieren fragilidad
Co: + Dureza, resist. Corrosión y desgaste
Cr: + Dureza, resist. Corrosión, tenacidad.
Acero inoxidable.
Mn: + Dureza aceros templados
Mb: + Dureza, resist desgaste.
Ni: + Resist. Tracción. Acero inoxidable
Pb: + Mecanizado
Si: + Elasticidad y propiedades
magnéticas
Va: + Resistn fatiga y tracción
Wo: + Gran dureza. Aceros rápidos
herramientas.







1.67% < C < 6.67% ¿? 2.5%<C<4.5%
FUSIBLES: piezas por moldeo
No son dúctiles ni maleables
Difíciles de soldar y forjar.
Su fabricación es más sencilla que el
acero
Mayor resistencia a la oxidación.
Más baratas que el acero
FUNDICIONES

TIPOS
Si,Mn,P,S
DE FUNDICIONES
cementita

Ni,Cr,Al,Ti
OBTENCIÓN DEL MINERAL DE
Fe

Fe 4,7% corteza terrestre




Mena y ganga
Reducción de óxidos
Calcinación carbonatos
Tostación de sulfuros
CARBÓN DE COQUE
Coque combustible y
reductor de óxidos
 Coquizado: hulla
(pasta de carbón) a
+1000ºC, no O y 16
horas en baterías de
hornos de coque.


Coque: > 90% C
OBJETIVO:
material poroso
permeable a los
gases.
 SINTER: mezcla
de mineral de Fe
y fundentes
(caliza)
SINTERIZACIÓN
Fe

OBTENCIÓN ARRABIO. HORNO
ALTO









Fe: sínter
Fuel: combustible
Coque: combustible y
reductor del Fe.
Fundentes
Aire caliente
Escoria
Gas alto horno
Arrabio:95%-3,5%,
Si, P, S Mn.
Torpedos: desulfurac.
PARTES DE UN ALTO HORNO
OBTENCIÓN DEL ACERO
CONVERTIDOR
 CONVERTIDO
R
 INPUT:
Chatarra,
fundente y
oxígeno.
 OUTPUT:
Acero líquido,
Escoria, Gases

MODIFICACIÓN COMPOSICIÓN ACERO
METALURGIA SECUNDARIA
ACERO EN MOLDES O LINGOTERAS
 TOCHOS Y PETACAS

COLADA CONVECCIONAL

ACERO EN PRODUCTOS MISMA SECCIÓN
COLADA CONTINUA
LAMINACIÓN
ACERO
EN
 Desbastes a trenes
de laminación.
CALIENTE




Tren de alambrón
Tren de perfiles:
next
Tren de chapa
gruesa: calderería y
barcos
Tren de bandas
calientes: bobinas.
TREN DE PERFILES:
Raíles de ferrocarril y
perfiles en general.

LAMINACIÓN ACERO EN FRÍO

Para espesores pequeños y buen acabado
superficial.
LAMINACIÓN EN FRÍO

Se aplica a las bobinas laminadas en
caliente. Cascarilla.
DECAPADO
Posterior a la laminación en frío.
 Recocido en campana y continuo.
 Temperizado: más dureza.

RECOCIDO
RECUBRIMIENTO DE LOS
ACEROS



Mediante metales
protectores.
Recubrimiento por
inmersión.
Recubrimiento por
electrólisis:
disolución de sal del
metal protector.

MÉTODOS