LOS METALES1.- ANTECEDENTES:

Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad. El ser humano empezó a trabajar y utilizar los metales a finales del neolítico, dando paso a la Edad de los Metales: Edad de cobre (3500-2000 a.c aprox), Edad de bronce (2000-1100 a.c aprox), Edad de hierro (a partir del 1000 a.c)

2.- DEFINICION DE LOS METALES:

Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad .Se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos, y en la actualidad constituyen una pieza clave en casi todas las actividades económicas abarcando desde la industria de los servicios hasta la fabricación de todo tipo de objetos manufacturados, los metales tienen una gran importancia en el sector agrícola, en el transporte y las telecomunicaciones

Los metales son unos materiales de enorme interés .Se usan muchísimo en la industria, pues sus excelentes propiedades de resistencia y conductividad son de gran utilidad en la construcción de máquinas, estructuras, mecanismos, circuitos y herramientas.

Algunos metales se emplean en estado casi puro (cobre, plata, oro), pero la mayoría se combinan entre sí o con otros elementos formando aleaciones para ampliar y mejoras sus propiedades.

3.- CARACTERIZTICAS DE LOS METALES:

Tienen un brillo muy característico Son más densos y pesados que otros materiales de uso técnico Su gran resistencia mecánica les permite soportar grandes esfuerzos, presiones

o golpes. Algunos de ellos son muy duros , conducen muy bien el calor y la electricidad Tienen grandes posibilidades de trabajo, como doblar, cortar, estampar, fundir

o moldear.

4.- OBTENCION DE LOS METALES:

Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas, la extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto o minas subterráneas, en el yacimiento se encuentran unidos los minerales útiles y los minerales no utilizables.

Asimismo la mayor parte de los metales se encuentran en la naturaleza junta o combinados con otros elementos, formando así materiales metálicos .Por ello, el primer paso en la obtención del metal consiste en localizar y extraer el mineral, que normalmente se encuentra en el subsuelo. A esta etapa corresponden los trabajos de minería

La extracción de los minerales se realiza practicando minas subterráneas o al cielo abierto con la ayuda de grandes máquinas. Como los minerales metálicos están mezclados con otros materiales, hay que triturar la roca extraída para separar el mineral metálico del resto de materiales.

5.- METALURGIA Y SIDERURGIA:

La metalurgia: es el conjunto de industrias que se encargan de la extracción y transformación de los minerales metálicos. - La siderurgia: es la rama de la metalurgia que trabaja con los materiales ferrosos; incluye desde el proceso de extracción del mineral de hierro hasta si presentación comercial para ser utilizados en la fabricación de productos.

6.- CLASIFIACION DE LOS METALES:

6.1 METALES FERROSOS:

El metal más empleado en la actualidad es el hierro. En la corteza terrestre hay gran cantidad de minerales que contienen hierro.

Los más importantes son:

Magnetita la hematites la limonita y la sederita.

La aleación, es una mezcla de dos o más elementos químicos, al menos uno de los cuales, el que se encuentre en mayor proporción, de ser un metal. Las aleaciones del metal se obtienen añadiendo a este metal carbono: Hierro puro, Acero, fundición.

6.1.1 EL HIERRO:

El hierro es un metal de color blanco grisáceo que tiene buenas propiedades magnéticas; sin embargo, presenta algunos inconvenientes:

se corroe con facilidad tiene un punto de fusión elevado es de difícil mecanizado.

Además, resulta frágil y quebradizo. Por todo ello, tiene escasa utilidad. Se emplea en componentes eléctricos y electrónicos.

Para mejorar sus propiedades mecánicas, el hierro puro se combina con carbono. La fundición presenta una elevada dureza y una gran resistencia al desgaste. Se utiliza para fabricar diversos elementos de maquinaria, engranajes, pistones, farolas, tapas de alcantarilla .

6.1.2 EL ACERO:

El acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad de carbono. De este modo, se obtienen materiales de elevada dureza y tenacidad con una mayor resistencia a la tracción. Es decir, se consigue una notable mejoría en las propiedades mecánicas.

Además de hierro y carbono, los aceros pueden contener otros elementos químicos, a fin de mejorar o conseguir propiedades específicas. Se obtienen así los aceros aleados. Por ejemplo, uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad por lo que hay una serie de aceros a los que se les añaden otros elementos aleantes (principalmente cromo y níquel) para que sean más resistentes a la corrosión, se llaman aceros inoxidables.

Los metales más empleados para elaborar dichos aceros son los siguientes:

Silicio: Confiere elasticidad y carácter magnético a la aleación. Manganeso: Aporta dureza y resistencia al desgaste. Cromo: Aumenta la dureza y la resistencia al calor y resulta necesario para

hacer que el acero sea inoxidable. Níquel: Mejora la resistencia a la tracción y aumenta la tenacidad, además de

conferir una mayor resistencia a la corrosión. Wolframio: Se añade para incrementar la dureza del acero y mejorar su

resistencia a la corrosión y el calor.

Otros metales que se utilizan para hacer aceros aleados son el molibdeno, el titanio, el niobio o el vanadio.

6.1.3 PROCESO DE OBTENCION DEL ACERO:

El proceso siderúrgico incluye un considerable número de pasos hasta la obtención final del acero.

En primer lugar, y con el fin de eliminar las impurezas, el mineral de hierro es lavado y sometido a procesos de trituración y cribado. Con ello, se logra separar la ganga de la mena.

El siguiente paso es la utilización de un alto horno para conseguir la aleación de hierro y carbono. El alto horno consiste en una cuba de unos 40 metros de altura, en la que se introduce, por su parte superior, el mineral de hierro (mena), el carbón y la caliza, todo ello a más de 1500ºC. Mediante un proceso químico que transcurre en su interior, mientras que la carga desciende lenta y continuamente (proceso que nunca se interrumpe) se transforma en arrabio, escoria y gases. Los gases se recuperan por el valor energético que contienen y las escorias se utilizan para fabricar asfaltos. El arrabio, que es mineral de hierro fundido con carbono y otras impurezas, debe depurarse, por lo que se lleva a convertidores, hornos o elementos de afino. Una vez eliminadas las impurezas, dentro de unos límites, se consiguen diferentes tipos de aceros.

El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono y eliminar impurezas. Así mismo, en estos procesos se

ajusta la composición del acero, añadiendo los elementos que procedan en cada caso: cromo, níquel, manganeso

El proceso siderúrgico que vamos a describir a continuación sobre la eliminación de impurezas es el denominado convertidor LD, que es el más utilizado en la actualidad. El primero de esos procesos es la carga (llenado) del recipiente, denominado convertidor. A continuación, se introduce en el convertidor un tubo que inyecta oxígeno provocando una intensa combustión (afino). Después, se inclina el convertidor y se elimina la escoria superficial (vaciado). Por último, se vuelca totalmente para vaciar el convertidor.

La proporción de carbono y el tratamiento térmico del acero determinan sus propiedades, en cuanto a dureza y resistencia mecánica, por lo que una gran parte del acero se fabrica con un estricto control del contenido de carbono y se somete a tratamiento térmico posterior, para darle las cualidades apropiadas de acuerdo al futuro uso

Luego, la pieza terminada se somete al tratamiento térmico conocido como temple, lo que de manera simplificada significa, que la pieza se calienta por encima de los 800ºC y luego se enfría rápidamente (generalmente con agua), en este caso la estructura cristalina se establece de manera rápida y el carbono queda incluido dentro de la red deformándola y endureciendo notablemente el acero final aunque mucho más quebradizo y frágil

6.1.4 CLASIFICACION DE LOS ACEROS:

De acuerdo a la cantidad de carbono los aceros pueden clasificarse en:

Aceros de bajo carbono (menos del 0.30%). Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etc.

Aceros medios en carbono (entre 0.30 y 0.50 %). Se emplean en piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste.

Aceros de alto carbono (más de 0.5%). Estos aceros se emplean principalmente en herramientas.

Los aceros de bajo carbono no adquieren dureza notable durante el temple, solo mejoran sus propiedades mecánicas (resistencia y rigidez), los de medio contenido pueden adquirir dureza apreciable y mucha mayor resistencia y los de alto carbono endurecen notablemente y se tornan frágiles.

6.2: METALES NO FERROSOS:

Aunque el hierro es el metal más utilizado en la actualidad, algunas de sus propiedades hacen que resulte poco adecuado para determinados usos. Por ello, se utilizan otros muchos materiales metálicos no procedentes del hierro. El inconveniente es que su obtención es muy costosa debido a la pequeña concentración de sus menas, y al elevado consumo energético que exigen los procesos de obtención de estos metales a partir de las materias primas.

Según su densidad, se pueden clasificar en:

Pesados : son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5 kg/dm³, Ligeros: su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm³. Ultraligeros: su densidad es menor de 2 kg/dm³.

6.2.1 METALES NO FERROSOS METALES PESADOS:

6.2.1.1 COBRE:

Es posible que el cobre haya sido el metal más antiguo en haber sido empleado, pues se han encontrado objetos de cobre del 8700 a. de C.

El cobre suele encontrarse muy rara vez como cobre metálico nativo. En las menas está en forma de sulfuro o de óxido, con una concentración entre 1 y 5% de metal. En las menas sulfurosas el cobre puede encontrase en los compuestos:

Calcopirita Calcosina Bornita y Covellina.

En las menas oxidadas el cobre se encuentra en los compuestos:

Cuprita Malaquita Azurita y Crisocola.

El cobre se obtiene de los minerales cuprita, calcopirita y malaquita. Sus métodos de obtención se agrupan en dos grupos: por vía seca, que consiste en una serie de oxidaciones, fusiones y reducciones de los minerales, con el fin de aumentar su contenido en cobre y obtener un metal casi puro; y por vía húmeda, en el que se tuestan primero los minerales con el sulfuro de hierro o pirita, transformándose el cobre en sulfato, y posteriormente queda el metal libre por reducción de esa sal con chatarra de hierro.

PRINCIPALES PROPIEDADES:

Alta conductividad térmica y eléctrica, así como una notable maleabilidad y ductilidad; es un metal blando, de color rojizo y brillo intenso.

Es bastante resistente a la corrosión al formarse una capa de óxido protector en la superficie, que luego se transforma en el aire, en carbonato de color verde llamado cardenillo.

Los usos industriales y domésticos del cobre están condicionados principalmente por algunas de sus propiedades:

Por su alta conductividad eléctrica y ductilidad permite su empleo en aplicaciones eléctricas, resultando muy adecuado para la fabricación de cables eléctricos, hilos de telefonía, bobinas de motores, etc.

Su elevada conductividad térmica, explica el empleo del cobre desde hace muchos siglos en utensilios domésticos (cacerolas, calderos), en la industria de alimentación o

química (alambiques) y en las aplicaciones de equipos térmicos (intercambiadores, depósitos, refrigeradores, radiadores y calderas).

Por la facilidad con la que se trabaja se utiliza mucho, tanto para la embutición como para la unión por auto soldadura o por soldadura con estaño.

Su resistencia a la corrosión atmosférica hace que se utilice para recubrimientos de techumbres o en canalizaciones de agua.

Además, tiene aplicaciones decorativas y artísticas en arquitectura, bisutería y artesanía.

Se cobre se utiliza en ornamentación decorativa, artesanía, orfebrería y cubertería, así como para fabricar tuberías, condensadores, turbinas, hélices, etc.

6.2.1.2 BRONCE:

Es una aleación de cobre y estaño. Este metal presenta una elevada ductilidad y una buena resistencia al desgaste y a la corrosión. Se emplea en hélices de barco, cuerpos de bombas hidráulicas, filtros, campanas, tuercas, monedas, obras de arte… Además, su superficie lisa hace que resulte adecuado para fabricar engranajes, cojinetes y rodamientos. A las aleaciones de cobre con otros materiales como el estaño-plomo se les llama bronces especiales.

6.2.1.3 PLOMO:

Se obtiene de la galena. Es un metal de color gris plateado, muy blando y pesado. Tiene una notable plasticidad, es maleable y buen conductor del calor y la electricidad. Se emplea en la fabricación de baterías y acumuladores, y forma parte de algunas gasolinas. En la industria del vidrio y en óptica se utiliza como aditivo que proporciona dureza y añade peso. Al ser un metal absolutamente opaco, se emplea como protector contra radiaciones en medicina y en las centrales nucleares.

6.2.1.4 ALUMINIO

Es el metal más abundante en la corteza de la Tierra, pero no se encuentra puro, sino en muchas especies minerales (bauxita, corindón, esmeril, etc.) Se obtiene principalmente de la bauxita, un mineral muy escaso, motivo por el cual el aluminio no se ha conocido hasta fechas relativamente recientes. Sus aplicaciones industriales comenzaron a finales del siglo XIX.

Es un metal de color y brillo plateado, que presenta una alta resistencia a la corrosión. Es muy blando, con poca resistencia a la rotura y bajo límite elástico. Tiene baja densidad (aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre) y gran maleabilidad y ductilidad, apto para el mecanizado y la fundición, por lo que puede presentarse en hilos y demás formas. Presenta una alta conductividad eléctrica y térmica. Tiene un buen poder reflector.

Dada su gran reactividad química, finamente pulverizado se usa como combustible sólido de cohetes y en el explosivo termita, como ánodo de sacrificio en electrolisis y en procesos de aluminotermia para la obtención de metales.

Otros usos del aluminio son:

Transporte; como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques, blindajes, etc.

Embalaje; papel de aluminio, latas, etc. Construcción; ventanas, puertas, perfiles estructurales, etc. Bienes de uso; utensilios de cocina, herramientas, bisutería, etc. Transmisión eléctrica; aunque su conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de

la del cobre, su mayor ligereza permite una mayor separación de las torres de alta tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura.

6.2.2 METALES NO FERROSOS METALES LIGEROS:

6.2.2.1 TITANIO:

El titanio como metal no se encuentra libre en la naturaleza, pero es el noveno en abundancia en la corteza terrestre y está presente en la mayoría de las rocas ígneas y sedimentos derivados de ellas. Se encuentra principalmente en los minerales anatasa, brookita, ilmenita, leucoxeno, perovskita, rutilo y titanita; también como titanato y en muchas menas de hierro. De estos minerales, sólo la ilmenita, el leucoxeno y el rutilo tienen una significativa importancia económica para su extracción. Se encuentran depósitos importantes en Australia, la región de Escandinavia, Estados Unidos y Malasia.

Debido a su gran resistencia a la corrosión se puede aplicar en casos en los que va a estar en contacto con el agua del mar, por ejemplo, en aparejos o hélices. También se puede emplear en plantas desalinizadoras.

Se considera que es fisiológicamente inerte, por lo que el metal se emplea en la fabricación de prótesis médicas e implantes de titanio, consistentes en tornillos de titanio puro que han sido tratados superficialmente para mejorar su ose integración; por ejemplo, se utiliza en la cirugía maxilofacial debido a estas buenas propiedades. También por ser inerte y además poder colorearlo se emplea como material de

6.2.2.2 EL MAGNESIO:

El magnesio se extrae de diferentes minerales, como el olivino, el talco, el asbesto y la magnesita. Es un metal de color blanco brillante similar a la plata, muy ligero, blando, maleable y poco dúctil. Reacciona violentamente con el oxígeno, por lo que se emplea en pirotecnia. En combinación con otros metales, permite tener aleaciones muy ligeras que se emplean en el sector aeronáutico y en la fabricación de automóviles, motos y bicicletas.

6.2.2 METALES NO FERROSOS METALES ULTRALIGEROS:

TECNICAS DE CONFORMACION:

Para obtener piezas de diferentes formas y productos industriales, se somete al material a una serie de procesos de conformación, que se eligen en función del metal y de la aplicación posterior

Deformación.

Comprende un conjunto de técnicas que modifican la forma de una pieza metálica mediante la aplicación de fuerzas externas.

Laminación.

Se hace pasar la pieza metálica por una serie de rodillos, denominados laminadores, que la comprimen, con lo que disminuye su grosor y aumenta su longitud. Este proceso suele hacerse en caliente y se emplea para obtener planchas, chapas, barras, perfiles estructurales, etc.

Extrusión.

Se hace pasar el metal en caliente por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de compresión mediante un émbolo o pistón. Se pueden obtener así piezas largas con el perfil apropiado. Por tanto, es una técnica idónea para obtener barras, tubos y perfiles variados.

Forja.

Se somete la pieza metálica a esfuerzos de compresión repetidos y continuos mediante martillo, tenazas y yunque. Esta técnica manual ha sido reemplazada por la forja industrial o mecánica. En ella, la pieza se coloca sobre una plataforma que hace las veces de yunque. Mediante unos mecanismos neumáticos o hidráulicos, la maza se eleva y cae sucesivamente sobre la pieza. En ambos tipos de forja, la pieza metálica inicial suele estar caliente. Con esta técnica pueden obtener piezas muy diversas

Estampación.

Se introduce una pieza metálica en caliente entre dos matrices, una fija y otra móvil, cuya forma coincide con la que se desea dar al objeto. A continuación, se juntan las dos matrices, con lo que el material adopta su forma interior. Se emplea para la construcción de carrocerías de automóviles, radiadores, etc.

Embutición.

Es un proceso de conformación de frío que consiste en golpear una plancha de forma que se adapta al molde o matriz con la forma deseada. Esta técnica se emplea para obtener piezas huecas, como cojinetes, a partir de chapas planas

Doblado.

Se somete una plancha a un esfuerzo de flexión a fin de que adopte una forma curva con un determinado radio de curvatura también permite obtener piezas con ángulos.

Trefilado.

Se hace pasar un alambre por un orificio con la dimensión deseada. A continuación, se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina de arrastre giratoria, aumentando su longitud y disminuyendo su sección. Se emplea para fabricar hilos o cables metálicos

Moldeo

Consiste en introducir el metal en un recipiente que dispone de una cavidad interior. Dicho recipiente, puede estar fabricado a base de arena, acero o función · Se calienta el metal en un horno hasta que se funde · El metal líquido se vierte en el interior del molde. Se extrae la pieza del molde. Las diferentes aplicaciones de las piezas así obtenidas dependen de la técnica de moldeo empleada: moldeo en arena, moldeo en metal y moldeo en cera.

Deformación

La deformación se puede llevar a cabo tanto en frío como en caliente.

Laminación.

Se hace pasar una pieza metálica por una serie de rodillos, denominados, laminadores, que la comprimen, con lo que disminuye su grosor y aumenta su longitud.

Forja.

Se somete la pieza metálica a esfuerzos de compresión continuos mediante un martillo o maza. La forja manual es una técnica antiquísima que se lleva a cabo en fraguas;

Deformación -Extursión.

Se hace pasar la pieza metálica por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de comprensión mediante un émbolo o pistón. Se pueden obtener piezas largas con el perfil adecuado. -Estampación. Se introduce una pieza metálica en caliente entre dos matices o estampas, una fija y otra movil, cuya forma coincide con la que se desea dar al objeto. -Embutición. Es un proceso de conformación en frío que consiste en golpear una plancha de forma que se adapte al molde o matriz con la forma deseada.

Defornación –Doblado

Se somete a una plancha a un esfuerzo de flexión a fin de que adopte una forma curva con un determinado radio de curvatura. -Trefilado. Se hace pasar la punta afilada de un alambre por un orificio con las dimensiones y la forman

deseada. Después se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina de arrastre giratoria.

Técnicas de manipulación En el proceso de fabricación de objetos metálicos, las técnicas de conformación proporcionan en la mayoría de los casos piezas con formas definidas. Corte y marcado. Tijeras de chapa o cizallas, gramil y compas de puntas, punta de trazar y granate, guillotina, prensa o troquel, sierra de arco, sierra de calar, sierra circular. -Perforado. Punzón, taladradora. -Tallado/rebajado. Cincel y buril, fresadora.

Técnicas de manipulación -Desbastador/afinado. Lima, rasqueta, lijadora, rectificadora. Uniones. Una vez manipulados los materiales metálicos se pueden juntar mediante uniones desmontables.

Uniones desmontables. Este tipo de uniones permiten la unión y la separación de las piezas que forman el conjunto, sin que se produzca la rotura de los elementos de unión o de las piezas.

Pueden ser:

Tornillo pasante con tuerca. Tornillo de unión. Espárrago. Chaveta y lengüeta. Ejes estriados.

Uniones -Uniones fijas. Remache, unión por ajuste a presión, adhesivos, soldadura. Acabado. Antes de aplicar la pintura o laca, es importante limpiar el metal de grasas y suciedad. Después se lima la pieza hasta que este uniforme. Este proceso se puede hacer con una maquina pulidora o a mano. En este último paso, se utiliza una tela de esmeril que actúa de lima, a la que se añade un abrasivo. La superficie del metal se debe frotar siempre con movimientos circulares.

Otros acabados A veces es aconsejable aplicar al metal un recubrimiento de plástico para protegerlo de la humedad o cambiar su aspecto o su tacto. En este caso el metal se calienta en un horno y se introduce en un baño de plástico fluidizado.

CURSO: TECNOLOGIA CONSTRUCTIVA 1

INTEGRANTES:

AREVALO CORREA , ANGIE JOSSELYN