Unidad 2 Metales

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UNIDAD 2. LOS METALES: TÉCNICAS Y HERRAMIENTAS

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2. Propiedades mecánicas de los materiales y esfuerzos

que soportan.

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as 2. Propiedades mecánicas de los 2. Propiedades mecánicas de los materialesmateriales

Dureza: Resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado.

DurómetroMat. duros: cromo, titanio, diamante.Mat. blandos: aluminio, estaño.

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Elasticidad: propiedad que tienen los materiales de deformarse, recuperando su forma original una vez eliminado el esfuerzo.

Mat. elásticos: goma, caucho, acero, cobre en alambre.

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Plasticidad: propiedad que permite a los materiales ser deformados permanentemente (sin recuperar su forma original), cuando son deformados.

Mat. plásticos: plomo, aluminio.

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Tenacidad: resistencia que ofrece un cuerpo a esfuerzos lentos de deformación (sin llegar a romperse), para ello absorben una determinada cantidad de energía. Opuesto: fragilidad

Mat. tenaces: plata, oro.

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Fragilidad: propiedad que tienen los materiales para romperse. Opuesto: tenacidad

Mat. frágiles: fundición, cerámica, vidrio, algunos aceros aleados.

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Flexibilidad: capacidad que tienen los materiales para doblarse sin llegar a romperse.

Mat. flexibles: madera, plásticos en general.

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Maleabilidad: propiedad que tienen los materiales para ser transformados en láminas por un esfuerzo de compresión.

Mat. maleables: oro, plata, plomo.

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Ductilidad: propiedad que tienen los materiales para ser transformados en

hilos por un esfuerzo de tracción.

Mat. dúctiles: aluminio, cobre.

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Resistencia mecánica: es la resistencia que poseen los materiales para soportar esfuerzos mecánicos en general.

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as 3. Esfuerzos mecánicos a los que 3. Esfuerzos mecánicos a los que pueden someterse los materialespueden someterse los materiales

Es el esfuerzo al que se ve sometido un material cuando se le aplican dos fuerzas en la misma dirección y en sentido

contrario, provocando su alargamiento.

TRACCIÓNTRACCIÓN

Ejemplos: alambre que sujeta una lámpara, cadena sujeta una carga de una grúa, lanza de un remolque de un coche…

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Es producido en el material al aplicar dos fuerzas con la misma dirección y sentidos contrarios provocando un abombamiento en su parte central y reduciendo su longitud inicial.

COMPRESIÓNCOMPRESIÓN

Ejemplos: pata de una mesa, silla o banco, la columna de un edificio…

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Es producido en el material al aplicar una fuerza centrada entre dos apoyos resultando fuerzas a compresión (acortamiento y arrugas) y tracción (alargamiento y brillo del material).

FLEXIÓNFLEXIÓN

Ejemplos: barra fija de un equilibrista, un trampolín de una piscina…

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Es un esfuerzo producido por retorcer o girar un material sobre sí mismo, ejerciéndose en sus dos pares de giro en sentido contrario.

TORSIÓNTORSIÓN

Ejemplos: el pomo de la puerta, en una tuerca al aflojarla…

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Es producido en el material al aplicar dos fuerzas en la misma dirección y sentido contrario desplazados una pequeña distancia. Se produce un corte del material

CORTADURACORTADURA

Ejemplos: los tirafondos que sujetan las bisagras de una puerta, el remache que sujeta dos chapas…

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σ = F / Sσ -> Tensión [Kgf/m2], F-> Fuerza [Kgf] y S-> Sección[m2]

CONCEPTO DE TENSIÓNCONCEPTO DE TENSIÓN

Ejemplo: Determina la fuerza de extensión de una varilla cilíndrica de hierro de 2 cm de diámetro, si el valor de la tensión a la que está sometida la barra es σ =

1.400 kgf/cm2.

Al tratarse de una varilla cilíndrica de 2 cm de diámetro (radio 1 cm), su sección será:

S = π x r2 = π x 12 cm2 = 3,14 cm2

La fuerza (F) de extensión de la varilla será, por tanto: F = σ x S = 1.400 kgf/cm2 x 3,14 cm2 = 4.398 kgf

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4. Presentación comercial de los metales

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as 4. 4. Presentación comercial de los metales

Productos planos: Son planchas o chapas de secciones y longitudes variables

Ejemplo 2 m x 1 m o 3 m x 3 m, con espesores de 0,5 mm a 3 mm.

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Productos largos: Son barras de distintos tipos de sección obtenidas por laminación en frío o caliente. Si la sección es pequeña y tienen gran longitud se denomina alambre o alambrón.

El alambre se obtiene en calibres de 0,5 a 6,5 mm de diámetro.

b e f a c d

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Perfiles: Son de formas variadas y se obtienen por laminación en frío o caliente.Su longitud es variable y sus aplicaciones están centradas en la construcción en general.

Ejemplos: estructuras de puentes y edificios, estanterías, grúas, bancos de trabajo, mobiliario, conducciones…

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Perfiles normalizados:1. Angular de lados iguales (L).2. Angular de lados desiguales (L).3. Angular en I (viga en I).4. Angular de alas anchas (H)

o doble T.5. Angular en U.6. Angular en T.7. Angular agujereado.8. Tubular

(tubos, redondo, cuadrado y perfilado).

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5. Materiales de uso técnico:Metales

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as 5. 5. Materiales de uso técnico: metales

Metalurgia: Es la parte de la ciencia que estudia los materiales metálicos en general.Siderurgia: Es una rama de la metalurgia que estudia el hierro en particular.

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Los metales son elementos sólidos a temperatura ambiente (salvo el mercurio que es líquido).Pueden emplearse en estado puro o en forma de aleaciones. Una aleación es una mezcla de un metal con otros elementos, que pueden ser metálicos o no.

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Clasificación de los metales• Metales férricos (o ferrosos).

Ejemplos: hierro, acero y fundiciones.• Metales no férricos (o no ferrosos).

Ejemplos: cobre, aluminio, plomo, estaño y cinc.

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Productos siderúrgicos• Hierro.• Acero.• Funciones.

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El hierro (símbolo químico: Fe)• Es un metal útil por excelencia y trabajado desde la antigüedad.• Se encuentra abundantemente en la naturaleza.• Es blando, dúctil y maleable.• Punto de fusión 1538º C.• Antes de fundirse, se reblandece y puede trabajarse fácilmente en caliente.• Conduce bien la electricidad y se imanta con facilidad.• No suele tener aplicaciones especiales.

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Proceso siderúrgicoConsiste en una serie de operaciones que van desde la extracción del mineral hierro (mina) hasta su posterior afino y transformación en productos comerciales.

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Carbón

Mineral de hierro

Caliza

Altos hornos

Torpedos de fundiciónCuchara de fundiciónHorno convertidor

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Proceso siderúrgicoEn primer lugar, y con el fin de eliminar las impurezas, el mineral de hierro se lava y se somete a procesos de trituración y cribado. Con ello, se logra separar la ganga de la mena.

A continuación, se mezcla el mineral de hierro (mena) con carbón y caliza y se introduce en un alto horno a más de 1500 ºC. Así se obtiene el arrabio, que es mineral de hierro fundido con carbono y otras impurezas.

El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono, eliminar impurezas y ajustar la composición del acero, añadiendo los elementos que procedan en cada caso: cromo, níquel, manganeso...En la siguiente imagen se esquematiza el proceso de obtención del arrabio en un alto horno.

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asCaliza

(Hierro colado)

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Metales ferrosos• Hierro puro (C < 0,1%):

Difícil de obtener y presenta bajas propiedades mecánicas. Se utiliza en construcción de núcleos de electroimánes y máquinas eléctricas en general.

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Metales ferrosos• Acero (0,1 < C < 2,1%):

La aleación que únicamente contiene hierro y carbono se conoce como acero común. Se utiliza para fabricar alambres, chapas, piezas y elementos de máquinas, herramientas, tornillos, vigas…

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Metales ferrosos• Fundiciones (2,1 < C < 6,7%):

Se diferencian de los aceros en que son más duras pero más frágiles, resisten mejor la corrosión y además funden más fácilmente. Se utiliza para fabricar piezas por moldeo: radiadores, calderas de calefacción, carcasas de motores de automóvil…

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Metales ferrosos• Aceros aleados:

Son aceros que además de contener hierro y carbono, tienen otros elementos: níquel, cromo, magnesio, cobalto… Se utilizan para cuberterías, baterías de cocina, herramientas…

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Metales no ferrosos• Los materiales no ferrosos poseen cualidades mecánicas, físicas y tecnológicas que no poseen los materiales ferrosos y que los hacen más aptos para las aplicaciones industriales en general.• Cualidades que diferencian a los metales no ferrosos de los ferrosos:

Resistencia a la corrosión. Menor peso. Resistencia al desgaste. Resistencia a las altas temperaturas. Resistencia mecánica. Buena conductividad térmica y eléctrica.

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Metales no ferrosos• Clasificación en función de su densidad (ρ)

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Metales no ferrosos• El cobre: • Color rojizo• Excelente conductor térmico y eléctrico• Resistente a la corrosión (fuego y aire seco)• Fácil de soldar (estañado)• Muy dúctil y maleable

• El aluminio: • Color blanco brillante (plata)• Ligero con buena resistencia• No tóxico• Barato• “No se oxida”

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Metales no ferrosos• El estaño: • Color blanco azulado y brillante• Blando• Resistente a la corrosión• Bajo punto de fusión

• El cinc: • Color blanco • Muy resistente a la corrosión

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Metales no ferrosos• El plomo: • Color gris• Muy blando• Punto de fusión bajo• Dúctil y maleable• Muy tóxico

• El níquel: • Color gris claro brillante• Inoxidable• Dúctil y maleable• Difícil de soldar

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Metales no ferrosos• El cromo: • Color gris brillante• Resistente al calor• Duro, frágil y relativamente dúctil• Resistente a la corrosión• Acero, cromo y níquel formanlos aceros inoxidables

• El titanio: • Muy caro• Ligero y muy resistente• Biocompatible

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Metales no ferrosos• Aleaciones de cobre: • Bronces (cobre + estaño)• Color amarillo oscuro•Más resistente que el latón•Muy resistente a la corrosión•Buena sonoridad•Muy fluido cuando se funde, así se pueden moldear piezas complicadas.

• Latones (cobre + cinc)• Color amarillo• Muy dúctil y maleable• Buena resistencia a la tracción

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Monedas euro

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as 6. Herramientas y técnicas para trazar y marcar6. Herramientas y técnicas para trazar y marcar

Para trazar y marcarTrazar y marcar son operaciones que ayudan a realizar mejor el mecanizado posterior.• Punta de trazarVarilla de acero terminada en punta cónica templada y muy afilada cuyo objeto es el trazado.

• Compases para trazar en metalesEl compás de puntas permite trazar circunferencias, arcos…

• GraneteDedicado a reforzar o confirmar los trazos hechos sobre la pieza con la punta de trazar o compás.

• Regla metálicaMedir, dibujar y guía para cortar

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as 7. Herramientas y técnicas para cortar metales7. Herramientas y técnicas para cortar metales

Para cortar metalesEl proceso de corte puede hacerse de forma manual o de forma mecánica. Previamente se debe medir y trazar.• TijeraLas tijeras de metal se usan para materiales blandos, pelar cablecillos o cortar chapas.

• CortatubosSe utiliza para cortar tubos de cobre (climatización,gas, fontanería…).• AmoladoraMáquina manual con disco abrasivo o metálico queGira a gran velocidad y produce corte eliminando pequeñas porciones de metal en forma de chispas.

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as 7. Herramientas y técnicas para cortar metales7. Herramientas y técnicas para cortar metales

Para cortar metales• SierraExisten sierras manuales y sierras eléctricas.

Se definen por: longitud, anchura, espesor y paso de sus dientes.La hoja es una lámina flexible provista de unos dientes triangulares.En el caso de la sierra manual, el arco sobre el que se fija la sierra es de acero y provista de un tensor.El proceso:

Elección de la sierra Fijación de la pieza Definición de la posición de aserrado Proceso de corte

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as 8. Herramientas y técnicas para limar8. Herramientas y técnicas para limar

Para limar metalesEl limado permite dar forma a una pieza, para desprender pequeñas porciones de material sobrante (limaduras).• LimaEs una barra de acero templado con una superficie rugosa que permite eliminar material sobrante y dar forma a piezas.Consta de mango, espiga, cuerpo, punta y cara.Los elementos característicos de una lima son: la forma, el tamaño y el picado (rugosidad).El proceso:

Desbastado Pulido

•Escofina

Sujeción de la pieza Sujeción de la lima Posición de trabajo

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as 9. Herramientas y técnicas para taladrar9. Herramientas y técnicas para taladrar

Para taladrar metalesEl taladrado es la operación que nos permite hacer agujeros cilíndricos o cónicos, por medido de una herramienta de dos filos llamada broca.• La brocaLa broca helicoidal es la herramienta más utilizada en el taladrado. Es una herramienta cilíndrica dotada de dos filos frontales y dos ranuras que la envuelven en forma de hélice a lo largo de su superficie lateral (permite la salida de la viruta arrancada). La herramienta hace dos movimientos simultáneos: corte y avance.

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as 9. Herramientas y técnicas para taladrar9. Herramientas y técnicas para taladrar

Para taladrar metalesEl taladroEs la máquina que proporciona a la broca los movimientos y energía necesarios para conseguir agujeros de dimensiones y diámetros deseados.Su velocidad se elige según el tipo de material a taladrar:

Metales blandos: velocidad rápida (poca resistencia). Metales duros: velocidad lenta (mucha resistencia).

El proceso: Preparar la pieza Sujetar la pieza Centrar la broca Taladrado Verificar el agujero

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EPIs (Equipos de Protección Individual)CascosEn ambientes ruidosos se utilizarán protectorespara los oídos que permitan eliminar o mitigar ruidos (cortes con sierras de cinta, amoladoras…). En trabajos normales, libres de ruido, no será necesario su uso.

Gafas protectorasSon medios de protección de los ojos contra objetos que puedan saltar al esmerilar, taladrar… Evitan el choque o impacto de partículas, chispas, fragmentos de metal…, contra los ojos.

Guantes de protecciónSe usarán en las piezas que hayan sido cortadas, emeriladas, taladradas, cinceladas…, pueden quedar restos de metal formando aristas vivas cortantes.

10. Equipos de protección y seguridad en el trabajo10. Equipos de protección y seguridad en el trabajo

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as 11. Medidas de seguridad en el manejo de herramientas11. Medidas de seguridad en el manejo de herramientas

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Unidad 2 Metales