TECNOLOGÍA DE MATERIALES

CODIGO DE CURSO:G05213

LABORATORIO 05

MATERIALES NO FERROSOS

LUGAR DE REALIZACION DURACION DE LA TAREA TOLERANCIATALLER M6 01 SESION 5 min

1.

IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

2. HERRAMIENTAS Y MATERIALES OPCIONALES

- Lima bastarda - Lima fina- Cepillo de cerdas de acero- Sierra manual- Tornillo de banco- Taladro- Broca de 8 mm

3. MATERIALES

- Probetas de cobre.- Probetas de bronce.- Probetas de aluminio.

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- Probetas de Plomo.

4. OBJETIVOS

Identificar mediante ensayos físicos las características de los diferentes tipos de metales ferrosos: aceros y fundiciones.

Reconocer los aceros entre aquellos de similar apariencia, mediante ensayos tecnológicos.

5. SEGURIDAD

RIESGO DESCRIPCIÓN DEL PELIGRO

CortesLos alumnos que realizan trabajos con herramientas cortantes (Alicates, cuchillas, etc.) deben de tener cuidado, para evitar daños personales.

CortocircuitosLos alumnos que realizan trabajos con componentes mecánicos y/o eléctricos, no deberán conectar inadecuadamente a los toma corrientes.

Agentes que pueden dañar los

instrumentos de comprobación.

Los alumnos que realizan trabajos de equipos, deberán tener cuidado con el empleo correcto de los instrumentos de medición y comprobación.

Tener cuidado con las puntas cortantesSeguridad ante todo

Mantener siempre el equipo de trabajo y los materiales en orden y en su lugar.

INSTRUCCIONES DE TRABAJO.

Trabajar en forma ordenada. Nunca juntar instrumentos de comprobación y medición con otras herramientas

6. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS:

Esmeril

Taladro

Sierra

manual

Lima

bastarda

Lima fina

Tornillo de

banco

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7. CONOCIMIENTOS RELACIONADOS CON LA TAREA

7.1. MATERIALES NO FERROSOS Comprende todos los metales a excepción del hierro Su utilización no es tan masivas 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, en ocasiones: El bajo peso específico La resistencia a la oxidación condiciones ambientales normales La fácil manipulación y mecanizado. Las aleaciones de productos no ferrosos tienen gran cantidad de aplicaciones: Monedas (fabricadas con aleaciones de cobre, níquel y aluminio) Filamentos de bombillas (de wolframio) Material de soldadura de componentes electrónicos (estaño-plomo) Recubrimientos (cromo, níquel, cinc)

7.2. OBJETIVOS: Reconocer las principales propiedades de los materiales no ferrosos.

7.3. CLASIFICACION:En general, los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica.

Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales.Atendiendo a su densidad, se pueden clasificar en:

Los metales no ferrosos, ordenados de mayor a menor utilización, son:

Cobre (y sus aleaciones) Aluminio Estaño, Plomo Cinc Níquel Cromo Titanio Magnesio.

7.4. ESTAÑO: Es un metal bastante escaso en la corteza terrestre. Suele encontrarse concentrado en minas, aunque la riqueza suele ser bastante baja (del orden del 0,02%). El mineral de estaño más explotado es la casiterita (SnO2).

PROPIEDADES DEL ESTAÑO Densidad: 7,28 kg/dm3. Punto de fusión: 231 °C.

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Resistividad: 0,115 W·mm2/m. Resistencia a la tracción: 5 kg/mm2. Alargamiento: 40%.

CARACTERÍSTICAS El estaño puro tiene un color muy brillante. A temperatura ambiente se oxida perdiendo el brillo exterior, es muy maleable y

blando, y pueden obtenerse hojas de papel de estaño de algunas décimas de milímetro de espesor.

En caliente es frágil y quebradizo. Por debajo de -18°C empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris. A este

proceso se le conoce como enfermedad o peste del estaño. Cuando se dobla se oye un crujido denominado grito del estaño.

OBTENCIÓN DEL ESTAÑO

La casiterita se tritura (1) y muele (2) en molinos adecuados. Se introduce en una cuba con agua (3) en la que se agita. Por decantación, el mineral

de estaño (que es más pesado), se va al fondo y se separa de la ganga. Se introduce en un horno (4), donde se oxidan los posibles sulfures de estaño que hay

en el mineral y se transforman en óxidos. La mena de estaño, en forma de óxido, se introduce en un horno de reverbero (5)

donde se produce la reducción (transformación de óxido de estaño a (estaño), depositándose el estaño en la parte inferior y la escoria en la superior.

Finalmente, para obtener un estaño con porcentaje del 99% es necesario someterlo a un proceso electrolítico (6).

ALEACIONES DE ESTAÑOLas más importantes son:

A) Bronce. Es un aleación de cobre y estaño.B) Soldaduras blandas. Son aleaciones de plomo y estaño con proporciones de estaño

entre el 25 y 90%.C) Aleaciones de bajo punto de fusión. Las más importantes son:

Darcet (25 % Sn + 25 % Pb + 50 % Bi), que funde a los 97 °C. Cerrolow (8,3% Sn + 22,6% Pb + 44,7% B¡ + 5,3% Cd + 19,1 % In), que funde a los

47 °C.

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Una de las aplicaciones más importantes del estaño es la fabricación de hojalata, que consiste en recubrir una chapa de acero con dos capas muy finas de estaño puro. El estaño protege al acero contra la oxidación.

7.5. COBRE: Los minerales de CU más utilizados en la actualidad se encuentran en forma de: Cobre nativo Sulfuros:

Calcopirita S2CuFeCalcosina Scu2

ÓxidosCuprita Cu2OMalaquita CO3Cu-Cu (OH)2

PROPIEDADES DEL COBRE Densidad: 8,90 kg/dm3. Punto de fusión: 1083 °C. Resistividad: 0,017 W·mm2/m. Resistencia a la tracción 18 kg/mm2. Alargamiento: 20%.

CARACTERÍSTICAS Es muy dúctil (se obtienen hilos muy finos) y maleables (pueden formarse láminas

hasta de 0,02 mm de espesor). Posee una alta conductividad eléctrica y térmica. Oxidación superficial (verde)

OBTENCIÓN DEL COBREExisten dos métodos de obtención del cobre: por vía húmeda y por vía seca.

A) Proceso de obtención del cobre por vía húmeda. Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral es inferior al 10%.

o El procedimiento consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego, mediante un proceso de electrólisis, se obtiene el cobre.

B) Proceso de obtención del cobre por vía seca Se utiliza cuando el contenido de cobre supera el 10%. En caso contrario, será

necesario un enriquecimiento o concentración. Es el proceso que más se emplea y es análogo al usado para el estaño.

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE POR VÍA SECA.a) El mineral de cobre (1) se tritura (2) y se pulveriza en un molino de bolas (3), un

cilindro con agujeros muy finos, por donde saldrá el mineral pulverizado, con unas bolas de acero.

b) Para separar la mena de la ganga, se introduce el mineral en polvo en un depósito lleno de agua (4) y se agita. El mineral, más pesado, se irá al fondo, mientras que la ganga flotará y se sacará por arriba.

c) El mineral concentrado se oxida parcialmente (sólo el hierro, no el cobre) en un horno (5). Se suele colocar en una cinta transportadora metálica que se mueve lentamente al mismo tiempo que se calienta la mena. Así se consigue separar el hierro del cobre.

d) Se funde en un horno de reverbero (6), añadiéndole fundente (sílice y cal) para que reaccione con el azufre y el óxido de hierro y forme la escoria. El cobre aquí obtenido (7) tiene una pureza aproximada del 40 % y recibe el nombre de cobre bruto o cobre

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blíster. Si se quiere obtener un cobre de pureza superior al 99,9 % (9), es necesario un refinado electrolítico en la cuba (8).

ALEACIONES DEL COBRE

Designación Constituyentes principales % Impurezas Max. %

Numérica SimbólicaCu

Zn Pb Fe Total OtrasMin. Max.

C-6128 CuZn28 71 73 Resto 0.05 0.05 0.15C-6130 CuZn30 68.5 71.5 0.05 0.05 0.15C-6133 CuZn33 65.5 68.5 0.08 0.10 0.15C-6135 CuZn35 63.5 66.5 0.10 0.10 0.20C-6137 CuZn37 62 65.5 0.10 0.10 0.20C-6140 CuZn40 59 62 0.30 0.10 0.20

DesignaciónAplicaciones

Numérica Simbólica

C-6128C-6130

CuZn28CuZn30

Muy fácil de trabajar en frio, tubos para intercambiadores de calor, tubos para instrumentos, trabajos de embutición profunda, ornamentación, telas metálicas, cartuchería, casquillos de lámparas, radiadores de automóviles, remaches, puntas y tornillos.

C-6133 CuZn33Telas metálicas, remaches huecos, cintas para radiadores, tornillos especiales con recalcado en frio, casquillos para lámparas y embutición profunda tanto a máquina como a mano.

C-6135 CuZn35 Tubos para grifería y ornamentación.

C-6137 CuZn37Especial para dar forma en frio por estirado, compresión recalcado, laminado y roscado entre rodillos. Cilindro de presión, cintas para radiadores, chapas para grabar, cierres de cremallera.

C-6140 CuZn40Para dar forma en caliente y en frio curvando, remachando, estampando y recalcando. Piezas prensadas en caliente, tornillos y piezas torneadas en las que se realizan trabajos de recalcado para herrajes y cerraduras.

Designación Constituyentes principales % Impurezas Max. %Numérica Simbólica Cu Pb Al Zn Fe Total Otras

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Min. Max. Min. Max. Min. Max. RestoC-6415 CuZn35Pb2 61.0 64.0 1.5 2.5 - - 0.2 0.3C-6420 CuZn36Pb1 61.0 64.0 0.5 1.5 - - 0.2 0.3C-6425 CuZn36Pb3 60.0 63.0 2.5 3.7 - - 0.35 0.5C-6435 CuZn39Pb2 57.0 60.0 1.5 2.5 - - 0.35 0.7C-6440 CuZn39Pb3 56.0 59.0 2.5 3.5 - - 0.35 0.7C-6445 CuZn40Pb 59.0 61.0 0.3 0.8 - - 0.2 0.5

DesignaciónAplicaciones

Numérica Simbólica

C-6415 CuZn35Pb2Piñones, ruedas, placas para grabar, llaves, cojinetes, chapas para relojería, vástagos para válvulas, piezas para mecanizar en tornos automáticos y que necesiten una moderada deformación en frio y para grabado para estampe.

C-6420 CuZn36Pb1Piezas con necesidad de una buena deformación en frio y de mecanización, tuercas, remaches, tornillos y otras piezas recalcadas, piezas para instrumental, relojería y llaves.

C-6425 CuZn36Pb3Una amplia variedad de artículos mecanizados en tornos de alta velocidad, tuercas, tornillos, cojinetes, clavos y productos tubulares con extremos abiertos o cerrados. Piezas mecanizadas y ligeramente remachadas.

C-6435 CuZn39Pb2

Una amplia de piezas forjadas en caliente y prensadas. Artículos sanitarios para puertas, ventanas, camillas, válvulas y accesorios. Piezas para automóviles, decoración, transporte mecánico, pinzas, engranajes, llaves, levas, turcas, juntas y otros accesorios de máquinas. Engranajes y placas con un alto grado de precisión en el mecanizado.

C-6440 CuZn39Pb3Piezas mecanizadas en tornos de alta velocidad, tuercas, pernos, tornillos, casquillos, cojinetes, clavos, arandelas y productos tubulares con extremos cerrados o abiertos. Clavijas en instalaciones eléctricas y terminales de conexión.

C-6445 CuZn40Pb

Placas para condensadores e intercambiadores de calor, piezas forjadas en caliente y productos recalcados con maquinabilidad moderada y con necesidad de un ligero doblado o remachado, remaches para frenos, piezas para decoración que necesiten doblado o conformación, perfiles extruidos, ángulos y canales.

7.6. PLOMOSe empieza a utilizar, aproximadamente, en el año 5000 a. C., adquiriendo gran importancia durante el periodo romano y a partir del siglo XIX.Contienen plomo los minerales:

Galena SPb (el más empleado) Cerusita CO3Pb Anglesita SO4Pb

PROPIEDADES DEL PLOMO Densidad: 11,34 kg/dm3. Punto de fusión: 327 °C. Resistividad; 0,22 W·mm2/m. Resistencia a la tracción: 2 kg/mm2. Alargamiento: 50 %.

CARACTERÍSTICAS: De color grisáceo-blanco muy brillante cuando está recién cortado. Muy blando y maleable Buen conductor térmico y eléctrico Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato básico que lo autoprotege. Reacciona con los ácidos lentamente o formando capas protectoras (oxidación

superficial)

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Resiste bien a los ácidos clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el vapor de azufre.

Forma compuestos solubles venenosos Pb(OH)2

OBTENCIÓN DEL PLOMO

Consta básicamente de cuatro fases:

APLICACIONES DEL PLOMOPor su capacidad de resistir bien a los agentes atmosféricos y químicos el plomo tiene multitud de aplicaciones, tanto en estado puro como formando aleaciones.

En estado puro: Óxido de plomo. Usado para fabricar minio (pigmento de pinturas antioxidantes). Barreras ante radiaciones nucleares (rayos X) Cristalería Tubo de cañerías (prácticamente en desuso). Revestimiento de cables Baterías y acumuladores

Formando aleación: Antidetonante en gasolina plomo tetraetilo Pb(C2H5)4 (en desuso) Aleaciones Soldadura blanda, a base de plomo y estaño empleado como material de aportación. Fusibles eléctricos

7.7. ALUMINIO: Es el metal más abundante en la naturaleza. Se encuentra como componente de arcillas, esquistos, feldespatos, pizarras y rocas graníticas, hasta constituir el 8 % de la corteza terrestre.

No se encuentra en la naturaleza en estado puro, sino combinado con el oxígeno y otros elementos.El mineral del que se obtiene el aluminio se llama bauxita Al2O3- 2H2O, que está compuesto por alúmina y es de color rojizo.

PROPIEDADES

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Densidad: 2,7 kg/dm3 Punto de fusión: 660 °C. Resistividad: 0,026 W·mm2/m. Resistencia a la tracción: 10 - 20Kg/mm2 Alargamiento: 50%

CARACTERISTICAS Es muy ligero e inoxidable al aire, pues forma una película muy tina de óxido de

aluminio (Al2O3) que lo protege. Es buen conductor de la electricidad y del calor. Se suele emplear en conducciones

eléctricas (cables de alta tensión) por su bajo peso. Es muy maleable y dúctil.

APLICACIONES DEL ALUMINIOEl aluminio se utiliza normalmente aleado con otros metales con objeto de mejorar su dureza y resistencia. Pero también se comercializa en estado puro.

Presentación comercial Alambres de diferentes diámetros. Chapas Perfiles y barras de diferentes Secciones

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ALUMINIO El método Bayer es el más empleado por resultar el más económico. Consta de dos

fases:Obtención de la alúmina1. La bauxita se transporta desde la mina al lugar de transformación (cerca de puertos, ya

que la mayoría se importa).2. Se tritura y muele hasta que queda pulverizada.3. Se almacena en silos hasta que se vaya a consumir.4. En un mezclador se introduce bauxita en polvo, sosa cáustica, cal y agua caliente. Todo

ello hace que la bauxita se disuelva en la sosa.5. En el decantador se separan los residuos (óxidos que se hallan en estado sólido y no

fueron atacados por la sosa).6. En el intercambiador de calor se enfría la disolución y se le añade agua.7. En la cuba de precipitación, la alúmina se precipita en el fondo de la cuba.8. Un filtro permite separar la alúmina de la sosa.

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9. La alúmina se calienta a unos 1200°C en un horno, para eliminar por completo la humedad.

10. En el refrigerador se enfría la alúmina hasta la temperatura ambiente.

Obtención del aluminio11. Se disuelve la alúmina en criolita fundida (F6AlNa3), que protege al baño de la

oxidación, a una temperatura de unos 1 000 °C, y se la somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio y oxígeno.

La obtención del aluminio a partir de la bauxita, precisa de gran cantidad de energía, por lo que es importante su reciclado.

PRESENTACIONES COMERCIALESDesde el punto de vista industrial, las presentaciones comerciales más usuales son:

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8. TAREAS A DESARROLLARSE EN EL LABORATORIO

Observar sensorialmente (color, sonido, etc.), de los materiales de ensayo.

Efectuar un limado y diferenciar la resistencia que opone cada una de las muestras.

Efectuar un aserrado y diferenciar la resistencia que opone cada una de las muestras.

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Taladrar los materiales de ensayo y observar la viruta generada.

Esmerilar los materiales de ensayo y observar la chispa generada.

8.1. IDENTIFICACIÓN DE METALES FERROSOS

PROCESO MATERIAL ALUMINIO COBRE BRONCE LATON

OBSERVACION SENSORIAL

Se trata de comprobar la calidad superficial y los fallos externos, tales como poros, grietas y entallas

PRUEBA DEL SONIDO

Esta Prueba (principalmente piezas de fundición) se hace dejando que la pieza cuelgue libremente y golpeándola con suavidad. De esta forma puede distinguirse los diferentes materiales no ferrosos (sonido limpio - sonido sordo) así como entre las piezas con grietas y poros.

LIMADOPrueba de limado. El arranque de viruta es menor en materiales no ferrosos a igualdad de esfuerzo.

ASERRADOEn esta prueba la hoja de sierra arranca pequeños trozos de viruta, cada material tiene distinta resistencia al aserrado.

TALADRADO

Esta prueba permite determinar la dureza del material en relación a la herramienta de corte, para un material duro la forma de la viruta es………………………. Y un material blando la forma de la viruta es……………………………………………….

PRUEBA DE LA CHISPA

Es muy difícil que el haz de chispas, que se compone de partículas incandescentes en movimiento, se repita y dé una imagen que hasta cierto punto represente un estado de reposo. La finalidad de estas imágenes sólo puede ser, por tanto, mostrar las diferencias esenciales de forma y color, o sea las características esenciales que en realidad varían notablemente de unas a otras.

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PROCESO/TAREA MATERIAL

OBSERVACION SENSORIAL

ALUMINIO COBRE BRONCE LATON

JUICIO SEGÚN EL ASPECTO

PRUEBA DEL SONIDO ALUMINIO COBRE BRONCE LATON

TONO SEGÚN EL SONIDO

LIMADO ALUMINIO COBRE BRONCE LATON

No se resiste.

Resistencia media.

Alta resistencia.

ASERRADO ALUMINIO COBRE BRONCE LATON

No se resiste.

Resistencia media.

Alta resistencia.

TALADRADO ALUMINIO COBRE BRONCE LATON

No se resiste.

Resistencia media.

Alta resistencia.

PRUEBA DE LA CHISPA ALUMINIO COBRE BRONCE LATON

Cantidad de Chispa.

Color de Chispa.

Formas de Chispa.

Calculo de las RPM para taladrar ó tornear

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N=VC×1000π ×∅

DondeN = revoluciones por minutoVC= velocidad de corte en m/min.Ø= diámetro en mm

La velocidad de corte del Acero es 20 a 25 m/min.

Material Velocidad de corte m/minAcero dulce 25Acero de construcción Acero inoxidableBronce Cobre Aluminio duro Aluminio blando Sintético duro Sintético blandoAcero fundido

206-10

50-10025-35

50-12030-5015-35

50-1008-12

8.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS

Realizar un dibujo de los materiales ensayados, en relación a la forma de chispa.

Material Forma de la viruta (Dibujo) Observaciones

ALUMINIO

COBRE

BRONCE

LATON

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1. La prueba de la chispa ¿sirve para distinguir entre materiales no ferrosos? ¿Por qué?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

________________________________________________________

2. ¿Qué materiales se mecanizan con velocidades más altas? ¿Por qué?

_____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

3. La viruta corta, arrancada o el polvo nos indica ________________ dureza del metal.

4. La viruta continua o fluida nos indica ________________ dureza del metal.

5. ¿Qué tipo de materiales pueden producir embotamiento? y qué tipo de lima se embota más fácil?

_____________________________________________________________________________

_______________________________________________________________

9. CONCLUSIONES

9.1 DIFICULTADES HALLADAS DURANTE EL DESARROLLO DEL LABORATORIO:_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

9.2 OBSERVACIONES y RECOMENDACIONES:_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

9.3 ANEXO EN EL INFORME SOBRE EL TEMA DESARROLLADO:9.3.1 Explique sobre las propiedades químicas de los materiales no ferrosos.

9.3.2 Explique acerca del afino de los materiales no ferrosos y de que formas se realizan.

9.3.3 Anexar información sobre materiales no ferrosos aplicados en la industria y que reemplazan al acero.

9.3.4 Anexar Información detallada sobre los procesos de producción del cobre y del aluminio.

9.3.5 Anexar tablas de propiedades de los materiales mencionados en la guía del laboratorio (densidad, conductividad eléctrica, conductividad térmica).

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