TECNOLOGÍA. Tema 1. Materiales metálicos.

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1 TECNOLOGÍA Tema 1. Materiales metálicos.

2 1. LOS METALES. Debido a que es un material que se puede encontrar como tal en la naturaleza (solo unos pocos) o que son fáciles de obtener a partir del mineral (el hierro), su uso por el hombre para fabricar objetos comenzó hace miles de años. En la actualidad el uso de los metales sigue siendo muy importante, aunque algunos metales están siendo sustituidos por otros materiales más modernos como son los plásticos. Los metales se pueden encontrar libres en la naturaleza, es decir como tal metal listo para utilizar (únicamente unos pocos, como el oro, la plata o el cobre), o unidos químicamente a otras sustancias, en este segundo caso el metal debe ser extraído mediante algún proceso que puede ser más o menos complicado. La roca que contiene una elevada proporción de un metal recibe el nombre de mineral. La extracción del mineral se puede realizar de dos maneras: - En minas subterráneas. En este caso el mineral se extrae del interior de la tierra excavando túneles. - En minas a cielo abierto. Si el mineral se encuentra cerca de la superficie, este se extrae directamente del suelo. Para obtener la mayoría de los metales hay que extraerlos del mineral mediante una serie de procesos, así pues recibe el nombre de metalurgia al conjunto de industrias y procesos que se encargan de la extracción y transformación de los metales. Una rama de la metalurgia es la siderurgia que se ocupa de la extracción y transformación del hierro. Los metales se clasifican según su contenido en hierro en: - Métales ferrosos, aquellos cuyo componente principal es el hierro. Por ejemplo el hierro puro y el acero. - Metales no ferrosos, aquellos que no contienen hierro. Por ejemplo el bronce, el latón y el aluminio. 2. PROPIEDADES DE LOS METALES. Se entiende por propiedad de un material, desde el punto de vista tecnológico, la respuesta que da cuando sobre él se realiza alguna acción externa. 2

3 Es decir las propiedades se obtienen sometiendo a los materiales a alguna prueba (del tipo que sea) y observando qué es lo que les pasa. Las propiedades de un material permiten darle determinados usos. Las propiedades que se pueden obtener de un material son muchas, ya que se le puede someter a gran cantidad de pruebas diferentes, por eso las propiedades de los materiales se clasifican según el tipo de prueba que se realiza. Las propiedades más importantes de los metales son las propiedades físicas y las propiedades químicas. Las propiedades que se van a ver son comunes a la gran mayoría de los metales, es decir no están presentes en absolutamente todos los metales pero si en la mayoría de ellos. Propiedades físicas. Son aquellas que se obtienen al someter al material a una acción en la que no cambia la sustancia que compone el material. Dureza: es la resistencia ser rayado. Los metales tienen en general una elevada dureza. La propiedad contraria a la dureza es la blandura. Resistencia mecánica: es la resistencia a la acción de fuerzas que intentan estirar, aplastar o doblar el material. Maleabilidad: el material puede ser convertido en láminas por aplastamiento. Ductilidad: el material puede ser convertido en hilos por estiramiento. Tenacidad: el material resiste los golpes sin romperse. La propiedad contraria es la fragilidad. Plasticidad: cuando el material se deforma al aplicarle una fuerza, no recupera la forma inicial al dejar de actuar la fuerza. La propiedad contraria es la elasticidad. Conductividad térmica: el calor se transmite bien a través del material. Conductividad eléctrica: la corriente eléctrica atraviesa el material. Elevado coeficiente de dilatación: este coeficiente representa el aumento de tamaño de un material al aumentar su temperatura. La situación inversa también ocurre, es decir disminuye de tamaño al disminuir su temperatura. 3

4 Fusibilidad: al material llega a fundirse (pasar a estado líquido) al llegar a determinada temperatura. Soldabilidad: cuando está fundido tiene facilidad para pegarse a otros metales. Propiedades químicas. Son aquellas que se obtienen al someter al material a una acción en la que si cambia la sustancia que compone el material. La propiedad química más importante de los metales es la oxidación, es decir la capacidad de combinarse con el oxígeno para formar un óxido. La oxidación es un proceso químico en el cual el metal al combinarse con el oxígeno se transforma en otra sustancia diferente que se llama óxido y que por lo tanto tiene propiedades diferentes. Para evitar la oxidación de los metales por el oxígeno del aire o del agua estos se recubren de una capa de pintura o de laca, que impide el contacto del metal con el oxígeno. Algunos metales como el plomo o el aluminio se protegen de forma natural de la oxidación, ya que al oxidarse en la superficie, la capa de óxido formada es impermeable al oxígeno, impidiendo que continúe la oxidación. Propiedades ecológicas. Las propiedades ecológicas de un material son el impacto que ejerce sobre el medio natural la utilización de un determinado material, ya sea debido a la fabricación, el uso o la eliminación cuando ya no sirve. En general los metales tienen buenas propiedades ecológicas, ya que el impacto sobre el medio ambiente suele ser pequeño, destacando de forma positiva la facilidad con la que estos materiales pueden ser reciclados para ser utilizados de nuevo. Aunque la naturaleza sea capaz de degradar estos metales, el vertido al medio natural de algunos de ellos, como el plomo, el cadmio y el mercurio, supone un gran peligro para los seres vivos debido a su toxicidad. 3. METALES FERROSOS. Estos metales son con diferencia los más utilizados en la actualidad debido sobre todo a la facilidad y economía de los métodos de obtención y fabricación. Los minerales más importantes son la magnetita, la limonita y la siderita. 4

5 El hierro puro es el menos utilizado de los metales ferrosos debido a que otros metales tienen mejores propiedades. Mucho más usadas son las aleaciones de hierro como el acero y la fundición. Una aleación es la mezcla de dos o más elementos químicos, donde al menos uno de ellos, el que se encuentra en mayor proporción, ha de ser un metal. El acero y la fundición son aleaciones de hierro y carbono, diferenciándose en la proporción de carbono que contienen. El acero. Es el metal ferroso más importante, y su uso está extendido a gran cantidad de aplicaciones. Entre sus propiedades cabe destacar su gran resistencia mecánica, elevada tenacidad y dureza. En la fase de producción del acero se le pueden añadir pequeñas cantidades de otros metales, consiguiéndose aceros con propiedades específicas según el metal añadido. Estos son los aceros especiales. Por ejemplo el cromo aumenta la dureza del acero y lo hace inoxidable, el manganeso aumenta la dureza y la resistencia al desgaste. 4. METALES NO FERROSOS. Muchas veces las propiedades de los metales ferrosos son inadecuadas para determinados usos, por lo que se recurre a otros metales. Normalmente los metales no ferrosos son más difíciles de obtener por lo que su precio es más elevado. El cobre. Se obtiene a partir de la cuprita y la calcopirita principalmente. Es blando de color rojizo, buena conductividad eléctrica y térmica, dúctil y maleable. Se utiliza sobre todo para fabricar hilos para la conducción de la corriente eléctrica y para tuberías. Hay dos metales muy utilizados que son dos aleaciones de cobre, son el latón (cobre y cinc) y el bronce (cobre y estaño). El aluminio. El mineral del que se obtiene es la bauxita. Es un metal blanco plateado que tiene gran resistencia a la corrosión, es ligero, muy maleable, alta conductividad térmica 5

6 y eléctrica. Su resistencia mecánica y dureza no son altas, pero se le pueden añadir otros metales para hacerlo resistente, estas aleaciones reciben el nombre de aleaciones ligeras. 5. TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN. Son los diferentes procesos para fabricar piezas, y la elección de uno o de otro dependerá del tipo de metal y de la pieza que se quiere fabricar. Metalurgia de polvos. Esta técnica se utiliza para fabricar piezas de gran precisión. Se muele el metal hasta conseguir un polvo muy fino el cual se introduce en una prensa-molde de acero y se calienta hasta casi fundir el metal, se presiona y se deja enfriar. Moldeo. El molde puede estar fabricado de varios materiales, como arena, metal o cera. El metal se calienta hasta fundirlo, se vierte en el molde, se deja enfriar y se extrae del molde. Metal fundido Molde Deformación. Comprende un conjunto de técnicas con las que se modifica la forma de una pieza metálica mediante la aplicación de fuerzas. Según la forma en la que se aplica la fuerza tenemos un método u otro. Laminación: consiste en hacer pasar la pieza metálica por unos rodillos llamados laminadores que la aplastan. El proceso se hace en calienta y se obtienen chapas. Laminación 6

7 Forja: consistente en dar forma a una pieza metálica, en caliente, mediante la repetición de golpes con un martillo. Es una técnica antiquísima. Forja manual Forja mecánica Extrusión Extrusión: consiste en hacer pasar metal fundido a través de un orificio con la forma deseada. El metal es empujado con un pistón. Se emplea para fabricar tubos, barras y perfiles. Estampación: consiste en presionar una lámina metálica caliente entre dos piezas, llamadas matrices, que tienen la forma que se quiere conseguir. Estampación Embutición Doblado Embutición: se golpea una lámina metálica fría con un molde de tal forma que la lámina rodea al molde. Se usa para fabricar piezas huecas como las latas de refresco. Doblado: se realiza en frío o en caliente y consiste en flexionar una chapa para que adquiera un ángulo o una curvatura determinada. 7

8 ACTIVIDADES. 1. Explica cuál es la diferencia entre dureza y tenacidad, poniendo ejemplos en los que interese más una propiedad o la otra. 2. Contesta verdadero o falso a las siguientes afirmaciones, razonando las falsas: a) Los metales no son plásticos. b) El aluminio se oxida fácilmente. c) El hierro puro no se utiliza mucho porque se oxida fácilmente. 3. Qué ventajas crees que puede tener el empleo de aluminio en vez de acero en la fabricación de llantas de automóviles? 4. Cita al menos dos ejemplos de objetos metálicos que se hayan fabricado mediante extrusión y otros dos mediante doblado. 8

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