Materiale metalice - Extractia materialelor, si exemple de metale feroase si nefrenoase

REFERAT:

Materiale metalice

Cuprins:

Capitolul I: Extractia materialelor, si exemple de metale feroase si nefrenoase

Capitolul II: Utilizarile materialelor metalice, si al aliajelor sale

Capitolul III: Metode de prelucrare a materialelor

Capitolul IV: Stiati ca

Bibliografie:

Manualul de clasa a VII-a

Internet

Capitolul I

Extractia materialelor, si exemple de metale neferoase

si feroase

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

Intr-un lexicon german publicat in 1897 metalele erau caracterizate dupa cum urmeaza: " Acele elemente care sunt bune conducatoare de caldura si electricitate, poseda luciu metalic, sunt netransparente in anumite proportii in grosime".

Pe baza cunostintelor capatate pana in prezent, metalele pot fi definite ca elemente chimice cu structura cristalina care, spre deosebire de nemetale, prezinta proprietati fizico - chimice, mecanice si tehnologice.

Metalele care nu contin fier se numesc metale neferoase. Acest grup include aproximativ 70 de elemente, de la aluminiu- metalul cel mai raspandit in scoarta terestra - pana la elementele artificiale cum este plutoniul, care nu se gasesc niciodata in natura.

Caracteristici

majoritatea metalelor au un luciu caracteristic, desi unele se corodeaza repede

majoritatea metalelor raman in stare solida la temperatura camerei ( desi mercurul este lichid)

majoritatea metalelor sunt bune conducatoare de caldura si electricitate

Aluminiul (Al)

Aluminiul, desi este metalul cel mai raspandit din scoarta terestra, o mare parte din el nu poate fi extrasa economic. Aluminiul este un metal ce reactioneaza usor cu alte substante, de aceea nu se gaseste niciodata singur, in "stare libera". Majoritatea aluminiului este combinata chimic cu elemente de care nu poate fi separat cu usurinta.

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita, care este bogata in alumina hidratata- oxid de aluminiu combinat cu apa. Zacaminte de bauxita se gasesc in multe parti ale lumii, inclusive in Australia, Jamaica, Guineea si Rusia. Aluminiul se obtine 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 facuta din aluminiu turnat, un metal rar si scump la acea vreme.

Cuprul (Cu)

Cuprul a fost unul din primele metale folosite, deoarece cantitati 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 si bronzul.

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

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

Zincul ( Zn)

Prima utilizare a zincului a fost pentru obtinerea alamei, un aliaj de cupru si zinc. In acea vreme oamenii credeau ca obtin 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 tarziu de persi si romani. Acest aliaj se obtine prin incalzirea 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 suprafata sa se formeaza un strat de oxid protector.

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

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

Zincul poate fi extras din minereurile sale prin electroliza. Metalul se formeaza in forma de vapori care se condenseaza 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 obtinerea metalului, se incalzeste sulfurq la aer, pentru a se transforma in oxid de plumb.

Acesta se reduce la plumb prin incalzirea cu carbon intr-un cuptor, iar apoi se inlatura impuritatile.

Staniul

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

Nichelul

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

Extractia aurului

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

Aurul participa la putine reactii chimice, de aceea se gaseste in stare libera. Aurul apare in roca de cuart si in nisipuri formate din aceasta roca, Insa fiecare tona de nisip poate contine 30g aur, chiar si intr-un zacamant bogat.

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

Metalele feroase sunt elemente chimice aflate, de obicei in stare solida la temperatura obisnuita, care au luciu caracteristic si sunt bune conducatoare de caldura si electricitate.

Cateva dintre metalele feroase sunt fierul, fonta si otelul.

Despre multe obiecte - un cui, o cheie, un carlig, vergelele unui grilaj, sinele de cale ferata - se spune ca sunt din fier. Putini oameni stiu, insa, ca aceasta afirmatie nu este adevarata; nu exista obiecte din fier pur. Folosit singur, fierul n-ar fi de interes practic si nu s-ar produce in cantitati mari. Daca este, insa, combinat cu alte elemente chimice, formeaza aliajele, care au proprietati mai bune decat ale fierului pur.

Aliajele fierului sunt fontele si otelurile. Ele contin fier si carbon si se obtin intr-un cuptor special. In acest cuptor inalt numit furnal pe la partea superioara se introduc

minereu de fier

cocs, care contine carbon, si care, prin ardere, degaja multa caldura, crescand temperatura in furnal; in plus, cocsul contribuie la transformarea fierului in fonta;

calcar, piatra de var, care faciliteaza indepartarea partii nefolositoare din minereu.

Pe la partea inferioara a furnalului, se sufla aer incalzit, necesar pentru arderea cocsului.

Din furnal, pe langa fonta bruta - care contine 95% fier, 4,5% carbon si alte elemente - rezulta zgura.

Cea mai mare cantitate din fonta bruta se introduce in cuptorul Siemens-Martin sau in cuptorul electric cu arc pentru a-i micsora continutul de carbon, obtinandu-se astfel otelul.

O cantitate mai mica din fonta bruta se toarna sub forma de calupuri (blocuri); acestea se topesc din nou in turnatorii, pentru ca metalul sa devina lichid si sa se obtina piese turnate din fonta.

Capitolul II

Utilizarile materialelor mecanice si al

aliajelor sale

Utilizarile cuprului:

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

Utilizarile zincului:

aproximativ a cincea parte din zincul produs in lume e folosit la fabricarea alamei

o proportie similara este folosita pentru acoperirea fierului si otelului impotriva ruginirii.

tablele de zinc se folosesc la acoperisuri, forme de tipar, captuseala rezervoarelor

din aliaje ale zincului se toarna piese de autovehicule si de jucarii

Utilizarile plumbului:

fabricarea bateriilor de masini

util in industria chimica datorita rezistentei la acidul sulfuric

se foloseste pentru mantale de cabluri

util in obtinerea unor aliaje: aliajul alb, aliajul de lipit si bronzurile de plumb

Utilizarile staniului:

invelis protector pentru tabla de otel

staniul se aliaza cu plumbul pentru obtinerea unor materiale de lipit folosite la imbinarea metalelor

Utilizari nichelului:

in productia aliajelor, indeosebi a otelurilor inoxidabile, multe monede fiind facute 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 invelis anticoroziv

Capitolul III

Prelucrarea materialelor mecanice

a)   Operatii de pregatire a materialelor metalice

pentru prelucrare

Pentru a putea fi prelucrate mai usor, semifabricatele si piesele se supun unor operatii de pregatire.

Curatirea: Curatirea oxizilor (rugina) si a impuritatilor (ulei, grasimi amestecate cu praf) de pe suprafata semifabricatelor si a pieselor se poate realiza in diferite moduri:

- manual, folosind peria de sarma, dalta si ciocanul;

- mecanic, indepartand stratul de la suprafata, sub forma de aschii;

- termic, cu ajutorul flacarii unui arzator;

- chimic, prin introducerea semifabricatului in bai cu solutii acide, care ataca suprafata acestuia;

- hidraulic, actionand cu un jet de apa sub presiune pe suprafata semifabricatului.

!!!In timpul operatiei de curatire a semifabricatelor se vor purta ochelari de protectie, si manusi care acopera palma (palmare)!!!

Indepartarea: In timpul transportului si al depozitarii, semifabricatele se pot indoi, bomba, ondula; de aceea ele se supun operatiei de indepartare. Tablele moi si subtiri se indreapta prin lovituri date cu un ciocan din lemn, material plastic sau cauciuc. Materialele mai dure, mai ales tablele din otel, se prelucreaza cu un ciocan cu suprafata de lucru usor bombata. Utilajele folosite la indreptare sunt: placa de indreptare, ciocanele din otel si nicovala. Indreptarea tablelor si a benzilor subtiri se realizeaza prin asezarea lor pe placa de indreptat si apasarea cu o placa metalica Tablele bombate la centru se indreapta prin lovituri de ciocan aplicate pe marginile tablei.

Pentru a fi indreptate, tablelor cu deformari pe margini li se aplica lovituri de la centru spre margini. Sarmele se indreapta trecandu-le printre doua scanduri prinse in menghina.

!!! 1. Se vor folosi ciocane bine fixate in coada. 2. Cozile vor fi netede (fara crapaturi, cuie sau legate de sarma). 3. Fetele ciocanului nu vor prezenta strivituri sau crapaturi, deoarece un ciocan crapat se poate sparge, ranind lucratorul!!!

Trasarea: Pe suprafata semifabricatelor se traseaza conturul ce se va prelucra. Operatia de trasare se realizeaza dupa desenul piesei sau dupa sablon. Se transpun cotele de pe desen pe material si se traseaza liniile de contur, dupa care semifabricatul va fi prelucrat. Instrumentele folosite pentru executarea lucrarilor de trasare sunt: ruleta de otel, acul de trasat, punctatorul, compasurile de diferite tipuri.

!!!Masa pe care este asezat semifabricatul, va fi suficient luminata; trasajul va fi bine conturat, pentru a nu obosi vederea, celor care prelucreaza semifabricatul dupa liniile si punctele trasate!!!

b)   Operatii de prelucrare a materialelor metalice

Debitarea: Pentru a fi separat in bucati mai mici cu dimensiuni si forme bine stabilite, unui semifabricat metalic i se aplica operatia de debitare sau taiere.

Debitarea se poate executa:

- manual, cu ferastraie, foarfece, clesti, dalti;

- mecanic, cu ferastraie mecanice, foarfece-ghilotina, masini de debitat

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

La debitare manuala cu ferastraul, scula taietoare este panza metalica a acestuia, prevazuta cu dinti, care are o miscare inainte-inapoi; fiecare dintre aceste miscari este combinata cu una de patrundere avans in metal, care face posibila debitarea.

!!! 1.Semifabricatele vor fi bine fixate, pentru a se evita deplasarea lor in timpul lucrului. 2. indepartarea deseurilor sau a pieselor taiate nu se va face cu mana, ci cu perii, carlige sau pensule. 3. Sculele de debitare vor fi fara crapaturi sau stirbituri!!!

Indoirea: Schimbarea formei unui semifabricat, fara a se indeparta material se realizeaza prin operatia de indoire.

Indoirea metalelor se poate executa la rece (temperatura mediului ambiant) si la cald (temperaturi de catre sute de grade).

Indoirea la rece se aplica mai ales materialelor moi (plumb, aluminiu, cupru, oteluri cu continut scazut de carbon).

In functie de cantitatea de produse care se supune acestei operatiuni, indoirea se poate executa manual sau mecanic.

Tablele se pot indoi manual prin trei metode:

- indoirea pe nicovala, prin lovire cu ciocanul;

- indoirea in menghina, se executa cand unghiul de indoire este de 90 de grade

- indoirea dupa sablon.

!!! 1. Ciocanele trebuie sa aiba cozi de lemn tare, fara noduri sau crapaturi si sa nu fie intarite cu sarma sau cuie. 2. Este interzis lucrul cu ciocane si nicovale care au fisuri, sparturi sau stirbituri!!!

Pilirea: Prin pilire se indeparteaza adaosul de material, sub forma de aschii foarte fine, cu ajutorul sculelor numite pile.

Pilirea se poate executa manual sau mecanic. La pilirea manuala, efortul fizic este ridicat si de aceea se recomanda ca piesele sa fie aduse la dimensiuni cat mai apropiate de cele finale prin alte operatii, pentru ca adaosul de pilit sa fie cat mai mic.

Pilele sunt scule din otel, cu duritate mai mare, care au diferite forme si marimi. Pe suprafata de lucru, pilele au niste proeminente, asa-zisii dinti.

Operatia de pilire se executa astfel: lucratorul prinde cu mana dreapta manerul pilei, iar cu mana stanga apasa pe varful acesteia si o misca lin, inainte-inapi, pe o lungime cat mai mare. La cursa inainte, se apasa, iar la cursa inapoi, pila se trage, fara a se apasa.

!!! 1. Pilele vor fi bine fixate in maner. 2. Manerul din lemn nu trebuie sa aiba crapaturi, noduri sau intarituri cu sarma sau cuie. 3. Pilele incarcate cu aschii se curata cu peria de sarma, aschiile nu se indeparteaza cu mana sau prin suflare, ci cu perii, carlige sau pensule. 4. Nu este permis ca pilele sa fie asezate unele peste altele sau in gramada cu alte scule, deoarece se uzeaza; pilele trebuie ferite de rugina!!!

Polizarea. Operatia de polizare are ca scop imbunatatirea calitatii suprafetelor prin inlaturarea unui strat de metal sub forma de aschii. Polizarea se executa cu utilaje numite polizoare, care pot fi mobile sau fixe.

In operatiile de polizare se folosesc pietre abrazive de diferite forme si dimensiuni.

Pietrele abrazive sunt formate din granule colturoase dure, de diferite marimi, care smulg aschii fine din materialul pe care il prelucreaza. Discul abraziv este protejat intr-o carcasa.

!!! 1.Pentru a-l proteja pe lucrator de aschiile desprinse, este montat pe polizor cu ecran de protectie transparent. 2. Purtarea imbracamintei de protectie, a palmarelor ca si a ochelarilor de protectie este obligatorie. !!!

Gaurirea. Executia gaurilor intr-un material compact cu ajutorul burghielor se numeste gaurire sau burghiere. Cele mai utilizate burghie sunt cele prevazute cu doua canale, care executa gauri in material plin; burghiul are la varf niste muchii ascutite care taie materialul, ce iese apoi, sub forma de aschii, prin canale. Burghiul poate fi antrenat mecanic, si manual, de un dispozitiv sau cu ajutorul masinilor de gaurit. Exista si dispozitive de gaurit actionate manual, cu care se executa gauri de diametre mici, in metale moi.

!!! 1. Imbracamintea lucratorului care lucreaza la masina de gaurit va fi stransa pe corp, iar fetele vor purta parul strans si acoperit. 2. Aschiile se indeparteaza numai cu perii sau carlige. 3. La gaurirea metalelor fragile, rezulta aschii fierbinti care pot provoca arsuri lucratorului; de aceea este necesara folosirea unor plase de protectie. !!!

Filetarea: Surubul si piulita formeaza impreuna o asamblare filetata. Surubul are un cap si o tija; tija prezinta, pe toata lungimea sau partial, o zona cu filet exterior. Piulita are filet interior.

Forma filetului poate fi triunghiulara, patrata, trapezoidala, rotunda, ferastrau. Cel mai des utilizat este filetul triunghiular.

Operatiunea de filetare se executa manual sau mecanic.

Sculele folosite la filetare sunt: tarozii - pentru filetarea interioara si filierele - pentru filetarea exterioara.

!!! Se vor respecta aceleasi reguli de protectie a muncii ca la operatia de gaurire!!!

Capitolul IV

Stiati ca

* Primul calorifer a fost folosit de James Watt in anul 1784, pentru a-si incalzi biroul. El era format din mai multe tevi din fonta. Caloriferul de fonta, se utilizeaza si astazi pe scara larga.

* In otelurile inoxidabile, utilizate, de exemplu, la confectionarea instrumentelor medicinale, elementul principal de aliere este cromul. El asigura o rezistenta deosebita la actiunea oxigenului din aer si din vaporii de apa.

* Semifabricatele din otel cu continut scazut de carbon (sub 0,5%), plumb, staniu, zinc, cele din aliaje de aluminiu si cupru se pot indrepta la temperatura camerei (indreptarea la rece), daca au o grosime pana la 30mm.

* Stratul de material de la suprafata piesei care se indeparteaza sub forma de aschii se numeste adaos de prelucrare.

* Pilirea suprafetelor curbe se executa numai cu pile ovale, semirotunde sau rotunde.

* Masina de indoit (curbat) atable are trei cilindri (valturi), dintre care unul superior si doua inferioare, situate la aceeasi inaltime

* Cea mai dura substanta naturala este diamantul. Petrele de polizor se pot confectiona din carbura de bor, o substanta cu duritatea comparabila cu a diamantului. Aceasta se foloseste la prelucrarea aliajelor dure.

* La filetarea exterioara manuala, filierele se monteaza in dispozitive.

* In anul 1561, matematicianul francez Jaques Besson (1510-1576) construieste un strung perfectionat, bazandu-se pe anumite demonstratii matematice.

* Masina de gaurit metale este inventata de John Smeaton, in anul 1769.