| Referate | Director web | Adauga link | Contact |



Materiale metalice

Extracţia materialelor, şi exemple de metale neferoase

şi feroase


Cu aproximativ doua sute de ani in urma, Lomonosov,in lucrarea sa “Bazele metalurgiei si arta mineritului” definea metalele astfel: “ Metalele sunt corpuri strălucitoare care se pot ciocani “

       Intr-un lexicon german publicat in 1897 metalele erau caracterizate după cum urmează: “ Acele elemente care sunt bune conducătoare de căldura si electricitate, poseda luciu metalic, sunt netransparente in anumite proporţii in grosime”.

       Pe baza cunoştinţelor căpătate pana in prezent, metalele pot fi definite ca elemente chimice cu structura cristalina care, spre deosebire de nemetale, prezintă proprietăţi fizico chimice, mecanice si tehnologice.

Metalele care nu conţin fier se numesc metale neferoase. Acest grup include aproximativ 70 de elemente, de la aluminiu- metalul cel  mai răspândit in scoarţa terestră - până la elementele artificiale cum este plutoniul, care nu se găsesc niciodată in natura.

Caracteristici

  • majoritatea metalelor au un luciu caracteristic, deşi unele se corodează repede
  • majoritatea metalelor rămân in stare solida la temperatura camerei ( deşi mercurul este lichid)
  • majoritatea metalelor sunt bune conducătoare de căldura si electricitate



Aluminiul (Al)


Aluminiul, deşi este metalul cel mai răspândit din scoarţa terestra, o mare parte din el nu poate fi extrasa economic. Aluminiul este un metal ce reacţionează uşor cu alte substanţe, de aceea nu se găseşte niciodată singur, in “stare libera”. Majoritatea aluminiului este combinata chimic cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţa.

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita, care este bogata in alumina hidratata- oxid de aluminiu combinat cu apa. Zăcăminte de bauxita se găsesc in multe părţi ale lumii, inclusive in Australia, Jamaica, Guineea si Rusia. Aluminiul se obţine din bauxita prin electroliza apei- utilizarea unui curent electric care separa elementele unui compus chimic.

EX: statuia lui Eros din Londra, a fost dezvelita in anul 1893. Ea este făcută din aluminiu turnat, un metal rar si scump la acea vreme.


Cuprul (Cu)


Cuprul a fost unul din primele metale folosite, deoarece cantităţi mici din el apar in unele locuri in stare libera. Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina (sulfura de cupru), calcopirita sau criscolul (ferosulfura de cupru), cupritul (oxidul cupros) si malachitul si azuritul (ambele forme ale carbonatului basic de cupru) .

Aliajele cuprului sunt: alama şi bronzul.

Surse importante de minereuri de cupru: SUA, Rusia, China, Zambia, Chile si Canada.

Metoda folosita pentru extracţia de cupru depinde natura minereului. Daca cuprul se găseşte in stare libera, el poate fi  separat prin sfărâmarea minereului in bucăţi mici si amestecarea sa cu apa. Cuprul, fiind relativ greu, se depune pe fund.









Zincul ( Zn)


Prima utilizare a zincului a fost pentru obţinerea alamei, un aliaj de cupru si zinc. In acea vreme oamenii credeau ca obţin o forma a bronzului, care este un aliaj de cupru si staniu. Alama

s-a fabricat pentru prima data in jurul anului 1000 i. Hr. de poporul mossynoeci din N-E Turciei, iar mai târziu de perşi si români. Acest aliaj se obţine prin încălzirea cuprului cu mangal (o forma de carbon) si calamina pulverizata ( carbonat de zinc). Ca si aluminiul, zincul este rezistent la coroziune deoarece, expus la aer, pe suprafaţa sa se formează un strat de oxid protector.

       Principalul minereu de zinc folosit astăzi este sfaleritul, sau blenda (sulfura de zinc)

       căminte : America de Nord, Rusia, Australia, Peru, Japonia si Polonia.

       Zincul poate fi extras din minereurile sale prin electroliza. Metalul se formează in forma de vapori care se condensează si apoi se solidifica .


Plumbul (Pb)


Era cunoscut de vechii egipteni, dar primii utilizatori pe scara larga a acestui metal au fost romanii, care l-au folosit la conductele de apa. Principala sursa de plumb este sulfura de plumb. Pentru obţinerea metalului, se încălzeşte sulfurq la aer,  pentru a se transforma in oxid de plumb.

Acesta se reduce la plumb prin încălzirea cu carbon intr-un cuptor, iar apoi se înlătură impurităţile.



Staniul


Face parte din metalele neferoase mai scumpe, deoarece minereul sau principal( oxidul de staniu) se găseşte in concentraţii foarte mici. Pentru extracţia 200g de minereu, e necesara exploatarea unei tone de pământ. Staniul a fost prima dat aliat cu cuprul, obţinându-se bronzul.


Nichelul


Principalul minereu al nichelului este sulfura sa, care de obicei se găseşte amestecata cu alte minereuri. După separare, minereul de nichel se arde in prezenta oxigenului pentru producerea oxidului de nichel.


Extracţia aurului


Se obţine prin exploatarea rocilor aurifere si apoi sfărâmarea acestora pentru eliberarea metalului. Aurul este extrem de atractiv si nu-si pierde niciodată luciul, de aceea este o alegere evidenta pentru fabricarea bijuteriilor sau placarea unor articole făcute din metale mai ieftine. Este rar, costisitor de extras si foarte căutat, el este extrem de valoros.

Aurul participa la puţine reacţii chimice, de aceea se găseşte in stare libera. Aurul apare in roca de cuart si in nisipuri formate din aceasta roca, Insa fiecare tona de nisip poate conţine 30g aur, chiar si intr-un zăcământ bogat.

Zăcăminte: Africa de Sud, America de Nord, Rusia si Australia


Metalele feroase sunt elemente chimice aflate, de obicei în stare solidă la temperatura obişnuită, care au luciu caracteristic şi sunt bune conducătoare de căldură şi electricitate.

Câteva dintre metalele feroase sunt fierul, fonta şi oţelul.

Despre multe obiecte un cui, o cheie, un cârlig, vergelele unui grilaj, şinele de cale ferată se spune că sunt din fier. Puţini oameni ştiu, însă, că această afirmaţie nu este adevărată; nu există obiecte din fier pur. Folosit singur, fierul n-ar fi de interes practic şi nu s-ar produce în cantităţi mari. Dacă este, însă, combinat cu alte elemente chimice, formează aliajele, care au proprietăţi mai bune decât ale fierului pur.

       Aliajele fierului sunt fontele şi oţelurile. Ele conţin fier şi carbon şi se obţin într-un cuptor special. În acest cuptor înalt numit furnal pe la partea superioară se introduc

  • minereu de fier
  • cocs, care conţine carbon, şi care, prin ardere, degajă multă căldură, crescând temperatura în furnal; în plus, cocsul contribuie la transformarea fierului în fontă;
  • calcar, piatră de var, care facilitează îndepărtarea părţii nefolositoare din minereu.


Pe la partea inferioară a furnalului, se suflă aer încălzit, necesar pentru arderea cocsului.

Din furnal, pe lângă fonta brută care conţine 95% fier, 4,5% carbon şi alte elemente rezultă zgura.

Cea mai mare cantitate din fonta brută se introduce în cuptorul Siemens-Martin sau în cuptorul electric cu arc pentru a-i micşora conţinutul de carbon, obţinându-se astfel oţelul.

O cantitate mai mică din fonta brută se toarnă sub formă de calupuri (blocuri); acestea se topesc din nou în turnătorii, pentru ca metalul să devină lichid şi să se obţină piese turnate din fontă.



















Capitolul II

Utilizările materialelor mecanice şi al

aliajelor sale


Utilizările cuprului:

Cuprul, care are o puritate de peste 99%, este folosit la fabricarea  conductelor de gaz si apa, a materialelor pentru acoperişuri, a ustensilelor si a unor obiecte ornamentale. Deoarece cuprul este un bun conducător de căldura, se utilizează la boilere si alte dispozitive ce implica transferul de căldură.


Utilizările zincului:

  • aproximativ a cincea parte din zincul produs in lume e folosit la fabricarea alamei
  • o proporţie similara este folosita pentru acoperirea fierului si otelului împotriva ruginirii.
  • tablele de zinc se folosesc la acoperişuri, forme de tipar, căptuşeala rezervoarelor
  • din aliaje ale zincului se toarnă piese de autovehicule si de jucării


Utilizările plumbului:

  • fabricarea bateriilor de maşini
  • util in industria chimica datorita rezistentei la acidul sulfuric
  • se foloseşte pentru mantale de cabluri
  • util in obţinerea unor aliaje: aliajul alb, aliajul de lipit si bronzurile de plumb


Utilizările staniului:

  • înveliş protector pentru tabla de otel
  • staniul se aliază cu plumbul pentru obţinerea unor materiale de lipit folosite la îmbinarea metalelor


Utilizări nichelului:

  • in producţia aliajelor, îndeosebi a otelurilor inoxidabile, multe monede fiind făcute din aliaje de cupru si nichel
  • nichelul pur e folosit drept catalizator
  • nichelul pur se aplica pe cale electrica, pe fier si alama, uneori, pentru a le da un înveliş anticoroziv

Capitolul III

Prelucrarea materialelor mecanice

  1. Operaţii de pregătire a materialelor metalice

pentru prelucrare


       Pentru a putea fi prelucrate mai uşor, semifabricatele şi piesele se supun unor operaţii de pregătire.

       Curăţirea: Curăţirea oxizilor (rugină) şi a impurităţilor (ulei, grăsimi amestecate cu praf) de pe suprafaţa semifabricatelor şi a pieselor se poate realiza în diferite moduri:

- manual, folosind peria de sârmă, dalta şi ciocanul;

- mecanic, îndepărtând stratul de la suprafaţă, sub formă de aşchii;

- termic, cu ajutorul flăcării unui arzător;

- chimic, prin introducerea semifabricatului în băi cu soluţii acide, care atacă suprafaţa acestuia;

- hidraulic, acţionând cu un jet de apă sub presiune pe suprafaţa semifabricatului.

!!!În timpul operaţiei de curăţire a semifabricatelor se vor purta ochelari de protecţie, şi mănuşi care acoperă palma (palmare)!!!


Îndepărtarea: În timpul transportului şi al depozitării, semifabricatele se pot îndoi, bomba, ondula; de aceea ele se supun operaţiei de îndepărtare. Tablele moi şi subţiri se îndreaptă prin lovituri date cu un ciocan din lemn, material plastic sau cauciuc. Materialele mai dure, mai ales tablele din oţel, se prelucrează cu un ciocan cu suprafaţa de lucru uşor bombată. Utilajele folosite la îndreptare sunt: placa de îndreptare, ciocanele din oţel şi nicovala. Îndreptarea tablelor şi a benzilor subţiri se realizează prin aşezarea lor pe placa de îndreptat şi apăsarea cu o placă metalică Tablele bombate la centru se îndreaptă prin lovituri de ciocan aplicate pe marginile tablei.

       Pentru a fi îndreptate, tablelor cu deformări pe margini li se aplică lovituri de la centru spre margini. Sârmele se îndreaptă trecându-le printre două scânduri prinse în menghină.

       !!! 1. Se vor folosi ciocane bine fixate în coadă. 2. Cozile vor fi netede (fără crăpături, cuie sau legate de sârmă). 3. Feţele ciocanului nu vor prezenta strivituri sau crăpături, deoarece un ciocan crăpat se poate sparge, rănind lucrătorul!!!


       Trasarea: Pe suprafaţa semifabricatelor se trasează conturul ce se va prelucra. Operaţia de trasare se realizează după desenul piesei sau după şablon. Se transpun cotele de pe desen pe material şi se trasează liniile de contur, după care semifabricatul va fi prelucrat. Instrumentele folosite pentru executarea lucrărilor de trasare sunt: ruleta de oţel, acul de trasat, punctatorul, compasurile de diferite tipuri.

       !!!Masa pe care este aşezat semifabricatul, va fi suficient luminată; trasajul va fi bine conturat, pentru a nu obosi vederea, celor care prelucrează semifabricatul după liniile şi punctele trasate!!!


  1. Operaţii de prelucrare a materialelor metalice


Debitarea: Pentru a fi separat în bucăţi mai mici cu dimensiuni şi forme bine stabilite, unui semifabricat metalic i se aplică operaţia de debitare sau tăiere.

       Debitarea se poate executa:

       - manual, cu ferăstraie, foarfece, cleşti, dălţi;

       - mecanic, cu ferăstraie mecanice, foarfece-ghilotină, maşini de debitat

       - termic, cu flacără de gaze, cu arc electric.

       La debitare manuală cu ferăstrăul, scula tăietoare este pânza metalică a acestuia, prevăzută cu dinţi, care are o mişcare înainte-înapoi; fiecare dintre aceste mişcări este combinată cu una de pătrundere avans în metal, care face posibilă debitarea.

       !!! 1.Semifabricatele vor fi bine fixate, pentru a se evita deplasarea lor în timpul lucrului. 2. îndepărtarea deşeurilor sau a pieselor tăiate nu se va face cu mâna, ci cu perii, cârlige sau pensule. 3. Sculele de debitare vor fi fără crăpături sau ştirbituri!!!


       Îndoirea: Schimbarea formei unui semifabricat, fără a se îndepărta material se realizează prin operaţia de îndoire.

       Îndoirea metalelor se poate executa la rece (temperatura mediului ambiant) şi la cald (temperaturi de către sute de grade).

       Îndoirea la rece se aplică mai ales materialelor moi (plumb, aluminiu, cupru, oţeluri cu conţinut scăzut de carbon).

       În funcţie de cantitatea de produse care se supune acestei operaţiuni, îndoirea se poate executa manual sau mecanic.

       Tablele se pot îndoi manual prin trei metode:

       - îndoirea pe nicovală, prin lovire cu ciocanul;

       - îndoirea în menghină, se execută când unghiul de îndoire este de 90 de grade

       - îndoirea după şablon.

       !!! 1. Ciocanele trebuie să aibă cozi de lemn tare, fără noduri sau crăpături şi să nu fie întărite cu sârmă sau cuie. 2. Este interzis lucrul cu ciocane şi nicovale care au fisuri, spărturi sau ştirbituri!!!


       Pilirea: Prin pilire se îndepărtează adaosul de material, sub formă de aşchii foarte fine, cu ajutorul sculelor numite pile.

       Pilirea se poate executa manual sau mecanic. La pilirea manuală, efortul fizic este ridicat şi de aceea se recomandă ca piesele să fie aduse la dimensiuni cât mai apropiate de cele finale prin alte operaţii, pentru ca adaosul de pilit să fie cât mai mic.

       Pilele sunt scule din oţel, cu duritate mai mare, care au diferite forme şi mărimi. Pe suprafaţa de lucru, pilele au nişte proeminenţe, aşa-zişii dinţi.

       Operaţia de pilire se execută astfel: lucrătorul prinde cu mâna dreaptă mânerul pilei, iar cu mâna stângă apasă pe vârful acesteia şi o mişcă lin, înainte-înapi, pe o lungime cât mai mare. La cursa înainte, se apasă, iar la cursa înapoi, pila se trage, fără a se apăsa.

       !!! 1. Pilele vor fi bine fixate în mâner. 2. Mânerul din lemn nu trebuie să aibă crăpături, noduri sau întărituri cu sârmă sau cuie. 3. Pilele încărcate cu aşchii se curăţă cu peria de sârmă, aşchiile nu se îndepărtează cu mâna sau prin suflare, ci cu perii, cârlige sau pensule. 4. Nu este permis ca pilele să fie aşezate unele peste altele sau în grămadă cu alte scule, deoarece se uzează; pilele trebuie ferite de rugină!!!


       Polizarea. Operaţia de polizare are ca scop îmbunătăţirea calităţii suprafeţelor prin înlăturarea unui strat de metal sub formă de aşchii. Polizarea se execută cu utilaje numite polizoare, care pot fi mobile sau fixe.

       În operaţiile de polizare se folosesc pietre abrazive de diferite forme şi dimensiuni.

       Pietrele abrazive sunt formate din granule colţuroase dure, de diferite mărimi, care smulg aşchii fine din materialul pe care îl prelucrează. Discul abraziv este protejat într-o carcasă.

       !!! 1.Pentru a-l proteja pe lucrător de aşchiile desprinse, este montat pe polizor cu ecran de protecţie transparent. 2. Purtarea îmbrăcămintei de protecţie, a palmarelor ca şi a ochelarilor de protecţie este obligatorie. !!!


       Găurirea. Execuţia găurilor într-un material compact cu ajutorul burghielor se numeşte găurire sau burghiere. Cele mai utilizate burghie sunt cele prevăzute cu două canale, care execută găuri în material plin; burghiul are la vârf nişte muchii ascuţite care taie materialul, ce iese apoi, sub formă de aşchii, prin canale. Burghiul poate fi antrenat mecanic, şi manual, de un dispozitiv sau cu ajutorul maşinilor de găurit. Există şi dispozitive de găurit acţionate manual, cu care se execută găuri de diametre mici, în metale moi.

       !!! 1. Îmbrăcămintea lucrătorului care lucrează la maşina de găurit va fi strânsă pe corp, iar feţele vor purta părul strâns şi acoperit. 2. Aşchiile se îndepărtează numai cu perii sau cârlige. 3. La găurirea metalelor fragile, rezultă aşchii fierbinţi care pot provoca arsuri lucrătorului; de aceea este necesară folosirea unor plase de protecţie. !!!


       Filetarea: Şurubul şi piuliţa formează împreună o asamblare filetată. Şurubul are un cap şi o tijă; tija prezintă, pe toată lungimea sau parţial, o zonă cu filet exterior. Piuliţa are filet interior.

       Forma filetului poate fi triunghiulară, pătrată, trapezoidală, rotundă, ferăstrău. Cel mai des utilizat este filetul triunghiular.

       Operaţiunea de filetare se execută manual sau mecanic.

       Sculele folosite la filetare sunt: tarozii pentru filetarea interioară şi filierele pentru filetarea exterioară.

       !!! Se vor respecta aceleaşi reguli de protecţie a muncii ca la operaţia de găurire!!!


















Capitolul IV

Ştiaţi că?


* Primul calorifer a fost folosit de James Watt în anul 1784, pentru a-şi încălzi biroul. El era format din mai multe ţevi din fontă. Caloriferul de fontă, se utilizează şi astăzi pe scară largă.

* În oţelurile inoxidabile, utilizate, de exemplu, la confecţionarea instrumentelor medicinale, elementul principal de aliere este cromul. El asigură o rezistenţă deosebită la acţiunea oxigenului din aer şi din vaporii de apă.

* Semifabricatele din oţel cu conţinut scăzut de carbon (sub 0,5%), plumb, staniu, zinc, cele din aliaje de aluminiu şi cupru se pot îndrepta la temperatura camerei (îndreptarea la rece), dacă au o grosime până la 30mm.

* Stratul de material de la suprafaţa piesei care se îndepărtează sub formă de aşchii se numeşte adaos de prelucrare.

* Pilirea suprafeţelor curbe se execută numai cu pile ovale, semirotunde sau rotunde.

* Maşina de îndoit (curbat) atable are trei cilindri (valţuri), dintre care unul superior şi două inferioare, situate la aceeaşi înălţime

* Cea mai dură substanţă naturală este diamantul. Petrele de polizor se pot confecţiona din carbură de bor, o substanţă cu duritatea comparabilă cu a diamantului. Aceasta se foloseşte la prelucrarea aliajelor dure.

* La filetarea exterioară manuală, filierele se montează în dispozitive.

* În anul 1561, matematicianul francez Jaques Besson (1510-1576) construieşte un strung perfecţionat, bazându-se pe anumite demonstraţii matematice.

* Maşina de găurit metale este inventată de John Smeaton, în anul 1769.