Unidad 3. Materiales de uso técnico
6. MATERIALES METÁLICOS 6.1. INTRODUCCIÓN Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad. Se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos. Los materiales metálicos son aquellos que están compuestos básicamente por uno o más metales. También pueden contener otros materiales como el carbono. Los materiales metálicos cuyo componente principal es el hierro son llamados materiales férricos o ferrosos como el acero. Los materiales metálicos obtenidos a partir de otros metales son llamados materiales no férricos como el cobre, aluminio, etc. •
La metalurgia es el conjunto de industrias que se encargan de la extracción (minería) y transformación de los minerales metálicos.
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La siderurgia es la rama de la metalurgia que trabaja con los materiales ferrosos.
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La aleación: Es una mezcla dos o más sustancias, que debe cumplir con una serie de condiciones: • La mezcla debe ser homogénea, es decir, que no se tienen que distinguir donde están las sustancias dentro de la mezcla. • Al menos una de las sustancias debe ser un metal. • El resultado de la mezcla debe tener propiedades metálicas.
6.2. OBTENCIÓN Los metales son materiales que se obtienen de minerales que forman parte de las rocas. La extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto o en minas subterráneas.
Mina a cielo abierto
Mina subterránea
El mineral que se extrae de la mina tiene una parte útil (por ejemplo mineral de hierro,de alumnio, etc.) que se llama mena y una parte de desecho que se denomina ganga (otros minerales).
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Unidad 3. Materiales de uso tĂŠcnico
Mineral de hierro
Mineral de aluminio
6.2. PROPIEDADES DE LOS METALES
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Mineral de titanio
Unidad 3. Materiales de uso técnico
6.3. METALES FÉRRICOS Los metales férricos son aquellos metales cuyo componente principal es el hierro. El material metálico más empleado hoy en día es el hierro, ya que tanto las técnicas de extracción del mineral como los procesos de obtención del metal son relativamente económicos. Siempre se obtiene en forma de aleación con carbono. Según la cantidad de carbono que se agrega al hierro, podemos distinguir hierro dulce, aceros y fundiciones.
ALEACIÓN
APLICACIONES
Aplicaciones eléctricas. Núcleos de electroimanes. Hierro dulce Clavos y herramientas antiguas. Carbono < 0,1% Imanes. Medios de transporte: coches, trenes, barcos, etc. Aceros Chapas, alambres, herramientas, etc. 0,1% < Carbono < 2% Perfiles para estructuras de edificios (vigas, columnas, etc). Instrumentos médicos. Acero inoxidable Cuberterías. (Hierro, carbono, cromo o níquel) Elementos de fontanería. Bloques de motores. Tapas de alcantarilla, farolas, muebles de terraza, etc. Fundiciones 2% < Carbono < 6%
Hierro dulce
Acero
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CARACTERÍSTICAS
Se considera hierro puro. Blando. Se oxida con facilidad.
Son dúctiles y maleables. Tenaces. Se oxidan con facilidad. Buena soldadura.
Alta resistencia a la oxidación y corrosión. Funden facilmente (400 ºC). Mala soldadura. Pueden fabricarse piezas complicadas empleando moldes. Poco dúctiles y maleables.
Fundición
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6.4. METALES NO FÉRRICOS
METAL PURO
COBRE
ESTAÑO
CINC
ALUMINIO
APLICACIONES Cables eléctricos. Tuberías de agua y gas. Elementos decorativos.
Aleado con plomo se utiliza para soldadura de componentes electrónicos. Aleado con plata se utiliza para soldadura de tubos de gas y agua. Elementos decorativos. Recubriendo al acero con una fina capa de estaño se consigue la hojalata. Recipientes: cubos, barreños, etc.. Canalones y planchas para recubrir tejados. Forma parte de la pintura metalizada. Recubriendo al acero con una fina capa de cinc se consigue acero galvanizado.
Maleable en frío. Blando. No se oxida.
Envasado de alimentos. Papel de alumnio para proteger los alimentos. Cables eléctricos de líneas de alta tensión. Puertas, ventanas, etc. Latas de bebidas. Aleado con otros metales se utiliza en estructuras de aviones, llantas de ruedas de vehículos, motores de vehículos, etc. Aplicaciones aeroespaciales. Pirotécnia y explosivos.
Ligero y blando. Resistente a la corrosión. No es tóxico. Conduce bien el calor electricidad.
Muy ligero. Caro. Reacciona violentamente con el oxígeno en estado líquido (explota).
Muy caro. Resistente a la corrosión. Muy resistente a los esfuerzos. Biocompatible.
MAGNESIO
TITÁNIO
CARACTERÍSTICAS
Implantes biomédicos. Estructuras de aeronaves. Motores aviones. Decoración de algunos edificios. Relojes.
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Excelente conductor eléctrico y térmico Resistente a la corrosión. Se suelda con facilidad. Muy dúctil y maleable
Alta resistencia a la oxidación y corrosión.
y
la
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ALEACIÓN BRONCE (Cobre + Estaño)
LATÓN (Cobre + Cinc)
APLICACIONES Engranajes. Estatuas y monumentos.
Radiadores, accesorios de fontanería. Cerraduras, bisagras, etc.
COBRE
ESTAÑO
CINC
ALUMINIO
MAGNESIO
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CARACTERÍSTICAS Alta resistencia a la corrosión. Fácil de moldear en estado líquido.
Resistente a los esfuerzos. Muy dúctil y maleable.
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TITÁNIO
BRONCE
LATÓN
6.5. TRABAJO CON LOS METALES A) Medir y marcar
Antes de fabricar una pieza hay que trazarla o dibujarla, con las medidas correspondientes, sobre el material de partida. Se emplean útiles de dibujo sobre la pieza de metal como la escuadra, la punta de trazar, la regla y el compás de puntas.
Escuadra metálica
Escuadra metálica
Punta de trazar
Escuadra 120º
Compás de puntas
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B) Sujetar y doblar
Para sujetar las piezas se utilizan el sargento o el tornillo de banco. Para dar forma a los metales es muy útil el mazo blando. Los alicates universales sirven para sujetar pequeñas piezas y también podremos emplearlos para dar forma a los alambres.
Tornillo de banco
Sargento
Mazo blando
Alicates universales
C) Cortar Para cortar:
Planchas finas de metal se emplean las tijeras para chapa. Tubos, barras o planchas más gruesas se utiliza la sierra de arco. Alambres finos se usan los alicates universales. También se puede utilizar una máquina eléctrica llamada amoladora.
Tiejera para chapa
Sierra de arco
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Amoladora
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D) Taladrar Para taladrar: 1º. Se marca el agujero con un granete. 2º. Se procede al taladrado con la taladradora eléctrica manual o la taladradora de columna usando la broca especial para metal. También se pueden hacer agujeros con una herramienta llamada sacabocados.
Granete
Taladradora manual
Sacabocados
Taladradora de columna
E) Limar y pulir
Después de cortar un metal quedan bordes afilados que hay que suavidar con la lima. Antes de aplicar cualquier acabado al metal hay limpiarlo y eliminar el metal oxidadado; es decir, hay que pulirlo. Para ello se utiliza el cepillo de alambre y el estropajo metálico.
Lima
Cepillo de alambre
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Estropajo metálico
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F) Unir La unión entre piezas metálicas puede ser de varias formas:
Soldadura: se emplea metal fundido que al solidificar une las piezas de forma definitiva. o Para unir dos chapas de metal se utiliza el soldador de punta plana y la varilla de metal de soldadura. o Para soldar tubos de cobre se utilizan el soplete y una aleación de estaño-plata como metal de soldadura.
Soldador punta plana
Bobina de aleación estaño-plata
Uniones roscadas: mediante tornillo, tuerca y arendela. Para apretar la unión se utilizan la llave plana o la llave inglesa.
Tornillo-tuerca-arandela
Soplete
Llave plana
Llave inglesa
Uniones remachadas: es un tipo de unión fija mediante unas piezas especiales llamados remaches y utilizando una herramienta llamada remachadora.
Remaches
Remachadora
G) Acabado El último paso es el acabado que consiste en aplicar al metal una pintura adecuada utilizando para ello una brocha.
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6.6. CONFORMACIÓN DE PIEZAS METÁLICAS A) Fresado Consiste en realizar piezas mediante el arranque de material de un bloque de metal. Para ello se usan unas cabezas giratorias cortantes llamadas fresas.
B) Torneado Consiste en desprender material de una pieza que gira rápidamente sobre un eje. Nos permite obtener elementos cilíndricos y cónicos.
C) Moldeado Se realizan los siguientes pasos: 1.- Se calienta el metal en un horno hasta que se funde. 2.- El metal líquido se vierte en el interior del molde. 3.- Se deja enfriar hasta que el metal se solidifica. 4.- Se extrae la pieza del molde.
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D) Laminado Se hace pasar la pieza por una serie de rodillos, que la comprimen, disminuyendo su grosor y aumentando su longitud. Se emplea para obtener planchas y chapas de distintos grosores, barras, perfiles, etc.
E) Estampación Se introduce la pieza en caliente entre dos matrices o estampas, una fija y otra móvil, cuya forma coincide con la que se quiera dar al objeto. Al juntarse las dos matrices, el material adopta su forma interior.
F) Embutición Mediante una prensa se presiona una lámina metálica hasta que adquiere la forma del molde. Se emplea para obtener piezas huecas.
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G) Doblado Se somete una plancha a un esfuerzo con una prensa a fin de que adopte una forma determinada.
H) Trefilado Se hace pasar la punta afilada de un alambre por un orificio con las dimensiones y forma deseada. A continuación se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina de arrastre giratoria. Al atravesar el alambre el orificio, aumenta su longitud y disminuye su sección. Se emplea para fabricar hilos o cables con secciones y dimensiones muy diversos.
I) Troquelado Consiste en cortar partes de una lámina metálica con un prensa. Se utiliza para realizar huecos en piezas metálicas o conseguir piezas circulares.
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Unidad 3. Materiales de uso técnico
J) Extrusión Se hace pasar la pieza por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de compresión mediante un émbolo. Se obtienen así piezas largas con el perfil apropiado. Se obtienen tubos, barras y perfiles variados.
K) Forja Mediante el fuego y el golpeo con el martillo sobre el yunque se moldea y endurece el hierro para obtener piezas de artesanía.
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