Los metales

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La edad de los metales

� Los primeros metales, encontrados en estado puro, se usaron sobre el 7.500 a.C., pero sólo eran trabajados en frío o ligeramente calentados.

� Sobre 5.000 a.C. se inicia la fundición de metales (cobre, oro,...)

� Sobre 3.000 a.C. se descubre el bronce , aleación de cobre y estaño, mucho más duro que ambos.

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La edad de los metales

� Sobre 1.500 a.C. los hititasusaban el hierro para fabricar armas lo que les dio ventaja bélica sobre otros pueblos (egipcios,...)

� El principal problema del hierro era alcanzar su alto punto de fusión (1.535 ºC). Hasta que empezaron a utilizarse los hornos provistos de fuelle, no se pudieron alcanzar estas altas temperaturas.

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Características de los metales

� Son muy buenos conductores del calor.

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Características de los metales

� Son buenos conductores de la electricidad,

como el cobre y el aluminio.

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Características de los metales

� Tienen una considerable resistencia mecánica.

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Características de los metales

� Tienen una considerable tenacidad (aguantan golpes

sin romperse)

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Características de los metales

� Poseen una elevada maleabilidad.

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Características de los metales

� Tienen una elevada ductilidad.

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Características de los metales

� Son reciclables mediante fundición.

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La extracción minera: minerales

Los metales no suelen encontrarse puros en la

naturaleza, sino formando parte de minerales.

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La extracción del mineral en minas

Los minerales se extraen en minas a cielo abierto o subterráneas.

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La minería a cielo abierto

Mina de hierro de Alquife (Granada)

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La extracción del mineral: voladuras

La extracción minera a cielo abierto empieza con la voladura de la roca para desprenderla.

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La extracción del mineral: el transporte

El mineral se carga en camiones o vagones con grandes palas hidráulicas o con cucharas giratorias.

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La minería subterránea

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La mena y la ganga

La parte aprovechable del mineral se llama mena y la no aprovechable ganga. La ganga suele ser más

del 95%.

Mena

Ganga

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La trituración del mineral

Para separar la mena de la ganga se procede a la trituración del mineralmediante diversos procedimientos.

Molino de bolas

Trituradora de martillos

Trituradora de rodillo

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La trituración del mineral

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La separación de mena y ganga

Una vez triturado el material, se procede a la separación de la mena de la ganga por separación magnética o por flotación, entre otros.

Celdas de flotación

Separación magnética

Cinta transportadora

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La extracción del mineral: sinterizado

La mena suele quedar reducida a partículas muy finas de difícil manipulación, por lo que se aglomeran en bloques. Este proceso se denomina sinterizado.

Bloque de metal sinterizado

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Clasificación de los metales

De entre todos los metales, el hierro y sus aleaciones suponen el 90% de la producción mundial. Por ello, se clasifican en:

� Materiales férricos: Son el hierro y aleaciones cuyo componente principal es el hierro (aceros y fundiciones).

� Metales no férricos: Son los metales y aleaciones

que no contienen hierro, como el cobre, el aluminio, el níquel, el latón, el bronce,...

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Materiales férricos

El hierro puro apenas se utiliza a nivel industrial. Por ello, se alea con carbono solo o con carbono y otros metales.

Clasificación de los productos férreos según el contenido en C:

� Hierro dulce: %C < 0,1%

� Acero: 0,1% < %C < 1,67%

� Fundición: 1,67% < %C < 6,67%

Nota: contenidos superiores al 5% hacen la aleación demasiado frágil y dejan de tener interés industrial.

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Hierro dulce (o industrial)

El hierro puro o con muy bajo contenido en carbono apenas se utiliza por ser un material muy blando y fácilmente deformable.

Sus únicas aplicaciones están en el campo del electromagnetismo. Se utiliza como núcleo de bobinas, electroimanes y transformadores.

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Acero: propiedades

� Es dúctil y maleable . También es tenaz .

� Se puede soldar . Cuanto mayor contenido en C, peor se sueldan.

� Se oxida fácilmente (salvo los inoxidables).

� Su dureza y su resistencia al desgaste aumentan con el contenido en carbono , pero también su fragilidad,.

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Aceros al carbono (no aleados)

Son los que contienen otros elementos, además de Fe y C, pero en proporciones muy pequeñas.

� Aceros con bajo contenido en Cson fáciles de cortar y trabajar: carrocerías, vigas, bidones, ...

� Aceros con contenido medio en Cbuena resistencia a la fatiga y al desgaste: bielas, destornilladores, engranajes,...

� Aceros con alto contenido en C muy duros y con gran resistencia al desgaste, pero frágiles: herramientas de corte, brocas, cojinetes, ...

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Aceros aleados

Son los que contienen otros elementos, además de Fe y C, en proporciones significativas. Cada elemento aporta unas cualidades:

� Cobalto: aumenta la dureza y la resistencia al desgaste (brocas,...).

� Wolframio: confiere gran dureza a cualquier temperatura.

� Vanadio: confiere gran resistencia a la fatiga y a la tracción.

� Cromo y níquel: aumentan la resistencia a la corrosión (aceros inoxidables).

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Fundiciones

� Contienen más carbono que los aceros.

� Tienen más bajo punto de fusión que el acero. Es fácil obtener piezas moldeadas.

� Son más baratas y más fácilesde mecanizar que el acero.

� Son muy difíciles de soldar .

� Son más duras y resistentes a la corrosión y al desgaste, pero también más frágiles, menos dúctiles y menos tenaces que el acero.

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Obtención de materiales férricos

Para producir los materiales férricos se necesita:

� Mineral de Hierro

� Carbón de coque

� Piedra caliza

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El mineral de hierro

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:

Oligisto

Magnetita

Siderita

Pirita

Limonita

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El carbón de coque

El carbón de coque actúa de combustible y como el elemento que aporta el carbono.

El carbón de coque se obtiene de la hulla, en los hornos de coque .

Horno de coque

Descarga del horno de coque

Coque ya apagado

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La piedra caliza

La piedra caliza está formada principalmente por carbonato cálcico y se utiliza, además, como piedra para construcción y para fabricar cementos .

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Sinterización del mineral de hierro

Las partículas de mineral de hierro, junto con el carbón de coque y la piedra caliza se mezclan formado una masa porosa denominada sínter. Este proceso se denomina sinterización .

Sínter

Proceso de sinterización

Sínter

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Obtención del arrabio

� Por el tragante de los altos hornos, se introduce el sínter, junto con chatarra de hierro.

� Al quemar fueloil y el coque se produce calor que funde el mineral de hierro, que se deposita en el fondo. Al hierro fundido se le denomina arrabio . Se extrae por la piquera .

� La caliza reacciona con la ganga formando la escoria , que flota sobre el arrabio. La escoria se extrae por la bigotera .

Alto horno

� Se introduce aire por las toberas .

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Obtención del arrabio

Panorámica de alto horno

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Obtención del arrabio

Salida de la escoria

Vaciado del arrabio sobre un carro torpedo

El arrabio se transporta en torpedos hasta el lugar donde se afina.

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Transformación del arrabio en productos

Del arrabio se pueden obtener fundiciones y aceros.

� La fundición se obtiene por solidificación directa del

arrabio.

� Para producir acero hay que reducir el contenido en carbono del arrabio en los convertidores , inyectando oxígeno para quemar el exceso de carbono. Este proceso se llama afino .

Convertidor Bessemer

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Convertidor Bessemer

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Fabricación de piezas por moldeo

Existen tres procedimientos de solidificación del acero:

� Fabricación directa de piezas: se vierte el acero líquido sobre moldes con la forma de las piezas.

Vertido en moldes

Desmoldeo

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Colada sobre lingoteras

� Colada sobre lingoteras: se vierte el acero sobre moldes llamados lingoteras y luego se lamina en trenes desbastadores.

Vertido en lingoteras Tren desbastador

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Colada continua

� Colada continua: el acero se vierte sobre un molde refrigerado con fondo desplazable. El producto se va solidificando al pasar por el molde y posteriormente.

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Laminación del acero

Consiste en hacer pasar los lingotes o la colada de acero entre rodillos giratorios para reducir la sección.

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Los metales no férricos

� Cobre

� Estaño � Aluminio

� Cinc

� Magnesio � TitanioDolomita Rutilo

AzuritaMalaquitaCuprita Calcopirita

Casiterita

Blenda

Bauxita

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Cobre

� Es un excelente conductor de la electricidad y del calor.

� Se suelda con facilidad.

� Es muy dúctil y maleable.

� Conductores eléctricos

� Tuberías

� Intercambiadores de calor

Propiedades

Aplicaciones

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Estaño

� Bajo punto de fusión.

� Se suelda con facilidad.

� Soldadura de componentes eléctricos y electrónicos.

� Soldadura de tuberías

� En aleaciones (bronce) y recubrimientos (hojalata).

Propiedades

Aplicaciones

� Es inoxidable.

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Aluminio

� Ligero, blando y maleable.

� Resistente a la corrosión.

� Envase de alimentos y bebidas.

� Conductor eléctrico.

� Carpintería metálica

Propiedades

Aplicaciones

� No es tóxico.

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Cinc

� Muy resistente a la corrosión.

� Canalones, tubos y depósitos.

� Recubrimiento de tejados.

� En aleaciones (latón, plata alemana, calaminas,...)

Propiedades

Aplicaciones

� Galvanizado del acero (capa protectora).

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Magnesio

� Muy ligero y poco resistente. Muy inflamable.

� Pirotecnia y explosivos.

� Aplicaciones aeroespaciales.

Propiedades

Aplicaciones

� Bastante caro.

� Se alea para aumentar su resistencia.

� Llantas de ruedas.

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Titanio

� Muy resistente a la corrosión.

� Estructuras de aeronaves.

� Turbinas de aviones.

Propiedades

Aplicaciones

� Biocompatible.

� Gran resistencia mecánica.

� Implantes médicos.

� Muy caro.

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Latón

� Muy dúctil y maleable.

� Bisagras, tornillos,...

� Accesorios de fontanería.

Propiedades

Aplicaciones

� Mayor resistencia mecánica que Cu o Zn.

� Cerraduras.

� Aleación de cobre y cinc .

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Bronce

� Resistente a la corrosión.

� Campanas.

� Cojinetes, bombas,...

Propiedades

Aplicaciones

� Mayor resistencia mecánica que Cu o Sn.

� Monumentos.

� Aleación de cobre y estaño .

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Duraluminio

� Llantas de camiones.

� Artículos de ortopedia.

Propiedades

Aplicaciones

� Mayor resistencia mecánica que el Al.

� Estructuras de aviones.

� Aleación de aluminio , cobre y magnesio .

Técnicas de fabricación

con metales

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Moldeo a la cera perdida

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Moldeo por inyección a presión

� Se utiliza para aleaciones ligeras como las de aluminio o aleaciones con bajo punto de fusión.

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Moldeo por extrusión

� El metal semifundido se empuja con un pistón hidráulico para hacerlo salir por una boquilla con la forma deseada. Su usa para perfiles y tubos.

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Deformación por forja

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Forja de grandes dimensiones

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Estampación

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Troquelado

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Embutición

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Curvado

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Plegado

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Trefilado

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Limado

Limado correcto a 45º

Lima para metal

Lima para madera(escofina)

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Taladrado

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Fresado

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Torneado

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Esmerilado y desbarbado

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Rectificado

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Tronzado

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Cizallado

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Oxicorte

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Unión por soldadura eléctrica

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Unión por soldadura eléctrica

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Unión por soldadura eléctrica

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Unión por soldadura oxiacetilénica

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Soldadura blanda con soldador de gas

Decapantes y fundentes

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Soldadura blanda con soldador eléctrico

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Unión remachada

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Unión atornillada

Tornillo autorroscante

Tornillo-tuerca rosca métrica

Tornillo rosca chapa

Tornillo rosca madera