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El auge de la metalurgia y una mirada a la tecnología de unión de materiales

El auge de la metalurgia y una mirada a la tecnología de unión de materiales


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La metalurgia es una de las ciencias más importantes de la ingeniería moderna. Específicamente, es la ciencia de extraer metales de los minerales donde se encuentran los metales y luego modificar el metal para que sea más útil.

Puede pensar en la ciencia de la metalurgia como una combinación de física, química y un poco de ingeniería.

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Para comprender este ámbito de la ciencia y cómo surgió, echemos un vistazo a la historia de la metalurgia.

La historia

El uso moderno de metales no fue fácil. De hecho, nuestra capacidad moderna para trabajar con metales con tanta precisión es el resultado de casi 7.000 años de desarrollo.

Los primeros metales descubiertos fueron el oro, la plata y el cobre, que se encuentran todos en su estado metálico natural. Esto significa que las culturas antiguas habrían podido encontrar estos metales y comenzar a trabajar con ellos con muy pocas modificaciones.

El oro específicamente se puede combinar junto con otras piezas en una pieza más grande mediante martillado en frío. Esto hizo que el oro fuera un metal bastante fácil de trabajar. Durante la era de los metales, las civilizaciones descubrieron que el cobre se podía fundir y moldear en torno al cuarto milenio antes de Cristo.

Durante este período de tiempo, comenzamos a ver que las hachas de cobre adquirían importancia.

El trabajo de los metales se convirtió ahora en un proceso más allá del martilleo en frío, pasando a la fundición y la forja. Fue después de este descubrimiento de los metales calefactores que se descubrió que algunos metales se podían recuperar de los minerales.

Este descubrimiento de metales no metálicos que acechan en los minerales conduciría lentamente al descubrimiento del proceso de fundición que implica calentar el cobre a temperaturas superiores a 700° C. Este proceso también fue la primera vez que las civilizaciones antiguas comenzaron a introducir nuevos minerales y elementos en el proceso metalúrgico para purificar el metal y alterar su proceso.

En resumen, es mejor pensar en la historia de la metalurgia como un proceso en evolución. Primero, se descubrieron metales metálicos que se podían trabajar juntos sin calor. A continuación, se descubrió que los metales podían fundirse mediante un proceso de fusión y endurecimiento.

Luego, las civilizaciones se dieron cuenta de que los metales se podían recuperar de los minerales, siendo el último trampolín el descubrimiento de aditivos o aleaciones de metales. Esto nos lleva a indagar en la historia de una de las primeras aleaciones: el bronce.

Bronce

El bronce parece haber sido descubierto por primera vez como una aleación de cobre alrededor del 3000 al 2500 a.C. El metal es una aleación de cobre con aproximadamente un 12 por ciento de estaño. El bronce fue una de las primeras aleaciones descubiertas cuando las civilizaciones comenzaron a experimentar con la mezcla de elementos en los procesos metalúrgicos.

El estaño fue el descubrimiento principal que condujo a la formación del bronce como metal trabajable. Se cree que al principio, este metal se fabricaba en pequeñas localidades, pero su conocimiento finalmente se propagó debido al comercio en Oriente Medio y Europa.

A medida que continuó el crecimiento y el dominio del bronce durante la Edad del Bronce, finalmente se descubrió el Hierro, lo que condujo a una nueva era: la Edad del Hierro.

Edad de Hierro

En realidad, no hay un punto de inflexión concreto entre el bronce y la edad del hierro, sino una transición gradual. Una de las primeras piezas de hierro jamás descubiertas se encontró en los Países Bajos y data de 1350 a. C. Tradicionalmente, este período de tiempo se habría considerado la mitad de la edad del bronce, por lo que parece que ambos metales se produjeron en conjunto durante algún tiempo.

El hierro realmente alcanzó el dominio alrededor del año 1000 a. C. ya que entonces se estaba convirtiendo en armas a gran escala. Esta transición probablemente comenzó alrededor del 1200 a. C. - por lo general, el tiempo marcado como el comienzo de la Edad del Hierro.

Las primeras civilizaciones desarrollaron un proceso de fusión de óxido de hierro con carbón vegetal. Sin embargo, en ese momento, los trabajadores metalúrgicos no podían alcanzar las altas temperaturas de1.540 ° C que eran necesarios para fundir los elementos juntos por completo. Este proceso creó una masa esponjosa de metal mezclada con una escoria líquida. Los trabajadores metalúrgicos repetían el proceso de fundición a baja temperatura una y otra vez hasta que creaban hierro forjado, un producto de hierro más trabajable. La nota interesante (ya que los arqueólogos estudiaron la Edad del Hierro) fue señalar exactamente cuándo comenzó el proceso de agregar carbono para fortalecer el hierro.

Como las primeras técnicas de metalurgia implicaban bajas temperaturas, el resultado de quemar el hierro con carbón fue hierro puro. A medida que mejoraban los hornos de la época y aumentaban las temperaturas, el hierro absorbía más carbono, sin querer. Este resultado no fue consistente, por lo que gran parte del hierro en este momento tenía una amplia variedad de carbono en su interior.

Refinación de metales

A medida que la herrería se volvió más refinada, también lo hizo el conocimiento del efecto del carbono sobre el hierro. El hierro con infusión de carbono podría endurecerse apagando el metal.

Sin embargo, durante la temprana Edad del Hierro, hay poca evidencia de que este proceso se llevara a cabo ya que el hierro necesitaba ser templado y luego templado para aprovechar la mayor resistencia.

En lugar del proceso de templado y revenido, los arqueólogos han visto que los trabajadores del metal de la edad del hierro asumieron un proceso de forjado en frío para fortalecer el metal.

Desde la edad del hierro en adelante, hubo un desarrollo significativo en la forma en que se refinaron y forjaron los metales, lo que ha continuado hasta la era moderna.

Para aprender un poco más sobre los diferentes procesos metalúrgicos, eche un vistazo a este video:

Ahora que hemos cubierto el auge de la metalurgia, echemos un vistazo a algunas técnicas de unión de materiales utilizadas con metales modernos, específicamente en el ámbito de la soldadura.

Soldadura

La soldadura es un término muy amplio que cubre cientos, si no miles, de procesos de unión de materiales específicos. Incluso si no es un soldador de profesión o un ingeniero de unión de materiales, comprender cómo se pueden unir varios materiales es crucial para sobresalir en su profesión de ingeniería.

Para comenzar nuestra comprensión de los procesos de soldadura, permítanme arrojar un montón de acrónimos y términos, luego podemos sumergirnos en procesos específicos un poco más adelante.

Los principales procesos de soldadura son soldadura por arco metálico protegido (SMAW), soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW / TIG) soldadura por arco metálico con gas (GMAW / MIG), soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW), soldadura por arco sumergido (SAW), escoria eléctrica soldadura (ESW), y finalmente soldadura por resistencia.

¿Conseguiste todo eso?

Esos son solo los métodos de soldadura básicos, y hay muchas variaciones diferentes de cada uno, junto con técnicas que sueldan mediante fricción, láseres o incluso haces de electrones.

Cada proceso está diseñado específicamente para diferentes metales, e incluso hay procesos que pueden soldar metales diferentes. No hay forma de que podamos cubrir una revisión extensa de todos los procesos de soldadura en esta publicación de blog, pero probablemente podamos cubrir lo suficiente para que pueda mantenerse al día en una conversación sobre soldadura si alguna vez se encuentra en uno de esos ...

Todos los procesos de soldadura inducen la fusión a través de alguna fuente de energía; en otras palabras, el metal base se funde de alguna manera. Procesos como el SMAW utilizan un electrodo que funde, induce la fusión en el metal base y actúa como metal de relleno para la junta. GTAW, o lo que podría conocer por el nombre de soldadura TIG, utiliza un electrodo de tungsteno y un gas inerte (helio) para soldar el metal base.

Lo que encontrará que es común entre todos los procesos mencionados anteriormente, es que hay alguna forma de arco o electrodo que se utiliza para provocar la reacción de fusión, por lo tanto, la "A" en todos los acrónimos. La única excepción en la lista anterior es la soldadura por resistencia, que utiliza corriente eléctrica para generar calor a través de la resistencia de dos metales superpuestos, simplemente un uso ligeramente diferente de la electricidad para soldar.

La soldadura por arco es la más común, pero es importante tener en cuenta que también existe la soldadura por gas y la soldadura por haz de energía. Estos procesos utilizan haces de gas o energía para calentar el material, en lugar de corriente y voltaje. Los métodos de gas y energía, aunque son variantes, son bastante simples de entender en mecánica básica.

Cada técnica de arco diferente utiliza un electrodo diferente y una configuración diferente para aplicar fundente a la soldadura. El fundente es un agente purificador que ayuda a soldar los materiales a unir y mantener una estructura uniforme, aumentando así la resistencia.

Diferentes técnicas de soldadura

Para la mayoría de las técnicas de soldadura, puede inferir un poco cómo funcionan a partir de sus nombres. Somos ingenieros, después de todo, ¿verdad? La soldadura por arco con núcleo de fundente utiliza un alambre con, lo adivinó, un núcleo de fundente.

Al contrario de lo que pueda pensar, la soldadura por arco sumergido no es un proceso submarino. Utiliza un electrodo consumible para soldar bajo un manto de fundente, por lo que sumerge la soldadura bajo el fundente para mantenerla a salvo de la atmósfera. Ahora que tenemos algunos antecedentes sobre las diversas técnicas de soldadura, podemos comenzar a comprender cómo soldar varios metales.

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En lugar de escribir toneladas de texto para la soldadura de diferentes metales, aquí hay una guía rápida que demuestra el metal de unión junto con los procesos que puede utilizar:

Acero: SMAW, MIG, FCAW, TIG (DC), Resistencia

Acero inoxidable: SMAW, MIG, FCAW, TIG (DC), Resistencia

Aluminio: SMAW, MIG, TIG (AC)

Hierro fundido: SMAW

Cobre / Latón: TIG (CC)

Aleación de magnesio: TIG (CA)

Titanio: TIG (CC)

Como probablemente haya notado, los metales a base de hierro se pueden soldar con varias técnicas, pero otros metales con estructuras celulares menos compatibles requieren técnicas específicas para soldar. La razón detrás de la amplia gama de técnicas del acero y otras técnicas específicas de metales tiene que ver con la estructura celular, los cambios de fase, los puntos de fusión y muchos otros factores.

Si desea unir dos metales diferentes, digamos, aluminio con acero, los soldadores deben ser creativos en sus técnicas. La forma más común de soldar metales diferentes, o metales no compatibles entre sí, es usar un metal de aportación que sea compatible con ambos. En el caso del aluminio y el acero, el zinc se puede utilizar como metal de transición o se pueden fabricar insertos de transición especiales.

Si desea aprender sobre la soldadura de metales diferentes, estos procesos están a la vanguardia de las técnicas de unión de materiales. Continuamente se realizan investigaciones innovadoras en las áreas de soldadura por fricción-agitación, soldadura láser e incluso soldadura explosiva (Google, no te arrepentirás).

Soldar es una cosa increíblemente simple de comprender, pero también un proceso lleno de infinitas complejidades y ciencias. Ya sea que la use a diario o no, la soldadura tiene aspectos de casi todas las disciplinas de la ingeniería y seguramente puede cautivar incluso al más aburrido de los ingenieros.

"La aparición de información visual del Departamento de Defensa de EE. UU. No implica ni constituye un respaldo del Departamento de Defensa".


Ver el vídeo: METALURGIA Y MATERIALES - AYUDANTIA MICROESTRUCTURAS (Junio 2022).


Comentarios:

  1. Perth

    En lugar de criticar, aconsejar una solución al problema.

  2. Owin

    Es reserva

  3. Zulushura

    tu pensamiento es muy bueno



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