MATERIALES METÁLICOS 1

Transcripción

1 MATERIALES METÁLICOS MATERIALES METÁLICOS 1

2 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 ) MATERIALES METÁLICOS 2

3 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. MATERIALES METÁLICOS 3

4 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: MATERIALES METÁLICOS 4

5 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. MATERIALES METÁLICOS 5

6 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. MATERIALES METÁLICOS 6

7 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. MATERIALES METÁLICOS 7

8 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. MATERIALES METÁLICOS 8

9 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. MATERIALES METÁLICOS 9

10 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. MATERIALES METÁLICOS 10

11 PROPIEDADES DE LOS METALES PROPIEDADES FÍSICAS Son impermeables, ya que impiden el paso del agua a su través. MATERIALES METÁLICOS 11

12 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: MATERIALES METÁLICOS 12

13 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. MATERIALES METÁLICOS 13

14 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. MATERIALES METÁLICOS 14

15 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. MATERIALES METÁLICOS 15

16 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. MATERIALES METÁLICOS 16

17 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. MATERIALES METÁLICOS 17

18 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. MATERIALES METÁLICOS 18

19 PROPIEDADES DE LOS METALES PROPIEDADES MECÁNICAS Ductilidad Es la propiedad de algunos metales que pueden ser estirados en hilos largos y finos. MATERIALES METÁLICOS 19

20 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: MATERIALES METÁLICOS 20

21 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. MATERIALES METÁLICOS 21

22 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. MATERIALES METÁLICOS 22

23 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. MATERIALES METÁLICOS 23

24 OBTECIÓN DE LOS METALES MATERIALES METÁLICOS 24

25 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. MATERIALES METÁLICOS 25

26 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. MATERIALES METÁLICOS 26

27 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. MATERIALES METÁLICOS 27

28 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. MATERIALES METÁLICOS 28

29 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. MATERIALES METÁLICOS 29

30 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%. MATERIALES METÁLICOS 30

31 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. MATERIALES METÁLICOS 31

32 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 MATERIALES METÁLICOS 32

33 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. MATERIALES METÁLICOS 33

34 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. MATERIALES METÁLICOS 34

35 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. MATERIALES METÁLICOS 35

36 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. MATERIALES METÁLICOS 36

37 METALES FERROSOS MATERIALES METÁLICOS 37

38 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 MATERIALES METÁLICOS 38

39 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. MATERIALES METÁLICOS 39

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41 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. MATERIALES METÁLICOS 41

42 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. MATERIALES METÁLICOS 42

43 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. MATERIALES METÁLICOS 43

44 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. MATERIALES METÁLICOS 44

45 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. MATERIALES METÁLICOS 45

46 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. MATERIALES METÁLICOS 46

47 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. MATERIALES METÁLICOS 47

48 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. MATERIALES METÁLICOS 48

49 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. MATERIALES METÁLICOS 49

50 METALES NO FERROSOS METALES PESADOS Se utiliza en ornamentación decorativa, artesanía, orfebrería y cubertería, así como para fabricar tuberías, condensadores, turbinas, hélices MATERIALES METÁLICOS 50

51 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. MATERIALES METÁLICOS 51

52 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. MATERIALES METÁLICOS 52

53 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. MATERIALES METÁLICOS 53

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55 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. MATERIALES METÁLICOS 55

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57 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. MATERIALES METÁLICOS 57

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59 METALES NO FERROSOS Níquel. METALES PESADOS 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. MATERIALES METÁLICOS 59

60 METALES NO FERROSOS Cromo. METALES PESADOS 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. MATERIALES METÁLICOS 60

61 METALES NO FERROSOS METALES PESADOS Gritería cromada Cilindro de motor cromado Objeto cromado MATERIALES METÁLICOS 61

62 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. MATERIALES METÁLICOS 62

63 METALES NO FERROSOS METALES PESADOS MATERIALES METÁLICOS 63

64 METALES NO FERROSOS Aluminio. METALES LIGEROS 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. MATERIALES METÁLICOS 64

65 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. MATERIALES METÁLICOS 65

66 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. MATERIALES METÁLICOS 66

67 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

68 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

69 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

70 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

71 METALES NO FERROSOS METALES LIGEROS MATERIALES METÁLICOS 71

72 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

73 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

74 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

75 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

76 METALES NO FERROSOS METALES LIGEROS MATERIALES METÁLICOS 76

77 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

78 METALES NO FERROSOS METALES ULTRA LIGEROS MATERIALES METÁLICOS 78

79 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

80 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

81 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

82 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

83 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

84 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

85 Embutición. TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN 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

86 Doblado. TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN 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

87 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

88 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

89 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

90 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

91 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

92 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

93 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

94 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

95 Sujetar. TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN 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

96 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

97 TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN Máquinas-Herramientas. Sierra circular. Amoladora. Prensa o troquel. MATERIALES METÁLICOS 97

98 TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN Sierra circular. MATERIALES METÁLICOS 98

99 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

100 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

101 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

102 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

103 Cincel. TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN 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

104 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. TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN MATERIALES METÁLICOS 104

105 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

106 TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN MATERIALES METÁLICOS 106

107 Fresadora. TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN 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

108 TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN MATERIALES METÁLICOS 108

109 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

110 Uniones. TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN Para formar conjuntos estables es necesario unir las diferentes piezas entre mediante uniones estables. Estas pueden ser: Uniones Fijas. Uniones Desmontables. MATERIALES METÁLICOS 110

111 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

112 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

113 UNIONES MATERIALES METÁLICOS 113

114 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

115 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

116 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

117 UNIONES MATERIALES METÁLICOS 117

118 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

119 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

120 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

121 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

122 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

123 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

124 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