Metales ferrosos. - Tecnofuenlabrada

MATERIALES METÁLICOS
MATERIALES METÁLICOS
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MATERIALES METÁLICOS
Los metales son materiales con múltiples
aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra
sociedad. Se conocen y utilizan desde tiempos
prehistóricos, y en la actualidad constituyen una pieza
clave en prácticamente todas las actividades
económicas, desde la industria de los servicios
(infraestructuras, construcción, decoración…) hasta la
fabricación de todo tipo de objetos manufacturados
(muebles, herramientas, joyería…), sin olvidar su
enorme importancia en el sector agrícola (fabricación de
útiles de labranza, herramientas y máquinas agrícolas) y
en el del transporte y las telecomunicaciones (industria
automovilística,
naval,
aeronáutica,
electrónica,
informática…)
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PROPIEDADES DE LOS
METALES
La gran cantidad de aplicaciones que
presentan los metales se debe a sus notarias
propiedades,
principalmente
las
físicas,
mecánicas y químicas. Cada una de estas
propiedades características permite una serie
de usos concretos.
Al tacto, los materiales metálicos son duros,
no adherentes, fríos y muy suaves si su
superficie ha sido pulida o tratada. Además,
muchos metales presentan un característico
“brillo metálico”.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
Estas propiedades se ponen de
manifiesto ante estímulos como la
electricidad, la luz, el calor o la aplicación
de fuerzas. Son las siguientes:
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
Propiedades térmicas.
Las propiedades térmicas son las
relativas a la aplicación del calor:
- Conductividad térmica. Todos los
metales presentan una gran conductividad
térmica es decir, transmiten muy bien el
calor. El oro, la plata y el cobre presentan
una gran conductividad térmica.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
- Dilatación y contracción. Los metales se
dilatan cuando aumenta la temperatura; del
mismo modo, se contraen si disminuye la
temperatura.
Fusibilidad. Los metales tienen la
propiedad de fundirse, aunque cada metal lo
hace a temperatura diferente.
- Soldabilidad. Gracias a su fusibilidad,
muchos metales pueden soldarse con facilidad
a otras piezas del mismo metal o de un metal
diferente. Poseen esta propiedad los aceros de
bajo contenido de carbono.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
Propiedades eléctricas y magnéticas.
Los metales permiten el paso de la corriente
eléctrica con facilidad, es decir, ofrecen una
baja resistencia eléctrica; por tanto, son buenos
conductores de la electricidad. La más baja
conductividad eléctrica la tiene el bismuto, y la
más alta a temperatura ordinaria la plata. La
conductividad en los metales puede reducirse
mediante aleaciones.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
Algunos metales presentan un característico
comportamiento magnético, que consiste en su
capacidad de atraer a otros materiales metálicos. El
hierro y otros metales tienen la importante propiedad del
ferromagnetismo, que consiste en la capacidad de
convertirse en imanes permanentes cuando se les
coloca en el interior de un campo magnético (zona del
espacio donde se manifiestan las propiedades
magnéticas). Esta propiedad se utiliza en los
electroimanes, que constan de un núcleo cilíndrico de un
material ferromagnético rodeado de una bobina eléctrica
de gran tamaño. Se consiguen así imanes muy potentes
que tienen numerosos usos industriales.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
Propiedades ópticas.
Consecuencia de la alta reflectividad
de la luz visible. Como los metales poseen
estructuras muy densas, son opacos. Y
además reflejan la luz.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
Propiedades acústicas.
Los metales son muy buenos
conductores de las ondas acústicas, es
decir, transmiten muy bien el sonido.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
FÍSICAS
Son impermeables, ya que impiden el
paso del agua a su través.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Son aquellas que observamos en los
metales cuando les sometemos a una
serie de fuerzas o cargas que tienden a
alterar su forma. Algunas son:
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Dureza y fragilidad.
La fragilidad es la propiedad que expresa
falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad.
Los materiales frágiles se rompen fácilmente
en su límite elástico, es decir su rotura se
produce espontáneamente al rebasar la carga
correspondiente al límite elástico. Por lo común,
los metales son duros, es decir, no se rayan ni
pueden perforarse ni romperse con facilidad.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Plasticidad y elasticidad.
Algunos metales poseen la capacidad de
deformarse permanente sin llegar a romperse. Se dice
que son plásticos. Otros, por el contrario, muestran una
gran capacidad elástica para recobrar su forma al cesar
la carga que lo ha deformado. Se llama límite elástico a
la carga máxima que puede soportar un metal sin sufrir
una deformación permanente. Cuando se aplica un
esfuerzo de tensión uniaxial sobre una barra de metal, el
metal se deforma elásticamente y luego plásticamente,
produciendo una deformación permanente.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Resistencia mecánica.
Capacidad de soportar una carga
externa sin romperse. Resisten bien a los
esfuerzos a los que están sometidos,
como la tracción, la compresión, la flexión,
la torsión y el cizallamiento.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Tenacidad.
Es la capacidad para absorber energía y
deformarse plásticamente antes de fracturarse.
Los metales suelen ser muy tenaces.
Fluencia
Propiedad
de
algunos
metales
de
deformarse lenta y espontáneamente bajo la
acción de su propio peso o de cargas muy
pequeñas. Esta deformación lenta, se denomina
también creep.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Resiliencia
Es la resistencia de un metal a su
rotura por choque.
Fatiga
Si se somete una pieza a la acción de
cargas
periódicas
(alternativas
o
intermitentes), se puede llegar a producir
su rotura con cargas menores a las que
producirían deformaciones.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Maleabilidad.
Ciertos
metales
pueden
ser
extendidos
en
láminas muy finas sin
llegar a romperse.
Esta propiedad la
tienen los metales
nobles y el estaño.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
MECÁNICAS
Ductilidad
Es la propiedad
de algunos metales
que
pueden
ser
estirados en hilos
largos y finos.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
QUÍMICAS
La propiedad química más importante de los
metales es su elevada capacidad de oxidación,
que consiste en su facilidad para reaccionar con
el oxígeno y cubrirse de una capa de óxido al
poco tiempo de estar a la intemperie. Por lo
general, se intenta combatir la formación de
esta capa de óxido, pues hace que se pierda el
brillo y el tacto de la pieza original y puede
dañar su interior y provocar un deterioro en sus
propiedades magnéticas.
Algunas propiedades químicas son:
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
QUÍMICAS
Resistencia a la corrosión
Se denomina corrosión al proceso de destrucción de
los metales y sus aleaciones, provocado por la acción
química o electroquímica. La corrosión de los metales
puede originarse por:
Reacciones químicas con los agentes corrosivos
Reacciones
electroquímicas
producidas
por
corrientes electrolíticas generadas en elementos
galvánicos formados en la superficie con distinto
potencial. Las corrientes electrolíticas se producen con
desplazamiento de iones metálicos.
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PROPIEDADES DE LOS
METALES PROPIEDADES
ECOLÓGICAS
El impacto medioambiental de los materiales
tecnológicos puede llegar a ser muy grave. Por ello,
cabe destacar una importante característica ecológica
de los metales: la mayoría de ellos son reciclables, es
decir, una vez desechados, pueden volver a procesarse
para ser utilizados de nuevo.
Por otro lado, algunos metales pesados como el
plomo o el mercurio, resultan tóxicos para los seres
vivos, por lo que debe restringirse su empleo a aquellas
aplicaciones
que
no
impliquen
riesgos
medioambientales. Así mismo, conviene limitar al
máximo los residuos incontrolados de dichos metales.
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OBTECIÓN DE LOS METALES
Los metales se obtienen a partir de minerales que
forman parte de las rocas. El metal de hierro se extrae
de minerales de hierro como la magnetita o la siderita;
del mismo modo, el metal del cobre se obtiene de
minerales como la calcopirita o la malaquita.
La extracción del mineral se realiza en minas a
cielo abierto si la capa de mineral se halla a poca
profundidad. Por el contrario, si el yacimiento o filón es
profundo, la excavación se lleva a cabo bajo tierra y
recibe el nombre de mina subterránea. En ambos tipos
de explotaciones se hace uso de explosivos,
excavadoras, taladradoras y otra maquinaria, a fin de
arrancar el mineral de la roca.
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OBTECIÓN DE LOS
METALES
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OBTECIÓN DE LOS METALES
En el yacimiento se encuentran unidos
los minerales útiles, o mena, y los
minerales no utilizables, o ganga. Éstos
últimos deben ser apartados de los
primeros mediante diferentes procesos
físicos.
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OBTECIÓN DE LOS METALES
Técnicas de separación
De entre las muchas técnicas utilizadas para la
separación de la mena y la ganga, las más importantes
son:
Tamizado. Consiste en la separación de las
partículas sólidas según su tamaño mediante tamices o
cribas.
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: las menos densas
flotan, mientras que las de mayor densidad se depositan
en el fondo el recipiente.
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OBTECIÓN DE LOS METALES
Una vez separada la mena de la ganga, el objetivo
es extraer el metal de la mena. Para ello, es
transportada a las industrias metalúrgicas, donde será
sometida a complicados procesos físicos y químicos con
el fin de obtener el metal deseado.
La metalurgia es el conjunto de industrias que se
encargan de la extracción y transformación de los
minerales metálicos.
La siderurgia es la rama de la metalurgia que
trabaja con los materiales ferrosos; incluye desde el
proceso de extracción del mineral de hierro hasta su
presentación comercial para ser utilizado en la
fabricación de productos.
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TIPO DE LOS METALES
Según la procedencia de los metales,
pueden clasificarse en:
Metales ferrosos. Son aquellos cuyo
componente principal es el hierro. Entre ellos se
encuentran el hierro puro, el acero y las
fundiciones.
Metales no ferrosos. Son materiales
metálicos que no contienen hierro o que lo
contienen en muy pequeñas cantidades. Son
ejemplos de este tipo de metales el cobre, el
bronce, el latón y el zinc.
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METALES FERROSOS
El metal más empleado en la actualidad es el hierro
en cualquiera de sus presentaciones (hierro forjado,
acero, fundición), ya que tanto las técnicas de extracción
del mineral como los procesos de obtención del metal
son relativamente económicos. En la corteza terrestre
hay gran cantidad de minerales que contienen hierro.
Los más importantes son la magnetita, la hematites, la
limonita y la siderita.
Los minerales de hierro que se extraen de la corteza
terrestre deben someterse a diferentes procesos a fin de
obtener el hierro puro. Además del hierro puro, se
utilizan también las aleaciones.
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METALES FERROSOS
Una aleación es una mezcla de dos o más
elementos químicos, al menos uno de los cuales, el que
se encuentre en mayor proporción, ha de ser un metal
Las aleaciones del hierro se obtienen añadiendo a
este metal carbono. Según el porcentaje de dicho
elemento, los materiales ferrosos se clasifican en
hierros, aceros y fundiciones:
- Hierro puro. La concentración de carbono se sitúa
entre el 0,008% y el 0,03%.
- Acero. La concentración de carbono oscila entre el
0,03% y el 1,76%.
- Fundición. La concentración de carbono se
encuentra entre el 1,76% y el 6,67%.
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METALES FERROSOS
Hierro forjado
Entre las muchas
variedades de hierro
podemos mencionar
el hierro forjado, con
muy bajo contenido
en carbono. Destaca
por
su
notable
plasticidad y por su
capacidad para ser
forjado y soldado.
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METALES FERROSOS
El hierro y las fundiciones
El hierro es un metal de color blanco grisáceo que
tiene buenas propiedades magnéticas; sin embargo,
presenta algunos inconvenientes: se corroe con
facilidad, tiene un punto de fusión elevado y es de difícil
mecanizado. Además, resulta frágil y quebradizo. Por
todo ello, tiene escasa utilidad. Se emplea en
componentes eléctricos y electrónicos.
Para mejorar sus propiedades mecánicas, el hierro
puro se combina con carbono en las proporcionalidades
indicadas más arriba. La fundición presenta una elevada
dureza y una gran resistencia al desgaste. Se utiliza
para fabricar diversos elementos de maquinaria,
engranajes, pistones, farolas, tapas de alcantarilla…
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METALES FERROSOS
El acero
El acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad
de carbono. De este modo, se obtienen materiales de elevada
dureza y tenacidad 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
específicas. Se obtienen así los aceros aleados. Por ejemplo, uno
de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad por lo
que hay una serie de aceros a los que se les añaden otros
elementos aleantes (principalmente cromo y níquel) para que sean
más resistentes a la corrosión, se llaman aceros inoxidables.
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METALES FERROSOS
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 y resulta
necesario para hacer que 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.
– Otros metales que se utilizan para hacer aceros aleados son el
molibdeno, el titanio, el niobio o el vanadio.
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METALES FERROSOS
Proceso de obtención del acero
El 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.
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METALES FERROSOS
El siguiente paso es la utilización de un alto horno para
conseguir la aleación de hierro y carbono. El alto horno consiste en
una cuba de unos 40 metros de altura, en la que se introduce, por
su parte superior, el mineral de hierro (mena), el carbón y la caliza,
todo ello a más de 1500ºC. Mediante un proceso químico que
transcurre en su interior, mientras que la carga desciende lenta y
continuamente (proceso que nunca se interrumpe) se transforma en
arrabio, escoria y gases. Los gases se recuperan por el valor
energético que contienen y las escorias se utilizan para fabricar
asfaltos. El arrabio, que es mineral de hierro fundido con carbono y
otras impurezas, debe depurarse, por lo que se lleva a
convertidores, hornos o elementos de afino. Una vez eliminadas las
impurezas, dentro de unos límites, se consiguen diferentes tipos de
aceros.
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METALES FERROSOS
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METALES FERROSOS
El arrabio obtenido es sometido a
procesos posteriores con objeto de reducir
el porcentaje de carbono y eliminar
impurezas. Así mismo, en estos procesos
se ajusta la composición del acero,
añadiendo los elementos que procedan en
cada caso: cromo, níquel, manganeso…
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METALES FERROSOS
El proceso siderúrgico que vamos a describir
a continuación sobre la eliminación de
impurezas es el denominado convertidor LD,
que es el más utilizado en la actualidad. El
primero de esos 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.
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METALES FERROSOS
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METALES FERROSOS
La proporción de carbono y el
tratamiento térmico del acero determinan
sus propiedades, en cuanto a dureza y
resistencia mecánica, por lo que una gran
parte del acero se fabrica con un estricto
control del contenido de carbono y se
somete a tratamiento térmico posterior,
para darle las cualidades apropiadas de
acuerdo al futuro uso.
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METALES FERROSOS
Luego, la pieza terminada se somete al
tratamiento térmico conocido como temple, lo
que de manera simplificada significa, que la
pieza se calienta por encima de los 800ºC y
luego se enfría rápidamente (generalmente con
agua), en este caso la estructura cristalina se
establece de manera rápida y el carbono queda
incluido dentro de la red deformándola y
endureciendo notablemente el acero final
aunque mucho mas quebradizo y frágil.
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METALES FERROSOS
De acuerdo a la cantidad de carbono los aceros
pueden clasificarse en:
– Aceros de bajo carbono (menos del 0.30%). Se utilizan en
vehículos, tuberías, elementos estructurales, etc.
– Aceros medios en carbono (entre 0.30 y 0.50 %). Se emplean en
piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia
mecánica y al desgaste.
– Aceros de alto carbono (mas de 0.5%). Estos aceros se
emplean principalmente en herramientas.
Los aceros de bajo carbono no adquieren dureza
notable durante el temple, solo mejoran sus propiedades
mecánicas (resistencia y rigidez), los de medio
contenido pueden adquirir dureza apreciable y mucha
mayor resistencia y los de alto carbono endurecen
notablemente y se tornan frágiles.
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METALES NO FERROSOS
Aunque el hierro es el metal más utilizado en la
actualidad, algunas de sus propiedades hacen que
resulte poco adecuado para determinados usos. Por
ello, se utilizan otros muchos materiales metálicos no
procedentes del hierro. El inconveniente es que su
obtención es muy costosa debido a la pequeña
concentración de sus menas, y al elevado consumo
energético que exigen los procesos de obtención de
estos metales a partir de las materias primas.
Según su densidad, se pueden clasificar en:
• Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5
kg/dm³,
• Ligeros: su densidad esta comprendida entre 2 y 5 kg/dm³.
• Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Cobre. Es posible que el cobre haya sido el metal
más antiguo en haber sido empleado, pues se han
encontrado objetos de cobre del 8700 a. de C.
El cobre suele encontrarse muy rara vez como
cobre metálico nativo. En las menas está en forma de
sulfuro o de óxido, con una concentración entre 1 y 5%
de metal. En las menas sulfurosas el cobre puede
encontrase en los compuestos: Calcopirita, Calcosina,
Bornita y Covellina. En las menas oxidadas el cobre se
encuentra en los compuestos: Cuprita, Malaquita,
Azurita y Crisocola.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
El cobre se obtiene de los minerales cuprita,
calcopirita y malaquita. Sus métodos de
obtención se agrupan en dos grupos: por vía
seca, que consiste en una serie de oxidaciones,
fusiones y reducciones de los minerales, con el
fin de aumentar su contenido en cobre y obtener
un metal casi puro; y por vía húmeda, en el que
se tuestan primero los minerales con el sulfuro
de hierro o pirita, transformándose el cobre en
sulfato, y posteriormente queda el metal libre
por reducción de esa sal con chatarra de hierro.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Sus principales propiedades son: una
alta conductividad térmica y eléctrica, así
como una notable maleabilidad y
ductilidad; es un metal blando, de color
rojizo y brillo intenso. Es bastante
resistente a la corrosión al formarse una
capa de óxido protector en la superficie,
que luego se transforma en el aire, en
carbonato de color verde llamado
cardenillo.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Los usos industriales y domésticos del cobre están
condicionados principalmente por algunas de sus propiedades:
– Por su alta conductividad eléctrica y ductilidad permite su empleo en
aplicaciones eléctricas, resultando muy adecuado para la fabricación de
cables eléctricos, hilos de telefonía, bobinas de motores, etc.
– Su elevada conductividad térmica, explica el empleo del cobre desde
hace muchos siglos en utensilios domésticos (cacerolas, calderos), en
la industria de alimentación o química (alambiques) y en las
aplicaciones de equipos térmicos (intercambiadores, depósitos,
refrigeradores, radiadores y calderas).
– Por la facilidad con la que se trabaja se utiliza mucho, tanto para la
embutición como para la unión por autosoldadura o por soldadura con
estaño.
– Su resistencia a la corrosión atmosférica hace que se utilice para
recubrimientos de techumbres o en canalizaciones de agua.
– Además, tiene aplicaciones decorativas y artísticas en arquitectura,
bisutería y artesanía.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
A partir del cobre, pueden obtenerse
diversas aleaciones. Las más conocidas son el
latón y el bronce.
Latón. Es una aleación de cobre y zinc.
Presenta una alta resistencia a la corrosión y
soporta el agua y el vapor de agua mejor que el
cobre. Esta aleación, puede estar formada
también por otros materiales, y forman lo que se
denomina latones especiales.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Se
utiliza
en
ornamentación
decorativa, artesanía,
orfebrería
y
cubertería, así como
para fabricar tuberías,
condensadores,
turbinas, hélices…
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Bronce. Es una aleación de cobre y estaño.
Este metal presenta una elevada ductilidad y
una buena resistencia al desgaste y a la
corrosión. Se emplea en hélices de barco,
cuerpos de bombas hidráulicas, filtros,
campanas, tuercas, monedas, obras de arte…
Además, su superficie lisa hace que resulte
adecuado para fabricar engranajes, cojinetes y
rodamientos. A las aleaciones de cobre con
otros materiales como el estaño-plomo se les
llama bronces especiales.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Alpaca. Aleación de
cobre, níquel, zinc y
estaño, de color plateado
y que se usa en
orfebrería y bisutería, así
como
en
utensilios
domésticos como las
cuberterías.
Cuproníquel.
Aleación de cobre y
níquel, empleada en la
fabricación de monedas.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Plomo.
Se obtiene de la galena. Es un metal de
color gris plateado, muy blando y pesado. Tiene
una notable plasticidad, es maleable y buen
conductor del calor y la electricidad. Se emplea
en la fabricación de baterías y acumuladores, y
forma parte de algunas gasolinas. En la
industria del vidrio y en óptica se utiliza como
aditivo que proporciona dureza y añade peso. Al
ser un metal absolutamente opaco, se emplea
como protector contra radiaciones en medicina y
en las centrales nucleares.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Estaño.
Se obtiene de la casiterita. Es un metal de
color muy blanco, brillante, poco dúctil, pero
muy maleable, y no se oxida a temperatura
ambiente. Emite un ruido característico cuando
se parte, denominado “grito de estaño”. Con él
se fabrica el papel de estaño y la hojalata, que
es una chapa de acero cuyas caras están
recubiertas con sendas películas de estaño.
Además, la aleación de estaño y plomo se utiliza
como material de unión en soldaduras blandas.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Zinc.
Se obtiene de la blenda y la calamina.
Es un metal de color gris azulado,
brillante, frágil en frío y de baja dureza. Se
utiliza en cubiertas de edificios, cañerías y
canalones.
Mediante
el
proceso
denominado galvanizado se recubren
piezas con una ligera capa de zinc para
protegerlas de la corrosión.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
MATERIALES METÁLICOS
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Níquel.
Es un metal blanco brillante, tenaz,
dúctil y maleable, muy resistente a la
oxidación. Se usa en aparatos de la
industria química y en el recubrimiento de
metales por electrolisis. La aleación de
níquel, cromo y acero se utiliza en la
fabricación de ciertos aceros inoxidables.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Cromo.
Es también blanco brillante, muy duro
pero frágil, y resistente a la oxidación. El
cromado brillante se utiliza para objetos
decorativos y el cromado de otros
metales. El cromado duro se utiliza en la
fabricación de aceros inoxidables y aceros
para herramientas.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Gritería
cromada
Cilindro de motor cromado
Objeto cromado
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
Wolframio.
Es gris, muy duro y pesado. Presenta
buena conductividad y alto punto de
fusión. Se utiliza en la fabricación de
filamentos de bombillas incandescentes y
fabricación de herramientas de corte para
maquinas.
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METALES NO FERROSOS
METALES PESADOS
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METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Aluminio.
El aluminio es el metal más abundante en la
corteza de la Tierra, pero no se encuentra puro,
sino en muchas especies minerales (bauxita,
corindón,
esmeril,
etc.)
Se
obtiene
principalmente de la bauxita, un mineral muy
escaso, motivo por el cual el aluminio no se ha
conocido hasta fechas relativamente recientes.
Sus aplicaciones industriales comenzaron a
finales del siglo XIX.
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METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
El proceso ordinario de obtención del metal
consta de dos etapas, la obtención de alúmina
por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y
posterior electrólisis del óxido para obtener el
aluminio. La recuperación del metal a partir de
la chatarra (reciclado) era una práctica conocida
desde principios del siglo XX. Es, sin embargo,
a partir de los 60 cuando se generaliza, más por
razones medioambientales que estrictamente
económicas.
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METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Es un metal de color y brillo plateado, que
presenta una alta resistencia a la corrosión. Es
muy blando, con poca resistencia a la rotura y
bajo límite elástico. Tiene baja densidad
(aproximadamente un tercio de la del acero o el
cobre) y gran maleabilidad y ductilidad, apto
para el mecanizado y la fundición, por lo que
puede presentarse en hilos y demás formas.
Presenta una alta conductividad eléctrica y
térmica. Tiene un buen poder reflector.
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METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Debido a su elevada actividad química
se forma rápidamente, al aire, una fina
capa superficial de óxido impermeable y
adherente que detiene el proceso de
oxidación proporcionándole resistencia a
la corrosión y una alta durabilidad.
Es uno de los metales más empleados,
en igualdad de condiciones que el acero o
el cobre.
MATERIALES METÁLICOS
67
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
El aluminio puro es blando y frágil, pero sus
aleaciones con pequeñas cantidades de cobre,
manganeso, silicio, magnesio y otros elementos
proporcionan aluminios muy duros y resistentes,
con una gran variedad de características
adecuadas a las más diversas aplicaciones
industriales. Estas aleaciones constituyen el
componente
principal
de
multitud
de
componentes de los aviones y cohetes, en los
que el peso es un factor crítico.
MATERIALES METÁLICOS
68
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Cuando se evapora aluminio en el vacío,
forma un revestimiento que refleja tanto la luz
visible como la infrarroja; además, la capa de
óxido que se forma impide el deterioro del
recubrimiento, y por esta razón se ha empleado
para revestir los espejos de telescopios, en
sustitución de la plata.
Dada su gran reactividad química, finamente
pulverizado se usa como combustible sólido de
cohetes y en el explosivo termita, como ánodo
de sacrificio en electrolisis y en procesos de
aluminotermia para la obtención de metales.
MATERIALES METÁLICOS
69
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Otros usos del aluminio son:
• Transporte; como material estructural en aviones,
automóviles, tanques, superestructuras de buques, blindajes,
etc.
• Embalaje; papel de aluminio, latas, etc.
• Construcción; ventanas, puertas, perfiles estructurales, etc.
• Bienes de uso; utensilios de cocina, herramientas, bisutería,
etc.
• Transmisión eléctrica; aunque su conductividad eléctrica
es tan sólo el 60% de la del cobre, su mayor ligereza permite
una mayor separación de las torres de alta tensión,
disminuyendo los costes de la infraestructura.
• Recipientes criogénicos (hasta -200 ºC).
MATERIALES METÁLICOS
70
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
MATERIALES METÁLICOS
71
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Titanio.
El titanio como metal no se encuentra libre en la
naturaleza, pero es el noveno en abundancia en la
corteza terrestre y está presente en la mayoría de las
rocas ígneas y sedimentos derivados de ellas. Se
encuentra principalmente en los minerales anatasa,
brookita, ilmenita, leucoxeno, perovskita, rutilo y titanita;
también como titanato y en muchas menas de hierro. De
estos minerales, sólo la ilmenita, el leucoxeno y el rutilo
tienen una significativa importancia económica para su
extracción. Se encuentran depósitos importantes en
Australia, la región de Escandinavia, Estados Unidos y
Malasia.
MATERIALES METÁLICOS
72
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Es de color blanco plateado, brillante, ligero,
muy duro y resistente, refractario y buen
conductor de la electricidad y el calor. Presenta
una alta resistencia a la corrosión y a la
oxidación (más resistente que el acero y casi tan
resistente como el platino) y cuando está puro,
se tiene un metal ligero, fuerte, brillante y blanco
metálico de una relativa baja densidad. Posee
muy buenas propiedades mecánicas y además
tiene la ventaja, frente a otros metales de
propiedades mecánicas similares, de que es
relativamente ligero.
MATERIALES METÁLICOS
73
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
Entre sus principales aplicaciones en la
industria tenemos las siguientes:
• Aproximadamente el 95% del titanio se consume como
dióxido de titanio (TiO2), un pigmento blanco permanente
que se emplea en pinturas, papel y plásticos. Estas pinturas
se utilizan en reflectores debido a que reflejan muy bien la
radiación infrarroja.
• Aleado con el aluminio, hierro, manganeso, molibdeno y
otros metales, se emplea en la industria aeronáutica y
aeroespacial. Debido a su fuerza, baja densidad y el que
puede aguantar temperaturas relativamente altas, las
aleaciones de titanio se emplean en aviones y misiles.
• También se encuentra en distintos productos de consumo,
como palos de golf, bicicletas, etcétera.
MATERIALES METÁLICOS
74
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
• Debido a su gran resistencia a la corrosión se puede aplicar
en casos en los que va a estar en contacto con el agua del
mar, por ejemplo, en aparejos o hélices. También se puede
emplear en plantas desalinizadoras.
• Se considera que es fisiológicamente inerte, por lo que el
metal se emplea en la fabricación de prótesis médicas e
implantes de titanio, consistentes en tornillos de titanio puro
que han sido tratados superficialmente para mejorar su
oseointegración; por ejemplo, se utiliza en la cirugía
maxilofacial debido a estas buenas propiedades. También
por ser inerte y además poder colorearlo se emplea como
material de "piercings".
MATERIALES METÁLICOS
75
METALES NO FERROSOS
METALES LIGEROS
MATERIALES METÁLICOS
76
METALES NO FERROSOS
METALES ULTRA LIGEROS
Magnesio.
El magnesio se extrae de diferentes
minerales, como el olivino, el talco, el asbesto y
la magnesita. Es un metal de color blanco
brillante similar a la plata, muy ligero, blando,
maleable
y
poco
dúctil.
Reacciona
violentamente con el oxígeno, por lo que se
emplea en pirotecnia. En combinación con otros
metales, permite tener aleaciones muy ligeras
que se emplean en el sector aeronáutico y en la
fabricación de automóviles, motos y bicicletas.
MATERIALES METÁLICOS
77
METALES NO FERROSOS
METALES ULTRA LIGEROS
MATERIALES METÁLICOS
78
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Para obtener piezas de diferentes
formas y productos industriales, se
somete al material a una serie de
procesos de conformación, que se eligen
en función del metal y de la aplicación
posterior.
MATERIALES METÁLICOS
79
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Deformación.
Comprende un conjunto de técnicas
que modifican la forma de una pieza
metálica mediante la aplicación de fuerzas
externas.
MATERIALES METÁLICOS
80
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Laminación.
Se hace pasar la
pieza metálica por una
serie
de
rodillos,
denominados
laminadores,
que
la
comprimen, con lo que
disminuye su grosor y
aumenta su longitud.
Este
proceso
suele
hacerse en caliente y se
emplea para obtener
planchas, chapas, barras,
perfiles estructurales, etc.
MATERIALES METÁLICOS
81
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Extrusión.
Se hace pasar el
metal en caliente por un
orificio que tiene la forma
deseada, aplicando una
fuerza de compresión
mediante un émbolo o
pistón.
Se
pueden
obtener así piezas largas
con el perfil apropiado.
Por tanto, es una técnica
idónea
para
obtener
barras, tubos y perfiles
variados.
MATERIALES METÁLICOS
82
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Forja.
Se somete la pieza metálica
a esfuerzos de compresión
repetidos y continuos mediante
martillo, tenazas y yunque. Esta
técnica
manual
ha
sido
reemplazada
por
la
forja
industrial o mecánica. En ella, la
pieza se coloca sobre una
plataforma que hace las veces de
yunque. Mediante un mecanismos
neumático o hidráulico, la maza
se eleva y cae sucesivamente
sobre la pieza. En ambos tipos de
forja, la pieza metálica inicial
suele estar caliente. Con esta
técnica pueden obtener piezas
muy diversas.
MATERIALES METÁLICOS
83
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Estampación.
Se introduce una pieza
metálica en caliente entre dos
matrices, 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 para la construcción
de carrocerías de automóviles,
radiadores, etc.
MATERIALES METÁLICOS
84
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Embutición.
Es un proceso de
conformación de frío que
consiste en golpear una
plancha de forma que se
adapta al molde o matriz
con la forma deseada.
Esta técnica se emplea
para
obtener
piezas
huecas, como cojinetes,
a partir de chapas planas.
MATERIALES METÁLICOS
85
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Doblado.
Se somete una
plancha a un esfuerzo
de flexión a fin de que
adopte una forma
curva
con
un
determinado radio de
curvatura
también
permite
obtener
piezas con ángulos.
MATERIALES METÁLICOS
86
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Trefilado.
Se hace pasar un
alambre por un orificio
con
la
dimensión
deseada. A continuación,
se aplica una fuerza de
tracción mediante una
bobina
de
arrastre
giratoria, aumentando su
longitud y disminuyendo
su sección. Se emplea
para fabricar hilos o
cables metálicos.
MATERIALES METÁLICOS
87
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Metalurgia de polvos.
Este proceso consta de los siguiente pasos:
1. El metal es molido hasta convertirlo en
polvo.
2. 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.
MATERIALES METÁLICOS
88
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
La pieza puede ser sometida a otros
tratamientos posteriores de conformado
para ajustar sus dimensiones, así como a
tratamientos térmicos que mejoren sus
propiedades mecánicas. Esta técnica se
emplea para fabricar piezas metálicas de
gran precisión como herramientas de
corte, cojinetes, etc..
MATERIALES METÁLICOS
89
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
Moldeo.
Consiste en introducir el metal fundido
en un recipiente que dispone de una
cavidad
interior.
Dicho
recipiente,
denominado molde, puede estar fabricado
a base de arena, acero o fundición. Existe
otro tipo de molde que se fabrica haciendo
uso de un modelo en cera del objeto que
se quiere construir.
MATERIALES METÁLICOS
90
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
El molde se realiza como sigue:
1. Se calienta el metal en un horno
hasta que se funde.
2. El metal líquido se vierte en el
interior del molde.
3. Se deja enfriar hasta que el metal se
solidifica.
4. Se extrae la pieza del molde.
MATERIALES METÁLICOS
91
TÉCNICAS DE
CONFORMACIÓN
La técnica de moldeo empleada
depende de la aplicación que vaya a tener
la pieza: moldeo en arena (bloques de
motores, boca de incendio), moldeo en
metal (piezas pequeñas y aleaciones de
bajo punto de fusión) y moldeo en cera
(objetos decorativos, joyería, objetos
artísticos, álabes de turbinas, piezas de
odontología).
MATERIALES METÁLICOS
92
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Son aquellas se llevan a cabo con útiles,
herramientas y máquinas herramientas, sobre
los materiales prefabricados metálicos como
planchas, barras y perfiles. Las operaciones que
se realizan habitualmente son:
•
•
•
•
•
Marcado.
Corte.
Perforado
Tallados y/o rebajado
Desbastado y/o afinado
MATERIALES METÁLICOS
93
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Medir, marcar y trazar.
Con estas operaciones se dibuja sobre los materiales
prefabricados metálicos, las piezas o los objetos que se van a
fabricar. Las herramienta empleadas son las siguientes:
Escuadra metálica.
Regla metálica.
Transportador de ángulos.
Cinta métrica.
Flexómetro.
Plantillas.
Lápiz.
Granetes.
Compás de Puntas de Acero.
MATERIALES METÁLICOS
94
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Sujetar.
Antes de proceder a otras operaciones,
los piezas que se van a manipular deben
ser sujetadas al banco o a la mesa de
trabajo. Para tal fin se emplea:
Tornillo de banco.
Gato o sargento.
Tornillo de mano.
MATERIALES METÁLICOS
95
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Cortar y Serrar.
Son las operaciones necesarias para
obtener las piezas y los objetos del
material, en este caso los materiales
prefabricados metálicos.
Las herramientas empleadas son:
Sierra de Arco.
Tijeras de chapa o cizalla.
Guillotina.
MATERIALES METÁLICOS
96
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Máquinas-Herramientas.
Sierra circular.
Amoladora.
Prensa o troquel.
MATERIALES METÁLICOS
97
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Sierra circular.
MATERIALES METÁLICOS
98
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Amoladora.
Es
una
herramienta muy versátil
que consta de una muela
circular extraíble. En
función del tipo de muela
y del material de que esté
hecha, permite cortar,
lijar,
decapar,
pulir,
desbastar, eliminar la
rebaba de los bordes…
MATERIALES METÁLICOS
99
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Prensa o troquel.
Se usa para cortar
planchas de espesor
no superior a 5mm.
Con esta máquina se
obtienen
piezas
sencillas con forma
deseada mediante un
golpe de prensa.
MATERIALES METÁLICOS
100
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Perforar.
En la fabricación de las piezas, puede ser
necesario realizar agujeros para introducir
piezas cilíndricas o piezas de unión como los
tornillos. Para tal fin se emplea:
Taladradora manual.
Taladradora eléctrica o neumática.
Berbiquí.
Brocas.
Barrena.
Martillo y Punzón.
MATERIALES METÁLICOS
101
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Tallar o/y rebajar.
En este tipo de operaciones se procede a
arrancar trozos de metal sobrante y rebajar
hasta obtener su forma definitiva. Las
herramientas empleadas son:
Cincel.
Buril.
Torno.
Fresadora.
MATERIALES METÁLICOS
102
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Cincel.
Es a una herramienta
manual de corte diseñada
para cortar, ranurar o
desbastar material en frío
mediante el golpe con un
martillo adecuado. El filo
de corte se puede
deteriorar con facilidad,
por lo que es necesario
un reafilado.
MATERIALES METÁLICOS
103
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Buril.
Es una herramienta
manual de corte o marcado
formada por una barra de
acero templado terminada en
una punta con un mango en
forma de pomo que sirve
fundamentalmente para cortar,
marcar, ranurar o desbastar
material en frío mediante el
golpe con un martillo
adecuado, o mediante presión
con la palma de la mano.
MATERIALES METÁLICOS
104
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Torno.
Es una máquina herramienta que permiten
mecanizar piezas de forma geométrica de
revolución. Esta máquina -herramienta opera
haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el
cabezal o fijada entre los puntos de centraje)
mientras una o varias herramientas de corte son
empujadas en un movimiento regulado de
avance contra la superficie de la pieza, cortando
la viruta de acuerdo con las condiciones
tecnológicas de mecanizado adecuadas.
MATERIALES METÁLICOS
105
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
MATERIALES METÁLICOS
106
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Fresadora.
Es una máquina herramienta utilizada para
realizar mecanizados por arranque de viruta
mediante el movimiento de una herramienta
rotativa de varios filos de corte denominada
fresa. En las fresadoras tradicionales, la pieza
se desplaza acercando las zonas a mecanizar a
la herramienta, permitiendo obtener formas
diversas, desde superficies planas a otras más
complejas.
MATERIALES METÁLICOS
107
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
MATERIALES METÁLICOS
108
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Desbastado y/o afinado.
Estas operaciones buscan eliminar el
material sobrante de la superficie de las
piezas dejándolas lisas y listas para su
uso. Las herramientas empleadas son:
Limas.
Rasqueta.
Máquina Lijadora.
Máquina Rectificadora.
MATERIALES METÁLICOS
109
TÉCNICAS DE
MANIPULACIÓN
Uniones.
Para formar conjuntos estables es
necesario unir las diferentes piezas entre
mediante uniones estables. Estas pueden
ser:
Uniones Fijas.
Uniones Desmontables.
MATERIALES METÁLICOS
110
UNIONES
Uniones Fijas.
Son aquellas uniones que no permiten
separa las piezas sin romper la unión y
posiblemente las piezas. Se emplea cuando no
se prevé la separación o desmontaje de las
piezas unidas.
Pueden ser:
Remachado.
Unión por ajustes o presión.
Adhesivos
Soldadura.
MATERIALES METÁLICOS
111
UNIONES
Remachado.
Operación que consiste en insertar
remache.
El remache es un elemento de fijación que
se emplea para unir de forma permanente dos o
más piezas. Consiste en un tubo cilíndrico (el
vástago) que en su fin dispone de una cabeza.
Las cabezas tienen un diámetro mayor que el
resto del remache, para que así al introducir
éste en un agujero pueda ser encajado. El uso
que se le da es para unir dos piezas distintas,
sean o no del mismo material.
MATERIALES METÁLICOS
112
UNIONES
MATERIALES METÁLICOS
113
UNIONES
Unión por ajuste a
presión.
En este tipo de unión
se introduce en un
orificio,
golpeando
o
mediante presión, un eje
de diámetro un poco
mayor que el del orificio.
En algunos casos es
necesario calentar la
pieza hueca a fin de que
se dilate el agujero.
MATERIALES METÁLICOS
114
UNIONES
Adhesivo.
El adhesivo es una sustancia que puede mantener
unidos a dos o más cuerpos por contacto superficial. Es
sinónimo de cola y pegamento. Su importancia en la
industria moderna es considerable. Son los integrantes
del grupo de productos, naturales o sintéticos, que
permiten obtener una fijación de carácter mecánico. Los
tipos más empleados son:
Adhesivos termofusibles.
Resinas de dos componentes.
Adhesivos instantaneos.
MATERIALES METÁLICOS
115
UNIONES
Soldadura.
Es la unión de materiales por medio de la
aplicación de calor y presión sobre sus
superficies. Puede ser con aporte de material
adicional o sin él.
El caso de aporte de material puede ser de
la misma naturaleza que el que tiene las piezas
a unir llamada soldadura homogénea o de
diferente de las citadas piezas, a la que se la
llama soldadura heterogenea.
MATERIALES METÁLICOS
116
UNIONES
MATERIALES METÁLICOS
117
UNIONES
Uniones desmontables.
Este tipo de uniones permiten la unión
y la
separación de la piezas que forman el conjunto, sin que
se produzca la rotura de los elementos de unión o de las
piezas.
Pueden ser:
Tornillo pasante con tuerca.
Tornillo de unión.
Espárrago.
Chaveta y lengüeta.
Ejes estriados.
Guías.
MATERIALES METÁLICOS
118
UNIONES
Tornillo pasante con
tuerca.
El tornillo atraviesa por
un lado las piezas que se
van a unir. La tuerca se
enrosca a la parte del
tornillo que sobresale por
el otro lado. Entre el
tornillo y la pieza o entre
la tuerca y la pieza
pueden
colocarse
arandelas, para evitar la
rotura del material o el
aflojamiento de la unión.
MATERIALES METÁLICOS
119
UNIONES
Tornillo de unión.
Su función es fijar
una pieza enroscándose
en otra, sobre la que se
ha
practicado
previamente el agujero
roscado. Si la rosca se
realiza a medida que el
tornillo
se
va
introduciendo en la pieza,
se denomina tornillo de
rosca cortante.
MATERIALES METÁLICOS
120
UNIONES
Espárrago.
Consiste en una
varilla roscada por sus
dos 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 a otra pieza
desmontable
más
sencilla. Con dos tuercas
se asegura una mejor
fijación.
MATERIALES METÁLICOS
121
UNIONES
Chaveta y lengüeta.
La chaveta es una
pieza de acero en forma
de cuña que permite fijar
dos piezas cuando se
coloca en los chaveteros
o huecos practicados en
la misma. Cuando a la
chaveta se le añaden
tornillos para reforzar la
unión,
se
denomina
lengüeta.
MATERIALES METÁLICOS
122
UNIONES
Ejes estriados.
Las dos piezas
cilíndricas
poseen
unas ranuras (una por
la parte exterior y la
otra por la interior)
que encajan entre sí.
Estos ejes hacen
posible la transmisión
del giro entre ambas.
MATERIALES METÁLICOS
123
UNIONES
Guías.
Permiten que dos
piezas que están en
contacto
se
desplacen la una con
respecto a la otra.
Una de las piezas
suele estar fija.
MATERIALES METÁLICOS
124