Breve descripción de un material de uso técnico utilizado por el hombre a lo largo de los tiempos: los metales

1. Un material de uso
técnico fundamental:
LOS
MATERIALES
METÁLICOS

2. 4.1.- Los metales
4.1.1.- Obtención de los metales
4.1.2.- Tipos de metales
Anexo: Las propiedades de los materiales
4.2.- Propiedades de los metales
4.2.1.- Propiedades físicas
4.2.2.- Propiedades químicas
4.2.3.- Propiedades ecológicas
4.2.4.- Otras propiedades
4.3.- Metales ferrosos
4.3.1.- El hierro y las fundiciones
4.3.2.- El acero
4.3.3.- Proceso de obtención del acero
4.4.- Metales no ferrosos
4.5.- Técnicas de conformación
4.5.1.- Metalurgia de polvos
4.5.2.- Moldeo
4.5.3.-Deformación
4.6.- Técnicas de manipulación
4.6.1.- Corte y marcado
4.6.2.- Perforado
4.6.3.- Tallado/rebajado
4.6.4.- Desbastado/afinado
4.7.- Uniones
4.7.1.- Desmontables
4.7.2.- Fijas
4.8.- Acabado

3. 4.1 Los metales
4.1.1.- Obtención 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, si la capa de mineral se halla a poca profundidad, o mina
subterránea, si la profundidad es mayor. En ambos tipos de explotaciones se
hace uso de explosivos, excavadoras, taladradoras y otra maquinaría, a fin
de arrancar el mineral de la roca.
En el yacimiento se encuentran unidos los minerales útiles, o MENA, y
los minerales no utilizables, o GANGA. Estos últimos deben ser separados
de los primeros mediante diferentes procesos físicos. De entre, las muchas
técnicas utilizadas para la separación de la MENA y la ganga, las más
importantes son las siguientes:
- TAMIZADO: Consiste en la separación de las partículas sólidas
según su tamaño mediante cribas o tamices.
- FILTRACIÓN: Es la separación de partículas sólidas en suspensión
en un líquido a través de un filtro.
- FLOTACIÓN: Se trata de la separación de una mezcla de
partículas sólidas en un líquido.
Una vez separada la mena de la ganga, el objetivo e extraer el metal
de la mena. Para ello es transportada a las industrias metalúrgicas, donde
será sometida a distintos procesos con el fin de obtener el material
deseado.
La METALÚRGIA es el conjunto de industrias que se encargan de la
extracción y transformación de los minerales metálicos.
La SIDERÚRGIA es la rama de la metalurgia que trabaja con los
materiales ferrosos; incluya desde la extracción del mineral de hierro hasta
su presentación comercial para ser utilizado en la fabricación de productos.
4.1.2.- Tipos de metales
Atendiendo a su procedencia, los metales pueden clasificarse en:
-ferrosos: cuya componente principal es el hierro. Son el hierro puro,
el acero y las fundiciones entre otros.
- no ferrosos: materiales que no contienen hierro o que lo contienen
en muy pequeñas cantidades.
A continuación veremos las diferentes propiedades de los metales,
haciendo un alto para recordar las propiedades de los materiales en general

4. Las propiedades de los materiales
Las propiedades de un material son el conjunto de
características que hacen que se comporte de una manera
determinada ante estímulos externos como la laz, el calor, la
aplicación de fuerzas, el ataque de agentes quimicos, etc.
1.-CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
• materiales naturales: Son aquellos que se encuentran en la
naturaleza. Constituyen los materiales básicos a partir de los cuales
se fabrican los demás productos. Son, por ejemplo, la arcilla, la lana,
el esparto, etc.
• materiales artificiales: Son aquellos que se obtienen a partir de
otros materiales que se encuentran en la naturaleza y no han sufrido
transformación previa. También lo son aquellos productos fabricados
con varios materiales que sean en su mayoría de origen natural. Así,
tenemos el hormigón y los bloques de hormigón.
• materiales sintéticos: Están fabricados por el hombre a partir de
materiales artificiales. El ejemplo más característico lo constituyen
los plásticos.
2.- ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Propiedades físicas: Entre las que cabe destacar las siguientes
Propiedades sensoriales: A menudo elegimos los materiales dependiendo del
efecto que puedan producir en alguno de nuestros sentidos. Así, el tacto el
olor, la forma, el brillo, la textura y el color serían propiedades que
englobaríamos en este tipo de propiedades.
Propiedades ópticas: Se refieren a la reacción del material cuando la luz
incide sobre él. Así tenemos materiales opacos, que no permiten que la luz
los atraviese; materiales transparentes, que dejan pasar la luz, y materiales
translúcidos, que permiten que penetre la luz pero no dejan ver nítidamente
a través de ellos.
Propiedades térmicas: Describen el comportamiento de un material frente
al calor. Por lo general, los metales son buenos conductores del calor. Hay
otros materiales, denominados aislantes, que evitan que el calor los

5. atraviese con facilidad. Ejemplos de ello son el algodón, la lana, la fibra de
vidrio, los poliuretanos, etc.
Propiedades eléctricas: Todas las sustancias, en mayor o menor grado, son
conductoras de la corriente eléctrica y también, según ciertas
características de construcción y naturaleza, ofrecen una resistencia al
paso de corriente. La resistencia eléctrica de un material conductor
depende de su naturaleza. Esta propiedad específica de cada sustanciase
denomina resistividad (ρ). De acuerdo con su resistividad, los materiales se
clasifican en conductores (resistividad muy pequeña) y aislantes
(resistividad muy grande). Además existen otros, denominados
semiconductores que son la base de todo los componentes electrónicos.
Propiedades magnéticas: Se refieren a la capacidad que tiene un metal
ferroso (hierro y sus aleaciones) para ser atraído por un imán, así como la
posibilidad de las propiedades magnéticas del imán sean transferidas al
metal.
Propiedades mecánicas: Están relacionadas con la forma que reaccionan los
materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos. Las más importantes son:
1. Elasticidad.- Capacidad que tiene algunos materiales para recuperar
su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.
2. Plasticidad.-Habilidad de un material para conservar su nueva forma
una vez deformado. Es opuesto a la elasticidad.
3. Ductilidad.- Es la capacidad que tiene un material para estirarse en
hilos.
4. Maleabilidad.- Aptitud de un material para extenderse en láminas sin
romperse,
5. Dureza.- Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar
por otro o, lo que es lo mismo, la resistencia al desgaste.
6. Fragilidad.- Es opuesto a la resiliencia. El material se rompe en
añicos cuando una fuerza impacta sobre él.
7. Tenacidad.- Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está
sometido a esfuerzos lentos de deformación.
8. Fatiga.- Deformación de un material sometido a cargas variables,
inferiores a la rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de
veces.
9. Maquinabilidad.- Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por
arranque de viruta.
10. Acritud.- Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos
metales como consecuencia de la deformación en frío.

6. 11. Colabilidad.- Aptitud que tiene un material fundido para llenar un
molde.
12. Resiliencia.- Resistencia que opone un cuerpo a los choques o
esfuerzos bruscos.
Propiedades químicas: Una de las más importantes es la relativa a la
oxidación y corrosión.
La oxidación se produce cuando un material se combina con el oxigeno,
transformándose en óxidos más o menos complejos. Sigue el esquema
siguiente
material + oxigeno --------› óxido del material ∓ energía
El signo + que precede a la energía indica que la reacción es exotérmica y
transcurre hacia la formación del óxido. En cambio el signo − indica que la
reacción es endotérmica, el material será de difícil oxidación.
La corrosión se produce cuando la oxidación de un material se lleva a cabo
en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas. Esta
es mucho más peligrosa para la vida de los materiales que la oxidación
simple, pues en un medio húmedo la capa de oxido no se deposita sobre el
material, sino que se disuelve y acaba por desprenderse.
Propiedades ecológicas: Según el impacto que producen en el medio
ambiente, los materiales los podemos clasificar en:
1. Reciclables: Son aquellos que se pueden reutilizar. El reciclaje
contribuye a la conservación de los recursos naturales y, además,
evitan la acumulación de grandes cantidades de residuos.
2. Tóxicos: Estos materiales son dañinos para el medio ambiente.
3. Biodegradables: Es la descomposición natural de los materiales en
sustancias más simples.

7. 4.2.- Propiedades de los metales
4.2.1.- Propiedades físicas:
Mecánicas: Dureza, resistencia mecánica, plasticidad, elasticidad,
maleabilidad, tenacidad, ductilidad, etc.
Térmicas: Conductividad térmica, dilatación y contracción,
fusibilidad, soldabilidad, etc.
Eléctricas y magnéticas.
4.2.2.- Propiedades químicas: Oxidación
4.2.3.- Propiedades ecológicas: La mayoría de los metales son
reciclables. Algunos, como el plomo y el mercurio, son tóxicos para los seres
vivos por lo que hay que tener cuidado en su uso, limitando mucho los
residuos de estos.
4.2.4.- Otras propiedades: Impermeabilidad, buenos
conductores acústicos.
4.3.- Metales ferrosos
El hierro se obtiene de la magnetita, el oligisto (sobre todo una de
sus variedades, el hematites), la limonita, la pirita y la siderita. Además del
hierro puro, se utilizan también las aleaciones.
Una aleación es una mezcla de dos o más elementos químicos, al
menos uno de los cuales, el que se encuentra en mayor proporción, ha
de ser metal.
Las aleaciones de hierro se obtienen añadiendo a este metal carbono.
Según el porcentaje de dicho elemento tenemos:
- Hierro puro: la concentración de carbono se sitúa entre 0,008% y
0,03%
- Acero: la concentración de carbono se sitúa entre 0,03% y el
1,76%
- Fundición: la concentración de carbono se sitúa entre el 1,76% y el
6,67%.
4.3.1.-El hierro y sus fundiciones
El hierro es un metal de color blanco grisáceo que tiene buenas
propiedades magnéticas. Se corroe con facilidad, tiene un punto de fusión
elevado y es de difícil mecanizado. Resulta frágil y quebradizo. Esto hace
que tenga escasas utilidad. Se emplea en componentes eléctricos y

8. electrónicos. Para mejorar sus propiedades mecánicas, el hierro puro se
combina con carbono en las proporciones indicadas anteriormente.
La fundición presenta una elevada dureza y una gran resistencia al
desgaste. Se utiliza para fabricar diversos elementos de maquinaria,
carcasas de motores, bancadas de maquinas, farolas, tapas de alcantarilla,
etc.
4.3.2.- El acero
Es una aleación del hierro con una pequeña cantidad de carbono. De
este modo, se obtienen materiales de elevada dureza y tenacidad y 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 especificas.
Se obtienen así los aceros aleados. 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 resulta
necesario para hacer 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),molibdeno, el
titanio, el niobio o el vanadio.
4.3.3.-Proceso de obtención 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.
A continuación, se mezcla el mineral de hierro (mena) con carbón y
caliza (CaCO3) y se introduce en el interior de un alto horno a más de 1500
˚C. De este modo 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 y eliminar
impurezas. En estos procesos se ajusta la composición del acero, añadiendo
los elementos que procedan en cada caso: cromo, níquel, manganeso…

9. El primero de estos 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

10. 4.4.-Metales no ferrosos
Nombre Características Usos
-Se obtiene a partir de Fabricación de cables
los minerales CUPRITA, eléctricos
CALCOPIRITA, Fabricación de hilos de
MALAQUITA. telefonía
-Alta conductividad Fabricación de bobinas
eléctrica de motores
-Alta conductividad Tuberías, calderas,
Cobre (Cu) térmica radiadores.
-Maleable y dúctil Aplicaciones
-Metal blando de color decorativas y
rojizo y brillo intenso. artísticas.
-Se oxida en su etc.,…….
superficie, que
adquiere, entonces, un
color verdoso.
-Aleación de cobre y Ornamentación
zinc decorativa
Latón -Resistencia alta a la Tuberías,
corrosión condensadores,
turbinas, hélices, etc.
-Aleación de cobre y Hélices de barco,
estaño filtros, campanas,
Bronce -Elevada ductilidad fabricación de
-Resistente al desgaste engranajes,
y la corrosión rodamientos, etc.
Alpaca -Aleación de cobre, Orfebrería y bisutería,
níquel, cinc y estaño etc.
-Aleación de cobre y Utilizados en la
Cuproníquel
níquel fabricación de monedas
-Se extrae del RUTILO Industria aeroespacial
y la ILMENITA Fabricación de prótesis
-Color blanco medicas
plateado Elaboración ce aceros
Titanio (Ti) -Brillante, ligero, muy especialmente duros
duro y resistente. Su brillo hace que
resulte adecuado en
ciertas estructuras
arquitectónicas.

11. Nombre Características Usos
-Se obtiene de la Fabricación de baterías
GALENA y acumuladores
-Metal de color gris En la industria del
plateado, muy blando y vidrio y en óptica se usa
pesado como aditivo que
Plomo (Pb) -Notable maleabilidad y proporciona dureza y
plasticidad añade peso
-Buen conductor del Al ser opaco se emplea
calor y la electricidad contra radiaciones en
medicina y en las
centrales nucleares
-Se obtiene de la Se fabrica el papel de
CASITERITA estaño, y la hojalata,
-Metal de color blanco, que es una chapa de
brillante, muy blando acero cuyas caras están
-Poco dúctil, pero muy recubiertas por sen das
maleable películas de estaño.
Estaño (Sn)
-No se oxida a Aleado con plomo se usa
temperatura ambiente como material de unión
-Emite un sonido de soldaduras blandas
característico al
partirse: « grito de
estaño»
Cubiertas de edificios,
-Se obtiene de la cañerías, canalones.
BLENDA y la Mediante un proceso
CALAMINA llamado
-Metal de color gris GALVANIZADO se
Cinc (Zn)
azulado, brillante, recubren piezas con una
frágil en frío, y de baja capa de cinc para
dureza. protegerlas de la
corrosión.
-Blanco, brillante, muy Aceros inoxidables
duro pero frágil Aceros para
-Resistente a la herramientas y objetos
Cromo(Cr)
oxidación decorativos.
Cromado de otros
metales

12. Nombre Características Usos
-Se obtiene de la Sustituto del cobre en
BAUXITA líneas eléctricas de alta
-Metal banco, plateado, tensión
blando, de baja Por su baja densidad,
densidad y gran en la fabricación de
maleabilidad y aviones, automóviles y
ductilidad bicicletas.
-Alta resistencia a la -Carpintería metálica
corrosión Decoración, bisutería,
-Alta conductividad útiles de cocina, botes
térmica y eléctrica de bebida, etc.
Aluminio (Al)
-Para mejorar sus El aluminio mezclado
propiedades mecánicas con bronce de lugar al
se alea con otros DURALUMINIO, que
metales( Cu, Mg, …) con presenta alta
lo que se obtienen resistencia a la
aluminios muy duros y corrosión, elevada
resistentes dureza y gran
resistencia mecánica.
Fabricación de
estructuras de
aeroplanos, etc.
-Se obtiene del Pirotecnia
ASBESTO y la En combinación con
MAGNETITA otros metales permite
-Metal de color blanco obtener aleaciones muy
brillante, similar a la ligeras, que se emplean
Magnesio(Mg)
plata, muy ligero, en el sector
blando, maleable y aeronáutico y
poco dúctil fabricantes de motos,
automóviles, bicicletas,
etc.
-Blanco, brillante, Aceros inoxidables
tenaz, dúctil, maleable. Niquelados de otros
Níquel (Ni)
-Resistente a la metales
corrosión

13. Nombre Características Usos
-Gris, muy duro y Fabricación de
pesado filamentos para
-Buena conductivita bombillas
Wolframio(W)
eléctrica incandescentes y de
-Alto punto de fusión aceros para
herramientas
-Metal líquido plateado Fabricación de
y muy brillante, de gran termómetros, bombillas
Mercurio(Hg) densidad y buen y pilas de botón, etc.
conductor eléctrico y
térmico.
Otra forma que tenemos de clasificar a los materiales metálicos no
ferrosos es atendiendo a su densidad, es decir, la relación entre la masa del
material expresada en kilogramos y el volumen que ocupa, expresado en
metros cúbicos. Así, los distinguimos los metales pesados, metales ligeros y
metales ultraligeros.
• Metales pesados: cobre y las aleaciones de éste, es decir, el
latón. la alpaca, el cuproníquel y el bronce, el plomo, el estaño y
el cinc
• Metales ligeros y ultraligeros: el aluminio, el titanio y el
magnesio.
Veamos las distintas densidades de estos metales
Metal Densidad(g/cm3 ) Metal Densidad(g/cm3)
Wolframio 19,26 Estaño 7,29
Mercurio 13,55 Cromo 7,19
Plomo 11,34 Cinc 7,13
Níquel 9 Titanio 4,43
Cobre 8,92 Aluminio 2,7
Hierro 7,88 Magnesio 1,74

14. 4.5.-Técnicas de conformación
Para obtener piezas de diferentes formas (láminas, planchas, barras,
etc.) se somete el material a una serie de procesos de conformación que se
eligen en función del metal y de la aplicación que se vaya a dar al mismo.
4.5.1.-Metalurgia de polvos.- Esta técnica consta de los
siguientes pasos:
1. El metal es molido hasta convertirlo en polvo
2. Se prensa con unas matrices de acero
3. Se calienta en un horno a una temperatura próxima (70 %) a la
temperatura de fusión del metal
4. Se comprime la pieza para que adquiera el tamaño necesario
5. Se deja enfriar
Luego se somete a tratamientos para ajustar sus dimensiones y
propiedades mecánicas. Esta técnica se emplea en la fabricación de piezas
metálicas de gran precisión: cojinetes, herramientas de corte, etc.
4.5.2.-Moldeo: Consiste en introducir el metal en un recipiente
que dispone de una cavidad interior. Dicho recipiente, denominado molde,
puede estar fabricado a base de arena, acero o fundición. Las diferentes
aplicaciones de las piezas así obtenidas dependen de la técnica de moldeo
empleada: moldeo de arena (bloques ce motores, bocas de incendio), moldeo
en metal (piezas pequeñas y aleaciones de bajo punto de fisión) y moldeo en
cera (objetos decorativos, joyería, objetos artísticos, álabes de turbinas,
piezas de odontología).
4.5.3.-Deformación: Comprende un conjunto de técnicas en las
que se modifica la forma de una pieza metálica mediante la aplicación de
fuerzas externas. Esta deformación se puede llevar a cabo tanto en frió
como en caliente. La deformación en frió tiene las siguientes ventajas con
respecto a la deformación en caliente:
• Mejor acabado de la superficie
• Mayor control de las dimensiones de las piezas
• Mejora de las propiedades mecánicas.
Sin embargo, en la deformación en frió es necesario un mayor aporte
de energía para llevar a cabo el proceso.
Distinguimos las siguientes técnicas:

15. Laminación: Se hace pasar la pieza
metálica por una serie de rodillos
llamados laminadores, que lo
comprimen, con lo que disminuye su
grosor y aumenta su longitud. Este
proceso se suele hacer en caliente y
se emplea para obtener planchas,
chapas, barras, perfiles
estructurales, etc.
Forja: Se somete la pieza metálica a
esfuerzos de compresión repetidos
mediante una maza. Existe la forja manual
y la industrial o mecánica. En ambos tipos
de forja, la pieza metálica inicial suele
estar caliente. Con esta técnica pueden
obtenerse piezas muy diversas.

16. Extrusión: Se hace pasar la pieza
metálica por un orificio que tiene la
forma deseada, aplicando una fuerza de
compresión mediante un émbolo o
pistón. Es una técnica idónea para
obtener barras, tubos y perfiles
variados, así como marcos de ventana,
bisagras, etc.
Estampación: Se introduce una
pieza metálica en caliente entre dos
matrices o estampas, 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 en la construcción de
carrocerías de automóviles,
radiadores, etc.

17. Doblado: Este proceso se realiza
en frío y en el se somete una plancha
a un esfuerzo de flexión a fin de que
adopte una forma curva. Esta
técnica también permite obtener
piezas con ángulos. Este proceso se
realiza, igualmente, en frío
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. Se
emplea para obtener
piezas huecas, como
cojinetes, a partir de
chapas planas

18. Trefilado: Se hace
pasar la punta afilada
de un alambre por un
orificio con las
dimensiones y la
forma deseada. A
continuación, se aplica
una fuerza de
tracción mediante una
bobina giratoria. De
este modo, al
atravesar el alambre
el orificio, aumenta su
longitud y, en
consecuencia, disminuye su sección. Esta técnica se emplea para fabricar
hilos o cables con secciones y diámetros muy diversos.
4.6.- 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
definitivas. Sin embargo , en ocasiones resultan inaplicables y es necesario
recurrir a las denominadas técnicas de manipulación, que se llevan a cabo
con herramientas y máquinas especificas a partir de materiales
prefabricados, como planchas, barras y perfiles. Entre las operaciones
destacamos el corte y marcado, el perforado, el tallado/rebajado y
desbastado/afinado.

23. 4.7.- Uniones.
Una vez manipulados, los materiales metálicos se pueden juntar mediante
uniones desmontables o fijas
4.7.1.- Uniones desmontables: Permiten la unión y separación de las
piezas mediante elementos roscados, sin que se produzca rotura de los
elementos de unión ni deterioro de las piezas

24. 4.7.2.- Uniones fijas: A diferencia de las anteriores, en las
uniones fijas no es posible separar las piezas sin que estas se deterioren o
se produzca la rotura del elemento de unión. Se utilizan cuando no se prevé
la separación o desmontaje de las piezas unidas

26. 4.8.- Acabado
El acabado de un producto consiste en la aplicación de lacas, pinturas,
y esmaltes con una doble finalidad: por un lado, protegerlo de la humedad y
la corrosión; por el otro, embellecerlo al proporcionar brillo y color al objeto
acabado.