Materiales Metálicos: Clasificación y Propiedades

Materiales Metálicos Férricos

• Hierro (Fe)
  • El hierro puro es un elemento químico que no tiene prácticamente aplicación industrial debido a su baja resistencia mecánica y a que se oxida fácilmente.
  • Se utiliza principalmente para fabricar acero y fundición.
• Acero: Aleación de hierro (Fe) + carbono (C) con un porcentaje de carbono inferior al 1,76%.
  • Propiedades: Blanco grisáceo, fibra continua, muy resistente a los esfuerzos de tracción, dúctil, maleable, tenaz, se puede mecanizar, soldar y forjar. Buen conductor del calor y la electricidad.
  • Aplicaciones industriales: Estructuras con perfiles de acero, máquinas, herramientas y mecanismos.
  • Siderurgia: Rama de la metalurgia que estudia el hierro y el acero.
  • Forjado: Operación que consiste en someter un material en caliente a un golpeteo continuo.
• Fundición: Hierro (Fe) + carbono (C) con un porcentaje de carbono mayor al 1,76%.
  • Propiedades: Más grisáceo que los aceros, más resistente a la corrosión que el acero, mayor facilidad en la transmisión del calor.
  • Aplicaciones industriales: Obtención de piezas de geometría complicada (por colado). Ejemplo: tapas de registros de teléfono, fabricación de máquinas sometidas a vibración.

Proceso de Obtención de Minerales de Hierro

1. Los minerales de la industria siderúrgica proceden de las minas de hierro.
2. El mineral de hierro se encuentra mezclado con impurezas (rocas, tierras y otros minerales).
3. El primer producto extraído de la mina se llama todo uno, del que se extrae el hierro aprovechable o mena y se separa de las impurezas o estériles (ganga).
4. Todo uno = Mena (hierro) + Ganga (estériles).
5. Para conseguir la separación de mena y ganga, se somete el todo uno a:
   • Un proceso de fragmentación o molienda.
   • Concentración magnética (magnetismo).
   • Concentración gravimétrica (gravedad).
   • Concentración por flotación.

Minerales de hierro (Fe): Oligisto, hematites, pirita, limonita, magnetita.

Proceso de Obtención de Aceros y Fundición

A/ Mineral de hierro + fundente (caliza) + carbón de coque en alto horno.

• Escoria (para fabricar ladrillos y fertilizantes).
• Arrabio.
• Convertidor LD: Acero.

B/ En horno eléctrico: Chatarra + ferroaleaciones + fundente (caliza) = Acero.

Materiales Metálicos No Férricos

Metales Pesados

Cobre (Cu)

• Propiedades:
  • Color rojizo.
  • Se oxida ligeramente en contacto con el aire, tomando un color verdoso.
  • Densidad alta (entre 8 y 8,75 kg/dm³).
  • Dúctil, maleable y tenaz.
  • Admite soldadura y trabajo de forja.
  • Muy buen conductor de la electricidad.
• Aplicaciones industriales:
  • Fabricación masiva de cables.
  • Formación de aleaciones con estaño (Sn) y zinc (Zn).
• Aleaciones de cobre:
  1. Bronce (Cu + Sn): Se utiliza en joyería, acuñación de monedas, engranajes, grifería y construcción de campanas.
  2. Latón (Cu + Zn): Utilizado en tornillería, construcciones nobles, piezas para máquinas. Dúctil, maleable, de alta resistencia mecánica y difícil corrosión.
• Minerales de cobre: Cobre nativo, cuprita, calcopirita, malaquita, azurita.

Plomo (Pb)

• Mineral: Galena.
• Propiedades:
  • Color gris azulado, que se torna grisáceo con el aire.
  • Blando, dúctil y maleable.
  • Metal pesado (densidad 13 kg/dm³).
• Aplicación: Fabricación de fusibles (punto de fusión bajo).

Estaño (Sn)

• Mineral: Casiterita.
• Propiedades:
  • Color blanco brillante.
  • Punto de fusión bajo.
  • Blando, dúctil y maleable.
• Aplicaciones:
  • Soldadura con soldador eléctrico.
  • Construcción de fusibles.
  • Fabricación de hojalata (chapa de hierro bañada en estaño). El 50% de la producción de estaño se utiliza en la fabricación de hojalata.
  • Aleado con el cobre se obtiene bronce.

Metales Ligeros y Ultraligeros

Aluminio (Al)

• Minerales: Bauxita y criolita.
• Propiedades:
  • Color blanco metálico.
  • Dúctil y maleable.
  • Admite pulido y es fácil de trabajar.
  • No se oxida en el aire.
• Aplicaciones industriales:
  • Perfiles para puertas y ventanas.
  • Estructuras de alta resistencia y bajo peso (construcciones aeronáuticas).
  • Industria del automóvil, bicicletas, etc.

Magnesio (Mg)

• Mineral: Magnetita (óxido de magnesio).
• Características: Es ultraligero.

Resumen de Propiedades y Aleaciones

Identificación de metales por sus propiedades:

• Color rojizo: Cobre.
• Dúctil y maleable: Plomo, estaño, cobre y acero.
• Muy tenaz: Cobre y acero.
• Presenta mayor resistencia a la corrosión que el acero: Fundición.
• Bajo punto de fusión: Estaño, plomo.
• Admite soldadura y trabajo de forja: Cobre y acero.
• Buen conductor de la electricidad: Cobre, acero, fundición y aluminio.
• Se torna verdoso al oxidarse ligeramente en el aire: Cobre.

Definición de aleaciones:

• Acero: Aleación de hierro (Fe) + carbono (C). El acero es una aleación de hierro con un porcentaje de carbono inferior al 1,76%.
• Fundición: Hierro (Fe) + carbono (C). Es una fundición de hierro más carbono con un porcentaje mayor a 1,76% y menor a 6,67%.
• Bronce: Cu + Sn. El bronce es una aleación de cobre + estaño.
• Latón: Cu + Zn. Aleación de cobre con zinc.

Técnicas Básicas para el Trabajo con Metales

1. Obtención de Piezas Metálicas por Moldeo

• Moldeo: Cuando se desea obtener piezas metálicas de geometría complicada se recurre a procedimientos de conformación por fusión.

2. Obtención de Piezas Metálicas por Deformación

• Forjado: Operación que consiste en someter un material en caliente a un golpeteo continuo hasta obtener la forma y dimensión deseada.
• Laminado: Técnica que se puede realizar en frío o en caliente. Las máquinas que realizan esta operación se denominan trenes de laminación.
• Estampado: Consiste en someter al metal a una presión continua para que adopte la forma del molde sobre el que se presiona.
• Extrusión: Consiste en presionar un metal fundido y obligarlo a salir por un orificio con el perfil deseado.
• Trefilado: Consiste en tirar fuertemente del extremo de una varilla a la que se le hace pasar por una serie de orificios decrecientes denominada hilera.

3. Técnicas de Separación o Corte de Metales

• Troquelado: Técnica de corte por cizalladura en la que se produce un desprendimiento de material (pequeñas piezas con formas geométricas). Estas herramientas cortan mediante presión o impacto.
• Corte por abrasión: Se basa en el desgaste progresivo producido por un disco formado por granos de gran dureza unidos por un aglomerante apropiado.
• Oxicorte: Es un procedimiento térmico de separación de material.

4. Soldadura Blanda

• Es una soldadura heterogénea.
• Se utiliza principalmente para piezas de estaño, hojalata, cobre y zinc.
• Al conectarse a la red, la barra y el útil se calientan por la acción de una resistencia interna.

Práctica de soldadura:

1. Limpiar previamente las superficies que se van a unir.
2. Calentar localmente las partes a soldar. El estaño no debe depositarse en la punta del soldador.