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PRINCIPIOS Y APLICACIONES DE LA FISICA EN LA
INGENIERIA METALURGICA, AVANCES EN LA METALURGIA
FISICA
Víctor León, Universidad Nacional de San Agustín
RESUMEN: La Metalurgia es el arte y la ciencia de obtener metales a partir de sus minerales y
adaptarlos a las necesidades del hombre y la sociedad, Es así que los ingenieros metalurgistas utilizan
para el proceso de transformación de los minerales, procesos que implican el conocimiento de ciencias
como la física, química y la matemática, siendo de vital importancia que los profesionistas tengan
conocimientos básicos y aplicados de dichas ciencia, es así que la metalurgia física comprende todos lo s
sistemas de procesamiento de metales, desde la fundición hasta la soldadura, estudiando las propiedades
de los metales en función de sus estructura, este articulo tiene como propósito resaltar la importancia de
ciencias que complementan el estudio de la ingeniería en especial la Física
PALABRAS CLAVE: ciencia, minerales, metalurgia, estructura
ABSTRACT:Metallurgyisthe art and science of obtainingmetalsfromtheir ores and adapttotheneeds of
man and society, is so metallurgistsengineers use forthetransformation of minerals,
processesinvolvingknowledge of sciencesuch as physics, chemistry and mathematics, is of vital
importancethattheprofessionalshavebasic
and
appliedknowledge
of
suchscience,
so
thatitincludesallphysicalmetallurgy
s
metal
processingsystems,
from
casting
towelding,
studyingtheproperties of metals in terms of itsstructure, thisarticleaimstohighlighttheimportance of
sciencethatcomplementthestudy of engineeringespeciallyPhysics
KEY WORD: science, minerals, metallurgy, structure
Es así que el ingeniero metalúrgico
debe de contar con conocimiento básico y
aplicado de principios electromagnéticos, al
igual que propiedades de metales, que se
aplican en el proceso electrometalúrgico,
siendo el objetivo principal es conocer
cómo actúa la electrometalurgia en los
metales y la extracción de algunos
mineralesdeberá contar con definiciones
como:
INTRODUCCION
Debido a la gran amplitud de la
metalurgia, esta utiliza para sus procesos
de transformación y futura producción de
minerales, existe ramas de la metalurgia
que utilizan para su proceso, principios de
física al igual que química y matemáticas,
como lo son la electrometalurgia,
pirometalurgia,
metalurgia
física,
preparación mecánica de minerales, etc
ELECTROMETALURGIA
1. Proceso electrometalúrgico
La electrometalurgia se define como la
rama de la metalurgia que usa la energía
eléctrica para la producción y tratamiento
de los metales, la energía eléctrica es
convertida en calor con el fin de producir la
temperatura necesaria para el proceso o
servir para descomponer un compuesto por
acción de electrolítica en el que el calor
generado es relativamente pequeño ó por
electrolisis, en la que la cantidad de calor
empleado es necesariamente grande.
Según el tipo de depósito obtenido, se
distinguen los siguientes procesos
Electrometalúrgicos:
1.1. Electro obtención de metales:
Consiste en la extracción de metales a
partir de soluciones, en forma de depósitos
metálicos puros, densos y compactos o
depósitos metálicos en polvo (pulvielectrometalurgia) o bien, depósitos de
compuestos metálicos (óxidos, hidróxidos o
sales).
1
1.2. Electro refinación de metales :
2. Proceso electrolítico
Consiste en la obtención de depósitos
metálicos de alta pureza a partir de un
metal impuro.
El proceso electrolítico es aquel en el
que, atreves de una corriente eléctrica, se
descompone una sustancia sólida en
disolución en un fluido, para su uso
posterior.
1.3. Galvanoplastia
Consiste en recubrimientos metálicos
delgados con fines anticorrosivos o
estéticos (cromados).
La galvanoplastia aprovecha este proceso
electrolítico para recubrir cuerpos sólidos
con una capa metálica, para su protección
ante la corrosión y el desgaste
3. PRINCIPALES CAMPOS
METALURGIA FISICA
1.3.1.Limpieza:
DE
LA
Debido a la amplia variación dimensional de
laestructura de los metales,se entiende el
espacioso alcancede la metalurgia física, la cual
elucida no sólo laestructura sino también las
transformaciones deésta, y las propiedades de
los materialesmetálicos, por medio de la física
del estado sólidoy la termodinámica química.
Objeto central de suestudio son los métodos
experimentales. En laactualidad su campo se
acción se ha extendido ala interacción con la
Ciencia de los Materiales enel estudio de
materiales compuestos y otrasestructuras. En
términos
generales
las
principalesáreas
temáticas con que trata la metalurgia físicason:
La zona de trabajo es
escrupulosamente limpiada,
con un proceso inicial de
abrasión y pulido mecánico; y
un desengrasado químico
con productos específicos,
incluyendo un proceso de
desengrasado electrolítico
1.3.2.Calculo de parámetros:
Tras la medición exhaustiva
de la zona de trabajo y la
valoración de daños, un
proceso
completamente
informatizado calcula
los
parámetros
precisos
necesarios para el sistema








1.3.3.Electrolisis:
En este paso, se escoge el
fluido necesario para el
rellenado de material de la
zona afectada y se aplica con
los parámetros anteriormente
obtenidos hasta que el
proceso termina, es decir,
hasta
que
la
avería
desaparece





1.3.4.El acabado final:
Tras la reparación de la zona
de trabajo, se limpia y se le
da el acabado final puliendo
la zona hasta dejarla en las
condiciones
de
trabajo
normales

2
Métodos experimentales para examinar
losMetales
La teoría electrónica de los metales
Cristalografía de los metales• Difusión
Termodinámica de sólidos
Deformación plástica y fractura
Metales líquidos y solidificación
Sistemas de aleación
Microestructura y fases, granos y
límites degrano
Estructura y teoría de las fases
metálicas
Transformaciones de fase difusivas en
estadosólido:
precipitación,
eutec
toides,
masivas,orden-desorden,
celular.
Transformaciones
de
fase
no
difusivas:martensítica y masiva
Endurecimiento por precipitación
Otros
mecanismos
de
endurecimiento:deformación, solución
sólida,
segundas
fases,partículas,
fibras
Deformación
y
recocido:
recuperación,recristalización
y
crecimiento de grano
(Avner) (Morales)
4.
LOS AVANCES DE LA METALURGIA
FIISCA
4.4. Metalurgia computacional
desarrollo de aleaciones
y
La metalurgia computacional es la utilización
de modelos matemáticos y las herramientas
informáticas para el estudio de los fenómenos
metalúrgicos. Estos modelos tratan de predecir
la estabilidad y equilibrio de las fases, las tasas
de las reacciones o transformaciones y las
relaciones estructura – propiedades. En la
actualidad es un extenso campo de
investigación en metalurgia física. Un ejemplo
es el caso de las superaleaciones necesarias en
aplicaciones como las turbinas de avión y los
componentes de motores, que presentaremos
más adelante
4.1. Metales Líquidos
El estudio de los metales en estado líquido
sigue siendo un amplio campo de investigación
de la metalurgia física, tanto en la parte
fundamental como en la tecnológica. Falta
mucho por dilucidar en la estructura de los
metales líquidos y su modelación.
4.2. Los vidrios metálicos
Durante los últimos veinticinco años, la
tecnología de los vidrios metálicos se ha
desarrollado rápidamente, tanto que en la
actualidad se aplican en una serie de campos
de gran utilidad.
Tradicionalmente la metalurgia ha sido una
de las actividades más empíricas. Durante
cientos de años se han creado y mejorado las
aleaciones desde el bronce hasta el acero
inoxidable explotando, en la mayoría de los
casos, descubrimientos casuales hechos al
mezclar metales. En las últimas décadas esta
búsqueda ha sido más sistemática y con el
advenimiento de la metalurgia computacional se
ha desarrollado el entendimiento de cómo se
cambian las propiedades de un metal aleándolo
con otro
Desde el decenio de 1960 empezó la
investigación de estos materiales y en 1971 se
produjeron los primeros alambres largos de
vidrio de paladio. Los sistemas de aleación más
importantes son los formados por metales de
transición (Ni, Co, Fe, Zr y La) y por los
metaloides (B, C, N, Si, O).
Obviamente las aleaciones férreas son las de
mayor interés por su costo
En metalurgia, sin embargo, el desarrollo de
una nueva aleación con atributos particulares es
todavía un reto muy grande: las candidatas son,
casi siempre, demasiado numerosas para
ensayarlas individualmente. Hay varias docenas
de metales diferentes, y aún si las aleaciones
fueran
binarias,
hay
demasiadas
combinaciones, sin olvidar que las proporciones
de cada metal se pueden variar.
Las investigaciones más recientes sobre
estos materiales se enfocan a descubrir nuevas
aleaciones que formen vidrios metálicos
masivos y también incluyen las tareas de
síntesis de materiales, procesamiento y
caracterización. De este modo se están
desarrollando nuevas aleaciones y técnicas
novedosas
en
numerosos
centros
de
investigación del mundo
4.5. Aceros de alta resistencia y
nuevos aceros
4.3. Espumas metálicas
Un ejemplo real de las aplicaciones de la
metalurgia física han sido los desarrollos de
aceros resistentes, empezando por el alambre
de piano cuya limitación es esa, sólo puede
producirse como alambre. Mediante los
mecanismos que fortalecen la martensita como
el endurecimiento por solución sólida, el
endurecimiento
por
precipitación,
el
endurecimiento estructural y endurecimiento por
dislocaciones ha sido posible producir aceros
con elevadas resistencias, como los maraging.
Sin embargo, después del contenido de
carbono, el mecanismo más poderosos para dar
resistencia al acero ferrítico es el refinamiento
de grano y esto es lo que se logra precipitando
carburos y nitrocarburos en los aceros
microaleados o aceros de alta resistencia y baja
aleación,
que
han
revolucionado
las
construcciones en acero y los cuales siguen
estudiándose y perfeccionándose
Las espumas metálicas se han convertido
en un atractivo campo de investigación desde
del punto de vista científico y la perspectiva de
las aplicaciones industriales. Las espumas
metálicas sólidas tienen muchas combinaciones
interesantes de propiedades físicas y mecánicas
como la elevada rigidez junto con un bajo peso
específico o la gran permeabilidad a los gases
combinada con elevada resistencia mecánica.
Por esta razón en los últimos quince años la
investigación sobre estos materiales se ha
extendido a todas partes
Las principales aplicaciones de las espumas
metálicas son como materiales livianos de
construcción,
para
absorber
energía,
especialmente de impacto, para el control
térmico y acústico. Sin embargo, todavía falta
mucha investigación para optimizar nuevos
productos.
3
La mayoría de los nuevos aceros no son
nuevos tipos de acero, son productos de acero
con propiedades y características que nunca se
habían logrado en el pasado. Por ejemplo la
empresa sueca SSAB Swedish Steel ha
desarrollado un nuevo tipo de aceros de ultra
alta resistencia.
CONCLUSION
En conclusión se ha visto en la actualidad
que parte del avance de la sociedad se
debe también al avance que ha surgido en
la metalurgia, ya sean el los proceso de
transformación, industria metal mecánica,
extractiva,
conformado
de
metales,
caracterización, proceso siderúrgicos, etc.
Los límites de rotura de los nuevos aceros
laminados en frío, se hallan entre 1000 y 1400
MPa. Con estas nuevas clases de acero se
pueden
hacer
construcciones
considerablemente más ligeras y obtener
nuevas soluciones
sin afectar
a
las
prestaciones.
Sin embargo parte de este gran avance en
la tecnología de la industria minero
metalúrgica se debe a las ideas y nuevas
innovación por parte de ingenieros, físicos,
químicos que con una buena formación alo
largo de su carrera se logró .Siendo de vital
importancia conocimientos aplicados de la
física al igual que la química que están
completamente ligados al campo minero
metalúrgico
La composición básica de los aceros no se
ha variado gran cosa, lo que han cambiado son
los procesos y los controles de pureza y de
tratamiento
térmico,
es
decir
de
la
microestructura final. Una tecnología que ha
contribuido grandemente a esto es la
desgasificación en vacío
Otro campo en el que se ha avanzado y se
trabaja es en los aceros producidos por
metalurgia de polvo y métodos similares.
Partiendo de un polvo homogéneamente aleado,
con la granulación adecuada, sometido a un
proceso de difusión bajo presión y a
temperaturas concretas, se elaboran unos
aceros homogéneos, libres de segregaciones y
con propiedades virtualmente isotrópicas, lo cual
les confiere ventajas evidentes frente a los
aceros laminados
4.6. Nano
metalurgia:
conglomerados
de
metálicos
Los
átomos
Los
conglomerados
de
átomos
metálicos conocidos como metal clusters
constituyen un estado intermedio de la
materia entre los átomos libres y los sólidos
masivos. Tales nanopartículas, con sus
reducidas dimensiones y alta relación
superficie / volumen, tienen propiedades
estructurales y electrónicas únicas, que
dependen marcadamente del tamaño
interés por su estabilidad, el número de
átomos que los constituyen y su forma, las
aplicaciones prácticas incluyen su uso
como catalizadores y como constituyentes
promisorios en la nanoelectrónica.
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Bibliografía
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Morales, A. (s.f.). Electrometalurgia.
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