Los metales
IES BELLAVISTA
La edad de los metales
� Los primeros metales, encontrados en estado puro, se usaron sobre el 7.500 a.C., pero sólo eran trabajados en frío o ligeramente calentados.
� Sobre 5.000 a.C. se inicia la fundición de metales (cobre, oro,...)
� Sobre 3.000 a.C. se descubre el bronce , aleación de cobre y estaño, mucho más duro que ambos.
La edad de los metales
� Sobre 1.500 a.C. los hititasusaban el hierro para fabricar armas lo que les dio ventaja bélica sobre otros pueblos (egipcios,...)
� Hasta 1.400 d.C., en que empezaron a utilizarse los hornos provistos de fuelle, no se pudieron alcanzar las temperaturas necesarias para fundir el hierro (1.535 ºC)
Características de los metales
� Son muy buenos conductores del calor.
Características de los metales
� Son buenos conductores de la electricidad,
como el cobre y el aluminio.
Características de los metales
� Tienen una considerable resistencia mecánica.
Características de los metales
� Tienen una considerable tenacidad (aguantan golpes
sin romperse)
Características de los metales
� Poseen una elevada maleabilidad.
Características de los metales
� Tienen una elevada ductilidad.
Características de los metales
� Son reciclables mediante fundición.
La extracción minera: minerales
Los metales no suelen encontrarse puros en la
naturaleza, sino formando parte de minerales.
La extracción del mineral en minas
Los minerales se extraen en minas a cielo abierto o subterráneas.
La minería a cielo abierto
Mina de hierro de Alquife (Granada)
La extracción del mineral: voladuras
La extracción minera a cielo abierto empieza con la voladura de la roca para desprenderla.
La extracción del mineral: el transporte
El mineral se carga en camiones o vagones con grandes palas hidráulicas o con cucharas giratorias.
La minería subterránea
La mena y la ganga
La parte aprovechable del mineral se llama mena y la no aprovechable ganga. La ganga suele ser más
del 95%.
Mena
Ganga
La trituración del mineral
Para separar la mena de la ganga se procede a la trituración del mineralmediante diversos procedimientos.
Molino de bolas
Trituradora de martillos
Trituradora de rodillo
La trituración del mineral
La separación de mena y ganga
Una vez triturado el material, se procede a la separación de la mena de la ganga por separación magnética o por flotación, entre otros.
Celdas de flotación
Separación magnética
Cinta transportadora
La extracción del mineral: sinterizado
La mena suele quedar reducida a partículas muy finas de difícil manipulación, por lo que se aglomeran en bloques. Este proceso se denomina sinterizado.
Bloque de metal sinterizado
Clasificación de los metales
De entre todos los metales, el hierro y sus aleaciones suponen el 90% de la producción mundial. Por ello, se clasifican en:
� Materiales férricos: Son el hierro y aleaciones cuyo componente principal es el hierro (aceros y fundiciones).
� Metales no férricos: Son los metales y aleaciones
que no contienen hierro, como el cobre, el aluminio, el níquel, el latón, el bronce,...
Materiales férricos
El hierro puro apenas se utiliza a nivel industrial. Por ello, se alea con carbono solo o con carbono y otros metales.
Clasificación de los productos férreos según el contenido en C:
� Hierro dulce: %C < 0,1%
� Acero: 0,1% < %C < 1,67%
� Fundición: 1,67% < %C < 6,67%
Nota: contenidos superiores al 5% hacen la aleación demasiado frágil y dejan de tener interés industrial.
Hierro dulce (o industrial)
El hierro puro o con muy bajo contenido en carbono apenas se utiliza por ser un material muy blando y fácilmente deformable.
Sus únicas aplicaciones están en el campo del electromagnetismo. Se utiliza como núcleo de bobinas, electroimanes y transformadores.
Acero: propiedades
� Es dúctil y maleable . También es tenaz .
� Se puede soldar . Cuanto mayor contenido en C, peor se sueldan.
� Se oxida fácilmente (salvo los inoxidables).
� Su dureza y su resistencia al desgaste aumentan con el contenido en carbono , pero también su fragilidad,.
Aceros al carbono (no aleados)
Son los que contienen otros elementos, además de Fe y C, pero en proporciones muy pequeñas.
� Aceros con bajo contenido en Cson fáciles de cortar y trabajar: carrocerías, vigas, bidones, ...
� Aceros con contenido medio en Cbuena resistencia a la fatiga y al desgaste: bielas, destornilladores, engranajes,...
� Aceros con alto contenido en C muy duros y con gran resistencia al desgaste, pero frágiles: herramientas de corte, brocas, cojinetes, ...
Aceros aleados
Son los que contienen otros elementos, además de Fe y C, en proporciones significativas. Cada elemento aporta unas cualidades:
� Cobalto: aumenta la dureza y la resistencia al desgaste (brocas,...).
� Wolframio: confiere gran dureza a cualquier temperatura.
� Vanadio: confiere gran resistencia a la fatiga y a la tracción.
� Cromo y níquel: aumentan la resistencia a la corrosión (aceros inoxidables).
Fundiciones
� Contienen más carbono que los aceros.
� Tienen más bajo punto de fusión que el acero. Es fácil obtener piezas moldeadas.
� Son más baratas y más fáciles de mecanizar que el acero.
� Son muy difíciles de soldar.
� Son más duras y resistentes a la corrosión y al desgaste, pero también más frágiles, menos dúctiles y menos tenaces que el acero.
Obtención de materiales férricos
Para producir los materiales férricos se necesita:
� Mineral de Hierro.
� Carbón de coque.
� Piedra caliza.
El mineral de hierro
Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:
Oligisto
Magnetita
Siderita
Pirita
Limonita
El carbón de coque
El carbón de coque actúa de combustible y como elemento aportador del carbono.
El carbón de coque se obtiene de la hulla, en los hornos de coque .
Horno de coque
Descarga del horno de coque
Coque ya apagado
La piedra caliza
La piedra caliza está formada principalmente por carbonato cálcico y se utiliza, además, como piedra para construcción y para fabricar cementos .
Sinterización del mineral de hierro
Las partículas de mineral de hierro, junto con el carbón de coque y la piedra caliza se mezclan formado una masa porosa denominada sínter. Este proceso se denomina sinterización .
Sinter
Proceso de sinterización
Sinter
Obtención del arrabio
� Por el tragante de los altos hornos, se introduce el sínter, junto con chatarra de hierro.
� Al quemar fueloil y el coque se produce calor que funde el mineral de hierro, que se deposita en el fondo. Al hierro fundido se le denomina arrabio . Se extrae por la piquera .
� La caliza reacciona con la ganga formando la escoria , que flota sobre el arrabio. La escoria se extrae por la bigotera .
Alto horno
� Se introduce aire por las toberas .
Obtención del arrabio
Panorámica de alto horno
Obtención del arrabio
Salida de la escoria
Vaciado del arrabio sobre un carro torpedo
El arrabio se transporta en torpedos hasta el lugar donde se afina.
Transformación del arrabio en productos
Del arrabio se pueden obtener fundiciones y aceros.
� La fundición se obtiene por solidificación directa del
arrabio.
� Para producir acero hay que reducir el contenido en carbono del arrabio en los convertidores , inyectando oxígeno para quemar el exceso de carbono. Este proceso se llama afino .
Convertidor Bessemer
Convertidor Bessemer
Fabricación de piezas por moldeo
Existen tres procedimientos de solidificación del acero:
� Fabricación directa de piezas: se vierte el acero líquido sobre moldes con la forma de las piezas.
Vertido en moldes
Desmoldeo
Colada sobre lingoteras
� Colada sobre lingoteras: se vierte el acero sobre moldes llamados lingoteras y luego se lamina en trenes desbastadores.
Vertido en lingoteras Tren desbastador
Colada continua
� Colada continua: el acero se vierte sobre un molde refrigerado con fondo desplazable. El producto se va solidificando al pasar por el molde y posteriormente.
Laminación del acero
Consiste en hacer pasar los lingotes o la colada de acero entre rodillos giratorios para reducir la sección.
Los metales no férricos
� Cobre
� Estaño � Aluminio
� Cinc
� Magnesio � TitanioDolomita Rutilo
AzuritaMalaquitaCuprita Calcopirita
Casiterita
Blenda
Bauxita
Cobre
� Es un excelente conductor de la electricidad y del calor.
� Se suelda con facilidad.
� Es muy dúctil y maleable.
� Conductores eléctricos
� Tuberías
� Intercambiadores de calor
Propiedades
Aplicaciones
Estaño
� Bajo punto de fusión.
� Se suelda con facilidad.
� Soldadura de componentes eléctricos y electrónicos.
� Soldadura de tuberías
� En aleaciones (bronce) y recubrimientos (hojalata).
Propiedades
Aplicaciones
� Es inoxidable.
Aluminio
� Ligero, blando y maleable.
� Resistente a la corrosión.
� Envase de alimentos y bebidas.
� Conductor eléctrico.
� Carpintería metálica
Propiedades
Aplicaciones
� No es tóxico.
Cinc
� Muy resistente a la corrosión.
� Canalones, tubos y depósitos.
� Recubrimiento de tejados.
� En aleaciones (latón, plata alemana, calaminas,...)
Propiedades
Aplicaciones
� Galvanizado del acero (capa protectora).
Magnesio
� Muy ligero y poco resistente. Muy inflamable.
� Pirotecnia y explosivos.
� Aplicaciones aeroespaciales.
Propiedades
Aplicaciones
� Bastante caro.
� Se alea para aumentar su resistencia.
� Llantas de ruedas.
Titanio
� Muy resistente a la corrosión.
� Estructuras de aeronaves.
� Turbinas de aviones.
Propiedades
Aplicaciones
� Biocompatible.
� Gran resistencia mecánica.
� Implantes médicos.
� Muy caro.
Latón
� Muy dúctil y maleable.
� Bisagras, tornillos,...
� Accesorios de fontanería.
Propiedades
Aplicaciones
� Mayor resistencia mecánica que Cu o Zn.
� Cerraduras.
� Aleación de cobre y cinc .
Bronce
� Resistente a la corrosión.
� Campanas.
� Cojinetes, bombas,...
Propiedades
Aplicaciones
� Mayor resistencia mecánica que Cu o Sn.
� Monumentos.
� Aleación de cobre y estaño .
Duraluminio
� Llantas de camiones.
� Artículos de ortopedia.
Propiedades
Aplicaciones
� Mayor resistencia mecánica que el Al.
� Estructuras de aviones.
� Aleación de aluminio , cobre y magnesio .
Técnicas de fabricación
con metales
Moldeo a la cera perdida
Moldeo por inyección a presión
� Se utiliza para aleaciones ligeras como las de aluminio o aleaciones con bajo punto de fusión.
Moldeo por extrusión
� El metal semifundido se empuja con un pistón hidráulico para hacerlo salir por una boquilla con la forma deseada. Su usa para perfiles y tubos.
Deformación por forja
Forja de grandes dimensiones
Estampación
Troquelado
Embutición
Curvado
Plegado
Trefilado
Limado
Limado correcto a 45º
Lima para metal
Lima para madera(escofina)
Taladrado
Fresado
Torneado
Esmerilado y desbarbado
Rectificado
Tronzado
Cizallado
Oxicorte
Unión por soldadura eléctrica
Unión por soldadura eléctrica
Unión por soldadura eléctrica
Unión por soldadura oxiacetilénica
Soldadura blanda con soldador de gas
Decapantes y fundentes
Soldadura blanda con soldador eléctrico
Unión remachada
Unión atornillada
Tornillo autorroscante
Tornillo-tuerca rosca métrica
Tornillo rosca chapa
Tornillo rosca madera