LOS METALES

LOS METALES
Índice
1. Qué son
2. Propiedades
3. Obtención
4. Metales ferrosos
4.1. Hierro
4.2. Acero
4.2.1. Proceso de obtención del acero
4.2.1.1. Tratamientos térmicos
4.3. Fundición
5. Metales no ferrosos
6. Técnicas de conformación
6.1. Deformación
6.1.1. Técnicas de deformación
6.2. Metalurgia de polvo
6.3. Modelaje
7. Técnicas de manipulación. Herramientas
7.1. Marcado
7.2. Corte
7.3. Perforación
7.4. Tallado/rebajado
7.5. Desbastamiento/afinado
8. Uniones
8.1. Uniones fijas
8.2. Uniones desmontables
9. Seguridad e higiene
1. Qué son.
Los metales son materiales que tienen muchas aplicaciones y constituyen, en
la actualidad, una pieza clave en la industria del transporte y de las
telecomunicaciones, en el sector agrícola, en el campo de la construcción y de la
maquinaria de fabricación, entre otros sectores.
2. Propiedades
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Resistencia mecánica
Dúctiles e maleables
Tenaces
Buenos conductores eléctricos, térmicos y
Acústicos
Fusibilidad (soldar)
Se dilatan con el calor y se contraen con el frío
Oxidación
Reciclables. Algunos tóxicos (Hg e Pb)
3. Obtención
Los metales son materiales que se obtienen a partir de mineral que forma
parte de las rocas.
La extracción del mineral se realizan en minas, que pueden ser al descubierto o
subterráneas.
En el depósito se encuentran unidos el mineral metalífero y el no utilizable o
ganga.
En las industrias metalúrgicas por medio de procesos físicos y químicos se
separa el metal.
METALURGIA. Es el conjunto de industrias que se encargan da extracción e da
transformación de los minerales metálicos.
SIDERURGIA. Es la rama de la metalurgia que trabaja con los metales ferrosos,
desde la extracción del mineral hasta su presentación comercial.
TIPOS DEMETALES.
− Ferrosos.
− No ferrosos.
4. Metales Ferrosos
Son los que tienen como componente principal el hierro. Hierro, fundiciones y
aceros. Son los más utilizados, dado que su obtención y manipulación son
relativamente económicas.
ALEACIÓN. Mezcla de dos o más elementos químicos, de los que por lo menos uno, el
que se encuentra en mayor proporción, es un metal .
4.1. Hierro.
Es un metal de color blanco agrisada que tiene unas buenas propiedades
magnéticas; por ello, presenta algunos inconvenientes: se corroe con facilidad, tiene
un punto de fusión elevado y es difícil de mecanizar. Además, resulta frágil y
quebradizo. Por todo eso, su utilidad es poca. Se utiliza en componentes eléctricos y
electrónicos.
Entre las diferentes variedades de hierro, cabe mencionar el hierro forjado, que
está compuesto por hierro puro y silicato de hierro y posee un contenido en carbono
muy bajo. Destaca por su notable plasticidad y por su capacidad para ser forjado y
soldado.
4.2. Acero.
El acero es un material que tiene una dureza elevada y una gran resistencia
mecánica.
Los aceros aliados contienen, además de carbono, otros elementos químicos
para conseguir unas determinadas propiedades. Por ejemplo, el manganeso dá dureza
y resistencia al desgaste; el cromo añade dureza y hace que el acero sea oxidable; y el
níquel evita la corrosión, mejora la resistencia a la tracción y aumenta la tenacidad.
4.2.1. Proceso de obtención del acero.
El proceso siderúrgico incluye un gran
número de pasos hasta la obtención final del
acero. En primer lugar, y con el fin de eliminar las
impurezas, se lava el mineral de hierro y se somete
a procesos de trituración y cribado. Con eso, se
consigue separar la ganga del mineral metalífero.
Acto seguido, se mezcla el mineral de hierro
(mineral) con carbón y calcaría (CaCO3) y se
introduce en el interior de un alto horno a más de 1
500 ºC. Así se obtiene el arrabio, que es un
mineral de hierro fundido con carbono y otras
impurezas.
El arrabio obtenido es
sometido a procesos posteriores,
con el objeto de reducir el
porcentaje de carbono, de
eliminar las impurezas y de
ajustar la composición de acero,
añadiendo los elementos que
procedan en cada caso: cromo,
níquel, manganeso ...
4.2.1.1. Tratamientos térmicos
Para mejorar las propiedades mecánicas de los aceros, estos son sometidos a
tratamientos térmicos. Los más habituales son el templado, que consiste en enfriar
bruscamente el metal cuando está incandescente, y el recocido, método por el que se
deja enfriar muy despacio el metal caliente.
4.3. Fundición
Presenta una elevada dureza y una gran resistencia al desgaste. Se emplea
para fabricar diversos elementos de maquinaria, carcasas de motores, engranajes,
pistones, farolas, tapas de sumideros, etcétera.
5. Metales no Ferrosos.
METAL
Volframio
DENSIDAD
(kg/dm )
MINERAL DEL QUE
SE OBTIENE
USOS
19
Wolframita (WO4)
Filamentos y herramientas de corte
de alta velocidad.
3
Mercurio
13,53
Cinabrio (HgS)
Confección de espejos e instrumentos de
medición, interruptores, lámparas
fluorescentes, …
Plomo
11,34
Galena, cerusita y
anglesita
Fabricación de minio, cristalería,
barreras rayos-x, fusibles.
Níquel
8,85
Niquelina, la garnierita
Moneda y aleaciones
Cobre
8,90
Cobre nativo,
calcopirita, cuprita y
malaquita
Fabricación de aleaciones
Estaño
7,28
Casiterita (SnO )
Cobre metal y fabricación de
aleaciones (bronce, latón)
Cromo
6,8
Crocoíta (PbCrO )
Cromado
Cinc
7,14
Blenda y calamina
Titanio
4,45
Aluminio
Magnesio
2
4
Rrutilo (TiO2)
(bronce y hojalata)
Construcción, galvanizado.
Desodorantes, bronceadores.
ilmenita(FeO•TiO2)
Estructuras ligeras, herramientas de
corte
2,7
Bauxita
Construcción, industria
1,74
dolomía, dolomita,
magnesita, brucita,
carnalita y olivino.
Material refractario y cemento.
6. Técnicas de conformación
Para obtener piezas de diferentes formas y productos industriales, se somete
el material a una serie de procesos de conformación, que se escogen en función del
metal y de la aplicación posterior.
6.1. Deformación
Abarca un conjunto de técnicas que modifican la forma de una pieza metálica
mediante la aplicación de fuerzas externas.
6.1.1. Técnicas de deformación
Laminación.
Laminación Se hace pasar la pieza metálica por una
serie de rollos, llamados laminadores, que la
comprimen, con lo que disminuye su grosor y aumenta
su longitud. Se obtienen planchas, chapas, barras,
perfiles estructurales, …
Extrusión.
Extrusión Se hace pasar el metal caliente por un
orificio que tiene la forma deseada, aplicando una
fuerza de compresión mediante un émbolo o pistón.
Se obtienen piezas largas y con el perfil deseado.
Forja.
Forja Se somete la pieza metálica a esfuerzos de
compresión repetidos y continuos mediante martillo, tenazas y yunque. Se obtienen
piezas muy diversas.
Estampación.
Estampación Se introduce la pieza metálica caliente entre dos matrices, una fija y
otra móvil, que tienen la forma deseada, se someten a presión y se obtienen las
piezas con la forma deseada (carrocerías, radiadores, …).
Embutición.
Embutición Es el proceso de conformación en frío, que
consiste en golpear una plancha de manera que se
adapte al molde con la forma deseada. Esta técnica se
usa para obtener piezas huecas a partir de chapas
planas (por ejemplo chimeneas)
Doblado.
Doblado Se somete una plancha a un esfuerzo de flexión para que adopte una forma
curva o con un ángulo determinado.
Trefilado.
Trefilado Se entiende por trefilar a la operación de conformación en frío consistente
en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un
orificio cónico practicado en una
herramienta llamada hilera o dado. Los
materiales más empleados para su
conformación mediante trefilado son el
acero, el cobre, el aluminio y los latones,
aunque puede aplicarse a cualquier metal
o aleación dúctil. Se usa para la
fabricación de hilos o cables metálicos
6.2. Metalurgia de polvos
Este proceso consta de los siguientes pasos:
1.- Se muele el metal hasta convertirlo en Polvo.
2.- A continuación, se prensa con unas matrices de acero.
3.- Se calienta en un horno a una temperatura próxima al 70% de la temperatura de
fusión del metal.
4.- Se comprime la pieza para que adquiera el tamaño adecuado.
5.- Se deja enfriar.
La pieza puede ser sometida a otros tratamientos posteriores de
conformación para ajustar sus dimensiones y también a tratamientos térmicos que
mejoran sus propiedades mecánicas. Esta técnica se emplea para fabricar piezas
metálicas de gran precisión: chimeneas, platino empleado como contactos de
motores eléctricos, herramientas de corte, etcétera.
6.3. Modelado
Consiste en introducir el metal fundido en un recipiente que dispone de una cavidad
interior. Ese recipiente, llamado molde, puede estar fabricado la base arena, acero o
fundición. Existe otro tipo de molde que se fabrica utilizando un modelo de cera del
objeto que se quiere construir. La modelación se realiza como sigue:
1.
1.Se calienta el metal en un
horno hasta que se funda.
2. 2.Se vierte el metal líquido en
el interior del molde.
3. 3.Se deja enfriar hasta que el
metal se solidifica.
4. 4.Se extrae la pieza del molde.
7. Técnicas de manipulación
Son aquellas que se llevan a cabo con herramientas y maquinas herramienta a
partir de materiales prefabricados, como planchas, barras y perfiles. Entre estas
operaciones estudiaremos el marcaje, el corte, la perforación, la tallado/o rebajado y
el desgastamiento/o afinado.
7.1. Marcado
Punta de trazar y granete.
granete Son herramientas de acero
que se emplean para marcar líneas y puntos en las
láminas respectivamente.
Compás de puntas.
puntas Es de acero. Sirve para trazar circunferencias y
arcos y para transportar medidas.
7.2. Corte
Tijeras de chapa o cizalla.
cizalla Se utilizan para cortar láminas
blandas y flexibles de pequeño grosor. Con ellas se pueden
realizar cortes rectos, oblicuos y curvos.
Guillotina.
Guillotina Se emplea para cortar láminas de pequeño grosor.
Prensa o cuño.
cuño Se usa para cortar planchas de espesor no
superior a 5 mm. Se obtienen piezas sencillas con la forma
deseada mediante un golpe de prensa.
Sierra de arco.
arco Se utilizan para cortes de precisión. Con ellas sólo se pueden realizar
cortes rectos.
Sierra circular.
circular Es una máquina que se usa para cortar
planchas o láminas de grandes dimensiones. Se pueden
realizar cortes rectos y oblicuos.
Rebarbadora.
Rebarbadora Es una herramienta muy versátil, que
consta de un disco muela extraíble. En función del
tipo de material del disco, esta permite, cortar, lijar,
decapar, pulir, desbastar, etc.
7.3. Perforación
Punzón.
Punzón Consta de una pieza metálica alargada, que
termina en punta y tiene mango de madera. Permite hacer
agujeros en el material al golpear con un martillo sobre el
mango.
Taladro.
Taladro Es una máquina que permite hacer
agujeros en un material mediante una broca
que gira y avanza. Las brocas son unas barras
cilíndricas con ranuras; pueden ser de
diferentes materiales, longitudes y diámetros.
7.4. Tallado/rebajado
Cincel y buril.
buril Son herramientas formadas por una
punta de doble bisel. Se utilizan para tallar el material
golpeando con un martillo sobre el mango con un
ángulo de incidencia de unos 5º sobre el material.
Torno.
Torno Es una máquina-herramienta que se utiliza para
dar forma a las piezas cilíndricas. Funciona haciendo
girar la pieza mientras que una cuchilla se desplaza
longitudinalmente arrancando el material.
7.5. Desbastamiento/afinado
Lima.
Lima Consta de un mango de madera o
plástico y de un cuerpo metálico estriado.
Puede presentar diferentes secciones: planas,
cuadradas, redondas, triangulares y de media
caña. Se utiliza para arrancar el material
sobrante de la pieza.
Rasqueta.
Rasqueta Es una
pequeña pieza de
metal, estrecha, alargada y con el canto afilado, pese a que, a
veces, esta parte afilada es una pieza triangular colocada en
el extremo. Dispone de un mango de madera o plástico y se
emplea para arrancar pequeñas lascas de piezas previamente
mecanizadas.
Lijadora.
Lijadora Es una máquina eléctrica que utiliza papel
de lija. Al pasar por la superficie con movimiento de
vaivén alternativo, alisa la superficie.
Rectificadora.
Rectificadora Emplea una herramienta llamada muela
con forma de disco y compuesta por material abrasivo.
Permite un buen acabado y una gran precisión en las
medidas. Se emplea para rectificar piezas, tanto
cilíndricas como planas, haciendo girar el disco al
tiempo que se mueve la pieza.
8. Uniones
Una vez manipulados, los materiales metálicos pueden ensamblarse mediante
uniones fijas o desmontables.
8.1. Uniones fijas
En estas uniones no es posible separar las piezas sin que se deterioren o se
produzca una rotura del elemento de unión. Se utilizan cuando no se prevé la
separación o el desmontaje de las piezas unidas.
Remache.
Remache Se trata de una pieza cilíndrica, que tiene
una cabeza en uno de los extremos. Se introduce en
los orificios de las piezas que si vano unir y, con una
máquina llamada remachadora, se coloca otra cabeza
en el extremo opuesto, de manera que las dos piezas
quedan unidas.
Unión por ajuste a presión.
presión En este tipo de unión se
introduce en un orificio, a golpes o por presión, un eje
de diámetro un poco mayor que el orificio. En algunos
casos es preciso calentar la pieza hueca para que se
dilate el agujero.
Adhesivos.
Adhesivos Son sustancias que sirven para unir permanentemente dos superficies
cuando si interponen entre ambas. La elección del adhesivo depende de las
características de los materiales que si van a unir. Conviene rascar las caras que se
van a unir, para mejorar su adherencia. Hay varios tipos de adhesivos: adhesivos
termofusibles, resinas de dos componentes, que proporcionan una unión excelente y
son resistentes al agua, y adhesivos instantáneos, de secado casi inmediato.
Soldadura.
Soldadura Es la unión de materiales por medio de la aplicación de calor y de presión
sobre sus superficies. A menudo es necesaria la aportación de material, que puede
ser de distinta o de la misma naturaleza que el de las piezas que si vano unir. En el
primer caso se habla de soldadura heterogénea (blanda o fuerte). Cuando no se
aporta material o este es de la misma naturaleza que el de las piezas que si vano
unir, se trata de una soldadura homogénea.
8.2. Uniones desmontables
Al contrario que las uniones fijas, permiten la unión y la separación de las
piezas sin que se produzca la rotura de los elementos de unión ni el deterioro de las
piezas.
Tornillo pasante con tuerca.
tuerca El tornillo atraviesa por
un lado las piezas que se van a unir, la tuerca se
enrosca por el otro. Por lo general se utilizan
arandelas para evitar deterioros del material o que se
afloje la unión.
Tornillo de unión.
unión El tornillo se enrosca en una de las piezas
que hay que unir, sobre la que previamente se ha practicado
un agujero.
Esparrago.
Esparrago Consiste en una vara roscada en los
extremos, con la parte central sin roscar. Uno de los
extremos se fija a una pieza metálica de gran tamaño,
a la que se une mediante el espárrago otra pieza
desmontable más sencilla. Con dos cerdas se garantiza
una fijación mejor.
Chaveta.
Chaveta Es un pieza de acero en forma de cuña que permite fijar dos piezas cuando
se coloca en los huecos perforados en las mismas.
Cuando se añaden tornillos para reforzar la unión se llama lengüeta.
lengüeta
Ejes estriados.
estriados Las dos piezas cilíndricas poseen unas ranuras (una por la parte
exterior y otra por la interior) que encajan entre sí. Estos ejes hacen posible la
transmisión del giro entre ambas.
Guías. Permiten que dos piezas que están en contacto se desplacen una respecto de
la otra. Una de las piezas suele estar fija.