MATERIALES DE USO TÈCNICO: MATERIALES METÁLICOS

4.1.- Los metales4.1.1.- Obtención de los metales4.1.2.- Tipos de metales

4.2.- Propiedades de los metales4.2.1.- Propiedades físicas4.2.2.- Propiedades químicas4.2.3.- Propiedades ecológicas4.2.4.- Otras propiedades

4.3.- Metales ferrosos4.3.1.- El hierro y las fundiciones4.3.2.- El acero4.3.3.- Proceso de obtención del acero

4.4.- Metales no ferrosos4.5.- Técnicas de conformación

4.5.1.- Metalurgia de polvos4.5.2.- Moldeo4.5.3.-Deformación

4.6.- Técnicas de manipulación4.6.1.- Corte y marcado4.6.2.- Perforado4.6.3.- Tallado/rebajado4.6.4.- Desbastado/afinado

4.7.- Uniones4.7.1.- Desmontables4.7.2.- Fijas

4.8.- Acabado

4.- MATERIALES DE USO TÈCNICO: MATERIALES METÁLICOS.

4.1 Los metales4.1.1.- Obtención de los metalesLos metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de

las rocas. La extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto, si la capa de mineral se halla a poca profundidad o mina subterránea, si la profundidad es mayor. En ambos tipos de explotaciones se hace uso de explosivos, excavadoras, taladradoras y otra maquinaría, a fin de arrancar el mineral de la roca.

En el yacimiento se encuentran unidos los minerales útiles, o MENA, y los minerales no utilizables, o GANGA. Estos últimos deben ser separados de los primeros mediante diferentes procesos físicos. De entre, las muchas técnicas utilizadas para la separación de la MENA y la ganga, las más importantes son las siguientes:

- TAMIZADO: Consiste en la separación de las partículas sólidas según su tamaño mediante cribas o tamices.

- FILTRACIÓN: Es la separación de partículas sólidas en suspensión en un líquido a través de un filtro.

- FLOTACIÓN: Se trata de la separación de una mezcla de partículas sólidas en un líquido.

Una vez separada la mena de la ganga, el objetivo e extraer el metal de la MENA. Paraello es transportada a las industrias metalúrgicas, donde será sometida a distintos procesos con el fin de obtener el material deseado.

La METALÚRGIA es el conjunto de industrias que se encargan de la extracción y transformación de los minerales metálicos.

La SIDERÚRGIA es la rama de la metalurgia que trabaja con los materiales ferrosos; incluya desde la extracción del mineral de hierro hasta su presentación comercial para ser utilizado en la fabricación de productos.

1

4.1.2.- Tipos de metalesAtendiendo a su procedencia, los metales pueden clasificarse en:-ferrosos: cuya componente principal es el hierro. Son el hierro puro, el acero y las

fundiciones entre otros.- no ferrrosos: materiales que no contienen hierro o que lo contienen en muy pequeñas

cantidades.

4.2.- Propiedades de los metales4.2.1.- Propiedades físicas: Mecánicas: Dureza, resistencia mecánica, plasticidad, elasticidad, maleabilidad,

tenacidad, ductilidad, etc.Térmicas: Conductividad térmica, dilatación y contracción, fusibilidad, soldabilidad, etc.Eléctricas y magnéticas.4.2.2.- Propiedades químicas: Oxidación4.2.3.- Propiedades ecológicas: La mayoría de los metales son reciclables. Algunos,

como el plomo y el mercurio, son tóxicos para los seres vivos por lo que hay que tener cuidado en su uso, limitando mucho los residuos de estos.

4.2.4.- Otras propiedades: Impermeabilidad, buenos conductores acústicos.

4.3.- Metales ferrososEl hierro se obtiene de la magnetita, el oligisto (sobre todo una de sus variedades, el

hematites), la limonita, la pirita y la siderita. Además del hierro puro, se utilizan también las aleaciones.

Una aleación es una mezcla de dos o más elementos químicos, al menos uno de los cuales, el que se encuentra en mayor proporción, ha de ser metal.

Las aleaciones de hierro se obtienen añadiendo a este metal carbono. Según el porcentaje de dicho elemento tenemos:

- Hierro puro: la concentración de carbono se sitúa entre 0,008% y 0,03%- Acero: la concentración de carbono se sitúa entre 0,03% y el 1,76%- Fundición: la concentración de carbono se sitúa entre el 1,76% yel 6,67%.4.3.1.-El hierro y sus fundicionesEl hierro es un metal de color blanco grisáceo que tiene buenas propiedades

magnéticas. Se corroe con facilidad, tiene un punto de fusión elevado y es de difícil mecanizado. Resulta frágil y quebradizo. Esto hace que tenga escasas utilidad. Se emplea en componentes eléctricos y electrónicos. Para mejorar sus propiedades mecánicas, el hierro puro se combina con carbono en las proporciones indicadas anteriormente.

La fundición presenta una elevada dureza y una gran resistencia al desgaste. Se utiliza para fabricar diversos elementos de maquinaria, carcasas de motores, bancadas de maquinas, farolas, tapas de alcantarilla, etc.

4.3.2.- El aceroEs una aleación del hierro con una pequeña cantidad de carbono. De este modo, se

obtienen materiales de elevada dureza y tenacidad y con una mayor resistencia a la tracción. Es decir, se consigue una notable mejoría en las propiedades mecánicas.

Además de hierro y carbono, los aceros pueden contener otros elementos químicos, a fin de mejorar o conseguir propiedades especificas. Se obtienen así los aceros aleados. Los metales más empleados para elaborar dichos aceros son los siguientes: Silicio (confiere elasticidad y carácter magnético a la aleación), manganeso (aporta dureza y resistencia al desgaste), cromo (aumenta la dureza y la resistencia al calor resulta necesario para hacer el acero sea inoxidable), níquel (mejora la resistencia a la tracción y aumenta la tenacidad, además de conferir una mayor resistencia a la corrosión), wolframio (se añade para incrementar la dureza del acero y mejorar su resistencia a la corrosión y el calor),molibdeno, el titanio, el niobio o el vanadio.

4.3.3.-Proceso de obtención del aceroEl proceso siderúrgico incluye un considerable número de pasos hasta la obtención final

del acero. En primer lugar, y con el fin de eliminar las impurezas, el mineral de hierro es lavado y sometido a procesos de trituración y cribado. Con ello, se logra separar la ganga de la mena.

A continuación, se mezcla el mineral de hierro (mena) con carbón y caliza (CaCO3) y se introduce en el interior de un alto horno a más de 1500 ˚C. De este modo se obtiene el arrabio, que es mineral de hierro fundido con carbono y otras impurezas. El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono y eliminar

2

impurezas. En estos procesos se ajusta la composición del acero, añadiendo los elementos que procedan en cada caso: cromo, níquel, manganeso…

El primero de estos procesos es la carga (llenado) del recipiente, denominado convertidor. A continuación, se introduce en el convertidor un tubo que inyecta oxígeno provocando una intensa combustión (afino). Después, se inclina el convertidor y se elimina la escoria superficial (vaciado). Por último, se vuelca totalmente para vaciar el convertidor,

4.4.-Metales no ferrosos3

Nombre Características Usos

Cobre (Cu)

-Se obtiene a partir de los minerales CUPRITA, CALCOPIRITA, MALAQUITA.-Alta conductividad eléctrica-Alta conductividad térmica-Maleable y dúctil-Metal blando de color rojizo y brillo intenso.-Se oxida en su superficie, que adquiere, entonces, un color verdoso.

Fabricación de cables eléctricosFabricación de hilos de telefoníaFabricación de bobinas de motoresTuberías, calderas, radiadores.Aplicaciones decorativas y artísticas.etc.,…….

Latón-Aleación de cobre y zinc-Resistencia alta a la corrosión

Ornamentación decorativaTuberías, condensadores, turbinas, hélices, etc.

Bronce-Aleación de cobre y estaño-Elevada ductilidad-Resistente al desgaste y la corrosión

Hélices de barco, filtros, campanas, fabricación de engranajes, rodamientos, etc.

Alpaca -Aleación de cobre, níquel, cinc y estaño Orfebrería y bisutería, etc.

Cuproníquel -Aleación de cobre y níquel Utilizados en la fabricación de monedas

Plomo (Pb)

-Se obtiene de la GALENA-Metal de color gris plateado, muy blando y pesado-Notable maleabilidad y plasticidad-Buen conductor del calor y la electricidad

Fabricación de baterías y acumuladoresEn la industria del vidrio y en óptica se usa como aditivo que proporciona dureza y añade pesoAl ser opaco se emplea contra radiaciones en medicina y en las centrales nucleares

Estaño (Sn)

-Se obtiene de la CASITERITA-Metal de color blanco, brillante, muy blando-Poco dúctil, pero muy maleable-No se oxida a temperatura ambiente-Emite un sonido característico al partirse: « grito de estaño»

Se fabrica el papel de estaño, y la hojalata, que es una chapa de acero cuyas caras están recubiertas por sen das películas de estaño.Aleado con plomo se usa como material de unión de soldaduras blandas

Cinc (Zn)-Se obtiene de la BLENDA y la CALAMINA-Metal de color gris azulado, brillante, frágil en frío, y de baja dureza.

Cubiertas de edificios, cañerías, canalones.Mediante un proceso llamado GALVANIZADO se recubren piezas con una capa de cinc para protegerlas de la corrosión.

Aluminio (Al) -Se obtiene de la BAUXITA-Metal banco, plateado, blando, de baja densidad y gran maleabilidad y ductilidad-Alta resistencia a la corrosión -Alta conductividad térmica y eléctrica-Para mejorar sus propiedades mecánicas

Sustituto del cobre en líneas eléctricas de alta tensiónPor su baja densidad, en la fabricación de aviones, automóviles y bicicletas.-Carpintería metálica

4

se alea con otros metales( Cu, Mg, …) con lo que se obtienen aluminios muy duros y resistentes

Decoración, bisutería, útiles de cocina, botes de bebida, etc.El aluminio mezclado con bronce de lugar al DURALUMINIO, que presenta alta resistencia a la corrosión, elevada dureza y gran resistencia mecánica. Fabricación de estructuras de aeroplanos, ect.

Titanio (Ti)

-Se extrae del RUTILO y la ILMENITAColor blanco plateado-Brillante, ligero, muy duro y resistente.

Industria aeroespacialFabricación de prótesis medicasElaboración ce aceros especialmente durosSu brillo hace que resulte adecuado en ciertas estructuras arquitectónicas.

Magnesio(Mg)

-Se obtiene del ASBESTO y la MAGNETITA-Metal de color blanco brillante, similar a la plata, muy ligero, blando, maleable y poco dúctil

PirotecniaEn combinación con otros metales permite obtener aleaciones muy ligeras, que se emplean en el sector aeronáutico y fabricantes de motos, automóviles, bicicletas, etc.

Níquel (Ni)-Blanco, brillante, tenaz, dúctil, maleable.-Resistente a la corrosión

Aceros inoxidablesNiquelados de otros metales

Cromo(Cr)

-Blanco, brillante, muy duro pero frágil-Resistente a la oxidación

Aceros inoxidablesAceros para herramientas y objetos decorativos.Cromado de otros metales

Wolframio(W)-Gris, muy duro y pesado-Buena conductivita eléctrica-Alto punto de fusión

Fabricación de filamentos para bombillas incandescentes y de aceros para herramientas

Mercurio(Hg)-Metal líquido plateado y muy brillante, de gran densidad y buen conductor eléctrico y térmico.

Fabricación de termómetros, bombillas y pilas de botón, etc.

4.5.-Técnicas de conformación Para obtener piezas de diferentes formas (láminas, planchas, barras, etc.) se somete el

material a una serie de procesos de conformación que se eligen en función del metal y de la aplicación que se vaya a dar al mismo.

4.5.1.-Metalurgia de polvos.- Esta técnica consta de los siguientes pasos: 1. El metal es molido hasta convertirlo en polvo2. Se prensa con unas matrices de acero3. Se calienta en un horno a una temperatura próxima (70 %) a la temperatura de

fusión del metal4. Se comprime la pieza para que adquiera el tamaño necesario5. Se deja enfriarLuego se somete a tratamientos para ajustar sus dimensiones y propiedades

mecánicas. Esta técnica se emplea en la fabricación de piezas metálicas de gran precisión: cojinetes, herramientas de corte, etc.

4.5.2.-Moldeo: Consiste en introducir el metal en un recipiente que dispone de una cavidad interior. Dicho recipiente, denominado molde, puede estar fabricado a base de arena, acero o fundición. Las diferentes aplicaciones de las piezas así obtenidas dependen de la

5

técnica de moldeo empleada: moldeo de arena (bloques ce motores, bocas de incendio), moldeo en metal (piezas pequeñas y aleaciones de bajo punto de fisión) y moldeo en cera (objetos decorativos, joyería, objetos artísticos, álabes de turbinas, piezas de odontología).

4.5.3.-Deformación: Comprende un conjunto de técnicas en las que se modifica la forma de una pieza metálica mediante la aplicación de fuerzas externas. Esta deformación se puede llevar a cabo tanto en frió como en caliente. La deformación en frió tiene las siguientes ventajas con respecto a la deformación en caliente:

Mejor acabado de la superficie Mayor control de las dimensiones de las piezas Mejora de las propiedades mecánicas.

Sin embargo, en la deformación en frió es necesario un mayor aporte de energía para llevar a cabo el proceso.Distinguimos las siguientes técnicas:

6

Forja: Se somete la pieza metálica a esfuerzos de compresión repetidos mediante una maza. Existe la forja manual y la industrial o mecánica. En ambos tipos de forja, la pieza metálica inicial suele estar caliente. Con esta técnica pueden obtenerse piezas muy diversas.

Laminación: Se hace pasar la pieza metálica por una serie de rodillos llamados laminadores, que lo comprimen, con lo que disminuye su grosor y aumenta su longitud. Este proceso se suele hacer en caliente y se emplea para obtener planchas, chapas, barras, perfiles estructurales, etc.

.

.

7

Extrusión: Se hace pasar la pieza metálica por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de compresión mediante un émbolo o pistón. Es una técnica idónea para obtener barras, tubos y perfiles variados, así como marcos de ventana, bisagras, etc.

Embutición: Es un proceso de conformación en frío que consiste en golpear una plancha de forma que se adapte al molde o matriz con la forma deseada. Se emplea para obtener piezas huecas, como cojinetes, a partir

Doblado: Este proceso se realiza en frío y en el se somete una plancha a un esfuerzo de flexión a fin de que adopte una forma curva. Esta técnica también permite obtener piezas con ángulos. Este proceso se realiza, igualmente, en frío.

Estampación: Se introduce una pieza metálica en caliente entre dos matrices o estampas, una fija y otra móvil, cuya forma coincide con la que se desea dar al objeto. A continuación se juntan las dos matrices con lo que el material adopta su forma interior. Se emplea en la construcción de carrocerías de automóviles, radiadores, etc

4.6.- Técnicas de manipulación.- En el proceso de fabricación de objetos metálicos, las técnicas de conformación proporcionan en la mayoría de los casos piezas con formas definitivas. Sin embargo , en ocasiones resultan inaplicables y es necesario recurrir a las denominadas técnicas de manipulación, que se llevan a cabo con herramientas y máquinas especificas a partir de materiales prefabricados, como planchas, barras y perfiles. Entre las operaciones destacamos el corte y marcado, el perforado, el tallado/rebajado y desbastado/afinado.

Trefilado: Se hace pasar la punta afilada de un alambre por un orificio con las dimensiones y la forma deseada. A continuación, se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina giratoria. De este modo, al atravesar el alambre el orificio, aumenta su longitud y, en consecuencia, disminuye su sección. Esta técnica se emplea para fabricar hilos o cables con secciones y diámetros muy diversos.

8

Trefilado: Se hace pasar la punta afilada de un alambre por un orificio con las dimensiones y la forma deseada. A continuación, se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina de arrastre giratoria. De este modo, al atravesar el alambre el orificio, aumenta su longitud y, en consecuencia, disminuye su sección. Esta técnica se emplea para fabricar hilos o cables metálicos con secciones y diámetros muy diversos

9

10

4.7.- Uniones.- Una vez manipulados, los materiales metálicos se pueden juntar mediante uniones desmontables o fijas.

4.7.1.- Uniones desmontables: Permiten la unión y separación de las piezas mediante elementos roscados, sin que se produzca rotura de los elementos de unión ni deterioro de las piezas.

11

4.7.2.- Uniones fijas: A diferencia de las anteriores, en las uniones fijas no es posible separar las piezas sin que estas se deterioren o se produzca la rotura del elemento de unión. Se utilizan cuando no se prevé la separación o desmontaje de las piezas unidas.

12

13

4.8.- Acabado.- El acabado de un producto consiste en la aplicación de lacas, pinturas, y esmaltes con una doble finalidad: por un lado, protegerlo de la humedad y la corrosión; por el otro, embellecerlo al proporcionar brillo y color al objeto acabado.

14