Escuela Industrial Ernesto Bertelsen Temple.
Fundación Diego Echeverría Castro.
Metales
Profesor:
Luis Suárez Saa.
Técnico Electromecánico.
Técnico Universitario en Mecánica Automotriz.
Ingeniero en Mantenimiento Industrial.
Materiales.
Prof. Ing. Luis Suárez
Los Metales
• Son elementos simples que se caracterizan por poseer
un brillo especial, una buena conductividad del calor y
de la electricidad.
• Los metales forman parte de nuestro ambiente natural y
son una parte importante de nuestras vidas cotidianas.
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Obtención de los Metales
• Los metales son materiales que se obtienen a partir de
minerales que forman parte de las rocas.
• La extracción del mineral se realiza en minas de Rajo
Abierto o de minas Subterránea.
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Minas Subterráneas
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Minas de Rajo Abierto
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Explosivos
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Detonaciones
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Técnicas de Separación
• Tamizado:
Consiste
en
la
separación de las partículas
sólidas según su tamaño mediante
tamices.
• Filtración: Es la separación de
partículas sólidas en suspensión
en un líquido a través de un filtro.
• Flotación: Es la separación de
una mezcla de partículas sólidas
de un líquido, a esta se le inyecta
aire a presión y se agita.
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Propiedades de los metales
• Las propiedades se manifiestan en el interior del material
y están asociadas a la estructura cristalina del mismo.
• Los metales, como todos los elementos químicos, están
formados por átomos. Para muchos propósitos es útil y
válido considerar los átomos como esferas rígidas. Así
podemos hablar del tamaño de los diferentes elementos
refiriéndonos a su radio atómico.
• Los tamaños de los átomos se miden en unidades de
Ångstrom, un Ångstrom es igual a 10-8 cm, es decir, un
centímetro “contiene” 100 millones de Ångstroms.
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• En la figura se presentan los tamaños relativos de
algunos átomos: Fe (1.24 Å), Ni (1.25 Å), O (0.6 Å),
C(0.71 Å), N (0.71 Å), H (0.46 Å).
• En metalurgia es importante tener siempre presente los
tamaños relativos de los componentes de una aleación.
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• En los materiales en estado líquido, los átomos se
encuentran en movimiento aleatorio, no guardan
posiciones fijas. Cuando los materiales solidifican al ser
enfriados, el movimiento atómico cesa.
• En estado sólido los átomos pueden adquirir un
ordenamiento definido tridimensional, en tal caso se dice
que tienen estructura cristalina. Forman cristales.
Algunos materiales no presentan ordenamiento al
solidificar, su estructura es desordenada, se dice que son
amorfos.
• Todos los metales forman cristales en estado sólido. De
los materiales amorfos, el vidrio es el ejemplo clásico.
Algunos materiales pueden ser amorfos
o
cristalinos, según como son enfriados. Es el caso, por
ejemplo, del SiO2 (dióxido de silicio), que cuando es
cristalino forma el cuarzo y cuando es amorfo forma el
vidrio.
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Estructura Cristalina
• En ésta, los átomos están ordenados en el espacio según
una red geométrica, constituida por repetición de un
elemento básico llamado cristal. Se conocen catorce
redes espaciales distintas, que son las catorce formas
posibles de ordenar los átomos en el espacio.
• La mayor parte de los metales cristalizan en las redes
siguientes: cúbica centrada en el cuerpo, cúbica
centradas en las caras y hexagonal compacta.
• Los nombres en ingles son: “body centered cubic” (bcc),
“face centered cubic” (fcc) y “hexagonal close packed”
(hcp).
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Materiales.
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Propiedades de los metales
• Las Propiedades de los metales se dividen en
siguientes propiedades:
 Propiedades Físicas.
 Propiedades Tecnológicas.
 Propiedades Mecánicas
 Propiedades Químicas.
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las
Propiedades Físicas.
• Las propiedades físicas dependen del tipo de aleación y
las más importantes son:
 Densidad.
 Peso Específico.
 Calor Específico
 Punto de Fusión.
 Conductividad Térmica.
 Conductividad Eléctrica.
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Cuerpo
• Todo cuerpo de un material, esta constituido por cierta
cantidad de sustancia o de materia denominada masa
(m) del cuerpo. Sobre esta masa del cuerpo la tierra
ejerce una fuerza denominada fuerza gravitatoria (G),
también conocida como peso del cuerpo.
• Todo cuerpo ocupa un volumen (V) en el espacio.
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• Ejemplo:
• Una pieza de acero mide 6.000[mm] de largo, 2.000[mm]
de ancho y su espesor es de 2,5[cm]. ¿Cuál es el
volumen en [m³] de la pieza?
• Datos:
6.000[mm] → 6[m]
2.000[mm] → 2[m]
2,5[cm] → 0,025[m]
V= A x L x H [m³]
V= 2[m] x 6[m] x 0,025[m]
V= 0,3[m³]
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Densidad
• Es la relación entre la masa de un cuerpo respecto al
volumen que ocupa en el espacio.
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• Ejemplo:
• Si tengo un cubo de madera de 20[cm] de ancho por
200[mm] de largo y 0,2[m] de alto y su masa es de 25 [gr].
¿Cual es la densidad en [Kg/m³] de la pieza?
• Datos:
20[cm] → 0,2[m]
200[mm] → 0,2[m]
0,2[m] → 0,2[m]
25[gr] → 0,025[Kg]
V= A x L x H [m³]
V= 0,2[m] x 0,2[m] x 0,2[m]
V= 0,008[m³]
ρ=m/V
ρ = 0,025[Kg] / 0,008 [m³]
ρ = 3,125[Kg/m³]
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Peso Específico
• Es la relación entre la fuerza de gravitación G que actúa
sobre un cuerpo respecto al volumen que ocupa dicho
cuerpo.
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•
•
Ejemplo:
Si tengo dos cubos de 1[cm³] de oro y de cuarzo, el
peso especifico de cada uno es 19,3 y 2,65. ¿Cuál es el
volumen que el cuarzo tiene que tener para pesar lo
mismo que el oro?
•
Regla de tres:
1[cm³] → 2,65
x → 19,3
x = 1 x 19,3
2,65
x = 7,28[cm³]
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Calor Específico
• Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C la
temperatura de 1 kg de determinada sustancia. El calor
específico varía con la temperatura.
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• Ejemplo:
• ¿Cuál es el Calor emanado de un hervidor con 600[gr] de
agua desde una temperatura de 15 a 100°C?
• Datos:
CH2O=1[Cal/gr°C]
Q = m x C x ∆T
Q = 600[gr] x 1[Cal/gr°C] x (100 – 15) [°C]
Q = 51.000[Cal]
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Punto de Fusión
• Es la temperatura a la cual un material pasa del estado
sólido al líquido, transformación que se produce con
absorción de calor.
• El punto de solidificación es la temperatura a la cual un
líquido pasa al estado sólido.
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Conductividad Térmica
• Todos los metales presentan una gran transmisión de
calor.
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Conductividad Eléctrica
• Los metales permiten el paso de la
corriente eléctrica con facilidad; son
por tanto buenos conductores de la
electricidad.
• Algunos metales presentan un
característico
comportamiento
magnético, que consiste en su
capacidad de atraer a otros metales.
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Propiedades Tecnológicas
• Colabilidad: Son aquellos materiales
que funden y pueden colarse en moldes
a temperaturas rentables.
• Maleabilidad: Son aquellos materiales
que admiten deformaciones bajo cargas,
conservando su cohesión sin causar
grietas ni roturas.
Ciertos metales pueden ser extendidos
en láminas muy finas sin llegar a
romperse.
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• Maquinabilidad: Son aquellos materiales
que pueden ser mecanizados por
arranque de viruta aplicando fuerzas de
corte.
• Soldabilidad: Son aquellos materiales
que pueden ser unidos entre si y con
otros materiales mediante un proceso de
soldadura por fusión o por presión.
• Templabilidad: Son aquellos materiales
que pueden ser endurecidos por un
proceso
de
tratamiento
térmico
predeterminado.
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Propiedades Mecánicas
• La propiedades mecánicas se manifiestan al someter a
los materiales a determinados ensayos mecánicos.
 Ensayo de Tracción.
 Ensayo de Dureza.
 Ensayo de Compresión.
 Ensayo de Corte Directo.
 Ensayo de Flexión.
 Ensayo de Torsión.
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Ensayo de Tracción
• Este ensayo permite conocer las características de un
materia cuando se somete a un esfuerzo de tracción. El
objetivo es determinar la resistencia a la rotura y las
principales propiedades mecánicas del material que es
posible apreciar en el diagrama esfuerzo-deformación:
 Límite Elástico.
 Punto de Fluencia.
 Alargamiento.
 Estricción.
 Tenacidad.
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• Este ensayo consiste en someter a una probeta de
ensayo a una solicitación de tracción hasta que el
material de la probeta se rompa.
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Límite Elástico
• Cuando una pieza de metal es sometida a una fuerza
uniaxial, se produce una deformación del metal.
• Si la pieza vuelve a sus dimensiones originales, cuando
cesa la fuerza, la pieza experimenta una Deformación
Elástica.
• Si el metal es deformado hasta el extremo de que no
pueda recuperar completamente sus dimensiones
originales, la pieza experimenta una Deformación
Plástica.
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Punto de fluencia
• Es el primer punto detectable, a partir del cual hay un
aumento notorio en la deformación, sin que se acuse un
aumento en el esfuerzo aplicado a la probeta.
• En los metales es el punto, a partir del cual aparecen la
deformaciones plásticas irreversibles.
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Alargamiento
• Mide la cantidad de alargamiento que experimenta un
material hasta que se rompe.
• Se mide en % de alargamiento y esto indica la aptitud
que tiene un material de ser alargado plásticamente sin
romperse, propiedad necesaria para obtener un alambre
de diámetro pequeño.
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Estricción
• Mide la cantidad de reducción de sección transversal
inicial con respecto a el área mínima una vez terminada
la prueba.
• Se mide en % de estricción; y a mayor % mas
ductivilidad tiene un material.
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Tenacidad
• Se refiere a la capacidad que tienen los materiales a
resistir esfuerzos de deformaciones.
• Un material es mas Tenaz cuando se requiere una
mayor cantidad de trabajo mecánico para romperlo.
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Dureza
• La Dureza es una medida de la resistencia de un metal
a la deformación permanente en la superficie.
• Para establecer que material es mas duro o blando es
necesario establecer los diferentes tipos de dureza:
• Dureza a la Penetración: Es la resistencia que ofrece
un material a ser penetrado por otro mas duro, es una
medida de su estructura y plasticidad.
• Dureza al Rebote: Es la resistencia que ofrece un
material al choque y que genera un rebote determinado
según sus propiedades elásticas.
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• Dureza a la Deformación: Es la resistencia que opone
un material a ser deformado en forma plástica sin
generar rotura en su estructura.
• Dureza al Corte: Es la resistencia que ofrece un
material al corte, típica situación que se genera en los
procesos de arranque de viruta.
• Dureza Abrasiva: Es la resistencia que ofrecen los
materiales a desgastarse cuando estan sujetos a
movimiento de deslizamiento relativos.
• Dureza de Tensión: Es la resistencia que ofrecen los
materiales a romperse debido a una carga de tensión.
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Medidas de Dureza
• La dureza se mide utilizando un “durómetro” para el
ensayo de penetración y un “escleroscopio” para el
ensayo de rebote. Dependiendo del tipo de punta
empleada y del rango de cargas aplicadas, existen
diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de
dureza.
 Dureza BRINELL.
 Dureza VICKERS.
 Dureza ROCKWELL.
 Dureza KNOOP.
 Dureza SHORE.
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Ensayo de Dureza
• Se coloca la muestra bajo un
durómetro.
• Se realiza una carga conocida y se
mide el tamaño de la huella.
• Se calcula la dureza con las
correlaciones entre las dimensiones
medidas y las distintas escalas de
dureza.
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Ensayos BRINELL
• Emplea una punta de esfera de 10mm de acero
templado o carburo de tungsteno.
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• Tabla de Cargas, diámetros de la bola y materiales para
el ensayo de Dureza de Brinell.
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Ensayos VICKERS
• Emplea un diamante con forma de pirámide, Angulo
136º.
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Ensayos KNOOP
• Emplea una punta de diamante al que se le ejerce una
fuerza estándar.
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Ensayos ROCKWELL
• Emplea un cono de diamante de 120º y en algunos
casos esfera de acero.
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Ensayos SHORE
• Se basa en la reacción elástica del
material cuando dejamos caer sobre él
un material más duro.
• Si el material es blando absorbe la
energía del choque, si el material es duro
produce un rebote cuya altura se mide.
• La
práctica
se
realiza
en
un
"escleroscopio", aparato formado por un
tubo de cristal, por cuyo interior cae un
martillo con punta de diamante.
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Dureza de algunos Materiales
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Ensayo de Compresión
• Es un ensayo en el que se somete a una probeta a
cargas compresivas.
• Se usa para estudiar el comportamiento de los
materiales bajo estado de cargas.
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Ensayo de Corte Directo.
• En el ensayo de corte directo se corta una barra
(pernos) en un dispositivo que apriete dos piezas o una
probeta ranurada sometida a carga de tracción por
ambos lados.
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Ensayo de Flexión
• El esfuerzo de flexión se obtiene cuando se aplican
sobre un cuerpo una carga concentrada en un punto
medio.
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Ensayo de Torsión
• Es un ensayo en que se deforma una muestra
aplicándole un par torsor.
• Mientras uno de los extremos permanece quieto, el otro
se gira. Se registra el par aplicado y el ángulo girado.
• Con este tipo de ensayos se muestra directamente del
comportamiento a cortadura del Material.
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Propiedades Químicas
• La propiedad química más importante de los metales es
la corrosión y esta se puede definir como el ataque
químico sobre un material efectuado por el medio
ambiente que lo rodea. Esta se divide en dos:
• Corrosión por Oxidación: Consiste en su facilidad para
reaccionar con el oxígeno y cubrirse de una capa de
óxido al poco tiempo de estar a la intemperie.
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• Corrosión Electroquímica: Consiste en aportación de
corriente que puede producir una oxidación por la
polaridad que tenga el metal.
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Mantenimiento Mecánico