Modelos: Fundición de metales

METALES

Investigación

Metales: Elementos quimicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores.

El concepto de metal se refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen.

Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria. Al principio, sólo se usaron los que se encontraban fácilmente en estado puro (en forma de elementos nativos), pero paulatinamente se fue desarrollando la tecnología necesaria para obtener nuevos metales a partir de sus menas, calentándolos en un horno mediante carbón de madera.

El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilización de mineral de cobre con incursiones de estaño, entre 3500 a. C. y 2000 a. C., en diferentes regiones del planeta, surgiendo la denominada Edad del Bronce, que sucede a la Edad de Piedra.

Los elementos metálicos, así como el resto de elementos, se encuentran ordenados en un sistema denominado tabla periódica. La mayoría de los elementos de esta tabla son metales.

Los metales se diferencian del resto de elementos, fundamentalmente en el tipo de enlace que constituyen sus átomos. Se trata de un enlace metálico y en él los electrones forman una «nube» que se mueve, rodeando todos los núcleos. Este tipo de enlace es el que les confiere las propiedades de conducción eléctrica, brillo, etc.

Propiedades

Los metales poseen ciertas propiedades físicas características, entre ellas son conductores de la electricidad. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto (Bi) es rosáceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro (Au) amarillo. En otros metales aparece más de un color; este fenómeno se denomina policromismo.Otras propiedades serían:

· Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión.

· Ductilidad: propiedad de los metales de moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de tracción.

· Tenacidad: resistencia que presentan los metales al romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.)

· Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción, comprensión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse.

· Suelen ser opacos o de brillo metálico, tienen alta densidad, son dúctiles y maleables, tienen un punto de fusión alto, son duros, y son buenos conductores (calor y electricidad).

Metales férreos.

Los metales férreos se caracterizan por que su principal componente es el hierro. En la extracción del hierro se emplea el carbón dando lugar a varias aleaciones de hierro y carbono. Conforme aumenta el contenido en carbono de una aleación férrica aumenta su dureza y su fragilidad y disminuye la plasticidad. Estudiaremos los metales férreos desde el hierro que es el que menos carbono tiene hasta la fundición que es la aleación férrea con mas carbono.

1.1 Hierro

1.2Aceros

Metales no férreos

2.1 Cobre

2.2Aluminio.

2.3 Plomo

2.4 Estaño

2.5 Oro y plata

Aleaciones.

Con las aleaciones, combinamos las propiedades de varios metales para conseguir un compuesto con las propiedades deseadas. La aleación se construye fundiendo los componentes y mezclándolos y haciéndoles reaccionar químicamente. Cuando la mezcla se enfría obtenemos una aleación con propiedades distintas a la de sus componentes

3.1Bronce.

3.2Latón.

Moldeado.

Dar forma a los metales mediante moldeado consiste en fundirlos hasta convertirlos en líquido e introducirlos en un molde, por gravedad o a presión.

· Fundición en arena

Los moldes de arena se emplean para dar forma a metales que funden a una temperatura muy alta, por lo que no se pueden emplear metales para el molde. El proceso a seguir comienza con la colocación de una pieza modelo en una base de arena, posteriormente se rellena el resto con arena húmeda y se presiona; por último se saca el modelo, se cierra el molde y se echa el metal fundido, que rellenará la cavidad.

Los tornillos de banco y los bloques de motores se fabrican por este método.

· Fundición a presión.

La fundición a presión se usa con metales de una temperatura de fusión baja. El método consiste en introducir el metal líquido a presión en un molde metálico; la presión se mantiene mientras se solidifica el metal. Por este procedimiento se pueden conseguir piezas de formas complejas y de alta precisión.

· Sinterizado

El sinterizado consiste en fabricar piezas metálicas sometiendo a presión en un molde polvos metálicos; la pieza prensada se introduce posteriormente en un horno para tomar la forma definitiva. Con este proceso de fabricación se consiguen piezas metálicas muy precisas que no necesitan mecanizado posterior. También se emplea este método de fabricación para construir piezas autolibricadas.

FUNDICION MOLDE DE ARENA

El proceso más tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.

La fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.

Para la fundición con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente más pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para prevenir un problema conocido como "flotación del molde", que ocurre cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde, causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.

La fundición en arena requiere un modelo a tamaño natural de madera, plástico y metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que formará la cavidad interna en el molde.

En lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se puede emplear desde madera o plásticos como el uretano y el poliestireno expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el hierro fundido.

Para el diseño del modelo se debe tener en cuenta una serie de medidas derivadas de la naturaleza del proceso de fundición:

· Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reducción depende del material empleado para la fundición.

A esta dimensión se debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.

·Las superficies del modelo deberán respetar unos ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Este ángulo se denomina ángulo de salida. Se recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.

· Incluir todos los canales de alimentación y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido.

· Si es necesario incluirá portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocación del macho.

Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior denominada cope y la parte inferior denominada draga que se corresponden a sendas partes del molde que es necesario fabricar. Los moldes se pueden distinguir:

· Moldes de arena verde: estos moldes contienen arena húmeda.

· Moldes de arena fría: usa aglutinantes orgánicos e inorgánicos para fortalecer el molde. Estos moldes no son cocidos en hornos y tienen como ventaja que son más precisos dimensionalmente pero también más caros que los moldes de arena verde.

· Moldes no horneados: estos moldes no necesitan ser cocidos debido a sus aglutinantes (mezcla de arena y resina). Las aleaciones metálicas que típicamente se utilizan con estos moldes son el latón, el hierro y el aluminio.

ALUMINIO

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.

El aluminio se utilizaba en la antigüedad clásica en tintorería y medicina bajo la forma de una sal doble, conocida como alumbre y que se sigue usando hoy en día.

FISICAS

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico y térmico.

MECANICAS

Mecánicamente es un material blando y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm². Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas. Se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

QUIMICAS

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Reacciona con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al₂O_3.

La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que resulta estratégico en situaciones de conflicto. Hoy en día, tan sólo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso más popular, sin embargo, es como papel aluminio, que consiste en láminas de material con un espesor tan pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalaje alimentario.

Mapas conceptuales

Trabajo a realizar

Realizar un objeto para escritorio, en donde se utilice el proceso de fundición de aluminio. para este trabajo se realizara un modelo en plastilina, después utilizar masilla rally que sera utilizado como molde para la fundición. Para este trabajo se fundira y después se limara y lijara para después brillar.