Questions and Answers
¿Qué propiedades caracterizan a los metales?
Ductilidad, maleabilidad, lustre, y conductividad eléctrica y térmica elevadas.
¿Cuál de las siguientes es una categoría de aleaciones?
Los metales no pueden ser aleados.
False
El hierro con un contenido de carbono entre 0.02% y 2.1% se denomina ______.
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¿Qué aleación se forma cuando el carbono se disuelve en hierro?
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¿Cuál es el principal metal ferroso utilizado en ingeniería?
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¿Qué elemento se utiliza comúnmente junto con la hematita para producir hierro?
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El proceso de fabricación del acero no requiere control de las impurezas.
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El ____ es el tipo de horno que produce alrededor del 70% del acero de Estados Unidos.
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¿Qué aleación se clasifica como hierro colado?
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¿Qué representa el término 'diagrama de fase'?
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¿Qué se carga en un horno de arco eléctrico junto con ingredientes de aleación y caliza?
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¿Cuál es la capacidad típica de un horno de arco eléctrico?
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Los hornos de arco eléctrico son más económicos que los hornos BOF.
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¿Qué porcentaje de carbono puede tener el acero?
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¿Cuáles son las categorías de acero según su composición?
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Los aceros de baja aleación contienen elementos adicionales en qué porcentaje?
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¿Cuál es el principal elemento en los aceros inoxidables?
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¿Qué son los aceros para herramientas?
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El hierro colado es una aleación de hierro con un contenido de carbono entre 2.1% y 4%.
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¿Cuál es una propiedad del hierro colado gris?
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Los aceros inoxidables presentan una combinación de resistencia y ________.
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Asocia los tipos de aceros inoxidables con sus características principales:
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¿Cuál es el mineral principal del aluminio?
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¿Qué procesos se utilizan para extraer el aluminio de la bauxita? (Selecciona todas las que apliquen)
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¿Qué metal se asocia frecuentemente con el magnesio en ingenierías debido a su ligereza?
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El magnesio es el metal más ligero de los metales estructurales.
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¿Cuál es la fuente principal de magnesio en forma comercial?
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¿Cuáles de los siguientes son metales preciosos? (Selecciona todas las que apliquen)
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¿Qué aleación está compuesta por cobre y zinc?
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El tungsteno tiene el punto de fusión más alto de todos los metales puros.
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¿Cuáles son los metales refractarios más importantes mencionados?
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Empareja los siguientes metales con sus principales aplicaciones:
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¿Qué elemento se usa junto con níquel para mejorar su resistencia a la corrosión?
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Study Notes
Aleaciones y Diagramas de Fase
- Los metales son materiales cruciales en ingeniería, caracterizados por ductilidad, maleabilidad, lustre y alta conductividad eléctrica y térmica.
- Se dividen en dos grupos: metales ferrosos, basados en hierro, y no ferrosos, que abarcan todos los demás metales.
- Los metales ferrosos se subdividen en acero y hierro colado.
- Las aleaciones mejoran propiedades como resistencia y dureza, comparadas con metales puros.
- Se distinguen dos tipos de aleaciones:
- Soluciones sólidas: Un elemento se disuelve en otro, formando una fase homogénea.
- Fases intermedias: Aparecen cuando el elemento solvente en la aleación excede el límite de solubilidad.
- Ejemplos de soluciones sólidas:
- Latón: aleación de cobre y zinc.
- Acero: carbono disuelto en hierro.
- Las aleaciones de dos fases pueden ser tratadas térmicamente para aumentar su resistencia.
Diagramas de Fase
- Los diagramas de fase representan gráficamente las fases de un sistema de aleación metálica en función de la composición y la temperatura.
- Un ejemplo sencillo es el sistema cobre-níquel, que muestra una mezcla sólida-líquida a diferentes temperaturas y composiciones.
- Una aleación eutéctica tiene un punto de fusión más bajo donde el solidus y liquidus coinciden, como en el sistema estaño-plomo.
Metales Ferrosos
- Los metales ferrosos se basan en aleaciones de hierro y carbono, clasificándose en acero (0.02% a 2.1% de carbono) y hierro colado (2.1% a 4-5% de carbono).
- El hierro puro se funde a 1,539 ºC, pasando por varias transformaciones de fase, incluyendo ferrita y austenita.
- La solubilidad del carbono varía entre las fases; en ferrita es de solo 0.022%, mientras que en austenita puede ser de hasta 2.1%.
Producción del Hierro y del Acero
- La producción comienza con la extracción de mineral de hierro, principalmente hematita (Fe2O3), junto con coque y caliza como materias primas.
- El coque actúa como combustible y agente reductor en el alto horno, donde el hierro es producido a altas temperaturas (aprox. 1,650 ºC).
- El arrabio obtenido contiene más del 4% de carbono y requiere refinación adicional para convertirse en hierro colado o acero.
- Los hornos más comunes para la producción de acero son:
- Horno de oxígeno básico (BOF): Utiliza oxígeno puro para eliminar impurezas y produce el 70% del acero en EE.UU.
- Horno de arco eléctrico: Produce el 30% del acero, utilizando principalmente chatarra y proporcionando acero de mayor calidad pero a un costo más alto.
Clasificación de los Aceros y Hierros Colados
- El acero es definido como una aleación de hierro con un contenido de carbono entre 0.02% y 2.11%, frecuentemente con otros elementos de aleación como manganeso, cromo y níquel.
- El contenido de carbono es el principal factor que permite que el hierro sea clasificado como acero.### Aceros al carbón
- Clasificación: simples, bajos de aleación, inoxidables y para herramientas.
- Contienen carbono como elemento principal, con alrededor de 0.5% de manganeso.
- Resistencia incrementa con el contenido de carbono.
- Nomenclatura AISI: especificación numérica de cuatro dígitos (10XX), donde XX indica el porcentaje de carbono.
- Grupos:
- Bajo carbono: menos de 0.20%, más utilizados en piezas automotrices y estructuras.
- Medio carbono: entre 0.20% y 0.50%, utilizados en componentes de maquinaria.
- Alto carbono: más de 0.50%, se emplean en herramientas y piezas resistentes al desgaste.
Aceros de baja aleación
- Contienen menos de 5% de elementos adicionales, mejorando propiedades mecánicas.
- Elementos comunes: cromo, manganeso, molibdeno, níquel y vanadio.
- Cromo mejora resistencia, dureza y resistencia a la corrosión.
- Manganeso incrementa resistencia y tenacidad, especialmente a alta temperatura.
- Molibdeno mejora tenacidad y resistencia al desgaste.
- El níquel aumenta tenacidad y resistencia a la corrosión.
- Vanadio inhibe crecimiento de granos a altas temperaturas, incrementando resistencia.
- Desarrollo de aceros HSLA con superior relación resistencia/peso.
Aceros inoxidables
- Aleaciones altamente aleadas, resistentes a la corrosión, principalmente con cromo (más del 15%).
- Composición de cromo forma una película protectora en atmósferas oxidantes.
- Diferentes tipos:
- Austeníticos: alrededor de 18% de Cr y 8% de Ni, altamente resistentes a la corrosión.
- Ferríticos: 15% a 20% de Cr, menos dúctiles y resistentes a la corrosión.
- Martensíticos: alto contenido de carbono, tratados térmicamente para aumentar resistencia.
- De precipitación: pueden fortalecerse por endurecimiento por precipitación.
- Dúplex: mezcla de austenita y ferrita, buena resistencia al agrietamiento.
Aceros para herramientas
- Diseñados para herramientas de corte, troqueles y moldes, requieren alta resistencia y dureza.
- Clasificación por aplicación y composición con un prefijo (ej. HSS para alta velocidad).
- Tipos incluyen:
- HSS: alta resistencia al desgaste, dureza en caliente.
- Trabajos en caliente: para forjado y moldes.
- Trabajos en frío: para operaciones de moldeado de láminas.
- Resistentes a golpes: alta tenacidad, para corte y punzonado.
- Moldes: para plásticos y caucho.
Hierros colados
- Aleación de hierro con 2.1% a 4% de carbono y 1% a 3% de silicio.
- Tipos de hierro colado:
- Gris: alta tenacidad, contiene escamas de grafito.
- Dúctil: tratamiento químico para formar esferoides de grafito, más fuerte y dúctil.
- Blanco: menos carbono y silicio, duro y frágil; contiene cementita.
- Malleable: tratamiento térmico para mejorar ductilidad.
- Aleaciones especiales para propiedades específicas como resistencia a la corrosión o al calor.
Metales no ferrosos
- Incluyen metales como aluminio, cobre, magnesio, níquel, titanio y zinc, no basados en hierro.
- Aunque no igualan la resistencia de los aceros, ofrecen buena resistencia a la corrosión y relación resistencia/peso.
- Ejemplos de aplicaciones incluyen:
- Cobre: conductor eléctrico excepcional.
- Aluminio: excelente conductor térmico, fácil de trabajar.
- Zinc: utilizado en fundición por su bajo punto de fusión.
Producción de aluminio
- El mineral principal es la bauxita, que se procesa en tres pasos: lavado, proceso Bayer (conversión a alúmina) y electrólisis (separación en Al y O2).
- Aluminio es altamente conductor y resistente a la corrosión, aunque puro tiene baja resistencia.
Producción de magnesio
- Extraído principalmente del agua de mar (MgCl2).
- Se produce a través de reacciones químicas y electrólisis.
- Como metal puro es suave, pero se puede alear para mejorar su resistencia, útil en aplicaciones aeronáuticas.
Extracción de cobre
- Originalmente encontrado como elemento libre, hoy extraído de minerales sulfuros como calcopirita.
- Proceso de extracción incluye trituración, concentración y fundición para separar el metal.### Cobre y Sus Propiedades
- El cobre ampollado tiene una pureza del 98% al 99%.
- Color característico: rojizo o rosa; excelente conductor eléctrico debido a su baja resistividad eléctrica.
- Su conductividad eléctrica disminuye con la adición de elementos aleantes.
- Conductor térmico excelente y resistente a la corrosión, lo que lo clasifica como metal noble.
- El bronce, aleación de cobre y estaño, típicamente contiene 90% de cobre y 10% de estaño, y sigue en uso hoy.
- Aleaciones adicionales de bronce incluyen bronces de aluminio y de silicio.
- El latón, compuesto de cobre y zinc, comúnmente con 65% de cobre y 35% de zinc.
Níquel y Su Producción
- El níquel (Ni) es similar al hierro, es magnético, con resistencia superior a la corrosión.
- Utilizado en aleaciones de acero inoxidable y como recubrimiento para protección.
- El mineral principal es la pentlandita ((Ni, Fe)9S8); extraído mediante trituración y técnicas de flotación.
- Se refina en un convertidor tipo Bessemer y luego por electrólisis para obtener níquel de alta pureza.
Titanio
- Abundante, representando cerca del 1% de la corteza terrestre.
- Densidad intermedia entre aluminio e hierro; valorado en aplicaciones aeroespaciales por su relación resistencia-peso.
- Principales minerales: rutilo e ilmenita; el rutilo preferido por su mayor contenido de titanio.
- El proceso Kroll convierte TiO2 en titanio metálico utilizando magnesio como agente reductor.
Propiedades del Titanio
- Coeficiente de expansión térmica bajo, más rígido que el aluminio, buena resistencia a altas temperaturas.
- Forma una película de óxido (TiO2) que proporciona excelente resistencia a la corrosión.
Zinc y Sus Aplicaciones
- Punto de fusión bajo, atractivo para fundición y como recubrimiento protector contra la corrosión.
- Principal mineral: esfalerita (ZnS); otros incluyen smithsonita y hemimorfato.
- Proceso de extracción incluye trituración, flotación, y reducción del óxido mediante carbono o procesos electrolíticos.
Aleaciones y Aplicaciones del Zinc
- Utilizado en fundición a troquel, acero galvanizado, y como componente en latón (aproximadamente 2/3 Cu y 1/3 Zn).
Plomo y Estaño
- El plomo (Pb) y el estaño (Sn) tienen bajas temperaturas de fusión, útiles en soldaduras eléctricas.
- Propiedades del plomo: denso, ductilidad alta, buena resistencia a la corrosión; aplicaciones incluyen plomería y baterías.
- Estaño: baja dureza y resistencia, empleado históricamente en la producción de bronce desde 3000 a.C.
Metales Refractarios
- Capaces de soportar temperaturas elevadas; los más importantes son molibdeno y tungsteno.
- Molibdeno (Mo): alta resistencia a temperaturas, aplicaciones en calefacción y motores de cohetes.
- Tungsteno (W): punto de fusión más alto de todos los metales, utilizado en filamentos y herramientas resistentes al calor.
Metales Preciosos
- Incluyen oro, plata y platino; son inactivos, atractivos, y con aplicaciones en joyería y monedas.
- Oro: conductor eléctrico eficiente, usado en electrónica y odontología.
- Platino: denso y versátil, se emplea en catalizadores y joyería.
- Plata: máxima conductividad eléctrica; usada en electrónica y fotografía.
Superaleaciones
- Agrupan metales ferrosos y no ferrosos; diseñadas para alta resistencia y durabilidad a altas temperaturas.
- Divididas en tres grupos según su metal base: hierro, níquel o cobalto.
- Aleaciones basadas en níquel destacadas por mejor resistencia a altas temperaturas; normalmente incluyen cromo y otros elementos como aluminio y molibdeno.
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Description
Este cuestionario explora las propiedades de los metales y las categorías de aleaciones. Se centra en conceptos clave como el contenido de carbono en el hierro y su importancia en la ingeniería. Responde preguntas que te ayudarán a entender mejor los metales ferrosos y sus aplicaciones.
