Metall (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ciencias y Tecnologías de la Edificación - 2º curso
Asignatura Materials 2
Año del apunte 2015
Páginas 5
Fecha de subida 08/04/2015
Descargas 3
Subido por

Vista previa del texto

T5. METALL 1. Definició Nom donat als elements situats a les primeres columnes de la classificació periòdica o períodes de transició, amb alts punts de fusió i ebullició, bons conductors de calor i electricitat, són dúctils i mal·leables, amb una lluentor característica i sòlids a temperatura ambient.
2. Obtenció de la matèria prima La majoria de metalls es troben formant compostos amb altres elements químics:  En forma d’òxids: Bauxita (Al2O3) ALUMINI Hematita (Fe2O3) FERRO-ACER Magnetita (Fe3O4) FERRO-ACER Limonita (FeO(OH)Nh2o) FERRO-ACER Siderita (FeCO3) FERRO-ACER  En forma de sulfurs: Sulfur de coure (Cu2S) COURE Sulfur de mercuri (HgS) MERCURI Sulfur de plom (PbS) PLOM Pirita (FeS2) FERRO  Metal·lúrgia: ciència i tecnologia de l’extracció de metalls de les seves fonts naturals i de la seva preparació per a usos pràctics.
1) Explotació de les mines: a cel obert o subterrànies.
2) Concentració de la mena: tamisat, filtració o flotació (separació mitjançant agents floculants que separen les parts).
3) Reducció del mineral per obtenir el metall lliure 4) Afinament del metall: Fusió: aprofitar les diferents temperatures de fusió del compost i afegir escorificants, que reaccionen selectivament amb la matèria fosa, separant-la segons la densitat.
Reacció selectiva: aprofitar la reacció amb un additiu de les impureses o del metall per separar-los.
Electròlisi: aplicar una corrent elèctrica mitjançant dos elèctrodes (càtode i ànode), tenint un electròlit en dissolució, on els ions positius els atreu el càtode i els negatius l’ànode.
5) Barreja del metall amb altres elements per modificar les seves propietats 3. Propietats genèriques Mecàniques:  Resistència: a tracció, compressió, tallant i torsió.
La resistència a tracció és la tensió en el punt màxim del diagrama tensió-deformació.
La fluència/cedència és l’inici sobtat de la deformació plàstica sense haver-se produït un augment de càrrega.
El límit elàstic (mòdul de Young) és la resistència d’un material a la deformació plàstica.
La ductilitat és el grau de deformació plàstica que el material pot patir fins a la fractura. S’expressa com allargament percentual o percentatge de reducció de l’àrea inicial.
 Deformabilitat: presenten una corba tensió-deformació similar a la ‘zona plàstica-elàstica’.
 Tenacitat: capacitat d’absorbir energia abans de trencar-se.
 Acritud: capacitat d’un material d’endurir-se al ser deformat en fred, fragilitzant-se.
 Fatiga: falla davant d’un esforç menor a l’esperat al trobar-se sotmès a càrregues cícliques, fluctuants o alternatives. Hi ha fatiga tèrmica i fatiga amb corrosió.
 Relaxació isotèrmica: pèrdua de la tensió que pot suportar el metall amb el temps a una temperatura determinada.
 Duresa: mesura de la resistència a la deformació plàstica localitzada.
Escala de Mohs: capacitat d’un material de ratllar a un altre més tou: 1 talc – 10 diamant.
Escales quantitatives (Rockwell, Brinell, Vickers): un con o bola es força a penetrar en el material a velocitats i càrregues controlades i es mesura la petjada que ha deixat a la superfície.
 Soldabilitat: unió de peces metàl·liques per aplicació de calor i/o pressió.
Soldadura autògena: sense material d’aport.
Soldadura indirecta: amb metall d’aport que es fon a temperatura més baixa que els materials base per no formar aleació. Serà tova si el punt de fusió de l’aport és <450ºC i dura si és >450ºC.
Elèctriques:  Conductivitat: σ, facilitat del material per conduir la corrent elèctrica, expressada en (Ω·m) -1. Els metalls la tenen sobre 107 i els aïllants sobre 10-10 a-20.
 Resistivitat: ρ, oposició al pas de corrent, l’inversa de la conductivitat, expressada en Ω·m.
Tèrmiques:  Conductivitat: k, capacitat d’un material per transferir calor, s’expressa en W/(m·K).
 Dilatació: variació de les dimensions del material amb la temperatura, expressada en (ºc) -1. Els metalls la tenen sobre 5-25-6.
Químiques:  Oxidació: els metalls exposats a l’oxigen de l’atmosfera es combinen formant una capa d’òxid superficial.
Amb la capa passivant, el metall es recobreix d’una pel·lícula d’òxid impermeable que impedeix l’oxidació.
 Corrosió: destrucció lenta i progressiva d’un metall causada per un agent no mecànic, produïda per fenòmens electrolítics que es produeixen a la superfície, normalment en presència d’aigua.
Reacció electroquímica: una substància s’oxida i una altra es redueix.
Polarització i passivat: formació d’una capa fina superficial d’òxid metàl·lic estable i resistent a la corrosió.
Pares galvánicos: corrosió produïda per dos metalls submergits en un electròlit i posats en contacte exteriorment per mitjà d’un conductor.
Aireació diferencial: degut a que l’electròlit està més exposat en una part que altra.
Uniforme o generalitzada: si el metall és atacat de forma uniforme a tota la superfície.
Intergranular: té lloc entre els grànuls cristal·lins del metall, causada per les impureses que la rodegen.
Localitzada: atacs zonals, químics o mecànics localitzats.
 Protecció: Selecció de materials: aliatges anticorrosius, evitar el par galvànic, geometria de peces adequat.
Passivació: formació d’una capa d’òxid estable i adherent que frena l’avanç de la corrosió.
Anoditzat o protecció anòdica: aplicació externa de corrent per fomentar la formació i estabilització de capes de passivació.
Inhibidors de la corrosió: substàncies afegides al sistema que reaccionen per disminuir la corrosió.
Protecció catòdica: subministrar electrons mitjançant una font externa.
4. Galvanització Recobrir amb zinc un element d’acer per protegir-lo de la corrosió per immersió calent o galvanitzat electrolític.
Obté propietats de resistència a l’abrasió, resistència a la corrosió, duració excepcional i resistència mecànica elevada, entre altres.
S’utilitza en edificació, grans estructures, armadures galvanitzades, elements d’unió, etc.
5. Aliatge Substància metàl·lica composta de més d’un element, els més coneguts són el llautó (Cu i Sn) i bronze: barreja de dos metalls o més, o metall amb no-metall i el producte final presenta propietats metàl·liques. Dos metalls poden ser: totalment insolubles en estat sòlid, totalment solubles en estat sòlid, parcialment solubles en estat sòlid i combinables formant un compost intermetàl·lic.
Punt eutèctic: és el punt de fusió més baix d’una mescla de dos components sòlids en una proporció determinada, tenint en compte cada component un punt de fusió més elevat, en el que l’aleació passa de sòlid a líquid sense fase intermèdia pastosa.
6. Acer / siderúrgia La siderúrgia és una part de la metal·lúrgia, la indústria del Fe. L’acer (aliatge de ferro i carboni) és el metall més utilitzat a la construcció. El ferro, que es troba en un quart de l’escorça terrestre, aporta un alt índex de reciclabilitat i és processable per les seves propietats magnètiques.
Els productes del ferro són: ferro dolç (C<0.03%), acer (0.03%<C<1.76%) i fundició (1.76%<C<6.67%).
Les quatre formes al·lotròpiques del Fe són:  Ferro alfa: ferrita, molt magnètic i casi no dissol carboni.
 Ferro beta: pot dissoldre carboni en baixes quantitats, no és magnètic.
 Ferro gamma: austenita, pot dissoldre fins a 2% del carboni, accepta tractaments tèrmics i no és magnètic.
 Ferro delta: poc magnètic, cristal·litza com Fe beta.
Dades sobre el Fe: Densitat: 7.874 kg/m3 Duresa de Mohs: 4,0 Punt de fusió: 1808 k Conductivitat elèctrica: 9,93 X 106 (Ω·m) -1 Conductivitat tèrmica: 80,2 W/(m·K) Els constituents principals de les aleacions de Fe-C: ferrita, cementita, austenita, ledeburita i perlita.
7. Alt forn Té una alçada de 70 m i un diàmetre de 14 m, amb un crisol de 3 m d’alçada que es refrigera amb aigua.
 Tragante: introducció de les matèries primes a 200ºC.
 Cuba: reducció indirecta a 400-800ºC.
 Vientre: reducció intensa a 1.000-1.300ºC.
 Etalajes: es fon la ganga a 1.300-2.000ºC.
 Crisol: cauen l’escòria i el ferro fos (arrabio) i s’evacuen pels orificis situats a diferents altura.
 Les fundicions poden ser: gris, blanca, dúctil/esferoïdal, mal·leable o especials.
 El procés d’afinament per obtenir l’acer es basa en la reducció de la quantitat de carboni de la fundició mitjançant:  Forns elèctrics amb matèria prima de ‘chatarra’, com el forn Siemens i el Martín-Siemens.
 Convertidors amb injecció d’oxigen que no necessita ‘chatarra’ com el convertidor Bessemer i el Thomas.
 Tractaments tèrmics: a) Sense canvis químics: modifiquen l’estructura granular i cristal·lina de l’acer millorant les seves propietats.
 Normalitzat: escalfar 50ºC per sobre de la temperatura crítica i deixar refredar a l’aire, eliminant tensions internes.
 Recuit: escalfar i ablanir per treballar millor el material i eliminar tensions internes.
 Temple: escalfar i refredar ràpidament amb aire, aigua, oli, mercuri, plom o sals foses, per tal d’augmentar la duresa, el límit elàstic, la resistència a tracció i disminuir la tenacitat i l’allargament.
 Revenido: complementari i posterior al temple on s’escalfa a una temperatura inferior a la temperatura crítica seguit d’un refredament per eliminar tensions internes.
b) Amb canvis de composició: tractaments químics que penetren a la superfície.
 Cimentació: capa superficial rica en carbur per augmentar la duresa.
 Nitruració: absorció de nitrògen per obtenir la màxima duresa i absorció de N 2.
 Cianuració: absorció de C i N2 utilitzant cianur per aconseguir una elevada duresa, és d’elevat cost.
 Carbonitruració: absorció de C i N2 mitjançant gasos per aconseguir una elevació de la duresa.
 Sulfinització: absorció de C, N2 i S, per tal d’augmentar la resistència al desgast superficial.
 Mal·leabilització: recuit oxidant per descarburar la superfície i fer-la mal·leable.
8. Mètodes de transformació i confecció de productes  Conformació: forja, laminació, extrusió i trefilat. Si es realitza amb una temperatura superior a la de recristal·linització, s’anomena conformació en calent.
 Modelatge: en sorra, en coquilla (motlle metàl·lic) i de presició (a la cera perduda).
 Altres: pluvimetal·lúrgia.
 Barres corrugades Producte d’acer laminat en calent, de secció massissa circular o casi circular amb, com a mínim, dues files de corrugues transversals uniformement distribuïdes en la seva longitud. Poden ser soldables (S) o soldables d’alta ductilitat (SD). Els tipus més habituals són: B-400 S, B-400 SD, B-500 S i B-500 SD.
 Filferro corrugat Material obtingut a partir d’un producte llis que ha sigut laminat en calent i amb unes característiques geomètriques i mecàniques aconseguides per un segon procés de laminació en fred. Es troba en malles electrosoldades i armadures bàsiques electrosoldades.
 Malla electrosoldada Producte format per dos sistemes d’elements (barres o filferros), un longitudinal i un altre transversal, que es creuen perpendicularment i els punts en contacte es troben units mitjançant soldadures elèctriques.
S’utilitza en cimentacions, paviments, soleres, murs, forjats, etc. Té un us generalitzat degut a la seva senzillesa i rapidesa a la col·locació, a més d’avantatges tècnics, econòmics i de qualitat.
 Armadura del formigó Acer estirat en fred B-500 T, utilitzats com filferros en malles electrosoldades i armadures bàsiques electrosoldades en celosies.
Acer soldable B-400 S i B-500 S de ductilitat normal.
Acer soldable amb característiques especials de ductilitat, B-400 SD i B-500 SD, sobretot en disseny sísmic.
 Perfils laminats en calent 9. CTE BB SE-A Materials d’aportació: 1) Les característiques mecàniques dels materials d’aportació seran superiors a les dels materials base.
2) Les qualitats del materials d’aportació s’ajusten a la norma UNE-EN ISO 14555:1999.
Unions: 1) Les prescripcions seran aplicables a elements a unir amb un mínim de 4 mm d’espesor i d’acer estructural soldable.
2) La soldadura en angle s’utilitza per unir elements amb cares de fusió que formen un angle de 60-120º.
Si les unions són en T: a>120º no es considerarà que pugui transmetre esforços a<60º  es considerarà com a soldadura a tope amb penetració parcial 3) Els cordons han de prolongar-se rodejant les cantonades amb el mateix espessor que la garganta i la longitud dues vegades.
10.
11.
12.
13.
4) La longitud efectiva del cordó de soldadura en angle serà la total del cordó sempre i quan es mantingui l’espessor de la garganta nominal.
5) Els cordons de soldadura en angle poden ser continus o discontinus, aquests últims s’utilitzen per unir entre sí elements de seccions senzilles formant peces de seccions de major complexitat.
Acer inoxidable Producte metal·lúrgic que resulta d’afegir a l’acer una proporció elevada de crom o crom+níquel. La quantitat d’inoxidable es deu a l’aliatge i no a una capa protectora superficial, per tant, té una resistència química. L’acer inoxidable més utilitzat és el 18-10, que conté un 18% de Cr i un 10% de Ni.
Acer Cortén La superfície d’aquest producte té una pel·lícula d’òxid impermeable a l’aigua i al vapor d’aigua que impedeix que l’oxidació de l’acer prossegueixi cap a l’interior de la peça. Té un alt contingut en coure, crom i níquel, que aporta un color vermell-taronja.
Alumini Metall lleuger de densitat 2.700 kg/m3 (un terç de l’acer) amb un baix punt de fusió (660ºC) i de color blanc brillant, amb bones propietats òptiques i alt poder de reflexió de radiacions lluminoses i tèrmiques.
Té una elevada conductivitat elèctrica i tèrmica i és resistent a la corrosió, als productes químics, a la intempèrie i a l’aigua de mar. És molt mal·leable, dúctil i tou.
Coure Metall amb una gran conductivitat elèctrica, exposat a l’aire, canvia de color roig salmó a violeta (degut a l’òxid cuprós) i s’ennegreix (per l’òxid cúpric). Si està exposat llargament a l’aire humit, forma una capa adherent i impermeable de carbonat bàsic de color verd que és verinós.
...