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Metalurgia

Materiales Ferrosos

Los metales ferrosos son aquellos que están basados en el hierro, entre los de mayor importancia son el hierro y el carbono. Estas aleaciones se dividen en dos grupos: los aceros y las fundiciones de hierro.

 

La siguiente tabla presenta un análisis del hierro:

 

Símbolo:

Número atómico:

Gravedad específica:

Estructura cristalina:

Temperatura de fusión:

Módulo de elasticidad:

Mineral principal:

Elementos de aleación:

Aplicaciones típicas:

 

 

Fe

26

7.87

BCC

2802 °F

30x106 lb/pulg2

Hematita (Fe­­­2O3)

Carbón, cromo, manganeso, níquel, molibdeno, vanadio y silicio.

Construcción, maquinaria, automóviles, vías y equipo ferroviario.

 

Producción del hierro y del acero

 

La mena* principal usada en la producción de hierro y acero es la hematita (Fe2O3), otras menas pueden ser la magnetita (Fe3O4), la siderita (FeCO3) y la limonita (Fe2O3-1.5H20), generalmente estas menas contienen untre un 50 a un 70% de hierro.

 

Otras materias primas que utilizan para extraer el hierro de sus menas, son el coque y la piedra caliza. El coque es un combustible con alta concentración de carbono que desempeña dos funciones en el proceso de reducción: 1) proporciona calor para la reacción química y 2) produce monóxido de carbono para  reducir las menas de hierro. La piedra caliza se destaca por contener altas proporciones de carbonato de calcio sirve de reactivo para remover el hierro de su mena.

 

¿Cómo se produce el hierro?

Para producir el hierro, se deja caer por la parte superior de un gran horno, una carga de menas de hierro, coque y piedra caliza. En este horno se hace pasar una corriente de gases calientes a gran velocidad desde la parte baja de la cámara para realizar la combustión y la reducción del hierro. La carga desciende lentamente desde lo alto del horno hacia la base alcanzando temperaturas de hasta 3000 °F, este calor realiza la combustión del coque en su proceso de bajada. El hierro se funde y se va almacenando en la base del horno.

 

 

El acero

En pocas palabras el acero es una aleación de hierro y carbono, en varias ocasiones se añaden otros elementos como manganeso, cromo , níquel y molibdeno para que tenga otras propiedades, pero el principal elemento es el carbono, este es el que transforma el hierro en acero.

 

 

Metales No Ferrosos

 

Los metales no ferrosos son aquellos que incluyen elementos metálicos y aleaciones que no se basan en el hierro, algunos ejemplos son el aluminio, el cobre, el magnesio, el níquel, el zinc entre otros.

 

Aunque algunos metales no ferroso no pueden igualar la resistencia de los aceros, algunas aleaciones no ferrosas tienen otras características, como resistencia a la corrosión y relaciones resistencia-peso.

 

Aluminio y Magnesio

El aluminio y el magnesio son metales ligeros y por este motivo se usan frecuentemente para aplicaciones de ingeniería, el aluminio se encuentra principalmente en tierra y el magnesio en el mar, pero aunque es un material abundante es difícil de extraer.

 

 

 

El magnesio es un material que se caracteriza por ser el más ligero de los metales estructurales, pero tiene a oxidarse fácilmente y es altamente inflamable.

 

Cobre

El cobre es uno de los metales más conocidos por los seres humanos desde la antigüedad, en la antigüedad se podía encontrar el elemento en forma pura, pero ahora es difícil encontrarlo en depósitos naturales, ahora se extrae principalmente de sulfuros.

 

Níquel

 

Este elemento es similar al hierro en varios aspectos: es magnético y su módulo de elasticidad es prácticamente el mismo para el hierro y el acero. Difiere del hierro en que es más resistente a la corrosión y las propiedades de sus aleaciones a altas temperaturas son generalmente superiores. Debido a sus propiedades similares al hierro y su alta resistencia a la corrosión, se utiliza como elemento de aleación para el acero, para obtener acero inoxidable por ejemplo, y también se aplica como material de chapado sobre otros materiales.

 

 

Titanio

Este material es medianamente abundante en la naturaleza, pero su importancia a crecido de década en década debido a sus aplicaciones aerospaciales, en la cual se explota su peso ligero y su buena razón de resistencia-peso.

 

El coeficiente de expansión térmica del titanio es relativamente bajo comparado con otros materiales, siendo que muestra ser más rígido y fuerte que el aluminio;  el titanio puro es reactivo, lo cual presenta problemas para su procesamiento, especialmente en su estado fundido.

 

 

Zinc

El zinc se destaca por ser un material con un punto de fusión relativamente bajo lo cual lo hace atractivo como un metal de fundición y al igual que el Níquel sirve de recubrimiento para otros metales para evitar corrosión, generalmente se utiliza el termino galvanizado cuando se aplica zinc sobre otro material.

 

 

Plomo y estaño

Estos materiales se consideran muchas veces juntos, debido a su baja temperatura de fusión y a que constituyen la aleación de soldadura blanda utilizada para hacer conexiones eléctricas.

 

Algunas propiedades del plomo son la baja resistencia y baja dureza, alta ductilidad y  buna resistencia a la corrosión. El estaño tiene un punto de fusión aún más bajo que la del plomo y entre sus propiedades destacan una baja resistencia, baja dureza y buena ductilidad.

 

 

 

 

* Mineral metalífero tal como se extrae y del que puede obtenerse económicamente un metal