Clasificación de los metales

LOS METALES

METALES: Son elementos químicos que generalmente contienen entre 1 y 3 electrones en la última órbita, que pueden ceder con facilidad, lo que los convierte en conductores de calor y electricidad. Los Metales, en líneas generales, son maleables y dúctiles, con un brillo característico, cuya mayor o menor intensidad depende del movimiento de los electrones que componen sus moléculas. El Au y Ag, por ejemplo, poseen mucho brillo y debido a sus características físicas constituyen magníficos conductores de la electricidad, aunque por su alto precio en el mercado se prefiere emplear, como sustitutos, el Cu y Al, metales más baratos e igualmente buenos conductores de calor y electricidad.

CLASIFICACIÓN DE LOS METALES

Metales

Los metales se caracterizan por ser buenos conductores de la corriente eléctrica y calor, son dúctiles y maleables, presentan un brillo metálico, todos son sólidos, excepto el mercurio; tienen una alta densidad pero una de sus propiedades más significativas, es que cuando se unen a otros elementos, pierden electrones formando iones positivos.

La mayor parte de los elementos metálicos exhibe el lustre brillante que asociamos a los metales. Los metales conducen el calor y la electricidad, son maleables (se pueden golpear para formar láminas delgadas) y dúctiles (se pueden estirar para formar alambres). Todos son sólidos a temperatura ambiente con excepción del mercurio (punto de fusión =-39 ºC), que es un líquido. Dos metales se funden ligeramente arriba de la temperatura ambiente: el cesio a 28.4 ºC y el galio a 29.8 ºC. En el otro extremo, muchos metales se funden a temperaturas muy altas. Por ejemplo, el cromo se funde a 1900 ºC.

Los metales tienden a tener energías de ionización bajas y por tanto se oxidan (pierden electrones) cuando sufren reacciones químicas. Los metales comunes tienen una relativa facilidad de oxidación. Muchos metales se oxidan con diversas sustancias comunes, incluidos 02 Y los ácidos.

Se utilizan con fines estructurales, fabricación de recipientes, conducción del calor y la electricidad. Muchos de los iones metálicos cumplen funciones biológicas importantes: hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, cobre, manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, cromo, estaño, vanadio, níquel,....

El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 ac.

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café) 60-65% de hierro

La mena café es la mejor para la producción de hierro, existen grandes yacimientos de este mineral en Estados Unidos y en Suecia. En todo el mundo se pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no es utilizable por su gran contenido de azufre.

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

Mineral de hierro

Coque

Piedra caliza

Aire

Propiedad de los metales

• Poseen bajo potencial de ionización y alto peso específico

• Por regla general, en su último nivel de energía tienen de 1 a 3 electrones.

• Son sólidos a excepción del mercurio (Hg), galio (Ga), cesio (Cs) y francio (Fr), que son líquidos

• Presentan aspecto y brillo metálicos

• Son buenos conductores del calor y la electricidad

• Son dúctiles y maleables, algunos son tenaces, otros blandos

• Se oxidan por pérdida de electrones

• Su molécula está formada por un solo átomo, su estructura cristalina al unirse con el oxígeno forma óxidos y éstos al reaccionar con el agua forman hidróxidos

• Los elementos alcalinos son los más activos

Metales ferrosos

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener cantidades apreciables de otros elementos de aleación. Existe una gran cantidad de aleaciones con diferentes composiciones químicas y tratamientos térmicos, lo cual hace que existan aleaciones con un rango de propiedades mecánicas muy amplio. Las propiedades mecánicas de los aceros son sensibles al porcentaje de carbono, el cual normalmente es menor al 1%.

Algunos de los aceros más comunes se clasifican de acuerdo a su concentración de carbono: bajo, medio y alto carbono. Las características principales de estas aleaciones son las siguientes:

Clasificación de los aceros

Aceros de bajo carbono.

Son los que se producen comercialmente en mayor cantidad.

Generalmente contienen menos de 0.25% de carbono.

No responden a tratamientos térmicos que forman martensita.

Su incremento en la resistencia puede lograrse por medio de trabajo en frío.

Su micro estructura consiste de ferrita y perlita.

Son aleaciones relativamente suaves y débiles pero con una ductilidad y tenacidad sobresalientes.

Son maquinables y soldables.

Son las de menor costo de producción.

Sus aplicaciones típicas son: componentes de automóviles, perfiles estructurales, láminas, tuberías.

Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA).

Es un subgrupo de los aceros al carbono. Poseen bajo carbono.

Contienen elementos de aleación como cobre, vanadio, níquel y molibdeno en concentraciones combinadas de 10% o menos.

Poseen mayor resistencia que los aceros al carbono.

Muchos de ellos pueden ser endurecidos por tratamiento térmico. Además son dúctiles, formables y maquinables.

En condiciones normales, los aceros HSLA son más resistentes a la corrosión que los aceros al carbono.

Aceros de medio carbono.

Tienen concentraciones de carbono entre 0.25 y 0.60

Pueden ser tratados térmicamente por austenizado, templado y revenido.

Normalmente se utilizan en la condición revenida.

Los aceros no aleados (al carbono) tienen baja capacidad de endurecimiento y sólo pueden tratarse térmicamente en secciones delgadas y con elevada rapidez de enfriamiento.

Al añadir cromo, níquel y molibdeno se mejora la capacidad de estas aleaciones de ser tratadas térmicamente. Estas aleaciones tienen mayor resistencia que los aceros de bajo carbono pero sacrificando ductilidad y tenacidad.

Se utilizan en aplicaciones que requieren la combinación de elevada resistencia, resistencia al desgaste y tenacidad.

Aceros de alto carbono.

Su contenido de carbono varía entre 0.6 y 1.4%

Son los aceros más duros, más resistentes y menos dúctiles de los aceros al carbono.

Casi siempre se utilizan revenidos, por ello tienen una resistencia al desgaste especial y son capaces de mantener un filo cortante.

Los aceros para herramienta (tool steels) caen dentro de la categoría de aceros de alto carbono. Contienen cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno. Esos elementos de aleación se combinan con el carbono para formar carburos muy duros y resistentes al desgaste (Cr23C6, V4C3, WC). Se utilizan para fabricar herramientas de corte.

Aceros inoxidables.

Poseen una resistencia elevada a la corrosión en una variedad de entornos, especialmente el medio ambiente.

El elemento principal de aleación es el cromo (se requiere de al menos 11% de cromo en el acero). La resistencia a la corrosión puede mejorarse al añadir níquel y molibdeno.

Se dividen en tres clases: martensítico, ferrítico y austenítico.

Los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos sólo pueden endurecerse por trabajo en frío.

Los aceros inoxidables austeníticos son los que tienen mayor resistencia a la corrosión debido a su contenido elevado de cromo. Se producen en grandes cantidades.

Los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos son magnéticos. Los aceros austeníticos son no-magnéticos.

Hierros fundidos o fundiciones.

Son aleaciones ferrosas con contenidos de carbono mayores al 2.1%. La mayoría de fundiciones tienen entre 3 y 4.5% C.

Estas aleaciones pasan al estado líquido entre 1150º y 1300º C. Estas temperaturas son considerablemente más bajas que las de los aceros. Por esa razón se utilizan en procesos de fundición.

La mayoría de estas aleaciones son muy frágiles, siendo la técnica de fundición la mejor forma de fabricar geometrías con ella.

La cementita (Fe3C) es un compuesto metaestable y bajo ciertas condiciones se descompone en ferrita y grafito.

La formación del grafito depende de la composición química, la rapidez de enfriamiento y la presencia de silicio en concentraciones mayores al 1%.

La mayoría de hierros fundidos posee grafito en su microestructura.

Las fundiciones se clasifican en gris, nodular, blanca y maleable.

Hierro gris.

Contiene entre 2.5 y 4% C y 1 a 3% de Si.

El grafito existe en forma de hojuelas (similares a las del corn flakes) rodeadas por una matriz de ferrita o perlita. Debido a las hojuelas de grafito, la superficie de fractura de estos materiales toma un color grisáceo, y de ahí su nombre.

Mecánicamente, el hierro gris es más débil y frágil en tensión que en compresión.

Esto es a consecuencia de su micro estructura ya que los extremos

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