Ud 08. metalls no fèrrics

UD 08. Metalls no fèrrics
Introducció
Objectius Didàctics
Abans de començar...
Continguts
Obtenció dels metalls
Enriquiment / reducció / afinament
Propietats dels metalls i dels aliatges
El Coure
Els llautons i els bronzes

UD 08. Metalls no fèrrics
Continguts (II)
L'Alumini
Els aliatges lleugers
Altres metalls d'aplicació industrial
Pulverimetal·lúrgia
Obtenció de les pólvores
Compressió
Sinterització

UD 08. Objectius Didàctics
Conèixer el procés d'obtenció dels metalls
Conèixer en detall com s'obté el Cu i les seves aplicacions i aliatges
Conèixer en detall com s'obté l'Al i les seves aplicacions i aliatges
Conèixer les aplicacions industrials més importants d'altres metalls: Mg, Ti, Pb, Sn, Zn i Ni
Conèixer el procés de la pulverimetal·lúrgia, la seva utilitat i aplicacions

UD 08. Abans de començar
Recordem el que signifiquen els conceptes
Ganga i mena?
Reducció dels metalls?
Sabem què és l'electròlisi?
Recordem què són les propietats
Límit elàstic?
Mòdul elàstic?
Duresa?
Conductivitat tèrmica i elèctrica?

UD 08. L'obtenció dels metalls
En general no trobem els metalls purs
Es coneixen amb l'adjectiu 'nadiu'
Exemples: Or o Coure
Procediment habitual: procés metal·lúrgic
Aplicat a les menes
Exemple: Alumini en forma d'òxid: Al 2 O 3 (alúmina)
Compost bàsic de la bauxita
Específics per a cada metall
Ex: Coure per via seca o humida

Tot i així tenim algunes accions en comú
Enriquiment
Separació física
Trituració / Concentració
Reducció
Separació química
Forn
Afinament
Augment puresa
Tèrmic (forn)
Electrolític

Enriquiment del material
Preparem el producte de la mina per a les aplicacions posteriors
Normalment les operacions són
Trituració
Reducció de la grandària de les roques per mitjans mecànics
Incrementem superfície exterior del producte
Concentració
Separació de la ganga i mena per mitjans físics
Pot ser flotació (aprofitem diferències de densitat)

Reducció
Consisteix en la separació de la màxima quantitat possible de l'element desitjat
Amb processos químics
A T elevades
Usualment tenim òxids
La separació d'un metall contingut en un òxid: reducció
En general: C element reductor
Afinitat per l'oxigen
Moltes vegades: hi afegim elements per formar escòries
Si no tenim òxid: torrefacció o calcinació (el generem)

Afinament
Emprat quan el metall fos obtingut als forns no té la puresa necessària
Procés d'eliminació d'impureses
Tenim dues alternatives d'afinament
Mitjans tèrmics
En forns aplicant oxigen, aire o PPQQ
Mitjans electrolítics
En tancs electrolítics
Contenen producte químic en fase líquida (electròlit)
Hi submergim els conductors elèctrics (elèctrodes)
Càtode connectat al pol positiu i ànode (al negatiu)
Apliquem V (CC) als elèctrodes
El metall es diposita al càtode

UD 08. Propietats metalls i aliatges
Aspectes a tenir presents
En barrejar metalls amb no metalls baixa la conductivitat
Com ara l'acer respecte el Fe
Al i Cu tenen conductivitats més elevades
Emprats pel transport d'electricitat
En barrejar metalls (com ara el Cu amb Zn o Sn) tenim propietats que no són proporcionals a les quantitats de l'aliatge

UD 08. El Coure
Un dels primers metalls emprats per la humanitat
Obtingut de minerals
Calcocita Cu 2 S
Calcopirita
CuFeS 2
Malaquita Cu 2 (CO 3 )(OH) 2
No gaire abundant, pocs països amb alta producció
Diferents processos per a obtenir-lo
En general: diferents forns i electròlisi final

UD 08. El Coure
Material dens, tou i plàstic
Treballable en fred
Tot i així: presenta acritud
S'endureix en ser deformat
Gran conductivitat tèrmica i elèctrica
Resistent a la corrosió
Aplicacions habituals
Cables elèctrics
Calderes
Bescanviadors de calor
Canonades d'aigua i gas

UD 08. El Coure
Els llautons
Aliatge de Coure i Zinc
El Zinc millora les propietats mecàniques del Coure
Baixa el seu punt de fusió
El fa apte per obtenir objectes per fusió i emmotllament
Però: redueix la seva conductivitat (tèrmica i elèctrica)
Llautons Cu+Zn: llautons ordinaris
%Zn>50%: sense aplicació industrial (massa dus i fràgils)
Si hi incorporem altres elements: llautons especials
Aplicacions
Decoració, molles, coixinets, bombes, engranatges...

UD 08. El Coure
Els bronzes
Aliatges de Cu i un metall que no sigui Zn
Tradicionalment: Cu + Sn
Millora les propietats de fusió i emmotllament
Afegit en %<12%
Augmenta duresa i resistència al desgast per fregament
Augmenta resistència a la corrosió (aigua de mar o combustibles)
Però: redueix conductivitat tèrmica i elèctrica
Aplicacions
Fabricació de coixinets i vàlvules
Especialment a la indústria del petroli
Campanes, decoració, maquinària naval, àleps de turbines...

UD 08. L'Alumini
Metall més emprat després de l'acer
El més abundós a l'escorça terrestre
D'utilització recent: Finals s. XIX
S'obté a partir de la bauxita
Procediment costós
Cal molta energia elèctrica Al té molta tendència a combinar-se amb altres elements
En primer lloc: separar la bauxita de l'alúmina
Després: separar l'Alumini per electròlisi

UD 08. L'Alumini
Propietats
Material lleuger
Bon conductor tèrmic i elèctric
Dúctil, mal·leable i tou
En estat pur presenta acritud
Resistent a la corrosió per humitat
Però no a l'aigua del mar ni solucions salines
Tampoc als àcids
Fon a baixa temperatura
Adient per a peces de fusió i emmotllament

UD 08. L'Alumini
Aplicacions
Cables elèctrics
Bescanviadors de calor
Estris de cuina
Envasos i embolcalls indústria alimentària
Aliatges amb Al com a component principal
Aliatges lleugers
Es poden dividir en dos grans grups
Lleugers per a fusió i emmotllament
Lleugers per a forja o laminatge

UD 08. L'Alumini
Aliatges lleugers (II)
Lleugers per a fusió i emmotllament
Blocs de motors
Pistons en motors d'explosió
Perfils de marcs de finestres i portes
Estris de cuina
Lleugers per a forja o laminatge
Construcció aeronàutica i naval
Perfils laminats per a estructures metàl·liques

UD 08. L'Alumini
Aliatges lleugers (III)
Amb Cu (<15%)
Augmenta duresa i resistència mecànica
Amb Si (5% a 20%)
Augmenta resistència a la corrosió i duresa
Millora emmotllament però empitjora mecanitzat
Amb Zn (<20%)
Com Cu, però més barat
Baixa resistència a corrosió, augmenta la densitat
Amb Mg (<10%)
Millora props. mecàniques, resistència a corrosió i mecanitzat

UD 08. L'Alumini
Aliatges lleugers (IV)
Amb Mn (<2%), Ni, Cr, Co, Ti (<1%)
Augmenten duresa, resistència mecànica i resistència a la corrosió

UD 08. Altres metalls
Establir connexions lògiques:
Mg
Forma aliatges ultralleugers (amb Al, Zn i Mn)
Peces estructurals a indústria aeronàutica (baixa inèrcia)
Pb
Alta densitat, resistent a la corrosió, baixa resistència
Barreres RX i gamma
Revestiment de dipòsits
Zn
Resistent a corrosió, poc resistent als esforços
Zincatge de l'acer: protegim de corrosió

UD 08. Pulverimetal·lúrgia
També anomenada metal·lúrgia de les pólvores
Tècnica amb l'objectiu de
Obtenir o donar forma a materials metàl·lics
Que fonen a T molt elevades
Que tenen duresa extrema
D'altres que fan inviable el mètode tradicional d'obtenció o conformació
L'apliquem
Fabricació d'objectes refractaris
Implicaria molta energia (alta T de fusió)

L'apliquem (II)
Fabricació d'objectes amb materials molt purs
De composició molt precisa
Permet un millor control d'impureses
Fabricar peces amb materials difícils d'emmotllar, forjar o mecanitzar
Fabricar a partir de carburs metàl·lics d'eines de tall ràpid
Torns, fresadores, fileres...
Fabricació de peces poroses
Filtres o coixinets autolubrificants

Fases
Obtenció de les pólvores
La matèria primera de la pulverimetal·lúrgia: pólvores de metalls purs
Carburs metàl·lics, aliatges
També ceràmiques (no metàl·lic)
Tenim processos mecànics i físics i químics
Mecànics: polvorització, atomització
FiQ: reducció d'òxids, electròlisi, descomposició tèrmica, condensació
Reducció: Obtenim partícules petites de l'òxid desitjat
Més fràgils que el metall pur (les puc esmicolar)
Després reduïm amb H 2 gas
Ja tenim metall pur (en pólvora)

Fases (II)
Compressió
Pólvores introduïdes en motlle amb forma final
Emprem premses hidràuliques (P fins a 10 6 N/mm 2 )
Les partícules del material entren en contacte: enllaços superficials
Similar a soldadura en fred
Sinterització
Augmentem cohesió i tenacitat de les peces
S'introdueixen en forn a T elevades
Afavorim unió entre àtoms
T elevades, però inferiors a fusió. Temps: 15' a 2h

Avantatges del procés
Estalvi energètic
Treballem a T < T fusió
Procés compacte
Obtenim peces amb forma definitiva sense intermedis
Minimització d'scrap (mermes)
Aprofitem tot el material
Estalvi de MMPP i productes)
Molt important especialment amb materials cars

Ud 08. metalls no fèrrics

by Miguel_Angel_Marin

Accessibility

Categories

Upload Details

Usage Rights

2 Embeds 4

Statistics