Materiales metálicos. Podemos encontrar como materiales metálicos los metales y sus aleaciones, como también sustancias inorgánicas que están constituidas por uno o más elementos metálicos; por ejemplo: hierro cobre, aluminio, níquel y titanio. Es importante tener en cuenta que el carbono es un elemento no metálico. Los metales tienen muchas características pero las más importantes son: buena conductividad eléctrica y térmica, opacidad, brillo, fusibilidad, plasticidad, dureza, etc. Ahora bien, podemos subdividir a los materiales metálicos en dos grupos importantes: los ferrosos y los no ferrosos.
· Ferrosos: a este grupo pertenece el hierro y sus derivados: el acero y la fundición.
· No ferroso: este grupo esta formado por los demás metales y sus aleaciones.
A su vez, en función del peso, los metales se pueden subdividir en dos grupos: metales ligeros y metales pesados. Materia Prima. Es importante aclarar que estos en estado natural, se encuentran puros, ya que se hallan combinados con el oxígeno, o con otros no metales, en especial del azufre, cloro y carbono. Los metales que se encuentran puros en la naturaleza, llamados metales nativos son: Oro, Plata, Cobre, y Platino. El hombre para poder usar los metales, ha tenido que aprender como extraerlos de la naturaleza, pues en estado natural los metales están mezclados con otros minerales. Solo unos pocos aparecen solos, en estado natural, si bien en pequeñas cantidades como es el caso del cobre. El hierro es uno de los metales más exuberante en la naturaleza. Productivamente el hierro contiene carbono y otras sustancias que alteran sus propiedades físicas pero estas se pueden reformar al desarrollar aleaciones con otras sustancias como el carbono.
Proceso de fabricación de los materiales metálicos. La gran mayoría de los metales los podemos encontrar en la naturaleza mezclados con otros elementos, formando minerales metálicos. Es por esto que, el primer paso es la: • Obtención del metal: esto 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 a 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. Finalizado el proceso de obtención y tratamiento del metal, podemos fabricar con él una gran variedad de piezas metálicas. Algunos de los procedimientos de trabajo más habituales son: fundición y moldeo, deformación y corte y mecanizado.
Propiedades físicas. Los metales tienen ciertas propiedades físicas características: a excepción del mercurio son sólidos a condiciones ambientales normales, suelen ser opacos y brillantes, tener alta densidad, ser dúctiles y maleables, tener un punto de fusión alto, ser duros, y ser buenos conductores del calor y electricidad. Estas propiedades se deben al hecho de que los electrones exteriores están ligados sólo ligeramente a los átomos, formando una especie de mar (también conocido como mar de Drude), que se conoce como Enlace metálico. Los materiales metálicos, al estar enterrados durante mucho tiempo, sufren ataques diferentes a otros materiales extraídos de excavaciones arqueológicas.
Mayores productores de los materiales metálicos.
· Alemania
· Países bajos
· Japón
· Estados Unidos.
Su uso en la Ingeniería. Es importante destacar que metales se utilizan en infinidad de aplicaciones. El hierro por, ejemplo, es uno de los más abundantes en la naturaleza, y con el se obtiene el acero. En las construcciones se utilizan hierro y acero de distintos tipos. Utilizamos el cobre para cables, el estaño lo usamos para soldar, etc. La mayor parte del hierro se utiliza luego de ser sometido a tratamientos especiales, como el hierro forjado, el hierro colado o el acero (tal vez la más usada en construcción en la actualidad por sus características especiales). 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.Metal | Mineral | Características | Aplicaciones |
Acero | Aleación de hierro y carbono (contiene entre un 0,04 y un 2,25% de carbono) | -Las propiedades físicas del acero y su comportamiento a distintas temperaturas varían según la cantidad de carbono y su distribución en el hierro. -Antes del tratamiento térmico, son una mezcla de tres sustancias: la ferrita, (blanda y dúctil), la cementita, (dura y frágil) y la perlita, (una mezcla de ambas) y de propiedades intermedias. -Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está compuesto por perlita. -El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita. -Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. -Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y en perlita, pero si el enfriamiento es repentino, la austenita se convierte en martensita, de dureza similar a la ferrita. | -Elaboración de herramientas, instrumentos y elementos para las construcciones civiles, de buques y automóviles. -Casas y edificios (Estructuras resistentes fabricadas en acero dan forma a edificios, rascacielos y viviendas unifamiliares -Puentes: modernos, colgantes, de arco, de vigas triangulados,… … -Esculturas contemporáneas -Veleros, buques -Envases -Pilotes -Apuntaladotes. -El acero es más resistente y más duro que el hierro forjado, (que es prácticamente hierro puro). -Utensilios de cocina. -Barandillas. |
Fundición | Hierro mas Carbono (Fe + C) | -Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de un metal o una aleación fundida sobre un molde hueco. | -Cadenas de producción. -Muebles de jardín (bancos) -Campanas. |
Cobre | Cobre su símbolo en la tabla periódica es “Cu” | -Resistencia a la corrosión. -Muy dúctil y maleable. -Punto de fusión: 1083 ºC -Punto de bullición: 2567 ºC -Densidad: 8,9 g/cm cúbicos. -Masa atómica: 63,546 -Muy bello. -Conductor del calor y la electricidad. | -Industria: (transformación en cables, maquinaria eléctrica, etc….) -Acuñación de monedas. -Confección de útiles de cocina y objetos ornamentales. -Reforzar la quilla de los barcos de madera. -producción de electrotipos. |
Estaño | Estaño su símbolo en la tabla periódica es “Sn” | -Nº atómico: 50. -Muy dúctil. -Maleable a 100º. -Atacado por los ácidos fuertes. -Metal blanco plateado. -Por debajo de 13 ºC se transforma en estaño gris (polvo amorfo grisáceo), también llamado peste o enfermedad del estaño. -Al doblarlo emite un sonido crepitante (grito del estaño). -Punto de fusión: 232 ºC -Punto de ebullición: 2.260 ºC -Densidad relativa: 7,28 -Masa atómica: 118,711 | -Se utiliza en: centrales de procesos industriales. -La hojalata (lámina de hierro o acero recubierta de estaño) se usa como capa protectora. -El estaño se alea con: cobre, plomo, antimonio, etc… para: la soldadura, la imprenta, la industria aerospacial y como ingrediente en algunos insecticidas. |
Metal | Mineral | Características | Aplicaciones |
Aluminio | Aluminio su símbolo en la tabla periódica es “Al” | -Elemento metálico más abundante en la corteza. -Nº atómico: 13 -Densidad: 2,7 -Color plateado. -Muy ligero. -Punto de bullición: 2.467 ºC -Metal muy electro positivo y altamente reactivo. -Al contacto con el aire caliente se corroe. -Tiene la propiedad de reducir compuestos metálicos a metales básicos. -Es conductor térmico y eléctrico. | -Se usa para: -Construir aviones, vagones de tren, automóviles, etc…… -Utensilios de cocina. -Papel aluminio. -Pistones de motores de combustión interna. -Para hacer alambre. -Reactores nucleares. -En la construcción. -Mecanismos acuáticos. -Multitud de usos de sus aleaciones. -Envoltorios. |
Cinc | Cinc su símbolo en la tabla periódica es “Zn” | -Elemento metálico azulado con aplicaciones industriales -frágil a temperaturas ordinarias - Nº atómico:30 - El Cinc puro es cristalino, es insoluble en agua, pero soluble en alcohol, ácidos y en álcalis. -Maleable entre de fusión: 420 ºC y 150 ºC -Punto de fusión: 907 ºC -Densidad: 7,14 -Masa atómica: 65,409. | -Actúa como capa protectora para el hierro o el acero -las placas de las pilas (baterías) -En las fundiciones a troquel -El oxido del cinc se utiliza en el pigmento de la pintura -Rellenar las llantas de goma -Pomadas antisépticas (medicina) -Fluidos soldadores. |
Magnesio | Magnesio su símbolo en la tabla periódica es “Mg” | -Elemento metálico plateado no reactivo -Nº atómico: 12 -Es maleable y dúctil cuando se calienta -2º metal más ligero -Reacciona con ácidos y a 800 ºC reacciona con oxigeno emitiendo una luz radiante -Punto de Fusión: 649 ºC -Punto de ebullición: 1107 ºC -Densidad: 1,74 g/cm. cúbicos -Masa atómica: 24,305. | Material refractario, aislable -Material de relleno -Fabricación de papel, cemento, cerámica, en la medicina (productos efervescentes), refinación del azúcar, como materia, refractario y aislante, en cosméticos, fundiciones de piezas de trasportes, miembros artificiales, aspiradoras, instrumentos ópticos, esquís, carretillas, cortadoras de césped, muebles de exterior, en falsees fotográficos, bombas incendiarias, señales luminosas, desoxidación de los metales y como afinador de vacío. |
Bronce | cobre y estaño | -Los componentes varían -Cuando hay al menos un 10% de estaño tiene un punto de fusión bajo -Es más duro y resistente que otras aleaciones (menos el acero). | -Se usa: para las herramientas, la acuñación de las monedas, producción de armas, fabricación de objetos sonoros…… etc |
Latón | Aleación de cobre y cinc (Cu + Zn) | -Muy dúctil. -Puede forjarse en planchas finas. -Su maleabilidad depende de la composición, la temperatura y la mezcla con otros metales. -Se vuelve quebradizo al acercarse a la temperatura de fusión. | -Se puede fabricar: alambre. -Figuras artísticas. -También tiene incontables usos en la metalistería. |
Metal | Mineral | Características | Aplicaciones |
Hierro | Hierro su símbolo en la tabla periódica es “Fe” | -Es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado. -Nº atómico: 26 -Dureza: oscila entre 4 y 5. -Es blando, maleable y dúctil. -Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria (es difícil magnetizarlo en caliente) -A 790 °C desaparecen las propiedades magnéticas. -Punto de fusión: 1.535 °C, -Punto de ebullición: 2.750 °C -Densidad relativa: 7,86. -Masa atómica: 55,845. -Es un metal activo. -Se combina con (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. -Arde con oxígeno. -Expuesto al aire húmedo, se corroe, (una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida como herrumbre). -El hierro reacciona con el oxígeno. | -El hierro puro, tiene un uso limitado -La mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, (como el hierro forjado, el hierro colado y el acero). -El hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. -Los compuestos de hierro se usan en medicina para el tratamiento de la anemia. -En la antigüedad era utilizado como adorno y para fabricar armas. |
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APLICACIONES GENERALES DE LOS METALESLos metales tienen una gran importancia para nuestra sociedad desarrollada de hoy en día. Sin los metales y los recursos minerales seguramente no podríamos tener muchos de los “lujos” de los que disponemos:
Muchos de los importantes inventos que han permitido un avance en el desarrollo de la humanidad no se habrían podido llevar a cabo.
Las aplicaciones de los metales son innumerables. Por poner varios ejemplos citamos los medios de transporte modernos (como el avión, los buques, los coches, trenes...), ya que son necesarios en su fabricación.
La electricidad, porque los metales conductores son los que permiten el paso de la misma en los cables, sin ella no habría luz, ni agua(ya que la fuerza del agua en las tuberías la logra gracias a la electricidad) ni nada que fuera relacionada con ella La gran mayoría de los metales son buenos conductores de la electricidad, el más utilizado es el cobre.
Las viviendas; es cierto que podrían haber viviendas de hormigón con vigas de madera, pero también lo es que con vigas de metales serían más resistentes y pueden tener bastantes pisos de altitud.
Los medios de comunicación y sistemas industriales, La mayoría de los aparatos modernos y equipos industriales son fabricados con diferentes metales. Además porque todos los medios de comunicación necesitan metales en sus industrias, sin los metales no habría computadores que ordenaran a las máquinas el trabajo que deben hacer (ya se sabe que las máquinas pueden hacer el mismo trabajo que los hombres pero muchísimo más rápido.
Por todos estos motivos podemos concluir que su utilización se centra principalmente en ámbito de la construcción, ya que brinda ventajas considerables respecto a los otros materiales gracias a las características que ellos poseen de durabilidad, ductibilidad, resistencia a condiciones climáticas fuertes, etc.
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