Metales

LOS METALES Y Sus propiedades

¿Qué te gustaría ver? 

El metal

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Materiales metálicos férricos

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Materiales metálicos no férricos

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Aleaciones

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Propiedades de los metales

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La siderurgia

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Obtención del hierro

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Obtención del acero

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El aluminio

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Técnicas de trabajo: Conf. Por modelo

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Técnicas de trabajo: Conf. Por deformación

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Unión entre piezas

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Actividades

El metal

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El metal se denomina a los elementos químicos caracterizados por ser buen conductor del calor y la electricidad…

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También por poseer alta densidad y ser sólidos a temperaturas normales

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También puede reflejar la luz, que le da un peculiar brillo

Tipos de materiales

Puede haber dos tipos de materiales : Metálicos férricos Metálicos no férricos

Que a continuación, veras en que consisten

Materiales metálicos férricos 

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Son aquellos que están constituidos total o parcialmente por hierro Hay tres tipos de materiales metálicos férricos:

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El hierro: Es uno de los elementos mas abuandantse en la naturaleza, pero no suele encontrarse en estada natural, sino combinado con otros elementos. Funde a 1.535ºC se ablanda antes de fundirse, por lo que puede ser forjado y moldeado

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El acero: Es una aleación de hierro y carbono. Presenta una dureza mayor que el hierro puro, pero a la vez es mas frágil.

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La fundición: Es una aleación de hierro y carbono, destaca por su gran fusibilidad; tienen una buena resistencia a la compresión, y resisten las vibraciones y el desgaste. No es buen conductor del calor y la electricidad

Materiales metálicos no férricos Básicamente, aquí os explicare el cobre; el aluminio lo veremos mas adelante. El cobre: Es uno de los pocos metales que se pueden encontrar en la naturaleza, pero no es muy abundante. Pero por ello, se obtiene industrialmente a través de sus minerales; la calcopirita y la calcosina. Se puede obtener por dos métodos: o Obtención por vía húmeda: Se utiliza para minerales con una riqueza en cobre del 3 al 10%; el mineral se tritura y se mezcla con ácido sulfúrico, luego se trata con óxidos de hierro, que luego se precipita como cobre metálico o Obtención por vía seca: Se emplea cuando la riqueza del mineral esta por encima del 10%; el mineral se tritura, las impurezas se hunden; se le somete a torrefacción en un horno para seguir eliminando purezas y luego se calcina en otro horno para obtener la mata. Luego se le añade sílice y se le circula aire, con lo que se obtiene el cobre blister con una pureza del 99%.

Aleaciones 

Una aleación es una mezcla homogénea e dos o mas metales con propiedades diferente de los componentes por separado

Las aleaciones se dan en casos como: I. Aceros: Aleaciones formadas por hierro y carbono se denominan aceros al carbono. Entre los productos fabricados con este tipo de aceros se citan: máquinas, carrocerías de automóvil, estructuras usadas en construcciones, etc. II.

Bronce: Es una aleación del cobre con porcentajes variables de estaño; se utiliza con fines decorativos o para fabricar piezas resistentes a la corrosión y la tracción, como engranajes. Alguna vez a esta aleación se le añade algun elemento para mejorar alguna propiedad.

III.

Latón: Son aleaciones del cobre y zinc, en porcentaje variable. Se emplean para fabricar elemento mecánicos resistentes a la corrosión atmosférica.

Propiedades de los metales • Conductividad: Conductores del calor y la electricidad. Esta propiedad los hace indispensables como elementos de instalaciones eléctricas.

• Ductilidad: Ejerciendo presión o golpeándolos se puede cambiar su forma sin que se agrieten o rompan

• Dureza: Suelen ser duros y resistentes aunque existen variaciones • Fusibilidad: Los metales en general suelen ser solidos a temperatura ambiente, pero funden a temperaturas elevadas

• Forjabilidad: Capacidad de aceptar los cambios de forma mediante golpes. Esta propiedad esta relacionada con la ductilidad. Estos procesos se hacen con el material caliente, ya que soporta mejor los cambios

• Tenacidad: Capacidad del material para soportar golpes sin llegar a romper

Siderurgia 

Llamamos siderurgia, a las técnicas metalúrgicas en la obtención del hierro a partir de sus minerales y sus aleaciones, sobre todo las que tienen un bajo contenido de carbono Los primeros utensilios fabricados mediante la técnica de mineral de hierro fueron descubiertos en Egipto y datan del año 3000 a.C, pero antes consta de que ya se usaba el hierro. En los hornos bajos se forzaba el paso del aire para obtener una temperatura, aunque no era suficiente para fundir el hierro. Así se obtenía una masa de hierro mezclado con escoria, que reducían la resistencia del hierro y de otras escorias, que debían ser eliminadas; el material se golpeaba, de modo que l escoria afloraba a la superficie de masa y era retirada. En la industria siderurgia moderna se utiliza el alto horno, refinado del hierro obtenido para producir distintas variedades del acero

Obtención del hierro •

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Las materias primas necesarias para obtener arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se obtiene a partir del carbón de hulla se utiliza como combustible para calentar el horno y como agente reductor, ya que al arder libera monóxido de carbono, que se combina con el óxido de hiero y los reduce a hierro metálico, la piedra caliza se utiliza como fundente, combinándose con las impurezas para formar la escoria. El horno se carga con capas alternadas de mineral, coque y caliza que se introducen por las tolvas situadas en la parte superior del horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en unas vagonetas; se inyecta aire precalentado a 900-1.000º C por las toberas de la parte inferior. El aire se calienta en las llamadas estufas o tanques de ladrillo refractario, aprovechando el calor residual de los gases de escape. El arrabio obtenido es hierro fundido con cierta proporción de carbono, y se recoge en el fondo del horno a 1.150-1.200º C.

Obtención del acero El arrabio obtenido en el alto horno es un tipo de fundición, si se quiere convertir en acero es necesario someterlo a un proceso de refinado para reducir su contenido en carbono; existen varios métodos para producir acero a partir del arrabio. A.

B. C. D.

Método Bessemer: Desarrollado por Henry Bessemer en 1865. Se introduce el arrabio líquido en un recipiente (convertidor) y se insufla aire. El oxígeno oxida las impurezas y como se genera calor no es necesario añadir combustible Método Siemens: El arrabio se mezcla con chatarra, que actúa como agente oxidante, en un horno calentando mediante la combustión del gas Método eléctrico: Es similar al método Siemens, pero la elevación de la temperatura se consigue mediante la producción de un arco voltaico Método LD: Denominado porque se uso en las industrias Linz y Donawitz (Austria). Se introduce en un convertidor arrabio líquido, chatarra y fundentes e insuflar oxigeno pero mediante una lanza. El calor producido por las reacciones de oxidación de las impurezas y del carbono mantiene la masa líquida; así se obtiene un acero de calidad superior y mas barato

El Aluminio El aluminio es el metal mas abundante en la corteza terrestre. Forma parte de muchas piedras preciosas y es el segundo metal mas ligero después del magnesio; se oxida fácilmente, la capa de óxido que cubre la superficie es muy compacta y protege de la corrosión. Utilizado en aeronáutica, utensilios de cocina, envases de refresco, etc. Obtención del aluminio: Se obtiene a partir de la bauxita, formada por óxido de aluminio mezclado con sílice y óxidos de hierro, cuando eta triturada, se la trata con hidróxido de sodio y alúmina hidratada que se deshidrata en un horno y se obtiene alúmina anhidra. Esta ultima sustancia se introduce en una cuba electrolítica junto con un fundente, criolita, mediante electrólisis se obtiene aluminio fundido, que se deposita en el fondo de la cuba y se retira por un orificio. El aluminio obtenido por este método tiene una pureza en el cátodo, que se deposita aluminio con una pureza del 99,8%

Técnica de trabajo (Conf. Por modelo) La conformación por modelo, consiste en verter el metal fundido en un recipiente o molde con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar. Una vez enfriado y solidificado el metal se retira del molde y se obtiene la pieza. Esta es una técnica muy usada para fabricar piezas con formas complicadas La técnica del moldeo en arena consiste en comprimir arena de fundición alrededor de un modelo de la pieza para formar los moldes superior e inferior. Preparado el molde se vierte el metal fundido a través de una abertura Si se sustituyen los moldes de arena por moldes metálicos la técnica se denomina moldeo en coquilla y puede hacerse por gravedad, dejando caer el metal fundido dentro del molde o bajo presión, en este último caso el metal fundido se inyecta a presión en el molde; esta técnica se usa para fabricar piezas con aristas pronunciadas

Técnica de trabajo (Conf. Por deformación) Es una técnica que consiste en someter al metal a esfuerzos de manera que se produzca una deformación plástica Hay tres tipos de conformación por deformación: 

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Forja: A los metales se les da forma mediante unos golpes con martillos o prensas. Se puede hacer la forja en frío aunque sea mas habitual, la forja caliente. Esta técnica se usa desde hace mas de 2.500 años Laminado: Cuando el metal esta en estado pastoso debido a la temperatura, puede darse forma por medio de presión al hacerlo pasar en caliente entre dos rodillos que giran, si se dispone de varios pares de rodillos y que cada vez se vayan acercando mas, se obtienen planchas de metal que se almacenan en bobinas. Si no se da este caso, que se hace pasar la masa de metal por un orificio con una forma determinada, y se van obteniendo piezas de sección constante Extrusión: Se hace fluir el metal por presión, por un émbolo a través de una matriz con una boquilla que tiene la sección del perfil que se desea obtener. Se usa para obtener tubos y perfiles ( entre 150 y 200 ºC) o haciendo pasar el metal a temperatura ligeramente inferior a la de fusión. Este método solo se aplica en aleaciones muy dúctiles

Unión entre piezas Normalmente un objeto está formado por varias piezas ensambladas mediante uniones fijas (luego ya no se pueden separar) o desmontables (permiten separar y volver a unir las piezas repetidamente)  Uniones fijas Entre las uniones fijas mas usuales están las remaches y la soldadura.  Remaches. Elementos metálicos cilíndricos que atraviesan las dos piezas a unir  Soldadura. Se basa en la fusión de las partes a unir mediante calor de modo que al enfriarse y solidificarse forman una sola pieza  Uniones desmontables Se emplean elementos de sujeción con o sin rosca: tornillos o chavetas  Tornillos. Son elementos cilíndricos que constan de cabeza y cuerpo roscado. Van acompañados de tuercas, que se colocan en el lado opuesto a la cabeza del tornillo  Chavetas. Son piezas en forma de cuña que se introducen en un orificio con la misma forma en el cual encajan.  Pasadores. Son elementos cilíndricos, con una función similar a las chavetas e impiden que las piezas unidas se deslicen  Guías. Se adaptan a un carril permitiendo el desplazamiento

Ejercicios 

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1.Cita dos materiales metálicos y dos no metálicos que formen parte de algún objeto que utilices a diario 2.Indica cual sería la propiedad que encontrarías más importante para construir cada objeto: A) Un destornillador B) Unas tijeras C) Un cable de corriente D) Un alambre

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3.¿Qué técnica de trabajo utilizarías para fabricar cada una de estas piezas? A) Una campana B) El cuadro de una bicicleta C) Un rollo de papel de aluminio

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4.Define conductividad y forjabilidad

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5.¿Cómo se obtiene el acero? ¿Cuántos métodos posibles hay?

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6.¿Cuáles de estos elementos no son uniones desmontables? A) Remachadoras B) Guías C) Tornillos D) Soldadura E) Chavetas