tema 8 els metalls no fèrrics
DESCRIPTION
Tema 8 Tecnologia Industrial 1r BTXTRANSCRIPT
UD 08. Metalls no fèrricsUD 08. Metalls no fèrrics
● Introducció
– Objectius Didàctics– Objectius Didàctics
– Abans de començar...
● Continguts
– Obtenció dels metalls
● Enriquiment / reducció / afinament● Enriquiment / reducció / afinament
– Propietats dels metalls i dels aliatges
– El Coure
● Els llautons i els bronzes
UD 08. Metalls no fèrricsUD 08. Metalls no fèrrics
● Continguts (II)
– L'Alumini
● Els aliatges lleugers
– Altres metalls d'aplicació industrial
– Pulverimetal·lúrgia
● Obtenció de les pólvoresObtenció de les pólvores
● Compressió
● Sinterització
UD 08. Objectius DidàcticsUD 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 ● 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 començarUD 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?– Límit elàstic?
– Mòdul elàstic?
– Duresa?
– Conductivitat tèrmica i elèctrica?
UD 08. L'obtenció dels metallsUD 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 O (alúmina)– Exemple: Alumini en forma d'òxid: Al2O
3(alúmina)
● Compost bàsic de la bauxita
– Específics per a cada metall
● Ex: Coure per via seca o humida
UD 08. L'obtenció dels metallsUD 08. L'obtenció dels metalls
● Tot i així tenim algunes accions en comú
Enriquiment– Enriquiment
● Separació física
– Trituració / Concentració
– Reducció
● Separació química
Forn– Forn
– Afinament
● Augment puresa
– Tèrmic (forn)
– Electrolític
UD 08. L'obtenció dels metallsUD 08. L'obtenció dels metalls
● Enriquiment del material
Preparem el producte de la mina per a les aplicacions – 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– Incrementem superfície exterior del producte
● Concentració
– Separació de la ganga i mena per mitjans físics
– Pot ser flotació (aprofitem diferències de densitat)
UD 08. L'obtenció dels metallsUD 08. L'obtenció dels metalls
● Reducció
Consisteix en la separació de la màxima quantitat – 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● 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)
UD 08. L'obtenció dels metallsUD 08. L'obtenció dels metalls
● Afinament
– Emprat quan el metall fos obtingut als forns no té la – 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– 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 aliatgesUD 08. Propietats metalls i aliatges
● Aspectes a tenir presents
– En barrejar metalls amb no metalls baixa la – 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 – 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 CoureUD 08. El Coure
● Un dels primers metalls emprats per la humanitat
● Obtingut de minerals● Obtingut de minerals
– Calcocita Cu2S
– Calcopirita
– CuFeS2
– Malaquita Cu2(CO
3)(OH)
22 3 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 CoureUD 08. El Coure
● Material dens, tou i plàstic
– Treballable en fred– Treballable en fred
– Tot i així: presenta acritud
● S'endureix en ser deformat
– Gran conductivitat tèrmica i elèctrica
– Resistent a la corrosió
– Aplicacions habituals– Aplicacions habituals
● Cables elèctrics
● Calderes
● Bescanviadors de calor
● Canonades d'aigua i gas
UD 08. El CoureUD 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– 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 CoureUD 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● 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'AluminiUD 08. L'Alumini
● Metall més emprat després de l'acer
● El més abundós a l'escorça terrestre● 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-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'AluminiUD 08. L'Alumini
● Propietats
– Material lleuger– 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● 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'AluminiUD 08. L'Alumini
● Aplicacions
– Cables elèctrics– 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'AluminiUD 08. L'Alumini
● Aliatges lleugers (II)
– Lleugers per a fusió i emmotllament– 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– Lleugers per a forja o laminatge
● Construcció aeronàutica i naval
● Perfils laminats per a estructures metàl·liques
UD 08. L'AluminiUD 08. L'Alumini
● Aliatges lleugers (III)
– Amb Cu (<15%)– 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%)– 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'AluminiUD 08. L'Alumini
● Aliatges lleugers (IV)
– Amb Mn (<2%), Ni, Cr, Co, Ti (<1%)– Amb Mn (<2%), Ni, Cr, Co, Ti (<1%)
● Augmenten duresa, resistència mecànica i resistència a la
corrosió
UD 08. Altres metallsUD 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– Revestiment de dipòsits
– Zn
● Resistent a corrosió, poc resistent als esforços
– Zincatge de l'acer: protegim de corrosió
UD 08. Pulverimetal·lúrgiaUD 08. Pulverimetal·lúrgia
● També anomenada metal·lúrgia de les pólvores
● Tècnica amb l'objectiu de● 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
conformacióconformació
● L'apliquem
– Fabricació d'objectes refractaris
● Implicaria molta energia (alta T de fusió)
UD 08. Pulverimetal·lúrgiaUD 08. Pulverimetal·lúrgia
● L'apliquem (II)
– Fabricació d'objectes amb materials molt purs– 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– Fabricar a partir de carburs metàl·lics d'eines de tall ràpid
● Torns, fresadores, fileres...
– Fabricació de peces poroses
● Filtres o coixinets autolubrificants
UD 08. Pulverimetal·lúrgiaUD 08. Pulverimetal·lúrgia
● Fases
– Obtenció de les pólvores– 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– 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 H2
gas
● Ja tenim metall pur (en pólvora)
UD 08. Pulverimetal·lúrgiaUD 08. Pulverimetal·lúrgia
● Fases (II)
– CompressióCompressió
● Pólvores introduïdes en motlle amb forma final
● Emprem premses hidràuliques (P fins a 106 N/mm2)
● Les partícules del material entren en contacte: enllaços
superficials
● Similar a soldadura en fred
Sinterització– 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
UD 08. Pulverimetal·lúrgiaUD 08. Pulverimetal·lúrgia
● Avantatges del procés
– Estalvi energètic– Estalvi energètic
● Treballem a T < T fusió
– Procés compacte
● Obtenim peces amb forma definitiva sense intermedis
– Minimització d'scrap (mermes)
● Aprofitem tot el material● Aprofitem tot el material
– Estalvi de MMPP i productes)
– Molt important especialment amb materials cars