Procesos de Fabricación.

Trabajo Práctico de Materiales Metálicos.

Año 2002

Cuestionario Guía.

Objeto de la metalurgia.

Obtención de materiales.

Propiedades.

Aleaciones.

Hierro.

Aceros.

Tipos de fundición.

Elaboración.

Formas comerciales.

Protección de los metales.

Otros metales.

Respuestas.

1. La metalurgia tiene por objeto la extracción de los minerales por una serie de medios y procedimientos, para lograr su transformación en productos útiles para la aplicación industrial.

Antiguamente se podía considerar la metalurgia como un arte, del cual se transmitían de generación en generación los conocimientos empíricos y procedimientos considerados secretos para la obtención del cobre, del hierro y en especial del acero, atribuyéndose a fórmulas secretas la obtención de un buen producto. La capacidad personal del operario era un factor decisivo.

No hace mucho que la metalurgia se basa en amplios conceptos científicos cada vez más desarrollados y eficaces. Se ha demostrado que los procedimientos de extracción pueden ser muy variados, ero lógicamente el dato importante que ha de acompañar a la calidad es el costo de extracción, siendo entonces solamente los métodos que aseguran un mayor beneficio dentro del menor costo, los que la industria aplica como más convenientes.

2. Muy raramente se encuentran metales en estado de pureza como para ser empleados industrialmente, pero con frecuencia se los halla en la mina combinados con otros cuerpo de composición muy variada y de éstos, los más comunes son: los óxidos, sulfuros, carbonatos, silicatos, sulfatos y los fosfatos.

Para obtener los metales debe efectuarse una serie de operaciones que consisten en extraer cuerpos extraños perjudiciales, llamados ganga, y graduar los que pueden contribuir a determinada propiedad particular. Para ello se los somete a la trituración, lavado, calcinación, fusión y afinación.

Trituración. Consiste en fragmentar el metal en trozos de diversos tamaños, por medio de machacadoras mecánicas a mandíbula, molinos, etc.

Lavado. Tiene por objeto la separación de los minerales por medio del agua en movimiento, con lo cual y de acuerdo con sus densidades, se depositan en el fondo o son arrastrados por las aguas. Este proceso es ayudado con mesas y cajas con cernidores de gran tamaño.

Molienda. El material extraído es nuevamente triturado y luego molido, obteniéndose así unos trocitos no mayores a 25 mm. A partir de allí, pasa a la denominada molienda húmeda, donde llega al tamaño menor de 1 mm siendo luego llevado a un separador magnético donde se adhiere la magnetita, rica en hierro y se elimina el resto.

Llevada la magnetita al molino de bolas, en circuito cerrado con clasificadores de hidrociclones, es reducida al tamaño de 44 micrones y que al hacerla pasar por seis separadores magnéticos, sucesivamente, se llega a obtener el 69% de hierro y un mínimo de 0.25% de fósforo. Este último puede ser reducido al 0.15% mediante flotación espumosa.

Para obtener los pellets la magnetita es introducida en tambores, donde se le adiciona un porcentaje de bentonita, como aglomerante, estos pellets, en forma de bolitas, son llevados a los hornos verticales donde son endurecidas a una temperatura de 1300° C. En este estado se los lleva a los altos hornos para la producción del arrabio.

Teniendo en cuenta que la tecnología ha desarrollado procesos de reducción directa que eliminan el uso del alto horno, se está estudiando la aplicación de este nuevo procedimiento a una parte de la producción de pellets, así como también se prevee la posibilidad de producir aceros en la zona aceros en la zona.

Calcinación. Se emplea para eliminar a baja temperatura los productos volátiles que no pueden ser separados con la trituración ni el lavado, para aumentar la porosidad y desecarlos. Este proceso es útil cuando los minerales deben ser transportados a los hornos a grande distancias, pues disminuye los gastos de transporte. Con el empleo de los grandes hornos, esta operación no es necesaria, ya que se verifica en su parte superior.

Fusión. Consiste en llevar el mineral a la temperatura de fusión, para que licuado permita extraer los cuerpos que aún no se hubiera podido separar; éstos por su menor densidad sobrenadan el metal fundido y por medios adecuados se los extrae.

Para ayudar a la fusión se emplean elementos auxiliares llamados fundentes, que al combinarse con la materia terrosa forma una escoria flúida a la temperatura de funcionamiento del horno (1900° C) y que puede así ser separada del metal fundido. La naturaleza del fundente depende de la ganga (material terroso que acompaña al mineral en la mena), si es ácida (silícea o aluminosa) se emplea el carbonato de calcio o fosfato de calcio; en cambio, si es básica, se le agrega arcilla, pizarra arcillosa o arenisca. El fundente debe ser agregado al mineral antes de ser introducidos en los hornos.

Afinación. Después de la fusión, hay ciertos metales como el cobre y el plomo, de los cuales aún no ha sido posible extraer toda la ganga. Se procede a fundirlos repetidas veces o a comprimirlos, proceso que denominado de afinación.

Para la separación de la ganga del metal también se ha empleado el método de flotación, que consiste en introducir el mineral en recipientes de agua con un reactivo químico espumante. El mineral flota en la espuma y la ganga terrosa se moja y se sumerge, extrayéndose entonces de la parte superficial las partículas metalíferas. Este procedimiento es interesante por cuanto permite extraer metales de las menas en las que éste es escaso.

3. Los metales empleados en construcción poseen determinadas características y propiedades, a saber:

Olor. Despiden un olor característico, no muy fuerte y que desaparece con el pulido, o simplemente limpiando s superficie, pero que reaparece en cuanto se humedece.

Color. Es también característico en los metales; no es de gran importancia, a menos que sea para usos ornamentales. Por el color pueden clasificarse en blancos: plata, platino, aluminio, estaño, níquel; blancos azulados: plomo, zinc, estaño; grises: acero y fundición; amarillos: oro y aleaciones, cobre, etc.

Sabor. En determinadas condiciones de temperatura suelen dar al agua un sabor metálico característico.

Estructura cristalina. Observando directamente la fractura de los metales, se ve unos granos cristalinos que se clasifican en finos y gruesos. La observación al microscopio de esos granos cristalinos y la micro-fotografía, proporcionan a la ciencia los adelantos necesarios y aprovechables en la metalurgia y muy especial en la siderurgia del hierro.

Densidad. La densidad es variable en los metales; depende del estado sólido o líquido y del procedimiento con que fueron tratados. El metal al estado líquido es menos denso que al sólido, debido al aumento de volumen que experimenta con el calor. Así, si en estado sólido se lo estira, disminuye su densidad, que aumenta si se lo somete a la compresión.

La clasificación general de los metales por su densidad es: ligeros, aquellos cuya densidad es menor de 5, y pesados, los que la exceden. De los metales empleados en construcción, solamente el aluminio entra en la categoría de los livianos.

Conductibilidad. La conductibilidad eléctrica de los metales es máxima en el estado de pureza, disminuyendo a medida que contienen otros elementos, como por ejemplo el fósforo y el aluminio en el cobre. Asimismo aumenta con la temperatura.

Dilatación. Los metales son materiales que tienen una amplia dilatación, en parte debido a su conductibilidad. Las dilataciones son perceptibles a veces aún con los cambios de temperatura ambiental. Se miden linealmente y se fija la unidad de longitud para la variación de 1° C de temperatura.

Maleabilidad. Es la propiedad de los metales de poder ser modificados en su forma y aun ser reducidos a láminas de poco espesor a temperatura ambiente, por presión continua, martillado o estirado.

Produciendo las modificaciones en el metal, se llega a un momento en que el límite de elasticidad es excedido, tornándose el metal duro y quebradizo; es decir, sufre deformaciones cristalinas que lo hacen frágil. La maleabilidad pede ser recuperada mediante el recocido, que consiste en calentar el metal a una alta temperatura luego de laminado o estirado, y dejarlo enfriar lentamente. La maleabilidad se aprecia por la sutileza del laminado. Tomando el oro como base, se suele hacer la siguiente clasificación:

1 Oro. 6 Platino.

2 Plata. 7 Plomo.

3 Cobre. 8 Zinc.

4 Aluminio. 9 Hierro.

5 Estaño. 10 Níquel.

Ductilidad. Es la propiedad de poder ser hilados mediante la tracción. Esta propiedad disminuye con el aumento de temperatura, por lo que el hilado se hace frío, y en consecuencia vuelve duro y frágil, teniendo que ser recocido.

La ductilidad se aprecia por la disminución de la selección con relación a la inicial. El coeficiente varía entre 1 y 2, resultando de la relación (S - S') / S, donde S es la sección primitiva y S'la de rotura. Suelen ser clasificados por su ductilidad en:

1 Oro. 6 Níquel.

2 Plata. 7 Cobre.

3 Platino. 8 Zinc.

4 Aluminio. 9 Estaño.

5 Hierro. 10 Plomo.

Tenacidad. Es la resistencia que oponen los metales a la separación de las moléculas que los integran, al ser sometidos a esfuerzos de tracción y a los ensayos de elasticidad y alargamiento, expresándose en cm².

La tenacidad aumenta con el temple, laminado, trefilado y añadiendo carbono, con lo que se obtiene el acero; otros agregados la disminuyen, como por ejemplo el azufre.

Fusibilidad. Es la propiedad de los metales de pasar del estado sólido al líquido y viceversa, mediante cambios adecuados de temperatura. El momento de transición de un estado al otro se denomina punto de fusión. Cuanto más bajo es el punto de fusión, tanto más manuable es el metal. Este, al estado líquido debe tener cierta fluidez para poder penetrar en los huecos más finos de los moldes, interesando también la contracción de volumen que experimentan al pasar del estado líquido al sólido.

Dureza. Es la resistencia que oponen los cuerpo a dejarse penetrar por otro. La tenacidad está íntimamente ligada con ésta, y sobre la cual se ha hablado al tratar de las piedras.

Elasticidad. Es la propiedad que tienen los metales de recuperar su forma primitiva cuando cesa la carga que tendía a deformarlos. Un cuerpo solicitado por una carga en aumento progresivo, pero aplicada alternadamente, sufre deformaciones y recuperaciones de su estado hasta llegar a una determinada carga llamada carga límite, a partir de la cual no recupera su forma, comenzando el período de las deformaciones permanentes. El procedimiento de carga y descarga en forma alternada aumenta la carga límite.

Temple. El acero, en mayor proporción que cualquier otro metal, tiene la propiedad de aumentar su tenacidad y dureza cuando luego de calentado al rojo vivo se lo enfría repentinamente. En cambio, con el enfriamiento lento disminuye la dureza y aumenta la maleabilidad.

Soldabilidad. Es la propiedad de unirse de dos metales hasta constituir una sola unidad. Esta unión puede hacerse siempre y cuando las superficies a soldar estén perfectamente limpias. El aluminio es difícil de soldar debido al constante recubrimiento de óxido. En cambio, el hierro, fácil de limpiarse, puede ser nido a baja temperatura.

Estando las dos superficies perfectamente limpias y calentadas al rojo las piezas, se las junta y al golpearlas con el martillo se produce una unión firme. Este procedimiento se denomina por martilleo.

La soldadura blanca es otro sistema empleado para la unión de los metales. En él se usan otros metales auxiliares llamados metales de soldar, que en estado líquido cubre las superficies calentadas formando una capa de varios centésimos de milímetro de espesor, que al enfriarse unen firmemente ambas piezas.

La soldadura autógena es la que se hace sin empleo de fundentes no metales auxiliares, uniendo directamente las piezas por fusión. De este sistema existen dos métodos, uno con el empleo del soplete oxhídrico y el otro con el del soplete oxiacetilénico.

El soplete oxhídrico emplea el hidrógeno y el oxígeno comprimidos a 150 atmósferas, con los que se obtiene la temperatura de 2400° C. En cuanto al soplete oxiacetilénico, consiste en una mezcla de oxígeno y acetileno cuya llama tiene 3000° C. Regulando el paso del oxígeno y del acetileno, el soplete se ajusta al tipo de llama en las condiciones requeridas por el metal que ha de soldarse.

La soldadura a presión es un proceso por el cual los dos trozos a soldar son unidos mediante presión en caliente, sin la presencia de ningún metal en forma líquida.

En la soldadura por arco eléctrico es necesario que el operario sea experto, porque si se demora, la elevada temperatura abre un agujero en el metal, y si trabaja demasiado rápido no alcanza a producir una buena soldadura. El procedimiento se basa en producir el calor mediante la formación de un arco eléctrico entre la pieza y la varilla metálica, que es de la misma composición del metal a soldar.

Soldadura aluminotérmica.

Para soldar grandes masas de fundición o de aceros aleados, es muy recomendable este proceso. Está basado en la propiedad del aluminio de descomponer a lata temperatura los óxidos de hierro tomando el oxígeno para oxidarse, y dejando el hierro en libertad. La reacción se produce con gran desprendimiento de calor que no sólo funde el hierro que queda libre, sino que también calienta las partes a soldar.

Mediante un dosaje adecuado se agregan pequeñas cantidades de níquel, cromo u otros metales cuando se trata de soldar aceros aleados.

Para efectuar la soldadura, se rodea el lugar a soldar con una caja de material refractario, se llena la misma con la mezcla de óxido de hierro y aluminio en polvo con adición de níquel, cromo u otro metal si fuese necesario; por una abertura de la tapa se coloca una mecha de magnesio, ésta al quemarse lo hace a muy alta temperatura, suministrando el calor necesario para que se produzca la reacción, que es extremadamente rápida, hay gran desprendimiento de calor que calienta las piezas a soldar al rojo blanco y simultáneamente cae al fondo de la caja, donde están las piezas a soldar, el material de aporte fundido.

4. Aleaciones. Se basan en la propiedad particular de unirse dos o más metales, formando mezclas homogéneas, obtenidas por fusión y recuperando el estado sólido por enfriamiento.

Algunas aleaciones se producen en frío y se denominan amalgamas, por mantenerse en estado plástico; éstas son las constituidas con mercurio.

5. Hierro. El hierro químicamente puro no puede ser usado en la construcción ni en la industria, pero sí las aleaciones del hierro con los otros elementos que lo acompañan como impurezas, y entre las cuales el carbono es el que desempeña el papel más importante.

Ya antiguamente se usaba el hierro. Calentaban el mineral del hierro en un hogar con carbón de leña, quedando n hierro esponjoso que se podía martillar y darle forma.

El adelanto de las ciencias permitió construir hornos de mayores dimensiones, y con ellos se llegó a licuar el hierro, pero lo que no se alcanzó a comprender sino mucho tiempo después fue por qué el hierro fundido resultaba frágil o quebradizo, y en cambio el batido, de menor temperatura, se trabajaba con el martillo.

La diferencia fundamental entre las propiedades del hierro fundido y el batido, estriba en la combinación del carbono. Se opera una transformación química que libera el hierro del oxígeno, en efecto: Óxido de hierro + carbono = Hierro + óxido de carbono.

Los hierro son metales maleables, dúctiles, cuyos fragmentos pueden ser soldados directamente. Se trabajan fácilmente y no experimentan modificación alguna cuando se los enfría bruscamente; no se templan. Contienen de 1 a 3 por mil de carbono y se dividen en: hierro dulce cuando tienen de 0,5 a 1 ½ por mil de carbono y hierro duro cuando contienen de 1 ½ a 3 por mil. El punto de fusión varía entre los 1500° y 1600° C.

Obtención del hierro. Los minerales del hierro pueden reducirse al estado de óxidos y luego al de hierro más o menos puro, requiriéndose para ello la acción del fuego. El procedimiento más antiguo se denomina bajo hogar o forjas catalanas, en el cual el hierro se apila mezclado con el carbón de leña en la fraguar. Se da fuego y se inyecta el aire por una tobera; el metal resultante es esponjoso, y debe dársele la compacidad mediante golpes de martillo.

Las reacciones que se producen en estos hogares son las siguientes: el carbón al arder frente a las toberas forma el anhídrido carbónico, el cual es reducido por el mismo carbón a óxido de carbono, que al encontrarse con el óxido de hierro calentado, se apodera del oxígeno dejando libre el metal. Este procedimiento es largo y costoso. Con 45 kg de mineral y 50 kg de carbón, solamente se obtienen 15 kg de hierro. La escasa temperatura alcanzada, no llega a provocar la formación de carburos de hierro, obteniéndose una masa esponjosa llamada lupa.

Altos hornos.. reciben este nombre debido a su altura, la cual está supeditada al combustible empleado. Interiormente están revestidos de ladrillos refractarios con un espesor de 60 cm a 1 m, y recubiertos exteriormente por una chapa de hierro de 13 mm de espesor.

Funcionan de la siguiente manera: por el tragante se introducen en capas alternadas el combustible y el mineral en proporción predeterminada, y además un fundente para que al mezclarse con la ganga facilite la fusión y separe ambas. En la tragante hay dos tapas en forma de conos. El material para el primero y se estaciona. Se cierra el primer cono y se abre el segundo, cayendo el material en la cuba, sin pérdida del calor. En la parte superior de ésta, y en contacto con los gases y calor de la combustión, se seca y deshidrata; al llegar a la parte inferior, a 1050° C en contacto con el carbono en exceso, se reduce dando óxido de carbono, y quedan las partículas de metal mezcladas con la ganga, mientras la piedra caliza se cuece, desprendiendo el ácido carbónico y queda la cal viva. En el atalaje alcanza la temperatura de 1200° C, activándose la combinación de la cal con la ganga, y formando silicatos; deja el hierro libre, que se combina con el carbono.

Al llegar frente a las toberas, donde la temperatura se eleva hasta los 1900° C, el hierro y los silicatos se funden adquiriendo fluidez; caen luego al crisol, donde por diferencia de densidades se separa la escoria al quedar flotando en la superficie.

Por la bigotera superior se efectúa la sangría de la escoria, que consiste en hacer salir dicha escoria que sobrenada en el metal y que está compuesta caso por completo de silicato doble de alúmina y cal; se la lleva al secadero y se recoge en vagonetas. En cuanto al metal, se extrae por la piquera inferior, extendiéndose en moldes para formar los trozos cortos llamados lingotes.

El proceso se lleva a cabo con la inyección de aire por las toberas. El aire aviva la combustión, y se apodera de casi todo el carbono y oxígeno del mineral, del combustible y del fundente, y sale a unos 500° C, constituyéndose aún gases utilizables para ser inyectados nuevamente al horno.

Afinado. Consiste en reducir el exceso de carbono contenido en los lingotes de fundición blanca.

Pudelado. Se basa en la oxidación del carbono, sílice, manganeso y azufre de la fundición, separándose en forma de gas o escoria.

6. Aceros. Son metales maleables, dúctiles y soldables, muy duros. Calentándolos y enfriándolos rápidamente, se templan, haciéndose más duros, más elásticos y resistentes, pero más frágiles. Contienen de 3 a 5 por mil de carbono; el punto de fusión oscila alrededor de los 1400° C aumentando la proporción del carbono en el contenido.

Los procedimientos de obtención son variados. Puede obtenerse al estado pastoso por el afinado de la fundición, como el hierro; es el acero pudelado y forjado. Puede ser obtenido al estado liquido, como el acero Bessemer, acero Thomas y el acero Martin Siemens.

Procedimiento Bessemer. Enrique Bessemer , basándose en observaciones efectuada durante la fundición, dedujo que si se expone en contacto con el aire la masa fundente, ésta se transformaría en hierro maleable.

El convertidor, tiene la forma peraltada, con revestimiento interior de ladrillos refractarios ácidos, con movimiento alrededor de un eje horizontal que le permite inclinarse al recibir y al volcar la masa liquida; en su fondo tiene una serie de canales para la entrada de aire comprimido, y la fuerza del mismo impide que se tapen.

Se carga primero en carbón de coke encendido, se sopla para que aumente la temperatura al rojo blanco, y se lo extrae con el convertido en posición horizontal. Se introduce la fundición, y se endereza a medida que se inyecta aire por las toberas inferiores. El proceso consta de tres periodos:

De las chispas. Se produce la combustión del manganeso y sílice, eliminándose con gran desprendimiento de chispas; dura de cinco a diez minutos.

De las llamas. Comienza a quemarse el carbono con llama blanca y larga, debido al óxido de carbono, terminando a los 15 minutos con una humareda amarilla por el óxido de hierro.

De los humos. Se acorta la llama y aparecen solamente humos rojos y espesos que arrastran aún óxido de hierro y de manganeso; tiene una duración de 2 minutos, con lo cual ha terminado el afinado.

Volteando el convertidor se extrae la masa líquida, a la cual se le agrega la fundición reactiva, un ferromanganeso.

Este procedimiento se aplica para los hierro que no contengan fundiciones fosforosas, debido al revestimiento interior ácido.

Método Thomas. Para evitar el inconveniente del convertidor Bessemer, en el cual el fósforo permanece unido al hierro haciéndolo agrio en frío, Thomas ideó su convertidor basado en el de Bessemer, sustituyendo el revestimiento interior ácido por uno básico formado por dolomita (carbonato de cal y magnesio).

Con este procedimiento el fósforo es eliminado con las escorias, bajo la forma de fosfato de cal. La cal necesaria puede suministrarla el revestimiento, y se agrega al baño líquido como reactivo.

Procedimiento Martín Siemens. Consiste en fundir el acero por fusión de arrabio (hierro bruto en lingotes), con desperdicio de hierro dulce, disminuyendo así la cantidad de carbono a eliminar. El horno es el llamado a reverbero, en el cual la cubeta se reviste de ladrillos ácidos o básicos, según la naturaleza del lingote a tratar; en su fondo tiene una abertura para la sangría o colada.

En estos hornos la temperatura es elevada en forma económica, pues constan de cuatro cámaras que tienen un enrejado de ladrillos refractarios. A medida que las dos cámaras de la izquierda, por ejemplo, se caldean con los gases de salida, el combustible gaseoso y el aire penetran a través de las cámaras de la derecha ya caldeadas; de esta manera se alcanzan temperaturas muy elevadas.

Aceros de cementación. Es éste el procedimiento más antiguo para la obtención de los aceros. Consiste en desoxidar varillas o planchuelas delgadas de hierro dulce, que se colocan dentro de cajas sobre capas de carbón de leña, alternando las capas con el material. Se cierran herméticamente y se las deja durante 15 días en hornos de cementación a 1200ºC. El hierro absorbe el carbono, el cual penetra en su masa de la periferia hacia el centro.

El producto resultante no es uniforme, debiendo ser clasificado. En general se lo clasifica en cuatro tipos de aceros: aceros muy duros, duros, blandos, y los insuficientemente cementados.

Las varillas de una misma clase se cortan en trozos de 40 cm. y se atan en paquetes que se calientan al rojo. Luego se forjan y laminan, operaciones con las cuales se obtiene una mayor homogeneidad en el metal.

Aceros al crisol. El procedimiento con crisoles consiste en eliminar las impurezas que aún contienen los hierros obtenidos por forja. También se emplea este sistema cuando se desea obtener acero fundido en lugar de forjar las varillas obtenidas por cementación ; éstas son sometidas a la fusión de los crisoles.

La fusión se aplica a los hierros en general, cualquiera que sea su origen efectuando mezclas convenientes de hierros y aceros. El resultado está en relación directa a los materiales empleados.

Los crisoles están formados por grafito con 20% de arcilla. De una altura variable entre 30 y 50 cm. con 20 a 30 cm. de diámetro, y capacidad de unos 30 a 40 kg. de metal. Se calientan en hornos de reverbero, durando la operación seis horas; se espuman las escamas y luego se vierte el metal fundido en los moldes con los que se obtienen los lingotes.

Aceros al horno eléctrico. Se basa en la aplicación de la electricidad para obtener las altas temperaturas, que alcanzan a los 1800ºC, por medio del arco voltaico entre dos electrodos introducidos por la bóveda del horno.

El revestimiento del horno es básico; no se lo carga con arrabio (hierro bruto en lingotes), sino con chatarra (metal de desperdicio) y otras clases de aceros, obteniendo otros de excelente calidad, tenaces, resistentes, forjables, de fácil Soldabilidad e inoxidables. También se emplean estos hornos para la reducción de los minerales, refusión, aleaciones con diversos elementos (cromo, níquel, tungsteno, titanio).

7. Fundiciones.

Son metales poco maleables o dúctiles, pero más fusibles que el hierro. Su punto de fusión varía entre los 1100ºC y 1300ºC. Provienen de los altos hornos, como primera etapa de la producción de hierros y aceros. Por el color de la fractura se clasifica el arrabio (hierro bruto en lingote), en fundición blanca y fundición gris.

La fundición blanca contiene de 2,5 a 3% de carbono, funde entre los 1100º y 1200ºC, es menos fluida que la gris, se contrae algo al solidificarse y el carbono se presenta en forma de carburo de hierro (cementita). Es muy dura, carece de maleabilidad, es frágil y de estructura fibrosa de grano chico; la superficie de fractura es de color blanco. Se utiliza para la fabricación de hierros y aceros por afinado, método Bessemer, Thomas o Martín Siemens.

La fundición gris contiene de 3 a 4,5% de carbono, funde entre los 1200 y 1300ºC, es muy fluida y tiene la propiedad de llenar bien los moldes por dilatación al solidificarse, la superficie de su fractura es de color gris. Se caracteriza porque una parte del carbono se separa en forma de grafito al solidificarse. Se utiliza para la fabricación de objetos de fundición, es menos frágil que la blanca y fácilmente trabajable.

Obtenidos los lingotes de fundición como productos directos de los altos hornos, pueden ser sometidos a una segunda fusión en hornos especiales llamados cubilotes; son cilíndricos, semejantes a los altos hornos pero de 3 a 15 m. de alto hasta 2 m. de diámetro. El combustible debe estar exento , en lo posible, de azufre. Los moldes compuestos de polvo de carbón y arcilla especial, son recubiertos de grafito (plombagina) emulsionado con agua; deber ser pinchado a fin de permitir el escape de vapores y gases durante la colada, en la que el hierro desprende chispas. El producto obtenido se denomina hierro colado.

8. Elaboración.

Los hierro empleados en construcción se obtienen por los procedimientos de laminación, forja y molde. Predomina el uso de los hierros laminados, como perfiles para vigas, viguetas, correas, columnas, cabriadas, y como parte integrante del hormigón armado, en el cual se emplea en barras de sección redonda. Se aplica también y con muy variadas formas, en sinnúmero de casos ( chapas lisas, y onduladas, carpintería metálica, etc.).

Laminado: consiste en el estirado y comprensión del hierro por medio de dos cilindros que giran en sentido contrario y al igual velocidad, procedimiento que también permite aumentar la compacidad del metal.

La máquina que trabaja con dos rodillos es llamado dúo. En ella cuando ha pasado el metal, se lo debe hacer pasar nuevamente entre los rodillos para repasarlos hasta conseguir el espesor conveniente, lo cual es largo y engorroso. Se trató de simplificarlo haciendo que los rodillos puedan invertir el sentido de la marcha, con lo cual se mejoró algo. La solución fue dada al colocar un tercer rodillo, trabajando a trío, con lo cual el metal pasa entre los dos primeros y se repasa entre el segundo y tercero sin interrumpir la marcha.

El proceso de laminación requiere una serie de pasadas del metal por las laminadoras, tantas veces cuanto más complicados sean los perfiles. De acuerdo a dichos perfiles hay rodillos con su eje horizontal y otros vertical. Cuando se disponen escalonados y graduados los calibres, se compone de lo que se llama un tren de laminado.

El hierro, como es de suponer, se lamina calentando al rojo; de esta manera va tomando las formas que le transmiten los rodillos, tratando de hacerlo antes de que se enfríe, en cuyo caso debe ser nuevamente calentado.

Los cilindros afectan la forma que debe tener el hierro laminado. Así, por ejemplo, si se trata de una chapa ondulada, los cilindros laminadores tienen la forma y radio de la onda a fabricar; si es lisa, también lo son los cilindros.

Para fabricar los alambres se emplean los rodillos de contacto, los cuales dejan solamente las ranuras cada vez menores por donde pasa el hierro al rojo blanco; el diámetro mínimo que se obtiene es de 5 mm, y para obtener los de diámetro menor se parte de éstos, haciéndolos pasar por orificios troncocónicos cada vez más chicos y se van enrollando en carretes.

Forja. Consiste en dar forma por presión o golpes con el martillo, martinetes, máquinas especiales o bien simplemente con prensas. Los lingotes se calientan y se los somete a la acción de martinetes, los cuales elevando martillos por medio de vapor o aire comprimido, los dejan caer desde cierta altura, que depende, así como el peso del martillo, del trabajo a ejecutar.

El forjado transmite al hierro una estructura compacta y fibrosa.

Fundición o moldeo. Consiste en verter los metales al estado líquido en moldes, donde se enfrían y solidifican, conservando inalterablemente las formas que les dan dichos moldes.

Los moldes son hechos con arenas refractarias húmedas, empleando moldeos de madera con la forma que debe tener la pieza a reproducir. Retirando el moldeo se vierte el metal, el cual llenará el espacio vació que viene a formar el negativo de la forma; luego se cubre con arena para evitar que se enfríe rápidamente, lo que podría rajarlo. Una vez frío, solidificado, se retira, quedando solamente una cara perfectamente lisa, la superior; las otras quedan rugosas, debido a los granos de arena. El uso de las fundición es menor hoy en día que de forja y laminado, pese al auge que tuvo en el pasado. Se usa exclusivamente para la fabricación de caños cloacales, rejillas, balcones y columnas de alumbrado.

Los caños de fundición pueden moldearse horizontal o verticalmente; en esta última forma resultan mejores, porque el peso propio de la masa los hace más compactos, evitándose así las sopladuras, y resulta más fácil el manejo de moldes. Los caños se fabrican con sus extremos dispuestos para la conexión en forma de enchufe o cordón; los codos con curvas a 45° y a 90° con tapa de inspección, codos de apoyo y tapa de inspección para bajadas verticales, los ramales a 45° con tapa de inspección, todo en hierro fundido o colado, y a veces centrifugado.

Las columnas de alumbrado se fabrican de una sola pieza cuando son chicas; las grandes, en tres partes: base, fuste y capitel.

Hierro o acero para hormigón armado.

Para absorber los esfuerzos de tracción fundamentalmente y en algunos casos los de compresión, se colocan las armaduras en las estructuras de hormigón armado. El acero utilizado ha de ser del tamaño adecuado y conformado de manera tal que satisfaga la finalidad con la que se coloca.

Asimismo debe presentar una gran superficie de adherencia para lograr un reparto uniforme de las tensiones. Ello hace que se recurra a las barras de pequeño diámetro. El empleo de tales secciones hace que se recurra al trafilado para obtenerlas. Consiste el procedimiento en hacer pasar una barra de cierto diámetro por perforaciones troncocónicas practicadas en piezas de acero extra duro; estas perforaciones son de diámetro progresivamente decreciente. Las pastillas de material extra duro reciben el nombre de trafilas, y la operación trafilado.

Los acero o hierro trafilados que normalmente se expenden en el comercio para ser utilizados en el hormigón armado van desde 5 mm hasta 40 mm, siendo de mayor precio en relación a su peso los de diámetro menor. Corrientemente se utilizan los hierro redondos y ocasionalmente los de sección cuadrada. Para facilitar la adherencia se han difundido las barras con superficies corrugadas, lo que se consigue laminando las barras con estrías o resaltos.

Se utilizan tres calidades de acero: el extrasuave de construcción, el suave y el de alta resistencia. Éste último, debido al contenido de carbono elevado, es frágil y difícil de doblar. La carga de agotamiento es aproximadamente 3800 a 4900 kg/cm², para el primero; 4900 a 6300 kg/cm², para el segundo, y más de 5600 kg/cm², para el último.

Mallas Sima.

En la construcción de losas, tabiques, tanques, etc., donde es necesario colocar armaduras en forma de parrillas que transmitan los esfuerzos en dos direcciones cruzadas, se utilizan comúnmente las denominadas mallas Sima. Las mismas consisten en varillas colocadas en sentido longitudinal y transversal formando cuadrados (mallas Q) o rectángulos (mallas R), estando unidas las varillas longitudinales con las transversales por soldadura eléctrica en los puntos de cruce. Se hallan normalizadas y se las designa, por ejemplo, Q 196 o R 377, lo que significa que la malla es cuadrada o rectangular. La cifra que sigue a la letra equivale a cien veces la sección de las barras longitudinales por metro. En el primer ejemplo la malla es cuadrada , constituida por hierros de 5 mm. de diámetro colocados cada 100 mm., resultando una sección de 1,96 cm² por metro; en el segundo ejemplo se trata de una armadura rectangular, construida con hierros de 6 mm. diámetro espaciados longitudinalmente cada 150 mm. y hierros de diámetro 5 mm. espaciados cada 250 mm. transversalmente.

Otra notación utilizada es la siguiente: 100 x 100 x 5, que correspondería al primer ejemplo, y 150 x 250 x 6 x 5, al segundo.

Las mallas Sima livianas se fabrican con hierros que no superan el diámetro de 6 mm. Las mallas Sima pesadas, en cambio, se construyen con barras de hasta 12 mm. de diámetro espaciadas con una separación mínima de 150 mm.

Las mallas Sima livianas se expenden en rollos, en tanto que las pesadas en paneles.

9. Formas comerciales.

Las diversas formas comerciales empleadas en construcción pueden clasificarse en cuatro grupos, a saber: 1º) barras y perfiles; 2º) chapas; 3º) roblones, pernos y clavos, y 4º) alambres y cables.

1º) Barras y perfiles. Los de este grupo están detallados y dispuestos con todos los detalles en tablas de resistencia, manuales especializados, etc. Debe tenerse en cuenta que careciendo nuestro país de la industria del hierro, dependemos de los perfiles de importación, de los cuales llegan solamente los de numeración par. Estando la numeración en relación directa con la altura del perfil, es lógico que en los cálculos debe tenerse muy presente esto. De estos perfiles nos llegan de dos clases: unos con las medidas en milímetros, denominados perfil normal, y otros con las medidas en pulgadas inglesas.

Los perfiles laminados tienen particular interés en la construcción por ser destinados a las estructuras resistentes. Descriptos someramente, son: Hierro T, de aleta angosta, tiene la altura y ancho de ala iguales; de ala ancha, cuando tiene el alma mitad del ancho del ala; Hierro doble T o viguetas, numeración del 8 hasta el 60, es decir, hasta 60 cm. de altura; Grey, de alas anchas, del 18 al 100; los hierros ángulos, que también se laminan de dos clases: de alas iguales y de alas desiguales; en este último caso la relación entre las alas es de 1, 1 ½ o 2. Los hierros especiales, que se emplean mucho en construcciones navales. Los hierros Zores, en zeta, en cuarto de círculo, los de forma especial. Los hierros carriles de Vignoli y carriles de Fénix. Hierros en U. Hierros de sección cuadrada, empleados para rejas u barandas; hexagonales; redondos, de uso especial en hormigón armado; planos o planchuelas.

En este grupo también entran los hierros laminados especiales para carpintería metálica, de formas variadísimas, destinados a recibir el vidrio y efectuar un cierre hermético, para lo cual se combinan en la forma conocida, como de doble contacto.

2º) Chapas. Llamadas palastros, tienen un espesor de 5 a 25 mm; también reciben el nombre de planchas. La numeración de las chapas es inversa; es decir, que a medida que aumenta la numeración disminuye el espesor.

En el comercio se expenden en condiciones naturales, denominadas chapas negras, o recubiertas con un baña de zinc, llamado hierro galvanizado; popularmente se las conoce por chapas de zinc, pero no debe confundírselas con las de ese metal. Las chapas onduladas de hierro galvanizado están muy difundidas en el país, para usos diversos; estas chapas tienen un largo corriente de 2 metros con una onda de parábola. La chapa estriada o estampada es de acero dulce y en una de sus caras tiene estrías en relieve formando rombos de 2 mm. de espesor y de 5 mm. de ancho; son usadas para escalones, pasarelas, tapas de cámaras, etc. La chapa desplegada, comúnmente llamada metal desplegado, se fabrica haciendo cortes al tresbolillo y estirando; se forman mallas romboidales de muchas aplicaciones, como cielorrasos armados, etc. Hojalatas son chapas negras recubiertas de estaño; sus espesores varían de 0,2 a 0,8 mm.

3º) Roblones, pernos y clavos. Los roblones, llamados también remaches, están formados por un cuerpo cilíndrico y una cabeza que afecta la forma de media esfera, de un casquete esférico, de gota de sebo o de cabeza perdida; en el otro extremo del cilindro se remacha la cabeza en caliente una vez colocado en la pieza. El diámetro del cilindro es variable entre 3,17 mm. (1/8”) y 24,5 mm.(1”) y el largo mínimo de 2,5 veces el diámetro.

Los pernos se conocen por bulones y tornillos, según si llevan o no ranurada la cabeza para el destornillador. Los bulones están formados por un cilindro fileteado en casi toda su longitud y una cabeza fija, completados por una tuerca y una arandela. Los bulones pueden tener la cabeza de forma cuadrada y tuerca cuadrada, cabeza hexagonal y tuerca igual, cabeza redonda y tuerca cuadrada o hexagonal. Cuando el cuerpo está fileteado, excepto una pequeña zona en su parte media y carece de cabeza, se denomina prisionero. Los tornillos, de tamaño menor que los anteriores y cuerpo fileteado, tienen cabeza redonda, cabeza perdida troncocónica, con tuercas cuadradas o hexagonales, llevan ranura en la cabeza para destornillador.

Otro tipo de tornillo es el que se aplica en las maderas; tiene la cabeza como las del anterior, el cuerpo a partir de ella es cilíndrico y luego cónico fileteado, terminando en punta.

Los clavos constan de un cuerpo cilíndrico liso, terminado en punta en un extremo y una cabeza, en casquete esférico, cabeza perdida; los hay también en forma de L, llamados escarpia, de cabeza grande, llamados también tachones, y las tachuelas de cabeza chata y cuerpo cónico o piramidal. El largo de los clavos comunes varía entre 25 mm. y 305 mm. se fabrican con alambre de acero estirado en frío y sin recocer.

4º) Alambres y cables. El proceso de fabricación de los alambres ya fue explicado; faltaría establecer las diversas clases de alambre que provee la industria: de hierro común o de acero. Son de sección circular, negro, charolado, galvanizado, etc.

Los cables están formados por la reunión de alambres de acero enrollados alrededor de un alma de cáñamo o de alambre dulce, formando cordones; varios de estos cordones reunidos por torsión indeformable constituyen los cables. El enrollado de los cordones se efectúa de derecha a izquierda y éstos en conjunto, para formar el cable, de izquierda a derecha, para que no se desenrollen . Los alambres se empalman por soldadura y la resistencia es casi la suma de los alambres que forman el cable.

10. Protección de los metales.

El hierro es un metal que se oxida fácilmente por la acción de la humedad, formándose poco a poco una película de óxido hidratado que debilita el hierro. En las playas marítimas también es fácil la oxidación, debido al aire iodado y las emanaciones salinas, que también lo atacan oxidándolo.

Los metales se protegen de la oxidación recubriéndolos con pinturas, galvanizado, emplomado, estañado, esmaltado y con cementos.

Previo al tratamiento protector, el metal debe ser perfectamente limpiado, a fin de obtener una mejor adherencia. Para ello se los puede tratar con un chorro de arena fina a presión, cepillos de acero pasados a mano o a máquina, o con reactivos químicos, como el ácido fosfórico, que provee la industria bajo el nombre de líquidos desoxidantes; puede prepararse en solución acuosa al 10 %. Los reactivos químicos tienen la ventaja de efectuar una limpieza prolija hasta donde no siempre se puede llegar por los otros medios, debido a la forma de las piezas.

Pinturas. Una vez limpias las superficies, se les aplica el fondo antióxido en una o dos manos, según se requiera mayor o menor resistencia. Se emplean productos preparados por la industria a base de cromato de zinc o minio de hierro (el minio de plomo está prohibido por las reglamentaciones, por tóxico).

Sobre el fondo antióxido, se aplican las manos de acabado; si las piezas han de quedar a la vista se emplean pinturas al aceite o las lacas a la piroxilina (nitrocelulosa). Si las piezas deben ser enterradas o quedaran fuera del alcance visual, se pintan con pinturas y barnices bituminosos.

Galvanizado. Es el procedimiento más generalizado; consiste en recubrir con una película de zinc, para lo cual y previamente limpias, se sumergen las piezas caldeadas en un baño de zinc fundido que se cubre con una capa de cloruro de amonio para que no arda; después de unos segundos se retira el hierro hasta el total enfriamiento.

Las chapas onduladas de hierro galvanizado o zincado, tan comunes, son un ejemplo de este procedimiento. El galvanizado o zincado se deteriora con el hollín de las chimeneas, el agua de mar y algunas veces con la acción corrosiva de los productos sulfurosos del hierro, por lo que debe rechazarse toda pieza que presente señales de corrosión.

Emplomado. No es un procedimiento muy recomendable, pues el plomo adhiere poco con el hierro; menos que el zinc y que el estaño.

Estañado. Es algo mejor que el plomo, pero no tiene gran duración. El aspecto que da al hierro es más agradable que el del zinc o el plomo.

Esmaltado. Consiste en recubrir el hierro con un producto vidriado. Una vez bien limpio y seco el metal, se recubre con una capa constituida por feldespato, cuarzo, bórax y arcilla, que una vez seca se introduce en el horno hasta la fusión . Al enfriarse se aplica otra mano de terminación por inmersión en un baño de cuarzo, bórax, sosa, y óxido de zinc, plomo, etc., según el color deseado, volviendo a calentar hasta la fusión. Ejemplos de este procedimiento son las cacerolas para cocinar, artefactos de baño, etc.

Cementos. El recubrimiento del hierro por una capa de cemento, tiene la ventaja de no necesitar una limpieza previa. El cemento Portland posee la propiedad de absorber las pequeñas capas de óxido. Se ha comprobado en demoliciones efectuadas en la Capital Federal, que en hierros involucrados dentro del hormigón no solamente fue contenido el principio de oxidación sino que la pieza se retiró relativamente limpia de óxidos. Es útil siempre que el manipuleo sea poco, pues se descascara y no resiste la acción de los aceites grasos.

Niquelado. Es otro procedimiento de protección del hierro, muy usado, especialmente porque mejora mucho su aspecto.

11. Otros Metales.

Cobre.

El cobre es un metal conocido por el hombre prehistórico, como lo prueban las armas y utensilios hallados, en los cuales se encontraría aleado con el estaño, formando el bronce. Tanta preponderancia tuvo que una época prehistórica fue denominada Edad del Bronce.

Se lo encuentra en forma de óxidos como la cuprita y carbonatos como la malaquita, y de sulfuro como la calcopirita, que contiene también hierro. Se halla en estado nativo a orillas del lago Superior (Norte América). Mezclado, es relativamente abundante; en la Argentina se lo encuentra también mezclado con la plata.

El cobre puede obtenerse por vía seca tratando los metales sulfurados en hornos de reverbero, obteniendo primero la mata bruta y luego la mata blanca que calentadas en los cubilotes producen el cobre negro con el 98 % de metal. Por vía húmeda se lo extrae de piritas pobres en plomo; se procede a oxidarlas y se obtiene en forma de sulfato de cobre llamado cobre de cementación.

El cobre no se templa, con el recocido solamente se ablanda. Puede forjarse, batirse o estirarse a temperatura ordinaria y funde a los 1100º C. El color es rojizo brillante característico, con tintes rosados; es un gran conductor del calor y la electricidad. El peso específico es de 8,9. En frío no es atacable por los ácidos sulfúrico y clorhídrico.

Las principales aplicaciones son los alambres conductores de electricidad y los tubos para cañerías hechos por estiramiento, aunque pueden también hacerse por doblado de una chapa soldada luego longitudinalmente. Las planchas suelen tener de 0,75 a 1,00 m x 1,50 a 2,00 m y un espesor de 1 a 1,5 mm.; se aplican en revestimientos de cubiertas y en decoración. Expuesto al aire, se cubre con una capa de óxido de color verdoso llamado cardenillo; ésta actúa como protectora impidiendo la oxidación del interior del mineral, al contrario de lo que sucede con el hierro.

Actualmente se encuentran en estudio y exploración los yacimientos cupríferos existentes en el cerro El Mercedario de la Provincia de San Juan.

Zinc.

El zinc se presenta en la naturaleza en compuestos de escasa dureza y muy pocas veces tiene lustre metálico. Las formaciones principales son la Blenda, bastante abundante en el país, que contiene un 67% de zinc. Su extracción resulta algo difícil debido a la poca fusibilidad del compuesto; se encuentra también en Inglaterra, Estados Unidos y Australia. La Calamina contiene un 65% de zinc.

El zinc es un metal de color gris azulado, brillante, de fractura cristalina y escamosa. Funde alrededor de los 400º C; su punto de ebullición es a los 900º C; pudiendo forjarse a los 150º C. A los 500º C es dúctil y maleable, arde a los 700º C con llama azul verdosa deslumbradora. Por ser quebradizo en frío, no puede ser doblado en ángulo vivo.

El agua pura no lo ataca, pero si las aguas de lluvias, el anhídrido carbónico, los ácidos, así como también el yeso y el cemento. En contacto con los agentes atmosféricos se recubre de una película protectora de oxicarbonato, de color blanquecino. Es muy dilatable entre 0º y 100º -0, 000029- por lo que deben tomarse precauciones para permitirle una libre dilatación.

El zinc es actualmente obtenido por la electrólisis del óxido de zinc. El producto es el más puro que se ha logrado y es llamado de los cuatro nueves por contener 99,99 %. Cuando puro no es atacable por los ácidos, pero aleado sí; para evitarlo se amalgama con mercurio.

Se aplica en construcción en forma de chapas lisas y onduladas, para revestimiento de cubiertas, canaletas, caños de desagües, limahoyas, cornisas, depósitos, etc. Las chapas de 1,65 m. hasta 3 m. de largo y espesor de 0,6 a 1.08 mm. La numeración de las chapas y su espesor están en relación directa, las más empleadas son:

N° 10 12 13 14 15 16

Espesor 0,51 0,69 0,78 0,87 0,96 1,11 mm.

Los números 14 y 16 se emplean para caños, alguna vez también el 12; siempre colocados al exterior, pues las reglamentaciones vigentes prohíben embutirlas, lo que sería perjudicial al caño por ser atacado por el mortero. Los números 10 y 12 se usan para estamparlo, se aplican en cornisas, cresterías, lucarnas, gárgolas y otros de los techados de pizarra. Las chapas de zinc onduladas se emplean menos que las de hierro zincado, con las cuales no deben confundirse. Al ser flexible y maleable se utilizan en forma de perfiles, alambres y tubos.

Estaño.

Fue ya empleado por el hombre prehistórico en aleaciones de cobre, para obtener el bronce. Este metal, llamado también casiderita, se suele encontrar diseminado en los granitos, en las rocas esquistosas o en los pedregullos de los valles.

Su color es gris brillante, parecido al plomo pero más blanco, más duro, maleable y dúctil pero menos pesado. Cuando se lo dobla en frío produce crepitaciones llamadas grito de estaño, más notables cuando más puro sea y que se deben a los cristales entrecruzados de su estructura. En construcción se lo emplea exclusivamente aleado con el cobre y como recubrimiento del hierro.

Plomo.

Metal ya conocido en la antigüedad, que fe utilizado en la India y en Egipto y en forma especial en Roma durante el Imperio, donde se construyeron caños con chapas de plomo de 2,5 cm de espesor, dobladas y unidas longitudinalmente por el mismo metal.

El plomo se encuentra bajo la forma de Galena que es un sulfuro de plomo conteniendo el 87% del metal y a veces pequeñas cantidades de plata. La Causita es un carbonato de plomo con el 77,5% del mismo. La Anglesita, sulfuro de plomo con el 68% del metal. De éstos, solamente la Galena, tiene lustre metálico.

El plomo es un mineral blanco azulado; expuesto al aire toma rápidamente el color gris, es blando, pesado y se raya fácilmente; se corta con cuchillo y tizna de papel. Con el ácido nítrico se disuelve; su punto de fusión es bajo, 327° C y el peso específico de 11,27.

Se obtiene por fusión, de preferencia de la galena. Aleado con el 10 al 20% de antimonio se endurece. En construcción se lo utiliza en forma de chapas o planchas laminadas, con un espesor de 0,5 a 1,2 mm. las empleadas en cubiertas suelen ser las de 1,5 mm de espesor, con un ancho de 80 cm. también se las usa como placas de apoyo ara las vigas y columnas de hierro galvanizado. El uso más corriente es en forma de caños para agua corriente, gas, desagües y ventilación de cloacas, emplomado de otros metales, en alambres y varillas. Los caños son de dos tipos: livianos, empleados para instalaciones de gas y agua fría, y pesados, para la instalación de agua caliente.

Fundido se emplea para rellenar hoquedades en las fundiciones del hierro, para sellar el cierre de los manguitos, cordón o boquilla de unión entre caños. El uso como caño conductor de agua potable está restringido debido a que es causante de la enfermedad conocida como saturnismo, originada por las sales de plomo en combinación con el anhídrido carbónico, cloruro de sodio, etc., que puede contener el agua. El cemento Portland ataca el plomo, por cuyo motivo las cañerías embutidas deben ser protegidas con envolturas de fieltro o papel asfaltado, para impedir su contacto con el mortero. Es común en obra recubrirlo directamente con barro o con el papel envase de las bolsas de cemento empleadas. Otro de los empleos del plomo, es en aleación como fusibles de seguridad intercalados en los circuitos eléctricos, los que interrumpe cuando la corriente es alta. Suele emplearse la aleación de plomo, estaño y bismuto en proporción de 1:2:1.

Aluminio.

El aluminio no se encuentra en estado nativo. Abunda mucho en la naturaleza combinado, integrando arcillas y feldespatos. Se obtiene por métodos electrolíticos de la criolita o fluoruro de aluminio y sodio. Es de color blanco azulado, brillante, estructura fibrosa, más duro que el estaño pero menos que el cobre y el zinc.

Es inalterable al aire; expuesto a la humedad forma en su superficie una película protectora de óxido que lo inmuniza contra la acción atmosférica y el agua. Es muy dúctil y maleable, pudiéndose obtener en Oliz y hojas como el oro. Funde a los 660° C. En frío no es atacable por los ácidos.

Las aplicaciones del metal son múltiples. Aparte de la fabricación de utensilios domésticos se usa en forma intensa en la fabricación de motores, aviones y piezas para la industria en general. En construcción se lo emplea cuando el factor peso es importante; se obtiene en forma de chapas de 0,02 a 5 mm de espesor, alambres de 1 a 5 mm de diámetro y ángulos de lados iguales o desiguales. El mayor uso es combinado, en especial con el cobre.

Como la película protectora tiene la propiedad de reaccionar con las anilinas y absorberlas, permite el coloreado del metal con tintes atractivos a la para que duraderos, con lo que se tiene un campo de aplicación muy grande para la decoración.

El empleo del aluminio en construcción es cada vez mayor. Se lo está ensayando actualmente para sustituir al hierro en aquellos casos en que la duración de éste impone una atención constante. Así, en la construcción del puente Gras River Bridge de Massena, EEUU, se empleó exclusivamente aleación de aluminio Alcoa 14-S.T de la Aluminium Company of América. Con ello se obtuvo un puente muy liviano y muy resistente a la acción altamente corrosiva de una atmósfera industrial.

Las aleaciones ofrecidas al comercio, poseen cualidades mecánicas que dependen de la composición. La Aluminium Company produce los Alcoa 14-S.T; 17-S.T; 24-S.T; 53-S.T; 61-S.T; y 52-5 ¾ H, cada uno con una característica determinada. Así la Alacoa 61-S.T. tiene las siguientes:

Peso específico.................................................2,71 Ton/m3

Resistencia a la tracción...................................3150 kg/cm2

Límite de elasticidad........................................2750 kg/cm2

Alargamiento proporcional..............................15%

Módulo de elasticidad......................................E= 700.00 kg/cm2

También se está empleando el aluminio para alivianar puentes existentes, sustituyendo las vigas de acero de los tableros para vigas de aleación de aluminio, como el puente de Smithfield, en Pittsburg, EEUU, donde se ganaron 3 Ton/m. lo que redundó en una mayor capacidad de carga útil. Los andamios de caños tubulares de aluminio en lugar de los hierro, permiten una rapidez mayor en el armado y desarme, lo cual beneficia en la parte económica de la obra.

La aleación del 78% de zinc y 22% de aluminio resulta una plancha plástica, puede ser soldada por puntos y por fusión, también por latón y acero.

Níquel.

Es de uso relativamente moderno, siendo el más parecido al hierro. Su punto de fusión es de 1450ºC; es resistente a la corrosión y no se mancha, es duro y pesado; su peso específico es de 8,8. Se obtiene de la clorita y de la incolita; en el último caso tiene un tinte rojizo semejante al cobre, tanto que los primeros mineros en las montañas Horz (Alemania) los confundían, pero los desechaban por intrabajable; su color natural es gris brillante. No es atacable por el oxígeno, ni los ácidos clorhídricos y sulfúrico; en cambio, el ácido nítrico lo ataca fácilmente.

En construcción se usa para la fabricación de un tipo de acero y como recubrimiento protector de otros metales como el hierro, el cobre y el bronce, que niquelados son de uso corriente en la fabricación de canillas, artefactos eléctricos y herrajes de carpintería.

Otros metales menos corrientes.

Metales que en la actualidad no tienen aplicación en la construcción:

Antimonio, que en la actualidad tiene uso en los accesorios para los automotores, funde a los 630ºC, aumentando su volumen al solidificarse. Cromo, Manganeso, Molibdeno, Silicio, Tungsteno y Vanadio, se emplean para la fabricación de tipos especiales de aceros. Berilio, Bismuto, Cadmio, Litio, Indio, Magnesio, Mercurio, Oro, Plata, Platino, Radio, Selenio, Sodio, Tantalio, Telurio, Titanio, Zirconio o Zirconio.

Como puede apreciarse, la lista es bastante extensa. Algunos, como el oro, la plata y los que se han indicado especialmente, ya se los comienza a aplicar en pequeña escala, pero los demás están aún en el campo de la experimentación. Según los ensayos efectuados por diversos institutos especializados, se vislumbra un adelanto fundamental en la industria de los metales.

Aleaciones.

Por aleación se entiende la unión íntima de dos o más metales en mezclas homogéneas. Es muy raro encontrar aleaciones al estado natural; se las obtiene por fusión, mediante el aumento de la temperatura, al estado sólido. Cuando interviene el mercurio queda al estado líquido, en cuyo caso se denomina amalgama. Cuando se obtiene una aleación homogénea y bien definida se denomina eutética.

Las aleaciones tienen por objeto modificar en un sentido determinado las condiciones de los metales, tratando de mejorar bajo el punto de vista utilitario, ya sea su aspecto o su resistencia mecánica. Pero el número de aleaciones empleadas en construcción es grande, y algunas de ellas, como el bronce y el latón, datan de muy antiguo.

Las aleaciones resultan a veces verdaderas combinaciones químicas, pero en la mayoría de los casos son simplemente mezclas bastante homogéneas, como puede comprobarse con el examen microscópico. También se llama aleaciones a las combinaciones de los metales con los metaloides.

Al alearse un metal con otro, queda afectado el punto de fusión de cada uno de ellos. Aunque la proporción sea el 50% de cada metal, rara vez es la que pueda calcularse matemáticamente el punto de fusión de la aleación entre el cobre (punto de fusión 1088ºC) y el níquel (punto de fusión 1454ºC), cuya aleación al 50% resulta con un punto de fusión próximo a la media aritmética de esas dos temperatura.

Aleaciones de aluminio.

La evolución técnica continúa experimentando y aplicando nuevas aleaciones de aluminio, entre ellas las más corrientes son las que tienen como componentes principales el cobre y el silicio, cada una de las cuales le incluyen características particulares.

Aleado con el cobre, éste le disminuye el inicio del punto de fusión, produciéndose a partir de los 530ºC, pero aumenta la resistencia a la rotura y su límite elástico, tiene el inconveniente de reducir su resistencia a los agentes atmosféricos aumentando su fragilidad . El silicio al 12% forma una aleación eutéctica (homogénea), disminuyendo también el punto de fusión a unos 575ºC pero con la ventaja sobre el anterior de aumentar su resistencia a los agentes atmosféricos y recibir un buen moldeo.

A estas aleaciones se les adiciona, buscando mejorar determinadas condiciones, en porcentajes entre el 0,2 y el 2%, son éstos el manganeso, el níquel, el titanio, el tungsteno, el cinc y el cobalto.

Bronce.

El bronce es una aleación de cobre y estaño en proporción del 80% del primero y 20%del segundo y también del 95% y 5% respectivamente. El estaño trasmite al cobre la resistencia y dureza. En construcción está muy generalizado su uso en cañerías, chapas de aplicación artística, herrajes artísticos, cierta carpintería metálica y en fabricación de elementos revestidos con un baño de níquel o de cromo.

Si a la aleación de cobre y estaño se le agrega zinc, plomo, magnesio, aluminio, se obtiene un material maleable sin sopladuras. Otro tipo de aleación es la del bronce fosforoso, compuesto por estaño hasta el 30% , desoxidado, con 0,5% o más de fósforo; es muy duro y tenaz , se usa para engranajes, motores, etc. En estado de fusión es muy fluido, no reteniendo oxígeno, lo que constituye una ventaja para las piezas fundidas por no presentar sopladuras o burbujas.

Bronce de aluminio. Compuesto por el 90% de cobre y el 10% de aluminio, es muy parecido al oro y muy apreciado para los trabajos artísticos. Un ejemplo corriente de esta dosificación; son las monedas de 5, 10 y 20 centavos doradas de los años 1950; la proporción de los metales es de 92% de cobre y 8% de aluminio.

Ratón.

Constituido por aleaciones de cobre y zinc obtenidas por fusión simultánea; es más duro que el cobre y de oxidación más difícil. Forjable y laminable, el latón común tiene 35% de zinc, con una coloración amarilla. De color blanco grisáceo cuando tiene más del 50% de zinc, es duro y quebradizo. El latón empleado para soldar contiene del 40 al 50% de zinc, siendo su punto de fusión más bajo que el de los metales a soldar.

El latón se expende en el comercio en forma de chapas de 0,12 a 0,17 mm. de espesor, en alambres cuyos diámetros tienen de 0,5 a 2 mm., tornillos, herrajes, etc.

Alpaca o metal blanco.

Recibe también el nombre de plata alemana. Está formado por la aleación de cobre, níquel y zinc en proporción del 50 al 70% de cobre, 13 al 25% de níquel y 13 a 25% de zinc; su color es blanco argentino. La combinación de su color tan atractivo y su resistencia a la corrosión le dan preferencia para los trabajos arquitectónicos; en Inglaterra fabrican con alpaca los servicios de mesa, que llevan las siglas E.P.N.S

El platinoide es un metal blanco, compuesto por 60% de cobre, 14% de níquel, 24% de zinc y 1 a 2 % de tungsteno.

Duraluminio.

El duraluminio fue descubierto accidentalmente por el alemán Alfred Wilm en 1906.

Es una aleación de aluminio con una base de magnesio, que en un principio recibió el nombre de “endurecimiento del aluminio por envejecimiento”. Es un metal liviano, pero muy duro; tiene la aleación en la proporción de 2,5 a 5% de cobre, 0,5 a 4% de magnesio, 4 a 6% de zinc, con silicio, hierro y el 0,1 % de titanio. Este último es el llamado R.R 59 y el anterior R.R77.

El duraluminio se corroe más que otras aleaciones, motivo por el cual se recubren ambas caras de la chapa de duraluminio con otras de aluminio. En estas condiciones se lo utiliza mucho en aviación. La proporción conveniente del duraluminio es del 90% al 95% de aluminio, 4,5% de cobre, 0,25% de manganeso, 0,5% de magnesio, 0,5% de hierro y 0,5% de estaño.

Para la construcción naval se usa la aleación denominada A.G3M. compuesta por magnesio, manganeso y cromo.

Los paneles tipo sándwich de aleación de aluminio que se emplean para la construcción del sistema modular, corresponde a la aleación 3003 que contiene magneso, se lo suministra en planchas de 60X60 cm. con un espesor de 51mm.

Anticorodal.

Siendo el aluminio un material blando, no es apto para construcción, pero con los ensayos efectuados para mejorarlo, se consiguió aumentar su dureza en la aleación que se llamó duraluminio y que ya hemos citado. En esta aleación no se llegó a obtener otra propiedad esencial, resistencia a la acción atmosférica, por lo que los ensayos se continuaron con dos objetivos: el de aumentar la resistencia mecánica y mantener la resistencia a la acción atmosférica igual o casi igual a la del aluminio puro.

Des estos ensayos surgió una serie de aleaciones entre las cuales se destaca la que se llamó anticorodal, material que la industria suministra en chapas y flejes o prensado en barras, tubos y perfiles en el color natural o coloreado con vistosos colores y muy firmes todos ellos en cuatro cualidades: 1) Blanda, el material puede doblarse y plegarse fácilmente. 2) Semidura, puede curvarse, pero con cuidado y con un radio mínimo del doble del grueso de la chapa, en caso contrario se rompe. 3) Dura, se puede doblar con cuidado, pero el radio mínimo es de 5 veces el grueso de la chapa. 4) Muy dura, dureza de resorte; no es apropiado para curvar debido a su gran dureza y poca elasticidad.

Este material no debe ser calentado a más de 120ºC, debido a que llegado a esta temperatura disminuye su resistencia; es preferible el manipuleo en frío. Se recomienda para embutir o enderezar chapas de hasta 5mm. de espesor, el empleo de martillos de madera.

La casa creadora de esta aleación, la Aluminium Inddustrie A.G de Neuhausen, Suiza, da como resistencia a la tracción de 11 a 42 kg/mm2 según la calidad, y como dureza Brinell, la de 30 a 120 kg/mm2, también según la calidad. La resistencia al corte es los 2/3 de la resistencia a la tracción; en cuanto a la de choque, ensayado en probetas de 10X10 mm. y sección de ruptura de 10X7,5 mm. para la calidad 3, da de 1 a 3 kg/cm2, y para la calidad 4 de 3 a 6 kg/cm2, y para la calidad 4 de 3 a 6 kg/cm2. El módulo de elasticidad es aproximadamente 1/3 del acero, 6500 a 7200 kg/cm2.

Aleaciones de acero.

Comúnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la búsqueda del mejoramiento de sus características. Los elementos añadidos corrientemente son: el níquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc.

Aceros al níquel. Son aceros inoxidables y magnéticos. El níquel aumenta la carga de rotura, el límite de elasticidad, el alargamiento y la resistencia al choque o resiliencia, a la par que disminuye las dilataciones por efecto del calor. Cuando contienen del 10 al 15% de níquel se templan aun si se los enfría lentamente.

Aceros al cromo. El cromo comunica dureza y una mayor penetración del temple, por lo que pueden ser templados al aceite. Los aceros con 1,15 a 1,30% de carbono y con 0,80 a 1% de cromo son utilizados para la fabricación de láminas debido a su gran dureza, y en pequeña escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo.

Aceros al cromo-níquel.

De uso más corriente que el primero, se usan en la proporción de carbono hasta 0,10%, cromo 0,70% y níquel 3%; o carbono hasta 15%, cromo 1% y níquel 4%, como aceros de cementación. Los aceros para temple en aceite se emplean con diversas proporciones; uno de uso corriente sería el que tiene carbono 0,30, cromo 0,7% y níquel 3%.

Aceros al cromo-molibdeno.

Son aceros más fáciles de trabajar que los otros con las máquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetración del temple en los aceros; se emplean cada vez más en construcción, tendiendo a la sustitución del acero al níquel. De los tipos más corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composición varía según su empleo.

Aceros al cromo-níquel molibdeno.

Son aceros de muy buena característica mecánica. Un ejemplo de mucha aplicación es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, níquel 4% y molibdeno 0,5%.

Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono.