LOS MATERIALES METÁLICOS INDICE: Los materiales. Los metales. - Obtención de los metales - Tipos de metales. Propiedades de los metales. - Propiedades Físicas (propiedades mecánicas, propiedades térmicas, propiedades eléctricas y magnéticas). - Propiedades Químicas. - Propiedades ecológicas. - Otras propiedades. Metales Ferrosos. - El hierro y las fundiciones. - El acero - Proceso de obtención del acero. Metales no ferrosos Técnicas de conformación. Técnicas de manipulación Uniones.
LOS MATERIALES En la Fabricación de objetos y productos se utilizan materiales: Orgánicos Metálicos Sintéticos Animal Animal La materia prima puede ser de origen Mineral Vegetal Las materias primas Se extraen de la naturaleza satisfacer nuestras necesidades Se transforman para Se elaboran mejorar nuestra calidad de vida Depediendo de las propiedades de los materiales pueden ser adecuados para unos determinados usos y aplicaciones.
MATERIALES Metálicos Férricos Hierro Acero Fundiciones Pesados Cobre y Aleaciones No férricos Ligeros Aluminio Ultraligeros Magnesio No metálicos Maderas y derivados Pétreos Cerámicos Plásticos
Se conocen y utilizan desde la prehistoria hasta la actualidad Los primeros metales usados, hacia el año 4000 a.c. fueron el oro, la plata, el cobre y,posiblemente, el estaño. Se utilizan en todos los sectores: Industria, joyerías, herramientas, transporte, informática Piensa y deduce: a) Qué tienen en común estos productos tecnológicos? b) Qué otros objetos son elaborados con metales? c) De qué materias primas se obtienen estos materiales? d) Sabes de dónde se extraen dichas materias primas?
PROCESO DE OBTENCIÓN Cuando se formó la tierra, la masa fundida contenía los múltiples metales. La mayoría de los metales se combinaron con rocas cuando estaban fundidos para formar minerales metálicos, ejemplo: bauxita y mineral de hierro Muchas veces combinamos metales distintos, o metales con otros materiales para formar aleaciones y mejorar así las propiedades del metal
PROCESO DE OBTENCIÓN Todos los metales se obtienen a través de la minería Minería: Es la extracción física de materiales de la corteza terrestre Minas a cielo abierto Minas subterráneas
Materiales de uso técnico: metales Los materiales metálicos los utiliza el ser humano desde tiempos prehistóricos y están presentes en todas las actividades económicas hoy en día. Obtención Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas. Por ejemplo, el metal hierro se extrae de minerales de hierro como la magnetita o la siderita. Los minerales, que se extraen de las minas, se componen de dos partes: - MENA: es la parte útil del mineral, de la que se extrae el metal. - GANGA: es la parte no útil del mineral. Esta parte se desecha. La ganga debe separarse de la MENA. La rama de la técnica que el ser humano ha desarrollado para obtener el metal de los minerales se llama METALURGIA. Existe una rama de la metalurgia que trabaja sólo con minerales de hierro que se llama SIDERURGIA.
TAMIZADO: Separa las partículas sólidas por su tamaño usando tamices. FILTRACIÓN: Separa partículas sólidas de un líquido utilizando filtros. FLOTACIÓN: Se separa los sólidos de un líquido por su densidad. Los más densos se depositan en el fondo.
Los Metales se pueden dividir en dos grandes grupos: Metales ferrosos: Son aquellos metales que contienen hierro como componente principal. Entre estos están El hierro puro El acero La fundición Metales no ferrosos: Son aquellos metales que no contienen hierro o contienen muy poca cantidad de hierro. Hay muchos: El cobre El aluminio El bronce El cinc El plomo, etc
Hay un tipo de metales no ferrosos que destacan por su valor económico, llamados metales nobles, los cuales son: oro, plata y platino. Otra forma de clasificar los metales es, según si están mezclados entre sí o no, así tenemos: Metal puro: como el cobre, aluminio, oro, plata, plomo, cinc, Aleación: Es la mezcla de dos o más materiales donde al menos uno de ellos, el de mayor proporción, sea un metal. Ejemplo: acero, bronce, latón,
PROPIEDADES Tienen un brillo muy característico. Son más densos y pesados que otros materiales de uso técnico. Su gran resistencia mecánica les permite soportar grandes esfuerzos, presiones o golpes. Algunos de ellos son muy duros. Conducen muy bien el calor y la electricidad. Tienen grandes posibilidades de trabajo, como doblar, cortar, estampar, fundir o moldear.
Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas son aquellas relacionadas con la aplicación de fuerza sobre los metales. Tenemos Dureza: Es la resistencia que ofrece un metal a ser rayado, cortado o perforado. Tenacidad: Es la resistencia que ofrece un metal a romperse cuando es golpeado. Ductilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de convertirse en hilos finos cuando son estirados. Maleabilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de convertirse en láminas finas cuando son extendidos. Fragilidad: Es la facilidad con la que se rompe un metal cuando es golpeado. Es lo contrario de tenacidad. Elasticidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de recuperar su forma inicial cuando finaliza la fuerza que lo ha deformado. Plasticidad: Los metales tienen plasticidad cuando no son capaces de recuperar su forma inicial al finalizar la fuerza que lo ha deformado. Lo contrario de plasticidad es elasticidad.
Propiedades térmicas Las propiedades térmicas son aquellas relacionadas con la aplicación de calor sobre los metales Conductividad térmica: Es la capacidad que tienen los metales para conducir el calor a través de ellos. Todos los metales tienen buena conductividad térmica. Dilatación y contracción: Un metal se dilata cuando aumenta de tamaño al aumentar la temperatura y se contrae cuando disminuye de tamaño al disminuir la temperatura. Fusibilidad: Es la propiedad que tienen los materiales de fundirse, es decir, de pasar de estado sólido a líquido cuando sube la temperatura. Todos los metales tienen fusibildad. Soldabilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de unirse a altas temperaturas.
Propiedades eléctricas Las propiedades eléctricas son aquellas relacionadas con el paso de la corriente eléctrica sobre los metales. Conductividad eléctrica: Es la capacidad que tienen los metales para conducir la corriente eléctrica a través de ellos. Todos los metales tienen buena conductividad eléctricas, por eso son, conductores eléctricos. Los mejores son la plata y el cobre.
Propiedades químicas Son aquellas relacionadas con la forma en que los metales reaccionan con sustancias. Oxidación: Es la facilidad con la que reaccionan el metal con el oxígeno del aire o del agua y cubrirse con una capa de óxido. Los metálicos férricos se oxidan con cierta facilidad, pero el oro apenas se oxida.
Propiedades ecológicas Son aquellas que relacionan los metales con el medio ambiente. Los metales se pueden reciclar: Es decir, que una vez desechados, se pueden reutilizar más adelante. Los metales son materiales no renovables: Es decir, algún día, los metales se agotarán, pues las minas agotarán sus reservas de minerales. Algunos metales son tóxicos: Es decir, hacen daño a los seres vivos. Tenemos el caso del plomo y del mercurio.
DEFINICIÓN Son los metales cuyo componente principal es el hierro El hierro es el metal más empleado en la actualidad. Los procesos de extracción y de obtención del hierro son económicos. Los minerales que contienen hierro son: omagnetita ohematites olimonita osiderita El hierro puede utilizarse como hierro puro o como aleaciones. ALEACIONES: Son mezclas de 2 o más elementos químicos siendo al menos el que se encuentra en mayor proporción un metal
CLASIFICACIÓN Existen 3 tipos de aleaciones de hierro en función del porcentaje de carbono que tenga. Hierro puro: Que apenas es utilizado. La proporción de carbono oscila entre el 0.008 % y el 0.03%. Acero: Es una aleación de hierro y carbono (que no es un metal), de modo que el porcentaje de carbono es de menos de un 1,7% Fundición: Es una aleación de hierro y carbono, de modo que el porcentaje de carbono está entre un 1,7% y un 6,7%.
DIFERENCIAS ENTRE EL ACERO Y LA FUNDICIÓN 1. La fundición tiene más carbono que el acero 2. La fundición es más dura que el acero, es decir, es más difícil de rayar. 3. La fundición es más resistente a la oxidación y al desgaste que el acero. 4. La fundición es muy frágil. Si se intenta deformar se fractura.
VENTAJAS: Color blanco grisáceo Buenas propiedades magnéticas DESVENTAJAS: Se corroe con facilidad Punto de fusión elevado Difícil mecanizado. Resulta frágil y quebradizo. Se emplea en componentes eléctricos y electrónicos
METALES FÉRRICOS Aleaciones de hierro Fundición: entre 1,7 y 6,6% de carbono Son de fácil moldeo, y de mayor resistencia a la corrosión que el acero Aceros: menos del 1,7% de carbono. Tienen una elevada dureza y tenacidad.
EL ACERO El acero fue utilizado por primera vez en China hacia el año 2200 a. C. En Egipto se comenzó a elaborar acero hacia el año 1450 a. C. A partir de 1855, el inglés Bessemer ideó un método mucho más barato que los existentes en su época para la producción de acero.de esta manera, el uso industrial del acero se generalizó en Occidente.
Proceso de obtención del acero El proceso de obtención del acero es un proceso siderúrgico que consta de varios pasos: 1. Extraer de la mina el mineral de hierro 2. Se Lava y tritura el mineral para separar la mena de la ganga. La mena se aprovechará y la ganga se desecha. 3. Se mezcla la mena de hierro con carbón de coque y caliza y se introduce en el llamado alto horno a una temperatura de 1500 ºC. El carbón de coque hace combustible y la caliza ayuda a fundir la mezcla. El alto horno mide más de 30 m de altura. 4. Del fondo del alto horno se obtiene un material líquido llamado arrabio, el cual tiene mucho hierro. Aparte del arrabio sale otra sustancia que se desecha, llamada escoria. El arrabio tiene un alto contenido en carbono que hay que eliminar. Esto se hace en unos recipientes llamados convertidores. 5. En los convertidores se introduce el arrabio y se inyecta oxígeno, para salir acero y más escoria que se desecha.
OBTENCIÓN DEL ACERO
Alto Horno Entra mena de hierro + caliza + carbón de coque Sale: escoria y arrabio En el convertidor Entra: arrabio + oxígeno Sale: Acero + escoria
OBTENCIÓN DEL ACERO
RECICLADO DEL ACERO
DEFINICIÓN Son los metales cuyo componente principal NO es el hierro Los procesos de extracción y de obtención son MUY COSTOSOS. Hay pequeñas concentraciones Elevado consumo de energía para obtenerlo CLASIFICACIÓN (En función de la densidad) Pesados ( Cobre y aleaciones, plomo, estaño, ) No férricos Ligeros (Aluminio) Ultraligeros (magnesio)
METALES NO FÉRRICOS Aluminio: Es blando y dúctil Resistente a la corrosión Buen conductor de electricidad y calor Se utiliza: aviones, automóviles, bicicletas, Cobre: Color rojizo, se oxida en su superficie con un tono verdoso. Alta ductilidad Metal poco duro Buen conductor de electricidad y calor Poco corrosivo Se utiliza: cables eléctricos, tuberías, radiadores, Latón: Aleación de cobre y cinc Fácil de moldear Bastante económico. Se utiliza: artesanía, cubertería, tuberías, Bronce: Es una aleación de cobre + estaño. Tiene elevada ductilidad, resistencia al desgaste y a la corrosión. Se emplea: monedas, tuercas, campanas,
UN POCO DE HISTORIA La metalurgia propiamente dicha nació con los primeros metales trabajados: el cobre, el oro y la plata. Los primeros utensilios de metal eran elaborados por artesanos trabajando el metal en frío. Hacia el año 5000 a. C. se produjo un descubrimiento clave: la fundición de los materiales metálicos. Se utilizaban moldes de arcilla para dar la forma deseada y luego,cuando se enfriaba, el metal adquiría una gran resistencia y dureza. El bronce es una aleación de cobre y estaño empleada por primera vez en Mesopotamia hacia el 3000 a. C. La cantidad de estaño hace variar la dureza de la aleación.
PROCESOS DE FABRICACIÓN Fundición y moldeo: Es el modelado de un metal vertiendo metal fundido en un molde Para obtener formas y relieves complicados Deformación mediante perforadora y troquel Deformación de metal laminado, para obtener piezas planas. Corte y mecanizado: Dar forma a la pieza quitando material sobrante
HERRAMIENTAS Trazar y marcar Regla metálica Punta de trazar Escuadra metálica Granete Compás de trazar
HERRAMIENTAS Cortar, ajustar, perforar Tijeras de chapa Cortatubo Electroesmeriladora Sierra de arco Limas Taladradora de columna
ACTIVIDADES 1. Qué es la siderúrgia? Se llama así al proceso de obtención de aleaciones de hierro 2. Qué es la metalúrgia? Se llama así al proceso de obtención del resto de metales 3. Qué es el acero? Una aleación de hierro con menos del 2% de carbono, bastante resistente, muy empleada en la industria y en la construcción.
Actividades 4. El acero inoxidable es una aleación de: Hierro, carbono, cromo y niquel 5. Por qué las estructuras de los aviones se realizan de aleaciones de aluminio en vez de acero como los coches? El aluminio es tres veces más ligero que el acero, además es muy resistente a la corrosión y tiene una aceptable resistencia a los esfuerzos. 6. El bronce es una aleación de cobre y estaño 7. El latón es una aleación de cobre y cinc
Actividades 8. Relaciona las siguientes columnas Cerradura Cable eléctrico Viga Ventana Hoja de sierra Acero común Aluminio Cobre Acero especial Latón Conductor de electricidad Aspecto decorativo Inoxidable Resistente a los esfuerzos Duro
Actividades 9. Qué materias primas intervienen en la producción de acero? Mineral de hierro Mineral de carbón Minerales fundentes Oxígeno inyectado Otros elementos metálicos 10. Relaciona las siguientes columnas Sierra de arco Doblar un alambre Lima Cortar un tubo de acero Taladradora Eliminar una rebaba Alicates Perforar un perfil Compás de puntas Doblar una chapa en ángulo recto Tijeras de chapa Recortar una pieza de chapa Tornillo de banco Trazar un círculo
ACTIVIDADES 11. La aleación de hierro con más de un 2% de carbono, de fácil moldeo y resistente a la corrosión, recibe el nombre de: Fundición 12. El proceso de fabricación de piezas con formas y relieves complicados que se realiza introduciendo el metal fundido en moldes, se llama: Fundición y moldeo 13. La prensa de troquelado,el torno y la fresadora son máquinas que se emplean para: Dar forma a las piezas metálicas quitando el material sobrante
ACTIVIDADES Exterior: cupro-niquel Interior: 3 capas (niquel-latón/niquel/niquel-latón) Exterior: niquel-latón Interior: 3 capas (cupro-niquel/niquel/cupro-niquel) Oro nórdico: cobre-aluminio-cinc-estaño Acero recubierto de cobre
VOCABULARIO Arrabio: material fundido que se obtiene en el alto horno Colada: etapa de una fundición en donde se vierte el material fundido en un molde Coque: Combustible sólido, ligero y poroso que resulta de calcinar ciertas clases de carbón mineral Escoria: son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales Etalaje: Parte de la cavidad de la cuba de los hornos altos, inferior al vientre y encima de la obra Palanquilla: El forjado en barras de sección cuadrada de cuatro centímetros de lado Refractario: Que resiste la acción del fuego sin alterarse