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UNIDAD 1 INTRODUCCION

UNIDAD 1 INTRODUCCION. La metalurgia es una ciencia nueva ¿Quién lo habría creído unos años atrás?

kamana
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UNIDAD 1 INTRODUCCION

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Presentation Transcript

  1. UNIDAD 1 INTRODUCCION

  2. La metalurgia es una ciencia nueva ¿Quién lo habría creído unos años atrás? Desde siempre la metalurgia había sido considerada como una simple técnica peligrosa y sucia, indigna de los intelectuales y de las refinadas elegancias. Sin embargo Vulcano (efesto) tuerto, cojo, deforme y repulsivo, era el esposo de Venus (afrodita). Los griegos y romanos rendían un gran homenaje al dios artesano del fuego y del metal. La época moderna ha puesto a la Metalurgia en el sitial que corresponde entre las demás ciencias. Hoy en día, Vulcano vestiría de bata blanca.* *Traducido del prólogo “Introduction to metallurgy”, A. H. Cottrell 1967

  3. A la luz de los conocimientos metalúrgicos actuales, y habida cuenta de los muchos problemas que quedan por resolver, resulta sorprendente que los antiguos fuesen capaces de reducir los minerales, afinar los metales resultantes y colarlos en forma de objetos útiles. Los procesos y técnicas metalúrgicas tienen muchos años de antigüedad; LA METALURGIA ES UN ARTE ANTIGUO, PERO UNA CIENCIA RELATIVAMENTE NUEVA. *Introducción “Metalurgia Aplicada”, Malcolm S Burton.

  4. Arqueometalurgia

  5. El hombre ha sido minero desde los albores de la humanidad. Primero a través de las industrias líticas: fragmentos de rocas o minerales más o menos trabajados para su uso como herramientas o armas; luego continuó con los metales, extrayéndolos desde los minerales (Era del Cobre, Era del Bronce, Era del Hierro), refinándolos y combinándolos en aleaciones a medida que progresaba, de paso, inventando la metalurgia. Reconstrucción de una antigua operación de lixiviado en pila para la obtención de cobre, en Chipre hacia el siglo II D.C. 1: Cubierta impermeable; 2: pila de de rocas mineralizadas fragmentadas; 3: capa de guijarros (capa permeable); 4: techo y base de la galería de material no mineralizado impermeable; 5: estalactitas de vitriolo (CuSO4); 6: ánforas para recolectar las soluciones percolantes; 7: minero.

  6. Lista con los principales hitos minero-metalúrgicos (y tecnológicos asociados) de la humanidad: • Era de Piedra (Paleolítico, Mesolítico, Neolítico) • Era del Cobre: 6000 A.C. (comienzo). • Era del Bronce: 2500 A.C (comienzo). • Era del Hierro: 1000 A.C. (comienzo). • Invención de la Pólvora • Era del Carbón: 1600 D.C. (comienzo). • Revolución Industrial: 1750-1850 D.C. • Era del Petróleo: 1850 D.C. (comienzo). • Era Eléctrica: 1875 D.C. (comienzo). • Era Atómica: 1945 D.C. (comienzo). If it isn't grown it has to be mined (si no se cultiva, entonces hay que extraerlo de una mina)

  7. Ejemplos de trabajos: ESTUDIO ARQUEOMETALÚRGICO DE CLAVOS PERTENECIENTES A EMBARCACIONES BALLENERAS HALLADAS EN LA ANTARTIDA ARGENTINA. Hernán Lorusso(1), Hernán G. Svoboda(1,2), Horacio M. De Rosa(1) (1) Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, Dpto. Ing. Mecánica, Paseo Colón 850, Buenos Aires,Argentina. (2) Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, Laboratorio de materiales y Estructuras, Las Heras 2214, Buenos Aires, Argentina.

  8. Trabajos para exponer

  9. Compuestos Semiconductores Metales Polímeros Cerámica Según su uso, los materiales se clasifican en:

  10. Materiales metálicos • Sustancias inorgánicasque están compuestas de uno o más elementos metálicos (aleaciones) • Los átomos están dispuestos de manera ordenada • Buenos conductores eléctricos y térmicos • Resistentes y dúctiles a temperatura ambiente (pueden ser conformados con facilidad) • Son opacos a la luz visible • La superficie pulida tiene apariencia lustrosa Ej.: Acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, níquel, etc.

  11. Tabla periódica de los elementos

  12. Aceros (Fe, C, Ni, Cu..) Fundiciones (Fe, Si, C, Mn..) Metales ferrosos Metales no ferrosos Aluminio y sus aleaciones Cobre y sus aleaciones Magnesio y sus aleaciones Níquel y aleaciones base níquel Aleaciones de zinc, plomo y estaño Titanio y aleaciones de titanio

  13. Usos Aviones Automóviles Cascos de Barco Conductores de electricidad

  14. Materiales cerámicos • Materialesinorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente • Cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos • La mayoría de los cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a la compresión • Se caracterizan por tener escasa conductividad, tanto eléctrica como térmica. • Son frágiles, tiene escasa resistencia al impacto • Bajo peso, alta resistencia al calos y al desgaste, poca fricción • Propiedades aislantes Ejemplo: óxidos, nitruros, carburos, minerales de arcilla, cemento, vidrio

  15. Tabla periódica de los elementos que forman compuestos cerámicos

  16. Tipos de materiales cerámicos

  17. Polímeros • Los polímeros son materiales que van desde la familia de los plásticos al caucho • Se caracterizan por tener baja densidad y extraordinaria flexibilidad • Poseen una resistencia eléctrica y térmica elevada. • Tienen buena relación resistencia peso. • No se recomiendan para aplicaciones a alta temperatura. • Muchos polímeros tienen muy buena resistencia a las sustancias corrosivas.

  18. Tabla periódica donde se indican los elementos asociados a los principales polímeros comerciales

  19. La polimerización se produce cuando las moléculas pequeñas llamadas monómeros, se combinan para producir moléculas más largas o polímeros.

  20. Según sus aplicación y su comportamiento a temperatura, se clasifican en: • Termoplásticos • Termoestables • Elastómeros

  21. Elastómeros Polímeros (termoplásticos o termoestables, con pocos enlaces cruzados) que tienen una deformación elástica mayor al 200%.

  22. Materiales Compuestos Constan de dos o mas materiales físicamente distintos y separables mecánicamente (difieren en forma y composición química y son insolubles entre sí) Pueden fabricarse mezclando los distintos materiales de tal forma que la dispersión de un material en el otro pueda hacerse de manera controlada Las propiedades son superiores, y posiblemente únicas en algún aspecto especifico, a las propiedades de los componentes por separado

  23. Con los compuestos se fabrican materiales ligeros, resistentes, dúctiles, con resistencia a las altas temperaturas que no pueden obtenerse de otro modo. • También se pueden fabricar herramientas de corte muy resistentes al impacto que de otra manera serían quebradizas. • Ej.: concreto, hormigón armado, la madera contrachapada, fibra de vidrio, etc.

  24. Para ingeniería, los materiales compuestos más importantes son: • Plásticos reforzados con fibras • Hormigón • Asfalto • Madera • Materiales compuestos de matriz metálica y matriz cerámica

  25. La era de los nuevos materiales ¿De qué están hechos los coches? Aquellos tiempos en los que el hierro y la madera eran los materiales predominantes en la construcción de un coche han pasado a la historia. Ahora hablamos del magnesio, del aluminio o de las fibras de carbono.

  26. Materiales electrónicos o semiconductores • Los semiconductores tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes eléctricos. • No son importantes por su volumen pero sí son extremadamente importantes por su avanzada tecnología. • La información hoy día se transmite por luz a través de sistemas de fibras ópticas, los semiconductores convierten las señales eléctricas en luz y viceversa. • El más importante de los materiales electrónicos es el silicio puro, al que se puede modificar para cambiar sus características eléctricas. Con estos materiales se han podido crear fabricar los circuitos integrados que han revolucionado la industria electrónica y de ordenadores

  27. Tabla periódica donde se indica los elementos semiconductores y los elementos que forman compuestos semiconductores (columnas III/V y II/VI)

  28. Estructura atómica y enlaces

  29. La estructura de los materiales se clasifica en cinco niveles: - Macroestructura (> 1000 nm) - Microestructura (10 – 1000 nm) - Nanoestructura (1 – 100 nm) - Arreglos atómicos de corto y largo alcance - Estructura atómica

  30. Estructura atómica y enlaces Cristalinos Amorfos Disposición geométrica de los átomos Interacciones entre átomos y moléculas Propiedades Estructura atómica Propiedades físicas - conductividad eléctrica - propiedades magnéticas - características térmicas y elásticas

  31. Disposición geométrica de los átomos SiO2 cristalino o cuarzo  SiO2 amorfo o vidrio

  32. Enlace químico Fuerza entre los átomos que los mantiene unidos en las moléculas. Cuando dos o más átomos se acercan lo suficiente, puede producirse una fuerza de atracción entre los electrones de los átomos individuales y el núcleo de otro u otros átomos. Si esta fuerza es lo suficientemente grande para mantener unidos los átomos, se dice que se ha formado un enlace químico. Todos los enlaces químicos resultan de la atracción simultánea de uno o más electrones por más de un núcleo.

  33. REGLA DEL OCTETO Enunciada en 1916 por Gilbert Newton Lewis, dice que la tendencia de los átomos de los elementos del sistema periódico, es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de 8 electrones tal que adquiere una configuración semejante a la de un gas noble. 1875-1946 Metálicos --------- Covalente ----------- iónico

  34. La electronegatividad (Pauling) de un elemento es la capacidad que tiene un átomo de dicho elemento para atraer hacia sí los electrones, cuando forma parte de un compuesto. Iónico (diferencia superior o igual a 1.8) Covalente (diferencia entre 1.8 y 0.4) 1901-1994 Fr F

  35. Enlaces atómicos • Existen cuatro mecanismos importantes mediante los cuales los átomos se enlazan o unen en los materiales: • Enlace metálico • Enlace covalente • Enlace iónico • Enlace de Van der Waals Enlaces primarios Enlace secundario

  36. Las propiedades de las sustancias dependen en gran medida de la naturaleza de los enlaces que unen sus átomos

  37. Enlace Metálico • Características: • Alta conductividad térmica y eléctrica • Alta ductilidad • Opacos a la luz visible

  38. Cuando se aplica voltaje a un metal, los electrones se mueven con facilidad y conducen la corriente

  39. En los metales en estado sólido, los átomos se encuentran empaquetados relativamente muy juntos, en una ordenación sistemática o estructura cristalina. a) Disposición atómica en un cristal de cobre metálico b) Diagrama esquemático bidimensional de átomos entrelazados metálicamente

  40. La mayoría de los metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas debido a que los átomos de metal se pueden deslizar unos sobre los otros sin distorsionar completamente la estructura de enlace metálico

  41. Enlace Covalente • Características (sólidos): • Alto punto de fusión • -No conductor • Alta dureza • Frágiles

  42. Algunos átomos forman nuevas moléculas por medio de enlaces covalentes, compartiendo los electrones de sus orbitales más externos Representación esquemática de enlace covalente de una molécula de metano (CH4). Representación esquemática de una molécula de sílice

  43. Los átomos de carbono en el grafito están dispuestos en capas paralelas. En la capa cada átomo está enlazado a otros tres con ángulos de 120º formando hexágonos. Estructura cubica del diamante

  44. Enlace iónico • Características: • Temperatura de fusión y ebullición altas • Alta dureza • No conductores de la electricidad • Generalmente solubles en agua

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