MATERIALES METALES

1. METALES
UNIDAD III: MATERIALES ESTRUCTURALES

2. Temario
• Obtención de los metales
• Tipos de Metales
• Propiedades de los Metales
• Metales Ferrosos
• Metales No Ferrosos
• Técnicas de Conformación
• Técnicas de Manipulación
• Acabados

3. LOS METALES
Son materiales con muchas aplicaciones muy importantes en nuestra
sociedad. Se utilizan desde la prehistoria y son fundamentales en
todas las actividades de la industria.
Obtención de los metales.
Se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas.
Si la capa del mineral se encuentra a poca profundidad la extracción
se realiza en minas a cielo abierto. Si el yacimiento o filón es
profundo, la excavación se lleva a cabo en mina subterránea.
Se usan explosivos, escavadoras,
taladradoras y otras máquinas
para arrancar el material de la
roca.
Al mineral útil se le llama mena,
y a los no utilizables ganga.

4. Después de separar mena de ganga, hay que obtener el mineral de la
mena, lo que se realiza en industrias metalúrgicas.
•La metalurgia es la industria que se encarga de extraer y transformar
los minerales metálicos.
•La siderurgia es la rama de la metalurgia que trabaja con los
materiales ferrosos.
Tipos de metales.
Metales ferrosos. Son aquellos cuyo
componente principal es hierro.
Ejemplos: hierro puro, acero y
fundiciones.
Metales no ferrosos. Son materiales
metálicos que no contienen hierro o
que lo contiene en muy pequeñas cantidades. Ejemplo: bronce, latón,
zinc, ……..

5. PROPIEDADES DE LOS METALES
Propiedades físicas.
Las aplicaciones de los metales se deben a sus propiedades,
principalmente las mecánicas, térmicas y eléctricas que permiten una
serie de usos concretos.
-Propiedades mecánicas.Son las relativas a la aplicación de fuerzas.
•Dureza y resistencia mecánica. En general, los metales son duros, es
decir no se rayan ni pueden perforarse con facilidad. Además, resisten
bien los esfuerzos a que son sometidos.
•Tenacidad. Muchos metales presentan gran resistencia a romperse
cuando son golpeados.

6. •Elasticidad y plasticidad. Algunos
metales se deforman permanentemente
cuando actúan sobre ellos fuerzas
externas. Otros son capaces de recuperar
su forma original tras la aplicación de
fuerzas externas.
•Maleabilidad. Algunos metales pueden
ser extendidos en láminas muy finas sin
llegar a romperse.
•Ductilidad. Algunos metales pueden ser
estirados en hilos largos y finos.

7. -Propiedades térmicas. Son las
relativas a la aplicación de calor.
•Conductividad térmica. Los
metales trasmiten bien el calor.
•Dilatación y contracción. Los
metales se dilatan cuando aumenta la
temperatura; y se contraen cuando
disminuye la temperatura.
•Fusibilidad. Los metales se funden,
aunque cada metal lo hace a
temperatura diferente.
•Soldabilidad. Muchos metales
pueden solarse con facilidad a otras
piezas del mismo metal o de un metal
diferente.

8. - Propiedades eléctricas y magnéticas.
•Los metales son buenos conductores
de la electricidad.
•Algunos metales tienen capacidad de
atraer a otros materiales magnéticos.
Propiedades químicas.
Presentan una elevada capacidad
de oxidación. Para protegerlos se
emplean pinturas.
Otras propiedades.
•Trasmiten bien el sonido.
•Son impermeables.

9. METALES FERROSOS
Hay gran cantidad de minerales que contienen hierro. Los más
importantes son la magnetita, la hematites, la limonita y la
siderita.
Los minerales de hierro deben someterse a procesos para obtener el
hierro puro. Además del hierro puro se emplean también las
aleaciones.
Las aleaciones del hierro se obtienen añadiéndole carbono.
•Hierro puro. Contiene entre 0,008% y 0,03% de carbono.
•Acero. Contiene entre 0,03% y 1,76% de carbono.
•Fundición. Contiene entre 1,76% y 6,67% de carbono.
Aleación es una mezcla de dos o mas elementos químicos, al menos
uno de los cuales, el que se encuentra en mayor proporción, ha de ser
un metal.

10. El hierro y las fundiciones.
El hierro es un metal de color blanco
grisáceo que tiene propiedades
magnéticas.
Presenta inconvenientes: se corroe,
tiene un punto de fusión elevado, de
difícil mecanizado, es frágil y
quebradizo. Por ello, puro tiene escasa
utilidad por lo que se combina con
carbono.
El hierro forjado, con muy bajo
contenido en carbono; es muy plástico y
su facilidad para forjase y soldarse.
La fundición es muy dura y con gran
resistencia al desgaste.
Barandilla de hierro forjado.

11. El acero.
Es una aleación de hierro con una pequeña cantidad de carbono. De
este modo se consigue una notable mejoría en las propiedades
mecánicas. Puede contener otros elementos químicos, para conseguir o
mejorar propiedades específicas (aceros aleados).
Los más empleados son:
•Silicio. Aporta elasticidad y carácter magnético.
•Manganeso. Aporta dureza y resistencia al desgaste.
•Cromo. Aporta dureza, resistencia al calor y le hace inoxidable.
•Níquel. Mejora resistencia a la tracción, tenacidad y resistencia a la
corrosión.
•Wolframio. Aumenta dureza y mejora su resistencia a la corrosión
y al calor.

12. Proceso de obtención del acero.
Se mezcla el mineral de
hierro (mena) con carbón y
caliza y se introduce en un
alto horno a mas de 1500ºC.
De este modo se obtiene el
arrabio, que es mineral de
hierro fundido con carbono y
otras impurezas.
El arrabio se somete a
procesos posteriores para
reducir el carbono y eliminar
impurezas. En estos procesos se ajusta la composición del acero
añadiendo los elementos que procedan en cada caso: cromo, niquel,
manganeso…..

13. El primer proceso es el llenado del convertidor. Luego 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
completamente el convertidor para vaciarlo y obtener al acero.

14. MATERIALES NO FERROSOS
Son los materiales metálicos no procedentes del hierro. Se pueden
clasificar según su densidad en:
•Metales pesados: cobre, plomo, estaño, zinc.
•Metales ligeros: aluminio, titanio.
•Metales ultraligeros: magnesio.

15. Metales Pesados
Cobre: Se obtiene a partir de cuprita, calcopirita y malaquita.
Presenta alta conductividad térmica y eléctrica así como notable
maleabilidad y ductilidad. Es blando rojizo de brillo intenso. Se
oxida superficialmente adquiriendo un color verdoso. Es muy
utilizado para fabricar cables eléctricos, tuberías y en decoración.
Se obtienen de el diversas aleaciones.

16. Latón: Es una aleación de cobre y zinc. Resistente a la corrosión. Se
utiliza en artesanía, orfebrería, tuberías, turbinas, hélices…
Bronce: Es una aleación de cobre y estaño.
Presenta una elevada ductilidad y buena
resistencia al desgaste y a la corrosión. Se
emplea en campanas, monedas obras de arte
engranajes, cojinetes y rodamientos.
Alpaca: Aleación de cobre al que se añade
níquel, zinc y estaño. Utilizada en orfebrería
y bisutería.
Cuproníquel: Aleación de cobre y níquel
muy utilizada en la fabricación de monedas.
Otras aleaciones de cobre son:

17. Plomo: Se obtiene de la galena. De color gris
plateado, muy blando, pesado, plástico, maleable
y buen conductor del calor y la electricidad. Se
emplea como aditivo que aporta peso y dureza y
como protector de radiaciones en medicina y
centrales nucleares.
Estaño: Se obtiene de la casiterita. De color blanco
brillante, blando, maleable no se oxida a
temperatura ambiente. Con él se fabrica la hojalata
y aleado con plomo para soldadura blanda.
Zinc: Se obtiene de la blenda y calamina.
Mediante el galvanizado se recubren piezas con
una ligera capa de zinc, para protegerlas de la
corrosión.

18. Aluminio: Se obtiene de la bauxita. Es muy resistente a la corrosión,
blando, de baja densidad, muy maleable y dúctil, muy buen conductor.
Para mejorar sus propiedades mecánicas, se alea con otros metales
como el cobre, el magnesio y el silicio, obteniéndose aluminios muy
duros y resistentes.
Se utiliza en líneas de alta tensión, en la fabricación de aviones,
automóviles y bicicletas en carpintería metálica y botes de bebidas…
El duraluminio es aluminio mezclado con
bronce da lugar a una aleación muy
resistente a la corrosión, elevada resistencia
mecánica y gran dureza. Se utiliza en la
fabricación de estructuras de automóviles,
ferrocarriles y especialmente en aeronáutica.
Metales Ligeros

19. Titanio: Se obtiene del rutilo y la
ilmenita. De color blanco plateado,
brillante, ligero, muy duro y resistente.
Utilizado en la industria aeroespacial,
en prótesis médicas y en la elaboración
de aceros especialmente duros.

20. Magnesio: Se obtiene del olivino, talco,
asbesto y magnesita. Blanco, brillante,
muy ligero, blando, maleable y poco
dúctil. Utilizado en pirotecnia, permite
obtener aleaciones muy ligeras para
aeronáutica y vehículos.
Metales Ultra Ligeros

21. TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN
Los procesos de conformación se eligen en función del metal y de la
aplicación que se vaya a dar al mismo.
Metalurgia de polvos.
La metalurgia de polvos o pulvimetalurgia es un proceso a partir del cual
obtenemos piezas metálicas mediante la compactación de polvos finos metálicos
en una atmósfera controlada.
Consta de los siguientes pasos:
1.- El metal es molido hasta convertirlo en polvo.
2.- A continuación se prensa.
3.- Se calienta al 70% de la temperatura de fusión. Sinterizado.
4.- Se comprime la pieza hasta el tamaño adecuado.
5.- Se deja enfriar.
Esta técnica se emplea para fabricar piezas de gran precisión, herramientas de
corte, etc.

22. Moldeo. Se realizan los siguientes
pasos:
1.- Se calienta el metal en un horno hasta
que se funde.
2.- El metal líquido se vierte en el interior
del molde.
3.- Se deja enfriar hasta que el metal se
solidifica.
4.- Se extrae la pieza del molde.

23. Deformación. Conjunto de técnicas en las que se modifica la
forma de una pieza mediante la aplicación de fuerzas externas.
Laminación. Se hace pasar la pieza por
una serie de rodillos, llamados
laminadores, que la comprimen,
disminuyendo su grosor y aumentando su
longitud. Se suele realizar en caliente y
se emplea para obtener planchas y chapas
de distintos grosores, barras, perfiles,
tubos etcétera.
Forja. Se somete la pieza a esfuerzos de
compresión repetidos mediante un
martillo o maza. La forja manual se
realiza en fraguas con yunque tenazas y
martillos.

24. En la forja industrial, la pieza se coloca
sobre una plataforma que hace las veces
de yunque. Mediante un mecanismo
neumático o hidráulico, la masa se eleva
y cae sucesivamente sobre la pieza.
En ambos tipos de forja la pieza suele
estar en caliente. Con esta técnica se
obtienen piezas muy diversas.
Extrusión. Se hace pasar la pieza por un
orificio que tiene la forma deseada,
aplicando una fuerza de compresión
mediante un émbolo. Se obtienen así
piezas largas con el perfil apropiado.
Se obtienen tubos, barras y perfiles
variados.

25. Estampación. Se introduce la pieza
en caliente entre dos matrices o
estampas, una fija y otra móvil, cuya
forma coincide con la que se quiera
dar al objeto. Al juntarse las dos
matrices, el material adopta su forma
interior.
Se emplea en obtención de
carrocerías, radiadores, etcétera.
Embutición. 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,
a partir de chapas planas.

26. Doblado. Se somete una plancha a un
esfuerzo de flexión a fin de que
adopte una forma
Trefilado. Se hace pasar la punta
afilada de un alambre por un orificio
con las dimensiones y forma
deseada. A continuación se aplica
una fuerza de tracción mediante una
bobina de arrastre giratoria. Al
atravesar el alambre el orificio,
aumenta su longitud y disminuye su
sección.
Se emplea para fabricar hilos o
cables con secciones y dimensiones
muy diversos.

27. TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN
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 técnicas de
manipulación que son complementarias de las anteriores.
Destacamos: el corte y marcado, perforado, tallado/rebajado y el
desbastado/afinado.

30. ACABADO
El acabado de un producto consiste en la aplicación de lacas
pinturas y esmaltes con finalidad de: proteger de la humedad y
corrosión y embellecer al proporcionarle brillo y color.
A veces es aconsejable aplicarle al metal un recubrimiento de
plástico para protegerlo de la humedad o cambiar el aspecto o el
tacto.
Muchos objetos metálicos son recubiertos con otros metales para
mejora su aspecto y evitar la corrosión como el cromo en muebles
metálicos, el zinc en chapas y alambres y el oro y plata en objetos
de joyería y decoración.