Materiales metálicos

1 Los metales

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.

Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas.

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 es profundo 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.

Técnicas de separación

• Tamizado. Consiste en la separación de las partículas sólidas según su tamaño mediante tamices.

• 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 de un líquido.

• Metales ferrosos. Son aquellos cuyo componente principal es el hierro.

• Metales no ferrosos. Son materiales metálicos que no contienen hierro o que lo contienen en muy pequeñas cantidades.

• Propiedades de los metales

La gran cantidad de aplicaciones que presentan los metales se debe a sus notarias propiedades, principalmente las mecánicas, térmicas y eléctricas.

Las propiedades físicas se ponen de manifiesto ante estímulos como la aplicación de fuerzas, la electricidad, calor o la luz.

Propiedades mecánicas

Son las relativas a la aplicación de fuerzas.

Dureza: los metales son duros no se rayan ni pueden perforarse fácilmente; además resisten los esfuerzos a los que son sometidos.

Plasticidad y elasticidad: algunos metales se deforman permanentemente cuando actúan sobre ellos fuerzas externas. Otros muestran un fuerte carácter elástico y son capaces de recuperar su forma original

tras la aplicación de una fuerza externa.

Maleabilidad: ciertos metales pueden ser extendidos en láminas muy finas si llegar a romperse.

Tenacidad: muchos metales presentan una gran resistencia a romperse cuando son golpeados.

Ductilidad: algunos metales pueden ser estirados en hilos largos y finos.

Propiedades térmicas

Las propiedades térmicas son las relativas a la aplicación del calor.

Conductividad eléctrica: todos los metales presentan una gran conductividad térmica.

Fusibilidad: los metales tienen la propiedad de fundirse, aunque cada metal lo hace a temperatura diferente.

Dilatación y contracción: los metales se dilatan cuando aumenta la temperatura se contraen si disminuye la temperatura.

Soldabilidad: muchos metales pueden soldarse con facilidad a otras piezas del mismo metal o de otro diferente.

Propiedades eléctricas y magnéticas

Los metales permiten el paso de la corriente eléctrica con facilidad; son, por tanto buenos conductores de la electricidad.

Algunos metales presentan un característico comportamiento magnético, que consiste en su capacidad de atraer a otros metales.

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.

El impacto medioambiental de los materiales tecnológicos puede llegar a ser muy grave; aunque la mayoría de ellos son reciclables.

Otras propiedades de los metales que permiten usos específicos son las siguientes:

• Los metales son muy buenos conductores de las ondas acústicas.

• Los metales son impermeables.

• Metales ferrosos

El metal más empleado en la actualidad es el hierro en cualquiera de sus presentaciones, ya que tanto las técnicas de extracción del mineral como los procesos de obtención del metal son relativamente económicos. Minerales que contienen mucho hierro: la magnetita, la hematites, la limonita y la siderita.

El hierro es un metal de color blanco grisáceo que presenta algunos inconvenientes: se corroe con facilidad, tiene un punto de fusión elevado y es de difícil mecanizado, 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 es mezclado con carbono; la fundición presenta una elevada dureza y una resistencia al desgaste.

El acero es una aleación del hierro con una pequeña cantidad de carbono. De este modo se obtienen materiales de elevada dureza y tenacidad y con una mayor resistencia a la tracción.

Los aceros pueden contener otro elementos químicos, a fin de mejorar propiedades específicas; se obtienen así los aceros aleados que son: Silicio, Manganeso, Cromo, Níquel y Wolframio

En primer lugar el mineral de hierro es lavado y sometido a procesos de trituración y cribado. A continuación, se mezcla el mineral de hierro con carbón y caliza y se introduce en el interior de un alto horno a más de 1500 ºC. De este modo, se obtiene el arrabio.

El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono y eliminar impurezas; en estos procesos se ajusta la composición del acero, añadiendo los elementos que procedan en cada caso.

• Materiales no ferrosos

El hierro es el metal más utilizado en la actualidad. Sin embargo, algunas de sus propiedades hacen que resulte poco adecuado para determinados usos. Por ello, se utilizan otros muchos materiales metálicos no procedentes del hierro.

Cobre: El cobre se obtiene a partir de los minerales cuprita, calcopirita y malaquita. Presenta una alta conductividad eléctrica y térmica, así como una notable maleabilidad y ductilidad. Es un metal blando, de color rojizo y brillo intenso. Se oxida en su superficie, que adquiere entonces un color verdoso.

Latón: Es una aleación de cobre y cinc. Presenta una alta resistencia a la corrosión y soporta el agua y el vapor de agua mejor que el cobre.

Bronce: Es una aleación de cobre y estaño. Este metal presenta una elevada ductilidad y una buena resistencia al desgaste y a la corrosión.

Plomo: Se obtiene de la casiterita. Es un metal de color blanco brillante, muy blando, poco dúctil, pero muy maleable, y no se oxida a temperatura ambiente. Emite un ruido característico cuando se parte, denominado “grito de estaño”.

Cinc: Se obtiene de la blenda y la calcamina. Es un metal de color gris azulado, brillante, frágil en frío y de baja dureza.

Aluminio: Se obtiene de la bauxita, un minera muy escaso, motivo por lo que el cual el aluminio no se ha conocido hasta fechas relativamente recientes. Es un metal blanco y plateado, que presenta una alta resistencia a la corrosión. Es muy blando, de baja densidad y gran maleabilidad y ductilidad. Presenta una alta conductividad eléctrica y térmica.

Titanio: Este metal se extrae de dos minerales, el rutilio y la ilemita. Es de color blanco plateado, brillante ligero, muy duro y resistente.

Magnesio: El magnesio se extrae de diferentes minerales, como el olivino, el talco, el abesto y la magnesita. Es un metal de color blanco brillante similar a la plata, muy ligero, blando, maleable y poco dúctil.

• Técnicas de conformación

Para obtener piezas de diferentes formas y productos industriales, se somete el material a una serie de procesos de conformación, que se eligen en función del metal y de la aplicación que se vaya a dar al mismo.

Esta técnica consta de los siguientes pasos:

• 1. El metal es molido hasta convertirlo en polvo.

• 2. Se prensa en 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.

5.2. Moldeo

Consiste en introducir el metal en un recipiente que dispone de una cavidad interior, puede estar fabricado a base de arena, acero o fundición.

El moldeo se realiza siguiendo estos pasos.

• 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.

5.3. Deformación

Comprende un conjunto de técnicas en las que se modifica la forma de una pieza metálica mediante la aplicación de fuerzas externas. La deformación se puede llevar a cabo tanto en frío como en caliente.

Existen diversas técnicas que son:

Laminación: Se hace pasar la pieza por unos laminadores, disminuye su grosor y aumenta su longitud.

Forja: Se somete la pieza a esfuerzos de compresión repetidos y continuos mediante un martillo o maza. La forja manual es una técnica antiquísima que se lleva a cabo en fraguas.

La forja industrial reemplaza a la forja manual, la pieza se coloca sobre una plataforma que hace varias veces de yunque.

Extrusión: Se hace pasar la pieza metálica por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de compresión mediante un pistón. Se pueden obtener así piezas largas con el perfil apropiado.

Estampación: Se introduce una pieza metálica en caliente entre dos matrices 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.

Embutición: consiste en golpear una plancha de forma que se adopte al molde o matriz con la forma deseada.

Doblado: Se somete una plancha a un esfuerzo de flexión a fin de que adopte una forma curva con un determinado radio de curvatura.

Trefilado: Se hace pasar la punta afilada de un alambre por un orificio con las dimensiones y la forma deseada. A continuación, se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina de arrastre giratoria y al atravesar el alambre el orificio aumenta su longitud y disminuye su sección.