INDICE

I.- INTRODUCCIÓN

¿QUÉ SON LOS METALES?

II.1 Propiedades Físicas

II.2 Propiedades químicas

II.3 Estructura Electrónica

III.- ESTRUCURA DE LOS METALES

IV.- PROPIEDADES DE LOS METALES

V.- LA METALURGIA Y SUS PROCESOS

V.1 Tabla Producción Minera Mundial

PROCESOS INDUSTRIALES DE FABRICACIÓN DE METALES

APLICACIONES DE LOS METALES

EL HIERRO

VIII.1) Propiedades

VIII.2) Estado Natural

VIII.3) Hierro Puro

VIII.4) Producción

VIII.5) Utilización

VIII.6) Formas Comerciales

VIII.7) Compuestos

VIII.8) Protección del Hierro

EL ACERO

IX.1) Siderometalurgia

IX.2) Estructura del Acero

IX.3) Clasificación del Acero

IX.4) Tratamientos

IX.5) Usos del Acero

X) RESERVAS MINERAS EN CHILE

X.1) El Cobre

X.2) El Oro

XI) METALES Y ALEACIONES NO FÉRREAS

XII) CONCLUSION

XIII) BIBLIOGRAFIA

I. INTRODUCCION

En la naturaleza existen una considerable cantidad de metales que se pueden obtener a través de su directa extracción en sus estados primitivos, pero para la realización de esta investigación solo se usarán los más usados en la construcción u otras aplicaciones de importancia También hemos tratado de mostrar de manera clara, no cayendo en el engorroso lenguaje técnico, los distintos ámbitos de la extracción, refinado, tratamientos térmicos, corrosión y aleaciones de los metales.

Los metales tienen una gran importancia para nuestra sociedad desarrollada de hoy en día. Sin los metales y los recursos minerales seguramente no podríamos tener muchos de los “lujos” de los que disponemos:

Pocos de estos metales se encuentran de forma nativa en la naturaleza; estos pueden encontrarse químicamente combinados formando diversos compuestos minerales, tales como óxidos, carbonatos, sulfuros, etc.

Estos compuestos se hallan en los yacimientos formando la mena, que es toda materia de origen natural de la cual se puede extraer uno o más metales.

Las menas, generalmente contienen cantidades variables de materias extrañas, piedras o tierras, que se denominan gangas. La combinación de la mena y la ganga es lo que constituye el mineral.

Se considera que el hierro fue el primer material utilizado por el hombre, llegándose a creer que ya era conocido siete mil años antes de J.C. No se ha podido establecer con exactitud su edad, porque éste se destruye al convertirse en herrumbre u orín.

II. ¿Qué son los metales?

Los metales, a modo de definición, son un grupo de elementos químicos que presentan todas o gran parte de las siguientes propiedades físicas: estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que es líquido; opacidad, excepto en capas muy finas; buenos conductores eléctricos y térmicos; brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido. Como otra definición más sencilla podemos decir que los metales son elementos simples que se caracterizan por poseer un brillo especial, por una buena conductividad del calor y de la electricidad, un cierto grado de plasticidad y una tendencia clara a formar cationes (grupos de átomos con carga positiva).

Existen 80 metales, llamándose el resto de los elementos, no metales.

Entre los metales se distinguen varios grupos o familias, que ocupan lugares en el sistema periódico.

• metales alcalinos

• metales normales

• metales de transición

• tierras raras (o metales de doble transición)

• metales ferroaleables

• metales no ferrosos

• metaes preciosos

• metales nucleares

Metales y no metales se encuentran separados en el sistema periódico por una línea diagonal de elementos. Los elementos a la izquierda de esta diagonal son los metales, y los elementos a la derecha son los no metales. Los elementos que integran esta diagonal —boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, teluro, polonio y astato— tienen propiedades tanto metálicas como no metálicas. Los elementos metálicos más comunes son los siguientes: aluminio, bario, berilio, bismuto, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto, cobre, oro, iridio, hierro, plomo, litio, magnesio, manganeso, mercurio, molibdeno, níquel, osmio, paladio, platino, potasio, radio, rodio, plata, sodio, tantalio, talio, torio, estaño, titanio, volframio, uranio, vanadio y cinc. Los elementos metálicos se pueden combinar unos con otros y también con otros elementos formando compuestos, disoluciones y mezclas. Una mezcla de dos o más metales o de un metal y ciertos no metales como el carbono se denomina aleación. Las aleaciones de mercurio con otros elementos metálicos son conocidas como amalgamas.

Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades físicas. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto es rosáceo, el cobre rojizo y el oro amarillo. En otros metales aparece más de un color, y este fenómeno se denomina pleocroismo. El punto de fusión de los metales varía entre los -39 °C del mercurio, a los 3.410 °C del tungsteno. El iridio, con una densidad relativa de 22,4, es el más denso de los metales. Por el contrario, el litio es el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. La mayoría de los metales cristalizan en el sistema cúbico, aunque algunos lo hacen en el hexagonal y en el tetragonal. 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. Todos los metales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse. Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio, tienen un coeficiente de dilatación extremadamente bajo.

II.1) Propiedades físicas

Los metales suelen ser duros y resistentes. Aunque existen ciertas variaciones de uno a otro, en general los metales tienen las siguientes propiedades: dureza o resistencia a ser rayados; resistencia longitudinal o resistencia a la rotura; elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación; maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo; resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas y ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas.

II.2) Propiedades químicas

Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos.

Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

II.3) Estructura electrónica

En sus primeros esfuerzos para explicar la estructura electrónica de los metales, los científicos esgrimieron las propiedades de su buena conductividad térmica y eléctrica para apoyar la teoría de que los metales se componen de átomos ionizados, cuyos electrones libres forman un 'mar' homogéneo de carga negativa. La atracción electrostática entre los iones positivos del metal y los electrones libres, se consideró la responsable del enlace entre los átomos del metal. Así, se pensaba que el libre movimiento de los electrones era la causa de su alta conductividad eléctrica y térmica. La principal objeción a esta teoría es que en tal caso los metales debían tener un calor específico superior al que realmente tienen.

En 1928, el físico alemán Arnold Sommerfeld sugirió que los electrones en los metales se encuentran en una disposición cuántica en la que los niveles de baja energía disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados. En el mismo año, el físico suizo estadounidense Felix Bloch, y más tarde el físico francés Louis Brillouin, aplicaron esta idea en la hoy aceptada 'teoría de la banda' para los enlaces en los sólidos metálicos.

De acuerdo con dicha teoría, todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado de electrones de valencia con los que unirse a los átomos vecinos. Por ello se requiere un amplio reparto de electrones entre los átomos individuales. El reparto de electrones se consigue por la superposición de orbitales atómicos de energía equivalente con los átomos adyacentes. Esta superposición va recorriendo toda la muestra del metal, formando amplios orbitales que se extienden por todo el sólido, en vez de pertenecer a átomos concretos. Cada uno de estos orbitales tiene un nivel de energía distinto debido a que los orbitales atómicos de los que proceden, tenían a su vez diferentes niveles de energía. Los orbitales, cuyo número es el mismo que el de los orbitales atómicos, tienen dos electrones cada uno y se van llenando en orden de menor a mayor energía hasta agotar el número de electrones disponibles. En esta teoría se dice que los grupos de electrones residen en bandas, que constituyen conjuntos de orbitales. Cada banda tiene un margen de valores de energía, valores que deberían poseer los electrones para poder ser parte de esa banda. En algunos metales se dan interrupciones de energía entre las bandas, pues los electrones no poseen ciertas energías. La banda con mayor energía en un metal no está llena de electrones, dado que una característica de los metales es que no poseen suficientes electrones para llenarla. La elevada conductividad eléctrica y térmica de los metales se explica así por el paso de electrones a estas bandas con defecto de electrones, provocado por la absorción de energía térmica.

III. ESTRUCTURA DE LOS METALES

Se le llama estructura de los metales a la disposición ordenada y geométrica, en el espacio, de los constituyentes de la materia en estado sólido (átomos, moléculas y grupos de moléculas). La estructura está ligada íntimamente con el comportamiento de un metal, por lo que es conveniente efectuar un estudio elemental de la misma.

Hay que considerar dos tipos de estructura, la cristalina y la granular.

Estructura Cristalina: En esta estrucutura, los átomos estánordenados en el espacio según una red geométrica constituída por la repetición de un elemento básico llamado cristal. Se conocen catorce redes espaciales distintas las cuales son las únicas formas posibles de ordenar los átomos en el espacio. La mayor parte de los metales cristalizan en las redes siguientes: cúbica centrada, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta.

Estructura Granular: En esta otra estructura, el elemento fundamental es el grano, constituido por agrupación de cristales.

Los granos son de forma irregular y su tamaño oscila entre 0,002 y 0,2 mm, lo cual depende pricipalmente:

• Del proceso de fabricación del metal, ya que, por ejemplo, los aceros desoxidados con el aluminio son de granos más finos que los desoxidados con silicio.

• De los procesos térmicos a los cuales fue sometido el metal; por ejemplo, el grano de acero, crece al calentar el material a partir de 850°C.

Cuanto mayor es el grano de que está constituido un metal, peores son, en general, sus propiedades mecánicas. Según expertos, es debido a que los materiales de nivel técnico, tales como los utilizados en la industria, contienen siempre una cantidad muy pequeña de impurezas las cuales son muy finas y frágil por lo que se concentran formando capas que envuelven los granos y los separan unos de otros.

Por una misma proporción de impurezas a repartir en la superficie de los metales resultan capas mas delgadas cuanto mas pequeños son estos, ya que la superficie total para la misma masa de metal es mayor que si los granos son grandes. Además, si las capas son muy delgadas, son en general discontinuas, quedando los granos bien unidos por las discontinuidades.

IV. PROPIEDADES DE LOS METALES

* Metales dúctiles:

La ductilidad es una propiedad de un metal, una aleación o cualquier otro material que permite su deformación forzada, en hilos, sin que se rompa o astille. Cuanto más dúctil es un material, más fino es el alambre o hilo, que podrá ser estirado mediante un troquel para metales, sin riesgo de romperse. Decimos entonces que un metal dúctil es todo aquel que permite su deformación forzada, en hilos, sin que se rompa o astille.

* Metales Maleables:

La maleabilidad es la posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo, ¿qué quiere decir entonces? Que puede batirse o extenderse en planchas o laminas.

Otras propiedades básicas de los metales son:

* Elasticidad: las deformaciones desaparecen cuando se anula el esfuerzo que las provoca

* Plasticidad: Permite que el material tenga deformación permanente sin llegar a la rotura

* Tenacidad: Energía requerida para producir la rotura.

* Resiliencia: Energía absorbida por el material en un régimen elástico

* Fragilidad: Opuesta a la ductilidad, el material se rompe con deformación nula o despreciable.

* Tensión: Relación entre fuerza y superficie.

* Extensión: Es la propiedad de ocupar espacio. Este espacio ocupado se llama volumen.

* Impenetrable: Se denomina así a la propiedad que tienen los cuerpos de no ser ocupado su espacio, simultáneamente, por otro cuerpo. La impenetrabilidad se debe a la sustancia que lleva su volumen llamada masa.

* Gravidez: Todos los cuerpos están sometidos a la acción de la gravedad; por lo tanto son pesados. Se denomina peso específico al peso de la unidad de volumen de un cuerpo. Comparando los metales se ve que a igualdad de volumen unos pesan más que otros, como si su masa fuera mas compacta.

* Calor específico: Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo de 0 hasta 1°C.

Se expresa en calorías gramos y es muy elevado en los metales. Su valor es muy importante ya que permite conocer la cantidad de calor necesaria para suministrar a una masa de metal para elevar su temperatura hasta la transformación o fusión.

* Calor latente de fusión: Es la cantidad de calor que absorbe la unidad de masa de un metal al pasar del estado sólido al líquido. Se expresa en calorías gramo. Cuanto mas baja es la temperatura de fusión de un metal, menor es su calor específico, menor su calor latente de fusión y más económico su empleo para la fusión y el moldeado.

* Conductividad Calorífica: La conductividad calorífica o térmica es una propiedad de los metales que les permite transmitir el calor a través de su masa. El coeficiente de conductividad térmica es la cantidad de calor, en calorías, capaz de atravesar en un segundo y perpendicularmente una placa metálica de un centímetro cuadrado de superficie y 1 cm de espesor, siendo la diferencia entre las caras de la placa un grado. Se exp´resa en cal/seg/cm/grado.

* Dilatación: Es elaumento de volumen que experimentan los cuerpos al elevar su temperatura. Esta propiedad se suele expresar por el aumento unitario de longitud que sufre el metal al elevarse en un grado su temperatura, llamado coeficiente de dilatación lineal.

* Conductividad Eléctrica: Es una propiedad casi exclusiva de los metales y consiste enla facilidad que poseen de transmitir la corriente eléctrica a través de su masa. La inversa de la conductividad es la resistividad eléctrica, o sea la resistencia que oponen al paso de electrones.

* Soldabilidad: Es la propiedad que tienen algunos metales, por medio de la cual dos piezas de los mismos se pueden unir formando un solo cuerpo.

* Oxidación: Los metales en la construcción se oxidan por acción del oxígeno del aire. Hay metales impermeables en los cuales la pequeña capa de óxido o carbonato que se le forma en la superficie, protege al resto de metal, como es el caso del cobre, aluminio, plomo, estaño y cinc, entre otros. Hay otros metales, como el hierro, que son permeables y la oxidación penetra el metal hasta destruirlo.

* Temple: Es la propiedad para la cual adquiere el acero una dureza extraordinaria al calentarlo de 600 C y enfriándolo bruscamente en agua.

V. LA METALURGIA Y SUS PROCESOS

A las operaciones físicas y químicas necesarias para extraer los metales de sus menas y la preparación posterior para su uso, se le llama Metalurgia.

Hay que someter a loso minerales a una serie de operaciones cuya finalidad es separar la mena de la ganga y después aislar el metal. Las operaciones son las siguientes:

• Tratamiento preliminar, en el cual son removidas las materias extrañas y el mineral es puesto en forma adecuada para el tratamiento inmediato.

• Reducción, consiste en reducir al componente del metal en metal libre.

• Refinamiento, el metal es purificado, y en algunos casos se le añade sustancias con el propósito de darle cierta propiedades al producto final.

Uno de los métodos de concentración mecánica más sencillos es la separación por gravedad. Este sistema se basa en la diferencia de densidad entre los metales nativos y compuestos metálicos y los demás materiales con los que están mezclados en la roca. Cuando se tritura el mineral o el concentrado de mineral y se suspende en agua o en un chorro de aire, las partículas de metal o del compuesto metálico, más pesadas, caen al fondo de la cámara de procesado y el agua o el aire se llevan la ganga (material residual), más ligera. La técnica de los buscadores de oro para separar el metal de las arenas auríferas mediante cribado, por ejemplo, es un proceso de separación por gravedad a pequeña escala. Del mismo modo, la mayor densidad relativa de la magnetita, un mineral de hierro, permite separarla de la ganga con la que se encuentra mezclada.

La flotación es hoy el método más importante de concentración mecánica. En su forma más simple, es un proceso de gravedad modificado en el que el mineral metálico finamente triturado se mezcla con un líquido. El metal o compuesto metálico suele flotar, mientras que la ganga se va al fondo. En algunos casos ocurre lo contrario. En la mayoría de los procesos de flotación modernos se emplean aceites u otros agentes tensioactivos para ayudar a flotar al metal o a la ganga. Esto permite que floten en agua sustancias de cierto peso. En uno de los procesos que utilizan este método se mezcla con agua un mineral finamente triturado que contiene sulfuro de cobre, al que se le añaden pequeñas cantidades de aceite, ácido y otros reactivos de flotación. Cuando se insufla aire en esta mezcla se forma una espuma en la superficie, que se mezcla con el sulfuro pero no con la ganga. Esta última se va al fondo, y el sulfuro se recoge de la espuma. El proceso de flotación ha permitido explotar muchos depósitos minerales de baja concentración, e incluso residuos de plantas de procesado que utilizan técnicas menos eficientes. En algunos casos, la llamada flotación diferencial permite concentrar mediante un único proceso diversos compuestos metálicos a partir de un mineral complejo.

Los minerales con propiedades magnéticas muy marcadas, como la magnetita, se concentran por medio de electroimanes que atraen el metal pero no la ganga.

La concentración electrostática utiliza un campo eléctrico para separar compuestos de propiedades eléctricas diferentes, aprovechando la atracción entre cargas opuestas y la repulsión entre cargas iguales.

Los métodos de separación o concentración química son en general los más importantes desde el punto de vista económico. Hoy, esta separación se utiliza con frecuencia como segunda etapa del proceso, después de la concentración mecánica. La fundición proporciona un tonelaje mayor de metal refinado que cualquier otro proceso. Aquí, el mineral metálico, o el concentrado de un proceso de separación mecánica, se calienta a elevadas temperaturas junto con un agente reductor y un fundente. El agente reductor se combina con el oxígeno del óxido metálico dejando el metal puro, mientras que el fundente se combina con la ganga para formar una escoria líquida a la temperatura de fundición, por lo que puede retirarse de la superficie del metal. La producción de hierro en los altos hornos es un ejemplo de fundición; este mismo proceso se emplea para extraer de sus minerales el cobre, el plomo, el níquel y muchos otros metales.

La amalgamación es un proceso metalúrgico que utiliza mercurio para disolver plata u oro formando una amalgama. Este sistema ha sido sustituido en gran medida por el proceso con cianuro, en el que se disuelve oro o plata en disoluciones de cianuro de sodio o potasio. En los diversos procesos de lixiviación o percolación se emplean diferentes disoluciones acuosas para disolver los metales contenidos en los minerales. Los carbonatos y sulfuros metálicos se tratan mediante calcinación, calentándolos hasta una temperatura por debajo del punto de fusión del metal. En el caso de los carbonatos, en el proceso se desprende dióxido de carbono, y queda un óxido metálico. Cuando se calcinan sulfuros, el azufre se combina con el oxígeno del aire para formar dióxido de azufre gaseoso, y también resulta un óxido metálico. Los óxidos se reducen después por fundición.

La sinterización y la nodulación aglomeran partículas finas de mineral. En la primera se utiliza un combustible, agua, aire y calor para fundir las partículas finas de mineral y convertirlas en una masa porosa. En la nodulación, las partículas se humedecen, se convierten en pequeños nódulos en presencia de un fundente de piedra caliza y a continuación se cuecen.

Otros procesos, entre los que destacan la pirometalurgia (metalurgia de altas temperaturas) y la destilación, se emplean en etapas posteriores de refinado en diversos metales. En el proceso de electrólisis , el metal se deposita en un cátodo, bien a partir de disoluciones acuosas o en un horno electrolítico. El cobre, el níquel, el cinc, la plata y el oro son varios ejemplos de metales refinados por deposición a partir de disoluciones acuosas. El aluminio, el bario, el calcio, el magnesio, el berilio, el potasio y el sodio se procesan en hornos electrolíticos.

V.1. TABLA PRODUCCIÓN MINERA MUNDIAL (METALES)

	METAL		PRODUCCIÓN MINERA MUNDIAL EN 1994 (toneladas de metal contenido)	APLICACIONES
	Hierro		975.000.000	Fundición, acero, metalurgia
	Sodio		180.000.000 (1)	Sal, reactores nucleares
	Potasio		23.000.000	Abonos, química
	Aluminio		19.290.000 (2)	Electricidad y mecánica, envases
	Cobre		9.500.000	Electricidad y mecánica
	Cromo		9.329.000	Acero inoxidable, química, materiales refractarios, metalurgia
	Cinc		6.700.000	Construcción, revestimientos anticorrosión
	Bario		4.000.000 (3)	Química, pinturas, insonorización, vidrio
	Plomo		2.815.100 (4)	Acumuladores, química
	Níquel		842.000	Metalurgia
	Magnesio		263.000 (5)	Industria aeronáutica, farmacia
	Estaño		180.000	Soldadura, química
	Litio		150.000	Industria nuclear, vidrio, cerámica
	Molibdeno		95.000	Electricidad, materiales refractarios, pigmentos
	Vanadio		35.000	Metalurgia, industria nuclear
	Uranio		32.200	Combustible nuclear
	Volframio		31.000	Industria eléctrica, metalurgia
	Torio		26.000	Materiales refractarios, revestimiento de cátodos
	Cobalto		21.000	Metalurgia, química
	Cadmio		18.900 (5)	Acumuladores, pigmentos, estabilizantes
	Plata		13.234	Fotografía, electricidad, joyería, monedas
	Titanio		4.000 (6)	Pinturas, materiales compuestos, aeronáutica
	Oro		2.215	Joyería, monedas, electrónica
	Mercurio		1.985 (5)	Equipos eléctricos, física
	Platino		126	Convertidores catalíticos, joyería
	Rodio		10 (2)	Convertidores catalíticos, química
	(1) En forma de sal (cloruro de sodio)
	(2) Metal primario
	(3) Producción de baritina (mineral de bario)
	(4) 1995
	(5) Metal producido
	(6) Óxido de titanio contenido
	Fuentes: Imetal, Oficina Mundial de Estadísticas sobre el Metal, Organización de las Naciones Unidas (ONU)

VI. PROCESOS INDUSTRIALES DE FABRICACIÓN EN METALES

FABRICACIÓN INDUSTRIAL CON METALES

La fabricación de productos metálicos o componentes para su montaje en productos toma muchas formas:

ESTAMPACIÓN: Es uno de los procedimientos de prensa más sencillo.

Se usa una perforadora endurecida para acuñar el metal laminado a través de un troquel.

2. TROQUELADO: Es el modelado de componentes del metal laminado entre una perforadora y un troquel. Los componentes fabricados de esta forma tienen medidas muy exactas y el endurecimiento por medios mecánicos le proporcionan resistencia y rigidez.

3. FRESADO:El fresado es el empleo de una cortadora giratoria que da forma a la pieza metálica que se trabaja en la maquina. La pieza esta sujeta a una mesa que se puede mover en relación a la fresa.

4. RECTIFICADO: Es el proceso de eliminación por medio del contacto autolimpiador de un material abrasivo como el carborundo. A diferencia del corte profundo con una herramienta metálica, el rectificado aplica sólo una fuerza diminuta a la pieza que se trabaja en la máquina.

5. TALADRO: Taladrar un agujero circular es una de las operaciones más corrientes de cortes de metales. La herramienta cortante suele ser una barra espiral. En industrias son corrientes las taladradoras pluricabezales.

6. FORJA: La forja es el modelado del metal empleando fuerzas de compresión.

El metal suele estar caliente, pero algunos procedimientos se llevan a cabo en frío. La forja que ha alcanzado la temperatura especificada aumenta la plasticidad del metal, y disminuye las fuerzas necesarias para trabajarlo.

7. FORJA DE ESTAMPACIÓN: Es la formación de un componente con una barra metálica o palanquilla entre dos medios troqueles. El metal caliente se coloca en el troquel inferior y el golpe de un martillo mecánico la fuerza a entrar en la cavidad entre el troquel superior y el inferior. Las piezas fabricadas de esta manera no suelen poder formarse con un solo martillazo en un solo troquel.

Entre los metales utilizados en la forja de estampación están el acero bajo en carbono y el acero medio de carbono, el aluminio y las aleaciones de cobre.

8. ENCABEZAMIENTO EN FRIO: Es el proceso de convertir barras de metal frío o alambres en componentes “apretando” el metal contra una cavidad del troquel.

El latón, el acero inoxidable, el acero bajo en carbono y el de contenido medio de carbono son los materiales más usados por lo general en este proceso.

El único unos más numeroso de este proceso está en la fabricación de pernos, tornillos, remaches y clavos.

9. LAMINADOR DE ROSCAS: Es un método de aplicar una rosca a pernos hechos a máquina producido por encabezamiento en frío.

Las formas moleteadas , las acanaladuras y los engranajes helicoidales han sido unas cuantas de las múltiples formas que se pueden hacer formando perfiles con rodillos.

10 EXTRUSION POR PERCUSION-EXTRUSION HACIA DELANTE: Este proceso consiste en conseguir hacer entrar un cilindro caliente de metal en un troquel de extrusión empleando un ariete hidráulico.

De esta forma se puede producir un número casi infinito de secciones transversales sólidas, así como tuberías.

Entre los productos fabricados con perfiles extraídos están: marcos de puertas y ventanas, bisagras, componentes para cerraduras, cintas para cantos, etc.

El mayor número de secciones producidas se fabrican con aluminio y latón.

11 FUNDICION EN ARENA: Es el modelado de un metal “vertiendo” metal fundido en un molde.

La arena es un material especialmente bueno para hacer moldes. Puede resistir a temperaturas muy altas y se puede moldear en formas complejas.

Entre los metales de fundición más corrientes están el hierro colado, acero, aleaciones de aluminio y latón.

Los bloques del motor de automóviles y las culatas del cilindro, los soportes para maquinaria pesada, tapas de registro, y el bastidor de tornillo de bancos de un mecánico (como los de los talleres escolares) son ejemplos de productos fundidos en arena.

12 FUNDICION A PRESION: Cuando se tienen que fabricar muchos artículos con la misma forma se emplea la fundición a presión.

En este proceso, el metal fundido es forzado a entrar en la cavidad que hay entre los troqueles a una presión elevada. Después de que se ha inyectado el metal, la presión se mantiene mientras el metal se solidifica. Entonces los portatroqueles se abren y la pieza fundida es expulsada automáticamente.

La fundición a presión se limita a metales no ferrosos cuyas temperaturas de fusión no dañan los troqueles.

13. TRABAJO A MAQUINA: A algunos componentes se les puede dar su forma definitiva con un solo procedimiento, igual que en la fundición a presión.

Sin embargo muchos tienen que ser trabajados a máquina para darles una forma definitiva, los procesos de trabajo a máquina, entre los que están: taladro, corte y rectificado, se llevan a cabo en máquinas-herramienta.

14. TRABAJO CON TORNO: La rotación es la operación más básica que se lleva a cabo en un torno.

La herramienta se puede mover de un lado a otro, a lo largo y en ángulo con la pieza que se trabaja en la máquina.

Entre otras operaciones del torno están: taladrado y roscado

El torno central es solamente adecuado para “producción de piezas distintas cada vez”.

El CN0 se puede programar para una fabricación completamente automática.

VII. APLICACIONES GENERALES DE LOS METALES

Los metales tienen una gran importancia para nuestra sociedad desarrollada de hoy en día. Sin los metales y los recursos minerales seguramente no podríamos tener muchos de los “lujos” de los que disponemos:

Muchos de los importantes inventos que han permitido un avance en el desarrollo de la humanidad no se habrían podido llevar a cabo.

Las aplicaciones de los metales son innumerables. Por poner varios ejemplos citamos los medios de transporte modernos (como el avión, los buques, los coches, trenes...), ya que son necesarios en su fabricación.

La electricidad, porque los metales conductores son los que permiten el paso de la misma en los cables, sin ella no habría luz, ni agua(ya que la fuerza del agua en las tuberías la logra gracias a la electricidad) ni nada que fuera relacionada con ella La gran mayoría de los metales son buenos conductores de la electricidad, el más utilizado es el cobre.

Las viviendas; es cierto que podrían haber viviendas de hormigón con vigas de madera, pero también lo es que con vigas de metales serían más resistentes y pueden tener bastantes pisos de altitud.

Los medios de comunicación y sistemas industriales, La mayoría de los aparatos modernos y equipos industriales son fabricados con diferentes metales. Además porque todos los medios de comunicación necesitan metales en sus industrias, sin los metales no habría computadores que ordenaran a las máquinas el trabajo que deben hacer (ya se sabe que las máquinas pueden hacer el mismo trabajo que los hombres pero muchísimo más rápido.

Por todos estos motivos podemos concluir que su utilización se centra principalmente en ámbito de la construcción, ya que brinda ventajas considerables respecto a los otros materiales gracias a las características que ellos poseen de durabilidad, ductibilidad, resistencia a condiciones climáticas fuertes, etc.

EL HIERRO

Es un metal de color gris, dúctil, maleable, tenaz y magnético, conocido desde la prehistoria y el más utilizado para uso industrial, casi siempre con cierto contenido de carbono y en forma de aleaciones con otros metales, aceros y fundiciones.

Es un elemento simple perteneciente al grupo VIII de la tabla periódica. Símbolo Fe, número atómico 26 y masa atómica 55,847.

El Hierro es el principal metal utilizado en la industria moderna. Representa un 5% de la corteza terrestre aunque desde el punto de vista de la explotación sólo tienen interés los lugares donde el acumulamiento de este metal va desde el 20 al 65 por ciento.

La localización y las características químicas influyen decisivamente en la viabilidad del contenido del hierro, que hacen de la roca un yacimiento explotable.

Aunque se explotan algunos yacimientos con contenidos de un 30 por ciento, la mayoría de las minas importantes tienen contenidos de este elemento que exceden el 50 por ciento

El hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno y para fabricar armas; el objeto más antiguo, aún existente, es un grupo de cuentas oxidadas encontrado en Egipto, y data del 4000 a.C. El término arqueológico edad del hierro se aplica sólo al periodo en el que se extiende la utilización y el trabajo del hierro. El procesado moderno del hierro no comenzó en Europa central hasta la mitad del siglo XIV.

VIII.1) PROPIEDADES.

 
El hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y dúctil. Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente, y a unos 790 °C desaparecen las propiedades magnéticas. Tiene un punto de fusión de unos 1.535 °C, un punto de ebullición de 2.750 °C y una densidad relativa de 7,86. Su masa atómica es 55,847.

El metal existe en tres formas alotrópicas distintas: hierro ordinario o hierro-á (hierro-alfa), hierro-ã (hierro-gamma) y hierro-ä (hierro-delta). La disposición interna de los átomos en la red del cristal varía en la transición de una forma a otra. La transición de hierro-á a hierro-ã se produce a unos 910 °C, y la transición de hierro-ã a hierro-ä se produce a unos 1.400 °C. Las distintas propiedades físicas de las formas alotrópicas y la diferencia en la cantidad de carbono admitida por cada una de las formas desempeñan un papel importante en la formación, dureza y temple del acero.

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín o herrumbre. La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el hierro metal. Se establece una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución electrolítica. El agua y los electrólitos solubles aceleran la reacción. En este proceso, el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula el orín, y la superficie del metal acaba agujereándose.

Al sumergir hierro en ácido nítrico concentrado, se forma una capa de óxido que lo hace pasivo, es decir, no reactivo químicamente con ácidos u otras sustancias. La capa de óxido protectora se rompe fácilmente golpeando o sacudiendo el metal, que vuelve así a ser activo.

VIII.2) ESTADO NATURAL.  

El hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, en concreto al oeste de Groenlandia. También se encuentra en los meteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestos químicos, está distribuido por todo el mundo, y ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre; después del aluminio, es el más abundante de todos los metales. Los principales minerales de hierro son las hematites. Otros minerales importantes son la goetita, la magnetita, la siderita y el hierro del pantano (limonita). La pirita, que es un sulfuro de hierro, no se procesa como mineral de hierro porque el azufre es muy difícil de eliminar. Para más detalles sobre el procesado de los minerales de hierro. También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas; además, es un componente de la sangre.

Los minerales de hierro más usados como materia prima para la obtención de este metal son:

• Magnetita, cuyo yacimiento más importante se encuentran en Suecia, España y EE.UU. En la Rep. Dom. Existen pequeños yacimientos de este mineral.

• Siderita, se halla principalmente en Inglaterra.

• Hematita, existen yacimiento en Estados Unidos, Alemania, Rusia y España.

VIII.3) Hierro Puro.

El hierro químicamente puro (Fe) es un elemento de color gris azulado, que funde a 1,259 C. No tiene aplicación en la construcción, por lo que relegamos su estudio a la química.

El hierro que se encuentra en el mercado y se utiliza en la industria no es puro, sino una aliación de hierro y carbono.

VIII.4) PRODUCCIÓN  

El hierro puro, preparado por la electrólisis de una disolución de sulfato de hierro (II), tiene un uso limitado. El hierro comercial contiene invariablemente pequeñas cantidades de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades físicas, pero éstas pueden mejorarse considerablemente añadiendo más carbono y otros elementos de aleación.

En la industria, el procedimiento más normal de obtención del hierro, partiendo de los minerales, es la reducción de éstos por carbón.

El proceso simplificado consiste en tratar el óxido de hierro con el carbonato, formándose óxido de carbonato y hierro libre. Si se trata el óxido de carbono con más óxido de hierro, se forma anhídrido carbónico y más hierro libre.

En el proceso indirecto se empieza por reducir el óxido de hierro par obtener colado o fundición.

Aleaciones con otros elementos.

Los productos quirúrgicos comúnmente van acompañado de otros elementos, además del carbono, que pueden ser pequeñas cantidades como impureza o bien grandes cantidades que le modifican sus propiedades. Los más comunes son el silicio (Si), azufre (S), fósforo (P), aluminio (Al) y manganeso (Mn).

El silicio, si está contenido en pequeñas proporciones es favorable a la resistencia, pero si aumenta su contenido, hace el acero más fusible, por lo cual disminuye su soldabilidad.

El azufre es siempre perjudicial.

El fósforo es favorable para el forjado en caliente, pero hace quebradizo al hierro en frío cuando se encuentra en gran cantidad. También dismuye el punto de fusión del hierro.

El manganeso es el metal que con más frecuencia acompaña el acero al que comunica importantes propiedades. Favorece la maleabilidad y disminuya ligeramente la velocidad de corrosión del acero. Aumenta la dureza.

El aluminio hace el acero más fusible y más moldeable.

EL Hierro Dulce. Es de color gris claro. Funde a temperatura de 1,500 C y puede soldarse consigo mismo. Es tenaz.

Fundición.

El hierro colado o fundición se fabrica en los llamados altos hornos. Se caracteriza por servir para moldeo, ser resistente a la compresión y tener fragilidad. Se puede obtener varias clases de hierro colado dependiendo del proceso de fabricación, del enfriamiento, de la materias primas y de la ganga del mineral, pudiéndose dividir en dos grupos: fundiciones ordinarias y fundiciones especiales.

Las Fundiciones Ordinarias están formadas principalmente de hierro y carbono. Puede ser: la fundición gris, la fundición blanca y la fundición maleable.

Las Fundiciones Especiales pueden ser: ferromanganesas y ferrosilíeas.

Cuando sale de la fundición del alto horno tiene una gran elevada proporción de carbono y de elementos que alcanza el 7% de la masa total.

Para expulsar de la masa de hierro estas impurezas se procede al afino de la fundición, que consiste en oxidar los elementos por la acción del aire y de escoria ricas en óxido.

Los procedimientos de afino son: pudelado, afino en convertidores (Bessemer o Thomas), Procedimiento de Martin Siemen, acero al crisol, acero eléctrico y acero con cementación.

Los tres primeros pueden dar hierro dulce o aceros y los otros métodos se emplean únicamente para la obtención de acero.

En 1994, la producción anual de hierro se aproximaba a los 975 millones de toneladas.

VIII.5) UTILIZACIÓN

La mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, el hierro colado y el acero. Comercialmente, el hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. Los compuestos de hierro se usan en medicina para el tratamiento de la anemia, es decir, cuando desciende la cantidad de hemoglobina o el número de glóbulos rojos en la sangre.

Los productos siderúrgicos tienen una numerosa y versátil aplicación. Son elementos resistentes en las estructuras, integrantes de las instalaciones o bien piezas decorativas.

a) Fundición: Su aplicación más importante, de acuerdo a algunos autores, es el afino para transformarla en acero o en hierro dulce.

Se emplea, además, en la obtención de piezas moldeadas como tubos, usados mayormente en al conducción de agua potable; piezas especiales de fontanería, como codos, reducciones, etc.; Columnas, las cuales en la actualidad han sido sustituida por perfile; piezas ornamentales.

b) Hierro Dulce: Los comunes se usan en perfiles, los ordinarios en trabajos de cerrajería, los finos en piezas en general y los extrafinos en piezas metálicas.

VIII.6) Formas Comerciales.

Las formas comerciales del hierro y del acero son muy variables basta consultar los catalagos de la casa distribuidoras para verificar la gran diversidad. Las principales formas son barra y hierro perfilados, los cuales son considerados como productos elaborados.

Las barras pueden ser planas, cuadradas, hexagonales y redondas. Se laminan a partir de acero y hierro dulce. El acero dulce estirado en grandes longitudes constituye el alambre con diámetro que varia de 0.2 mm. a 5 mm.

Dentro de los hierros perfilados se encuentran los angulares, los canales, las T, las dobles T.

Las formas comerciales más corrientes de la fundición son tubos y columnas.

VIII.7) COMPUESTOS  

El hierro forma compuestos en los que tiene valencia +2 (antiguamente compuestos ferrosos) y compuestos en los que tiene valencia +3 (antiguamente compuestos férricos). Los compuestos de hierro (II) se oxidan fácilmente a compuestos de hierro (III). El compuesto más importante de hierro (II) es el sulfato de hierro (II), FeSO4, denominado caparrosa verde; normalmente existe en forma de cristales verde pálido que contienen siete moléculas de agua de hidratación. Se obtiene en grandes cantidades como subproducto al limpiar el hierro con baño químico, y se utiliza como mordiente en el teñido, para obtener tónicos medicinales y para fabricar tinta y pigmentos.

El óxido de hierro (III), un polvo rojo amorfo, se obtiene tratando sales de hierro (III) con una base, y también oxidando pirita. Se utiliza como pigmento, y se denomina rojo de hierro o rojo veneciano. También se usa como abrasivo para pulir y como medio magnetizable de cintas y discos magnéticos. El cloruro de hierro (III), que se obtiene en forma de cristales brillantes de color verde oscuro al calentar hierro con cloro, se utiliza en medicina y como una disolución alcohólica llamada tintura de hierro.

Los iones de hierro (II) y hierro (III) se combinan con los cianuros para formar compuestos de coordinación. El hexacianoferrato (II) de hierro (III) o ferrocianuro férrico, Fe4[Fe(CN)6]3, es un sólido amorfo azul oscuro formado por la reacción de hexacianoferrato (II) de potasio con una sal de hierro (III) y se conoce como azul de Prusia. Se usa como pigmento en pintura y como añil en el lavado de ropa para corregir el tinte amarillento dejado por las sales de hierro (II) en el agua. El hexacianoferrato (III) de potasio, K3Fe(CN)6, llamado prusiato rojo, se obtiene del hexacianoferrato (III) de hierro (II), Fe3[Fe(CN)6]2. A éste se le llama también azul de Turnbull y se usa para procesar el papel de calco. El hierro experimenta también ciertas reacciones fisicoquímicas con el carbono, que son esenciales para fabricar el acero.

VIII.8) Protección del Hierro.

El hierro se protege de la oxidación por medio del revestimiento con:

Pintura: Se empieza por limpiarlos y lavarlos con agua acidulada, con clorhídrico y cepillo metálico después se recubre con una capa de pintura de aceite.

Grasa: Protege a los cuerpos ferroso no expuesto a la intemperie y durante corto tiempo. Deben ser neutro, ya que de lo contrario se convertirían ellas mismas en oxidantes.

Cemento: Con una lechada de mortero de cemento Portland se puede proteger el hierro de la oxidación.

Electrólisis: Consiste en colocar una capa de oxigeno al pieza siderúrgica, lo cual proporciona una protección eficaz. Esto se logra mediante la oxidación del ánodo. Es lo mismo que sucede con el aluminio y el cinc, y que evita que éstos se oxiden. La diferencia está en que estos últimos ocurre por vía natural y no artificial, como en el hierro.

Metalización: Consiste en recubrir el hierro con una película de cinc, estaño o plomo, fundidos por medio de inmersión. Cuando se usa cinc en el hierro se llama galvanizado o cincado. Si se usa estaño las piezas se llaman estañadas, si en cambio se usa plomo el hierro se conoce como emplomado. De estos el cinc y el estaño se adhieren mejor al hierro.

La Galvanización: Consiste en calentar el cinc hasta fundirlo y darle un baño de inmersión al hierro en el cinc fundido, para que se recubra por una capa delgada de este metal.

ACEROS

El acero es una aleación de hierro con un contenido de carbono inferior a

1,6 % y pequeñas cantidades de otros metales. aptas para ser deformadas en frío y en caliente

IX.1) SIDEROMETALURGIA

El proceso de fabricación industrial del acero se remonta a 1740, en que Huntsman lo obtuvo por fusión de hierro y carbón vegetal en un crisol.

Posteriormente, Cort ideó un método de afino en un horno de reverbero, denominado pudelado, que redujo los costes y aumentó la producción.

El impulso definitivo para la producción de acero en gran escala fue dado casi simultáneamente con dos sistemas distintos: el método del convertidor Bessemer, que permite obtener directamente acero mediante afino de la fundición gracias a la acción de un chorro de aire que se introduce en el horno, y el método de Martin y Siemens, en el cual se funde una mezcla de chatarra de hierro con fundición y mineral en un horno de arco eléctrico.

En la época contemporánea, el acero se obtiene del hierro líquido, y presenta una gran resistencia a la deformación y a la corrosión.

El carbono que contiene (entre 0,8 y 1,6 %) está en forma de carburo de hierro (cementita).

Los diferentes metales que se le pueden añadir en pequeña proporción mejoran sus propiedades (dureza, resistencia) y constituyen los llamados aceros especiales, como los aceros al cromo-níquel, los aceros al manganeso y los aceros rápidos.

El acero al carbono sólo contiene hierro y carbono y, según la proporción existente de este último, se clasifica en dulce (menos del 0,3 %), duro (0,5 %) o extraduro (más del 0,65 %).

El acero inoxidable contiene un 18 % de cromo y un 8 % de níquel (acero 18/8) y, como su nombre indica, presenta una resistencia óptima a la corrosión.

IX.2) ESTRUCTURA DEL ACERO

 Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita, un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por completo compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita. Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida.

IX3) CLASIFICACIÓN DEL ACERO

 Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

Aceros al carbono:  Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.

Aceros aleados:  Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes:  Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros inoxidables:  Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

Aceros de herramientas:  Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.

IX4) Tratamientos

Son los procesos a los que se somete los metales y aleaciones ya sea para modificar su estructura, cambiar la forma y tamaño de sus granos o bien por transformación de sus constituyentes.

El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para facilitar su conformación.

Los tratamientos pueden ser mecánicos, térmicos o consistir en la aportación de algún elemento a la superficie de la pieza.

Tratamientos térmicos: recocido, temple, revenido, normalizado

Tratamientos termoquimicos: cementacion, nitruracion, cianurizacion, etc.

Tratamientos mecánicos

Se somete al metal a operaciones de deformación frío o caliente para mejorar sus propiedades mecánicas y además darle formas determinadas.

Al deformar mecánicamente un metal mediante martillado, laminado, etc., sus granos son deformados alargándose en el sentido de la deformación. Lo mismo pasa con las impurezas y defectos, se modifican las estructuras y las propiedades del metal.

El arrabio fundido se vierte en un crisol abierto para ser convertido en acero. El acero es una forma de hierro producida a partir de mineral de hierro, coque y caliza en un alto horno. Para fabricar un acero resistente hay que eliminar el exceso de carbono y otras impurezas.

Tratamientos en frío

Son los tratamientos realizados por debajo de la temperatura de recristalizacion, pueden ser profundos o superficiales.

Aumento de la dureza y la resistencia a la tracción.

Disminuye su plasticidad y tenacidad

Cambio en la estructura: deformación de granos y tensiones originadas, se dice entonces que el metal tiene acritud (cuanto más deformación, mas dureza)

Se produce fragilidad en el sentido contrario a la deformación (falta de homogeneidad en la deformación iguales tensiones en las diferentes capas del metal)

Cuando el metal tiene acritud, solo debe usarse cuando no importe su fragilidad o cuando los esfuerzos solo actúen en la dirección de la deformación

Para convertir arrabio en acero con un convertidor Bessemer, hay que hacer pasar aire por el arrabio para quemar las impurezas. Este grabado muestra el proceso desarrollado por Henry Bessemer en 1855 y empleado hasta la década de 1950.

Aceros resistentes a la oxidación y la corrosión

En los aceros inoxidables, la acción de los elementos aleados es sustancial, además de estructural, y depende del porcentaje del o los elementos de la aleación

El cromo es el elemento aleado que más influye en la resistencia ala oxidación y a la corrosión de los aceros. Un 12% de cromo ya impide la corrosión por el aire ambiente húmedo. Para la oxidación a latas temperaturas se puede necesitar hasta un 30 %.

El Níquel mejora la resistencia a la corrosión de los aceros al cromo y el Molibdeno mejora la resistencia a la oxidación altas temperaturas.

Aceros inoxidablesson resistentes a la corrosión atmosférica, s los ácidos y álcalis y ala oxidación a temperaturas no muy elevadas.

Clasificación según estructura en estado de utilización:

Ferriticos

Martensiticos

Austeniticos

Aceros ferriticos:

Estructura ferritica a cualquier temperatura (o se convierte en estructura ausenitica en el calentamiento). El grano no se regenera

Composición:

15-18% de cromo y una máxima de 0,12% de carbono

Resistencia a la corrosión superior a la de los martensiticos

20-80% de cromo y una máxima de 0,35% de carbono

Aceros al cromo-aluminio hasta un 4% más resistentes a la oxidación

Son difíciles de soldar y se usan en embuticion profunda por su gran ductilidad.

Son magnéticos.

 

Aceros martensiticos

Gran dureza cuando se los enfría rápidamente una vez austenizados.

12 - 14 % de cromo, 0,20 - 0,50% de carbono

Principalmente en cuchillería.

16-18% de cromo, 0,60-1; 20% de carbono

Por temple adquieren grandes durezas.

Resistentes a la corrosión y al desgaste

Tipo normalizado AISI -311: acero inoxidable extra dulce.

Menos del 0,1% de carbono, 13% de cromo y 0,30 % de níquel.

Resiste a la corrosión atmosférica, la del agua corriente y la de los ácidos y álcalis débiles.

Fácilmente sondable

Usos: utensilios domesticos, griferia, ornamentacion, cuberteria, etc.

Aceros austeniticos:

Estructura auseniticos a cualquier temperatura

Baja conductividad calorífica

Es el tipo de aceros más utilizados

Tipo normalizado AISI -314 Acero inoxidable ausenitico al cromo níquel conocido como18/8.Contiene 0,08% de carbono, 18% de cromo y 9% de níquel.

Muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica, al agua de mar, al ataque de productos alimenticios, ciertos ácidos minerales y de la mayoría de los ácidos orgánicos.

TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO  

El proceso básico para endurecer el acero mediante tratamiento térmico consiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se forma austenita, generalmente entre los 750 y 850 ºC, y después enfriarlo con rapidez sumergiéndolo en agua o aceite. Estos tratamientos de endurecimiento, que forman martensita, crean grandes tensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el temple o el recocido, que consiste en volver a calentar el acero hasta una temperatura menor. El temple reduce la dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y la tenacidad.

El objetivo fundamental del proceso de tratamiento térmico es controlar la cantidad, tamaño, forma y distribución de las partículas de cementita contenidas en la ferrita, que a su vez determinan las propiedades físicas del acero.

Hay muchas variaciones del proceso básico. Los ingenieros metalúrgicos han descubierto que el cambio de austenita a martensita se produce en la última fase del enfriamiento, y que la transformación se ve acompañada de un cambio de volumen que puede agrietar el metal si el enfriamiento es demasiado rápido. Se han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar el agrietamiento. En el templado prolongado, el acero se retira del baño de enfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la que empieza a formarse la martensita, y a continuación se enfría despacio en el aire. En el martemplado, el acero se retira del baño en el mismo momento que el templado prolongado y se coloca en un baño de temperatura constante hasta que alcanza una temperatura uniforme en toda su sección transversal. Después se deja enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturas de formación de la martensita, que en la mayoría de los aceros va desde unos 300 ºC hasta la temperatura ambiente. En el austemplado, el acero se enfría en un baño de metal o sal mantenido de forma constante a la temperatura en que se produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese baño hasta que el cambio es completo, antes de pasar al enfriado final.

Hay también otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero. En la cementación, las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno. Estos compuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono o forman nitruros en su capa superficial. En la carburización la pieza se calienta cuando se mantiene rodeada de carbón vegetal, coque o de gases de carbono como metano o monóxido de carbono. La cianurización consiste en endurecer el metal en un baño de sales de cianuro fundidas para formar carburos y nitruros. La nitrurización se emplea para endurecer aceros de composición especial mediante su calentamiento en amoníaco gaseoso para formar nitruros de aleación.

IX.5) USOS:

Construcción de equipos para la industria química y de la alimentación

Utensilios de cocina y aparatos domésticos que no requieren soldaduras en las zonas sometidas a fuerte corrosión.

En el campo de la construcción, como material esencial para la construcción de pilastras, estructuras metálicas de gran resistencia, y en general todo trabajo que necesite de las propiedades de resistencia y durabilidad que posee.

Admite pulidos con acabados a espejo, por lo que también se usa para ornamentación.

X RESERVAS MINERALES CHILENAS

Chile tiene grandes reservas de minerales, tanto metálicos como no metálicos, y es un destacado productor. La minería ha jugado siempre un papel preponderante en el comercio de Chile, con el resto del mundo.

El país cuenta aproximadamente con el 28% de reservas de cobre en el mundo y con importantes reservas de selenio ( un 21%, molibdeno 20%, renio 40%, litio 58%, yodo 23% y boro 4%)

Chile es el productor y exportador de cobre más grande del mundo con una producción de 4.000.000 de toneladas, lo que representa un 25% de la producción mundial que es de 12.000.000 de toneladas.

Además del cobre, Chile es también líder en la producción de nitrato de potasio y nitrato de sodio, y se ubica en el segundo lugar mundial en producción de renio, litio, yodo y molibdeno.

Otros minerales que se producen en el país son: el hierro, el manganeso, el zinc y el plomo; y minerales no metálicos como el carbonato de calcio, destinad principalmente a la fabricación de cemento; el cloruro de sodio o sal de roca; el boro, que existe en abundancia en los salares; minerales filtrantes como la diatomita; el lapislázuli, especie mineral que sólo existe en Chile y Afganistán, y varios otros.

X.1) EL COBRE

Aplicación y propiedades

Producción de cobre. Su punto de fusión es de 1.083°C mientras que su punto de ebullición es de unos 2.567°C, y tiene una densidad relativa de 8,9 gr/ cm3. Su masa atómica es 63,846.

El cobre ha sido utilizado para una gran variedad de aplicaciones a causa de sus ventajosas propiedades como son la conductividad del calor y la electricidad, la resistencia a la corrosión, así como su maleabilidad y ductilidad, además de su belleza. Debido a su extraordinaria conductibilidad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlos en cables de cualquier diámetro, desde 0,025 mm en adelante. La resistencia a la tracción del alambre de cobre estirado es de unos 4.200 kgr./ cm2 . Puede usarse tanto en cables y líneas de alta tensión exteriores como en el cableado eléctrico en interiores, cables de lámparas y maquinarias eléctricas en general: generadores, motores, reguladores, equipos de señalización, aparatos electromagnéticos, y sistemas de comunicaciones.

La metalurgia del cobre varía según la composición de la mena. El cobre en bruto se tritura, se lava y se prepara en barras. Los óxidos y carbonatos se reducen con carbono. Las menas más importantes, transformadas por sulfuros, no contienen más de 12% de cobre, llegando en ocasiones tan sólo al 1%, y han de triturarse y concentrarse por flotación. Los concentrado se funden en un horno de reverbero que produce cobre metálico en bruto con una pureza aproximada del 98%. Este cobre en bruto se purifica posteriormente por electrólisis, obteniéndose barras con una pureza que supera el 99,9%.

El cobre puro es blando, pero puede endurecerse posteriormente. La aleaciones de cobre, mucho mas duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse para fines eléctricos. No obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo. La dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con zinc, y el bronce, una aleación con estaño. A menudo tanto el zinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades. También se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y es un componente importante en aleaciones como el monel, el bronce de cañón y la plata alemana.

El cobre forma dos series de compuestos químicos: de cobre (I), en la que el cobre tiene valencia 1, y de cobre (II), en la que su valencia es 2. Los compuestos de cobre (I) apenas tienen importancia en la industria y se convierten fácilmente en compuestos de cobre (II) al oxidarse por la simple exposición al aire. Los compuestos de cobre (II) son estables. Algunas soluciones de cobre tienen la propiedad de disolver la celulosa, por lo que se usa grandes cantidades de cobre en la fabricación de rayón. También se emplea el cobre en muchos pigmentos, en insecticidas o en funguicidas, aunque para estos fines está siendo sustituido ampliamente por productos orgánicos sintéticos.

PRODUCCIÓN DE COBRE EN CHILE

La producción de cobre se elevó a 4.000.000 de toneladas de material fino, un 7,3% mas que el año anterior esta cifra marca un nuevo récord y permite que Chile conserve el liderazgo entre los productores del metal rojo.

Los incrementos de producción de la mina escondida, cerro colorado y quebrada blanca motivaron los mayores incrementos, los cuales se espera continúe en los años siguientes.

RESERVAS CHILENAS DE COBRE

Las reservas chilenas de cobre alcanzan a 200.000.000 toneladas de metal contenido, que equivale aproximadamente un 28% del metal mundial. En cantidad les siguen EE.UU. con 100.000.000 de toneladas , Rusia con 60.000.000 de toneladas.

La explotaciones llevadas a cabo tanto por Codelco como por los inversionistas extranjeros en el país han determinado un crecimiento substancial en las reservas conocidas de cobre en la última década. El aumento obedece principalmente al hallazgo de importantes depósitos tales como Escondida, Collahuasi, Candelaria, Cerro Colorado, Zaldívar. Solamente Escondida aporta 28.000.000 de toneladas a la reserva. A ella deberían adicionarse las reservas de los depósitos Mansa Mina y el adyacente NN descubiertos en las cercanías de Chuquicamata, que aún no han sido dimensionadas completamente.

X.2) El ORO

Propiedades

El oro puro es el más maleable y dúctil de todos los metales. Puede golpearse con un martillo hasta conseguir un espesor de 0,000013 cm y una cantidad de 29 grs se puede estirar hasta lograr un cable de 100 kms de largo. Es uno de los metales mas blandos (2,5 a 3 de dureza) y un buen conductor eléctrico y térmico. El oro es de color amarillo y tiene un brillo lustroso. Como otros metales en polvo, el oro finamente dividido presenta un color negro y en suspensión coloidal su color varia entre el rojo rubí y el púrpura.

El oro es un metal inactivo. No le afecta el aire, el calor, la humedad ni la mayoría de los disolventes. Sólo es soluble en agua de cloro, agua regia o una mezcla de agua y cianuro de potasio. Los cloruros y cianuros son compuestos importantes del oro. Tienen un punto de fusión de 1.064°C, un punto de ebullición de 2.970°C y una densidad relativa de 19,3. Su masa atómica es de 196,967.

ESTADO NATURAL

El oro se encuentra en la naturaleza en las vetas de cuarzo y en los depósitos de aluviones secundarios como metal en estado libre o combinado. Esta distribuido por casi todas partes aunque en pequeñas cantidades, ocupando el lugar 75 en importancia entre los elementos de la corteza terrestre. Casi siempre será combinado con cantidades variables de plata. La aleación natural oro - plata recibe el nombre de oro argentífero o electro. En combinación química con el teluro, está presente junto con la plata en minerales como la claverita y la silvanita, y junto con el plomo, el antimonio y el azufre en la naguiagita. Con el mercurio aparece como amalgama de oro. También se encuentra en pequeñas cantidades en piritas de hierro, y a veces existen cantidades apreciables de oro en la galena, un sulfuro de plomo que suele contener plata. En el agua de mar se encuentra en una proporción de 5 a 250 partes en masa por cada 100.000.000 de partes de agua. Aunque la cantidad de oro en el agua marina rebasa los 9.000.000 de toneladas métricas, el costo de su extracción superaría su valor real.

PRODUCCIÓN DE ORO EN CHILE

La producción de oro en Chile alcanzó a 45.626 kilos, en cifras del SERNAGEOMIN.

Esta cifra resulta superior en un 15% a la del año anterior la producción repuntó como consecuencia del alza en el precio del metal y de la plena operación de proyectos como La Coipa, Can Can y San Cristóbal .

Chile se incorporó al grupo mundial de mayores productores de oro como resultado de la puesta en marcha de la mina El Indio, en 1978, inversión que se materializó aprovechando las franquicias al inversor extranjero y como reacción a lo altos precios del metal durante la segunda mitad de la década del 70. La producción fluyó desde menos de 4.000 kilos anuales en los primeros años de la década del 70, a 17.000 kilos y fracción a mediados de los 80 (con EL Indio) y a más de 300.000 kilogramos a partir de 1992, cuando El Hueso, La Coipa, San Cristóbal, Escondida y otras inversiones se sumaron al El Indio y a la minería del cobre, donde el oro es un subproducto.

Cifras tales de producción han colocado a Chile en el tablero de los 10 mayores productores del mundo junto a Sudáfrica, EE.UU., Rusia, Brasil, etc.

Las explotaciones de oro son efímeras, y los depósitos se agotan más rápidamente que las minas chilenas de cobre. Así, ya pertenecen al pasado la mina Choquelimpie, donde no se han encontrado reservas adicionales para mantener la operación. Grandes minas, como la Coipa y San Cristóbal, también tiene proyectos de vida limitadas que no superaran los 6 años con las reservas actuales.

RESERVAS DE ORO EN CHILE

Al insertarse Chile como productor mundial entre los diez mayores, su futuro en esta posición depende no sólo de las condiciones de mercado, sino también de las reservas.

Considerando sólo lo declarado por las empresas que están trabajando los depósitos conocidos y prospectados hasta hoy día, las reservas del país suman más de 1.100 toneladas de metal fino contenido en los minerales. Esta cantidad es un 30% más que lo producido en 450 años, el tiempo que el país lleva incorporado a la cultura cristiana.

XI METALES Y ALEACIONES NO FÉRREAS

Los productos férreos ocupan, con mucha diferencia, el primer puesto entre los metales de uso industrial; esta superior utilización está justificada por las causas que ya han sido consideradas en los puntos anteriores y que resumimos en los tres puntos siguientes:

* Presentan excelentes y variadas propiedades mecánicas

* Capacidad para modificar sus propiedades mediante tratamientos térmicos y mecámicos

* Bajo precio debido a su abundancia y fácil obtención.

No obstante lo anterior, las exigencias actuales obligan a utilizar elementos metálicos cuyas características no siempre son satisfechas por las aleaciones férreas. Con frecuencia se exige de los metales:

* Buena resistencia a la corrosión

* Elevada conductividad térmica o eléctrica

* Poco peso y gran resistencia mecánica

* Alta resistencia al desgaste

* Belleza exterior

Los metales no férreos contienen muy poco o ningún hierro. Son resistentes a la corrosión y no son magnéticos. En el trabajo de taller mecánico se usan metales no férreos, cuando los ferrosos no resultan adecuados. Los metales no ferrosos de uso frecuente son:

El aluminio; se hace a partir de un mineral llamado bauxita. Es un metal blando, de color blanco y se usa cuando se necesita un metal ligero y anticorrosivo. El aluminio suele tener aleación de otros metales para aumentar su resistencia y rigidez. Se usa mucho en la construcción de aviones porque pesa la tercera parte del acero.

El cobre; un metal blando, dúctil, maleable, muy tenaz y fuerte. Es rojizo y solola plata lo supera como conductor de electricidad. El cobre y el bronce son el metal base para el latón y el bronce.

El plomo es un metal blando, maleable, muy pesado, con punto de fusión de unos 620 F (327°C). Es resistente a la corrosión y se usa en revestimiento de tinas, tanques y para forrar cables. También se utiliza en las aleaciones como el babbitt y las soldaduras blandas.

El níquel es un metal muy duro y resistente a la corrosión. Se utiliza en la electrodeposición sobre acero y latón y se agrega al acero para aumentar la resistencia y tenacidad.

El estaño es un material blando, de color blanco, con un punto de fusión de unos 450 F (232°C). Es muy maleable y resistente a la corrosión. Se utiliza en la producción de hojalata y de hojas de estaño. También se utiliza en aleaciones como el babbit, bronce y soldadura blanda.

El zinc es un metal blanco azuloso, bastante duro y quebradizo. Tiene punto de fusión de unos 788 F (420°C) y se utiliza para galvanizar hierro y acero.

ALEACIONES NO FÉRREAS

Las aleaciones no férreas son una combinación de dos o más metales no férreos completamente disueltos por fusión, unos en otros. Estas aleaciones se hacen cuando se desean ciertas cualidades originales de los metales base. Algunas de las más comunes son:

El latón es una aleación de más menos 2/3 de cobre y 1/3 de zinc. A veces se agrega un 3% de plomo para que sea más fácil maquinarlo. Su color suele ser amarillo brillante, pero varía un poco según la cantidad de aleaciones que tenga. El latón se utiliza mucho para bujes pequeños, accesorios de plomería y radiadores, conexiones para sistemas de enfriamiento por agua y en diversas piezas fundidas.

El bronce es una aleación que consta de cobre, estaño y zinc. Algunos tipos de bronce incluyen plomo, fósforo, magnesio y aluminio para darles cualidades especiales. El bronce es más duro que el latón y resiste el desgaste de superficie. Se utiliza en cojinetes para maquinas, engranajes, hélices de embarcaciones y en diversas piezas fundidas.

El babbit es una aleación blanda, de un blanco grisáceo, hecho con estaño y cobre. Se puede agregar antimonio para hacerlo mas blando. El babbit se utiliza en cojinetes.

XII CONCLUSIÓN

Como hemos podido apreciar a lo largo del trabajo los metales juegan un rol importante en nuestras vidas de sociedad civilizada y no nos damos cuenta, no nos ponemos a pensar de que muchas de las cosas que nos rodean, muchos artefactos que usamos, muchas cosas que están con nosotros en nuestro hogar están hechos de metal o son aleaciones de otros.

Casi ninguno de los lujos que nos damos hubiese sido posible si el hombre no hubiese conocido la propiedad de los metales como grandes “conductores de electricidad”. Si el hombre no hubiese dominado los recursos que la naturaleza le disponía estaríamos viviendo en la más absoluta penumbra y descomunicación.

Este trabajo nos ha enseñado cómo los hombres son capaces de dominar este recurso abundante en la naturaleza para su beneficio. Hemos aprendido cómo los metales y sus diferentes clases de estructuras física y química pueden ser modificados a través de distintos procesos de aleaciones haciendo que los metales adquieran mayores características de resistencia, dureza, durabilidad, belleza, etc.

También se desarrolla el tema de los metales no ferrosos y cómo el hombre es capaz de manipularlos para hacer aleaciones con nuevas y mejoradas propiedades que los metales ferrosos no disponen.

Finalizando podemos señalar que el trabajo ha tratado de ser lo mas conciso posible en tratar de explicar todo lo relacionado a las propiedades, producción, aplicación e incidencia en nosotros de los metales, tratando de no caer en el engorroso lenguaje técnico que aun no dominamos, por lo que podemos señalar que es apto para la lectura de cualquier persona que se inicie en el tema.

XIII BIBLIOGRAFÍA

* “Operación de máquinas y herramientas”

Krar Oswal St. Armand

Editorial Mc Graw Hill

* Enciclopedia Microsoft Encarta 2000

Artículo “Metales”

* Enciclopedia Universal Larousse.

* Enciclopedia Universal Salvat.

* “Recubrimiento de los Metales”

Pere Molera Sola

Editorial Alfaomega Marcombo

* “Tecnología de Metales”

A. Kucher

Editorial MIR Moscu

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