TEMA 6 Materiales de uso técnico: propiedades. La madera y los metales
1. MATERIALES Y MATERIAS PRIMAS 2. PROPIEDADES DE MATERIALES 3. ELECCIÓN DE MATERIALES 4. LA MADERA 4.1 Definición de madera. Clasificación 4.2 Producción de la madera 4.3 Derivados de la madera 4.4 Herramientas para madera 5. LOS METALES 5.1 Definición 5.2 Clasificación 5.3 Obtención 5.4 Trabajo con metales
Los PRODUCTOS TECNOLÓGICOS se elaboran con MATERIALES TÉCNICOS, que a su vez se obtienen de MATERIAS PRIMAS. Ejemplo: fabricación de un jersey MATERIA PRIMA MATERIAL TÉCNICO PRODUCTO TECNOLÓGICO 1. Materiales y materias primas Materias primas. Son sustancias que se extraen directamente de la naturaleza y se transforman, mediante procesos físicos o químicos, en productos tecnológicos. Las materias primas que han sido manufacturadas pero todavía no son un bien de consumo se denominan materiales técnicos o materiales.
CLASIFICACIÓN ANIMALES VEGETALES MINERALES Materiales técnicos o tecnológicos. Son aquellos materiales que se utilizan directamente en la fabricación de productos tecnológicos. Se obtienen a partir de materias primas. Entre los materiales más utilizados para elaborar productos, destacan: a) Madera: Se obtiene de la parte leñosa de los árboles. Se utiliza como combustible, para la industria papelera, para la fabricación de muebles, elementos de construcción (vigas, escaleras... ), decorativos (esculturas, marcos de fotografías... )... b) Plásticos: Se obtienen artificialmente a partir del petróleo. Los plásticos se utilizan para fabricar tuberías, embalajes, juguetes, recipientes, revestimiento de cables. c) Metales: Se extraen de los minerales que forman parte de las rocas. Los metales se utilizan para estructuras y piezas de máquinas, herramientas, elementos de unión, componentes electrónicos, marcos de ventanas, muebles... d) Pétreos (incluyendo cerámicos y vidrio). Se extraen de las rocas. Son materiales pétreos el mármol, la pizarra, el yeso, el cemento y el hormigón. Normalmente se utilizan como materiales de construcción.
e) Textiles. Estos materiales se utilizan en forma de hilos para elaborar tejidos. Pueden ser naturales o sintéticos. Son materiales textiles la lana, el algodón, la seda, el lino, o el nailon y la lycra. f) Materiales compuestos y aleaciones. Hay ocasiones que interesa combinar las propiedades de varios tipos de materiales en uno solo. Para ello utilizamos materiales compuestos. Por ejemplo: tetrabrick, aglomerado, contrachapado o fibra de vidrio. Normalmente los metales no se utilizan en estado puro, sino que se mezclan con otros formando aleaciones. Acero, bronce y latón son algunas de ellas. 2. Propiedades de los materiales Cada material tiene unas propiedades que: a) Lo diferencian de los demás b) Determinan su uso
2.1. Propiedades físicas 2.2. Propiedades mecánicas 2.3. Propiedades químicas 2.4. Propiedades ecológicas 2.1. Propiedades físicas: Nos indican como es un material y cómo se comporta frente a estímulos Externos como la luz, el calor o la electricidad a) Densidad: relación entre la masa de un material y su volumen.
b) Conductividad eléctrica, térmica o acústica: capacidad de los materiales para dejar pasar o no la corriente, el calor o sonido. Los materiales se clasifican en aislantes, si no permiten su paso o conductores si lo permiten. La conductividad térmica lleva asociado la contracción o dilatación (capacidad de los materiales de aumentar o disminuir su volumen en función de la temperatura y la fusibilidad, capacidad de los materiales de cambiar de estado al pasar cierta temperatura c) Propiedades ópticas.según el comportamiento de los materiales frente a la luz se clasifican en: transparentes, translúcidos y opacos.
d) Porosidad. Atendiendo a los huecos entre partículas. Los materiales pueden ser permeables (como la arena) o impermeables (como la arcilla). 2.2. Propiedades mecánicas: Relacionadas con el comportamiento del material cuando se le somete a esfuerzo: a) Dureza: resistencia de un material a ser rayado. Escala de Mohs: 10 diamante a 1 talco (menos duro). b) Tenacidad/Fragilidad: Capacidad de un material de absorber energía (golpes) sin romperse (absorbe energía). Un material es frágil si cuando le damos un golpe se rompe. tenaz frágil
c) Maleabilidad: es la capacidad de los materiales de deformarse en finas láminas cuando se les comprime. d) Ductilidad: es la capacidad de los materiales de deformarse en finos hilos cuando se les tracciona. e) Elasticidad: es la propiedad de los materiales de recuperar su forma original cuando cesa la fuerza que los deforma. f) Plasticidad: es la propiedad de un material de deformarse permanentemente al cesar la fuerza que los deforma.
g) Resistencia mecánica: es la propiedad de un material de aguantar esfuerzos sin romperse. Los esfuerzos pueden ser de tracción, compresión, flexión, corte o cizalladura o torsión. 2.3. Propiedades químicas: a) Oxidación y corrosión: es la propiedad de algunos materiales que tienen para reaccionar con el oxígeno del aire para formar óxidos, estos en contacto con el agua no se depositan sobre el material, sino que se disuelve (corroe). 2.4. Propiedades ecológicas: Son las que están relacionadas con la mayor o menor nocividad del material para el medio ambiente. a) Reciclabilidad: Es la capacidad de los materiales de recuperarse y reaprovecharse una vez usados.
b) Biodegrabilidad: Es la capacidad de los materiales de, con el paso del tiempo, descomponerse de forma natural en sustancias más simples. c) Toxicidad: Es el carácter nocivo de los materiales para el medio ambiente o los seres vivos. 3. Elección de materiales Al elegir un material para una determinada aplicación,habrá que tener en cuenta los siguientes factores: b) Sus propiedades: resistencia, dureza, flexibilidad, resistencia al calor, conductividad eléctrica, térmica... a) El precio.
c) Las posibilidades de fabricación: las máquinas y herramientas de las que se dispone, la facilidad con que se trabaja... d) Su disponibilidad: la abundancia del material, la proximidad al lugar donde se necesita... e) Su impacto sobre el medio ambiente: si contamina, o es tóxico, o biodegradable Ejemplos. En el primer caso la propiedad que determina el material para construir la malla es la elasticidad, en el segundo la olla debe ser conductor térmico y la cuchara aislante térmico
4. La madera 4.1 Definición de madera. Clasificación La madera un material que se encuentran fundamentalmente en el tronco de los árboles formado por celulosa y lignina Celulosa: es una fibra natural que soporta al árbol como si fuera su esqueleto. Lignina: Hace que la madera sea dura y rígida, es como el pergamento que sujeta a la celulosa. Una vez cortada y secada tiene múltiples usos: biomasa (fuego), papel, fabricación de muebles, medicina, ingeniería... El tronco tiene diferentes partes con propiedades distintas
El tipo de madera obtenida depende del tipo de árbol del que provenga y del tratamiento, y así se clasifican dos tipos de madera: Madera blanda Madera dura Madera blanda: normalmente proviene de árboles resinosos y de hoja perenne. La madera es de color clara y es de fácil manipulación. Por ejemplo tenemos el pino y el abeto. Madera dura: Proviene de árboles de hoja caduca. La madera es oscura de difícil manipulación. Por ejemplo es el roble o ébano.
4.2 Producción de la madera Si queremos obtener un nuevo tablero de madera, necesitamos obtenete la madera del bosque y transformla. 1 Tala. Cortamos la madera empleando potentes sierras 2 Poda. Se quitan las ramas de los troncos 3 Transporte al aserradero
4 Descortezado (a veces en el lugar donde se tala). 5 Corte de la madera en las diferentes formas comerciales 6 Secado, eliminando humedad para prevenir deformaciones, hongos, y tratamientos finales 4.3 Derivados de la madera A partir de la madera natural podemos obtener unos derivados que mejoran las propiedades del producto de partida. Tenemos dos grandes grupos de derivados de la madera: Tableros artificiales Papel
Tableros artificiales Los tableros artificiales tienen propiedades especiales: Son más resistentes a los parásitos (termitas, polillas) y a la humedad. Son más baratos y más respetuosos con el medio ambiente. La madera es transformada a través de diferentes procesos industriales con el fin de obtener capas de madera, fibras básicas o serrín Ejemplos de tableros artificiales: Contrachapado: varias capas de madera (siempre impar) y colocadas transversalmente una respecto a la siguiente. Aglomerado: virutas de madera son pegadas (al 50% con cola), y prensadas. DM : está formado por fibras diminutas que son prensadas y pegadas para crear un tablero que se trabaja como la madera
Papel Se obtiene papel de la madera tras varios procesos industriales. 1. La madera es triturada 2.Se obtiene la pulpa 3. La pulpa es lavada 4 La pulpa es prensada y secada 4.4 Herramientas para madera En el taller verás herramientas para madera que cumplirán las siguientes funciones: 1. Medir y marcar 2. Sujección 3. Cortar 4. Perforar 5. Lijar 6. Unir 7. Acabado
5. Metales. 5.1. Definición Los metales son elementos químicos, buenos conductores del calor y la electricidad, tienen alta densidad y son sólidos a temperatura ambiente excepto el mercurio, poseen un brillo característico y tienen una alta resistencia mecánica. Se encuentran en la naturaleza en rocas y minerales. Resistencia a tracción Fundición Acero Cobre Estaño Cinc Aluminio Magnesio Titanio 18 kg 70kg 18kg 5kg 3kg 10Kg 18kg 70kg Masa(m 3 ) 7600kg 7800kg 8800kg 7300kg 7400kg 2700kg 1700kg 4500kg T de Fusión 1100ºC 1500ºC 1083ºC 231ºC 419ºC 660ºC 650ºC 1800ºC
Son materiales tenaces Son dúctiles y maleables Algunos son magnéticos Son fácilmente reciclables
5.2. Clasificación de los metales Producción mundial de metales Debido a la importancia del hierro (es abundante y barato, abarca el 90% de la producción mundial de metales) clasificamos los metales en: Metales Férricos: el hierro y sus aleaciones (una aleación es una mezcla homogénea de 2 o más elementos, uno de ellos tiene carácter metálico. Metales No-Férricos: el resto de los metales que no contienen hierro. Estos a su vez se subdividen en ligeros (pesan menos que el hierro) y pesados (pesan más).
5.2.1. Metales Férricos Hierro Puro El hierro es un metal muy abundante. Es frágil y quebradizo. Se oxida muy fácilmente. Tiene buenas propiedades magnéticas. El hierro no se usa en estado puro, sino que se mezcla con pequeñas cantidades de carbonoformando aleaciones férricas. Cómo modifica el carbono las propiedades del hierro? Cuanto más carbono añadimos al hierro, más dura es la aleación que obtenemos, pero también aumenta la fragilidad.
Aleaciones Férricas a) Hierro Dulce ( C<0,1%) Muy parecido al hierro puro. Aunque en un principio era muy utilizado debido a su fácil producción, en la actualidad se usa básicamente en los núcleos de los electroimanes gracias a sus propiedades magnéticas. Blando por su bajo contenido en carbono. Color plateado. Aplicaciones eléctricas y electrónicas.
b) Aceros ( 0,1%<C<2% ) Gracias a sus propiedades son las aleaciones férricas más versátiles. Dúctiles y maleables. Alta resistencia mecánica. Son tenaces. Aumenta la dureza y fragilidad con la cantidad de carbono. Combinándolos con otros metales se puede aumentar su resistencia (vanadio) y hacerlos inoxidables (cromo y níquel).
c) Fundiciones ( 2%<C<5% ) Se utilizan para fabricar piezas complicadas mediante moldeo en arena y para herramientas que requieran gran dureza como las limas y las escofinas. Más duras y menos tenaces que el acero debido a la mayor cantidad de carbono. Poco dúctiles, pero se hacen maleables añadiendo magnesio. Se funden más fácilmente que el acero.
5.2.2. Metales no férricos. Metales pesados (mayor densidad que el Acero) a) Cobre Color rojizo Excelente conductor térmico y eléctrico Resistente a la corrosión Fácil de soldar Muy dúctil y maleable b) Estaño Color blanco azulado y brillante Blando Resistente a la corrosión Bajo punto de fusión
c) Oro El más maleable y dúctil de todos los metales Muy resistente a la corrosión Buen conductor eléctrico y térmico Alto valor económico d) Plomo Color gris Muy blando Punto de fusión bajo Dúctil y maleable Muy tóxico
e) Zinc Color blanco Muy resistente a la corrosión 5.2.2. Metales no férricos. Metales ligeros y ultraligeros (menor densidad que el acero) a) Aluminio Color blanco brillante Ligero con buena resistencia No tóxico Barato No se oxida
b) Magnesio Muy ligero Caro Reacciona violentamente con el oxígeno c) Titanio Muy caro Ligero y muy resistente Biocompatible
5.2.2. Metales no férricos. Aleaciones a) Latón (Cobre+Zinc) Color amarillo Muy dúctil y maleable Buena resistencia a la tracción b) Bronce (Cobre+Estaño 3-20%) Primera aleación Color amarillo oscuro Más resistente que el latón Muy resistente a la corrosión Buena sonoridad Muy fluido cuando se funde, así se pueden moldear piezas complicadas.
c) Aluminio, Cobre y Magnesio Ligero y más resistente a los esfuerzos que el aluminio puro. d) Magnesio y Aluminio Aleados tienen más resistencia mecánica e) Titanio y Aluminio El aluminio abarata el coste de las piezas hechas con titanio.
5.3 Obtención de los Metales La mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza formando parte de los minerales en forma nativa (por ejemplo oro, como óxido (por ejemplo hematita) o sulfuro (pirita) Cuprita: rica en cobre Pirita: rica en hierro Hematita: rica en hierro Oro puro Bauxita: rica en aluminio Blenda: rica en zinc Los minerales se extraen en las minas que pueden ser a cielo abierto o subterráneas
5.3.1. Obtención de los Aceros y Fundiciones Carbón Mineral de hierro Caliza Altos hornos Horno convertidor Cuchara de fundición Torpedos de fundición De los altos hornos se obtiene fundición con mucho carbono, para disminuir la cantidad de carbono (afino), se usa el horno convertidor obteniéndose los aceros.
5.3.2. Obtención de los metales en general Se utiliza electricidad sobre el mineral triturado, separada mena y ganga (mediante baño) y fundido. El metal al ser + se va a ir al polo y conseguimos separarlo del resto de sustancias.
5.4. Trabajo con Metales Medir y Marcar Sujetar y Doblar Cortar Unir Desbastar Taladrar Acabados