Download materiales - WordPress.com
Document related concepts
Transcript
I.E.S. La Atalaya Tecnología MATERIALES. METALES 1. LAS MATERIAS PRIMAS Es muy difícil encontrar un material que se utilice directamente, tal y como se encuentra en la naturaleza. Prácticamente todos los materiales que utilizamos han sufrido algún proceso de transformación. La madera, por ejemplo, se trata para que resista mejor la humedad y los parásitos. Llamamos materias primas a aquellos recursos naturales a partir de los que extraemos los materiales que empleamos en la actividad técnica. 2. FORMAS COMERCIALES Desde su extracción a partir de las materias primas hasta su distribución en el mercado, los materiales sufren distintas transformaciones para convertirse en productos útiles para la actividad tecnológica. 3. LA ELECCIÓN DE MATERIALES La elección de los materiales más adecuados para elaborar un determinado producto depende de muchos factores, entre los que destacan: Las propiedades del material El uso que recibe un material depende de cuáles sean sus propiedades. Por ejemplo, el acero es un material duro y resistente, capaz de soportar golpes y grandes pesos sin deformarse; es muy adecuado para fabricar herramientas y vigas. Sin embargo, apenas se emplea para fabricar recipientes, tales como cajas y latas, porque para ello se dispone de otros materiales más ligeros y baratos. Las posibilidades de fabricación La elección de uno u otro material depende de las máquinas y herramientas de las que se disponga, de la mayor o menor facilidad con la que se trabaja, etc. La disponibilidad del material La mayor o menor abundancia del material y la mayor o menor proximidad al lugar dónde se necesita. El coste del material y de los medios necesarios para utilizarlo En principio, y si el producto que se quiere fabricar lo permite, se intentará utilizar los materiales más baratos. El impacto medioambiental Se intentará emplear materiales cuya obtención, producción, uso y desecho tengan el menor impacto medioambiental posible. 4. TIPOS DE MATERIALES Hay muchas formas de clasificar los materiales: según su composición, por su origen, de acuerdo con sus propiedades físico- químicas, desde el punto de vista de la fabricación, etc. Según su origen, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales y materiales artificiales, dependiendo de que se encuentren directamente en el 1 I.E.S. La Atalaya Tecnología medio natural o sean el resultado de algún proceso de fabricación. Por ejemplo, el granito es un material natural, mientras que el acero es un material artificial. Según su composición, los materiales se pueden clasificar en elementos y compuestos, homogéneos y heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc. Según sus propiedades, los materiales se pueden clasificar en rígidos y flexibles, tenaces y frágiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc. 5. LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Los materiales se diferencian entre sí por sus propiedades. Estas propiedades pueden agruparse de maneras diferentes. No obstante, desde el punto de vista técnico resulta útil la siguiente clasificación: Propiedades sensoriales Son aquellas propiedades que, como el color, el brillo o la textura, están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos. Las propiedades fisicoquímicas Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, tales como el calentamiento, las deformaciones o el ataque de productos químicos. Por ejemplo, la conductividad térmica de un material está relacionada con la mayor o menor dificultad que tiene el material para conducir el calor; la dilatación térmica indica el aumento de volumen que experimenta un material cuando se calienta; la transparencia es la facilidad con la que un material permite que lo atraviese la luz; la conductividad eléctrica indica si un material es buen o mal conductor de la corriente eléctrica, etc. Propiedades tecnológicas Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material durante la fabricación. La fusibilidad, por ejemplo, es la mayor o la menor facilidad que tienen los materiales para fundir; la plasticidad es la facilidad que tienen los materiales para cambiar de forma sin romperse ni agrietarse, la ductilidad es la capacidad de algunos materiales para extenderse en hilos, la maleabilidad es la capacidad que tienen algunos materiales para extenderse en láminas delgadas, etc. Propiedades ecológicas Son aquellas propiedades relacionadas con la mayor o menor nocividad del material para el medio ambiente: toxicidad, volatilidad, facilidad de reciclado, etc. 6. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES RESISTENTES Entre otras propiedades, los materiales con los que se construyen las estructuras se eligen teniendo en cuenta su dureza, su tenacidad, su flexibilidad su elasticidad. Estas propiedades, que nos informan acerca de cómo se comporta un material ante distintas cargas y esfuerzos, reciben el nombre de propiedades mecánicas. 2 I.E.S. La Atalaya Tecnología Dureza Es la resistencia que presenta un material a ser rayado o cortado por otro. Así, por ejemplo, el acero es mas duro que la madera, ya que el acero puede cortar a la madera mientras que la madera no puede cortar, ni rayar, al acero. Tenacidad Es la resistencia que presenta un material a romperse cuando se golpea. Los materiales que, como el hierro, resisten los golpes sin romperse se llaman materiales tenaces. Por el contrario, los materiales que, como la porcelana, se rompen cuando se golpean se llaman materiales frágiles. Flexibilidad Es la capacidad que tiene un material de poderse doblar sin romperse. El papel y la tela, por ejemplo, son materiales flexibles. Por el contrario, el barro cocido y el vidrio son materiales rígidos, ya que, cuando se doblan, se rompen. Elasticidad Es la capacidad que tiene un material de recuperar su forma por sí solo, después de que se estira, se comprime o se retuerce. Los materiales que, como el caucho, recuperan su forma cuando cesa la fuerza que los ha deformado se llaman materiales elásticos. Por el contrario, los materiales que, como la plastilina, no recuperan su forma por si solos se llaman materiales plásticos. 7. ENSAYO DE MATERIALES Desde el punto de vista de la fabricación, muchas veces no es suficiente con conocer las propiedades físico-químicas del material, sino que también es necesario conocer su comportamiento durante los procesos mediante los que se lleva a cabo dicha fabricación. Por otro lado, también es necesario conocer como se va a comportar el material después de un uso prolongado. Para estudiar el comportamiento de un determinado material en unas ciertas condiciones de unos, tales como temperaturas elevadas o esfuerzos de tracción, se llevan a cabo una serie de ensayos tecnológicos. Dichos ensayos consisten en someter al material, de manera controlada, a dichas condiciones y observar los resultados. Por ejemplo, en el ensayo de resistencia se mide la energía que se necesita para fracturar un material mediante el choque con una carga, de masa conocida, que se deja caer desde cierta altura. CUESTIONES: 1. Define materias primas 2. ¿De qué depende la elección de un determinado material? 3. Nombra algunos ejemplos de: Propiedades sensoriales Propiedades físico-químicas Propiedades Tecnológicas Propiedades ecológicas 4. Define: Dureza, Tenacidad, Flexibilidad y Elasticidad 5. ¿Qué son los ensayos de materiales y para qué sirven? 3 PARTE 1.LOS METALES. METALES FERROSOS I.E.S. La Atalaya Tecnología Los materiales que encontramos en la naturaleza poseen características muy distintas entre sí. Dentro de los más comunes podemos nombrar las maderas, los plásticos, pétreos, y los que nos ocupará a partir de ahora: los metales. Act1.- Nombra al menos cinco nombre de metales puros (no aleaciones) Act2.- Nombra algunas características que conozcas de los metales. Los metales son elementos sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, que es líquido. Pueden emplearse en estado puro o en forma de aleaciones. Una aleación es una mezcla de un metal con otros elementos, que pueden ser metálicos o no. Los metales suelen ser bastante blandos y quebrados en estado puro por lo que es necesario aportarle algún elemento que haga mejorar sus propiedades mecánicas. Propiedades de los metales Al tacto los metales son duros, no adherentes, fríos y muy suaves si su superficie ha sido pulida; además muchos de los metales presentan un característicos brillo metálico. Propiedades mecánicas: (Son las relativas a la aplicación de fuerzas.) Poseen dureza y resistencia mecánica muy alta Son Tenaces Son Maleables Propiedades térmicas: Son conductores del calor Se dilatan y contraen Se pueden fundir y soldar Propiedades eléctricas: Son buenos conductores de la electricidad Algunos poseen propiedades magnéticas. Propiedades eléctricas: Se oxidan con facilidad Propiedades ecológicas: Se pueden reciclar Existen algunos metales muy tóxicos para el medio ambiente Obtención de los metales. Los metales se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas. El metal hierro, por ejemplo, se extrae del mineral magnetita o siderita, mientras que el cobre de la calcopirita, y así con todos los metales. La extracción del mineral se realiza en minas a cielo abierto, cuando el mineral se encuentra a poca profundidad, mientras que cuando el filón es muy profundo la excavación se realiza bajo tierra, mina subterránea. En los yacimientos estos minerales se encuentran unidos a otros que no son utilizables, ganga, 4 I.E.S. La Atalaya Tecnología despreciándose éstos y cogiendo los minerales útiles, mena. Para separar la mena de la ganga se utilizan métodos como: Tamizado, Filtración o Flotación. Una vez hecho este proceso debemos obtener el metal deseado a partir de la mena; para ello será llevado a industrias metalúrgicas donde realizará dicha transformación. Se define metalurgia como el conjunto de industrias que se encargan de la extracción y transformación de los minerales metálicos. Se define siderurgia como la rama de la metalurgia que trabaja con materiales que contengan hierro. Tipos de metales Una clasificación típica de los metales es el distinguir los férricos de los no férricos, es decir, los que su metal de base es el hierro y el resto. Esta consideración se realiza debido al enorme consumo que se ha hecho de este material y a la industria que ha generado; tengamos en cuenta que más del 90% del metal consumido por el ser humano es el hierro. Act3.- ¿A qué factores crees que se debe el hecho para que sean los minerales de hierro los más consumidos? Act4.- Define metalurgia y siderurgia Materiales férricos El hierro es un elemento químico, que constituye aproximadamente el 5% de la corteza terrestre. El hierro no se encuentra en estado puro, sino combinado con otros elementos químicos, formando minerales como la pirita, la magnetita, la siderita, la hematites y la limonita. Existe una amplia variedad de materiales industriales cuyo componente mayoritario es el hierro, con propiedades y usos que dependen fundamentalmente de la composición y del proceso seguido para obtenerlos. La siderurgia es la metalurgia del hierro, el acero y las fundiciones. A grandes rasgos, el proceso siderúrgico transcurre de la siguiente manera: 1. Extracción del mineral de hierro en las explotaciones mineras. 2. Separación de la mena (el mineral que contiene el hierro) y la ganga (arena, cal, otros minerales). 3. Calcinación del mineral de hierro en un alto horno, para obtener el arrabio, que es un producto formado por hierro que contiene entre el 2,5% y el 4,5% de carbono, además de silicio, manganeso, fósforo, azufre y otras impurezas. 4. Transformación del arrabio en hierro dulce, fundiciones o acero. Para obtener las fundiciones se deja solidificar el arrabio y después se vuelve a fundir en un horno de cubilote. Para obtener el acero, el arrabio líquido se mezcla con chatarra y mineral de hierro en un mezclador y se envía a diferentes hornos de afino, según el tipo de acero que se quiera conseguir. Act5.- Cuáles son las fases del proceso siderúrgico? 5 I.E.S. La Atalaya Tecnología Tipos de materiales férricos: Los derivados ferrosos se clasifican teniendo en cuenta su contenido en carbono. Los más importantes, son: El hierro dulce Este producto siderúrgico contiene entre un 99,90 hasta un 99,99% de hierro. En estas condiciones, se puede considerar como hierro prácticamente puro. El hierro dulce tiene pocas aplicaciones industriales, dadas sus bajas propiedades mecánicas y su difícil obtención. Es un material dúctil y maleable, admite la forja. Es por esto, por lo que se le llama también hierro forjado. Se emplea fundamentalmente en electricidad y electrónica. Los aceros Los aceros son aleaciones de hierro y carbono, a las que se suelen añadir otros elementos como el cromo, el manganeso, el níquel, el vanadio o el titanio. La adición de estos elementos hace que el acero adquiera ciertas propiedades, dependiendo de los elementos y de la proporción en la que se añadan, tales como la elasticidad, mayor dureza o mayor resistencia a la corrosión. La posibilidad de preparar distintos tipos de aceros, unida a la abundancia del hierro en la naturaleza, hace que los aceros tengan múltiples aplicaciones. Según su composición, se distinguen dos clases de aceros: Aceros comunes. Contienen únicamente hierro y carbono. Son fáciles de soldar y poco resistentes a la corrosión. Se emplean en la construcción de estructuras, clavos, tornillos, herrajes y herramientas corrientes. • Aceros aleados. Contienen otros elementos además del hierro y del carbono. Son muy resistentes a la corrosión, al desgaste y a las altas temperaturas. Se emplean en la fabricación de instrumentos y herramientas especiales, elementos de maquinaria, herramientas de corte, etc. Las fundiciones Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono que se diferencian de los aceros en el porcentaje de carbono que contienen. Así, mientras que los aceros contienen entre el 0,03 y el 1,76% de carbono, las fundiciones contienen entre 1,76 y 6,67%. Esta diferencia hace que las propiedades y los usos de unas y otros sean diferentes. Por ejemplo, las fundiciones son más resistentes que los aceros comunes a la corrosión y a los cambios bruscos de temperatura. 6 I.E.S. La Atalaya Tecnología Según su composición y propiedades, se clasifican en: • Fundiciones ordinarias. Están formadas casi exclusivamente por hierro y carbono, aunque pueden contener cantidades muy pequeñas de impurezas. A estas fundiciones no se les puede dar forma en la forja. Fundiciones aleadas. Además de hierro y carbono contienen otros elementos químicos, lo que hace que sus propiedades mecánicas mejoren sensiblemente. Las fundiciones son fáciles de moldear y de mecanizar y se emplean en la fabricación de piezas de gran tamaño, tales como calderas, carcasas, bancadas de maquinaria, etc. Act5.- Clasifica los materiales férricos en función del porcentaje en carbono que contengan. 7 I.E.S. La Atalaya Tecnología Los metales no férricos Actualmente, los materiales férricos son los más empleados, ya que son relativamente fáciles de obtener, su coste es bajo y además presentan una gran resistencia mecánica. Sin embargo, tienen una serie de inconvenientes, como su baja resistencia a la oxidación, la dificultad de su mecanizado, la baja conductividad eléctrica y térmica, su elevado punto de fusión, etc., lo que hace necesario el empleo de otros metales con características más ventajosas, aunque resulten más caros. Estos metales se denominan metales no férricos. Dependiendo de su densidad, los metales no férricos se pueden clasificar en: Metales pesados. Su densidad es igual o mayor a 5 kg/dm3. Entre ellos están: el cobre, el plomo, el cinc, el cromo, el estaño, el níquel, el mercurio, el volframio, etc. Metales ligeros. Su densidad varía entre 2 y 5 kg/dm3, siendo los más empleados el aluminio y el titanio. Metales ultraligeros. Su densidad es menor de 2 kg/dm3, siendo el magnesio el más utilizado en la industria. EL COBRE El cobre es un metal de color rojo brillante, muy resistente a la corrosión, buen conductor del calor y la electricidad, muy dúctil y maleable y, por lo tanto, fácil de trabajar. Se obtiene a partir de distintos minerales, como la cuprita, la calcopirita y la malaquita. Desde la antigüedad se han dado los más diversos usos al cobre y sus aleaciones. Fueron empleados para fabricar armas, herramientas, monedas, piezas para todo tipo de maquinaria, instrumentos musicales, etc. Se emplea con frecuencia en la construcción, tanto en forma de planchas, para recubrir techumbres, como de canalizaciones para la conducción de gas y agua. Por su buena conductividad térmica, se usa para fabricar calderas, alambiques, utensilios de cocina, y por su conductividad eléctrica se encuentra presente en todos los aparatos eléctricos y electrónicos de uso cotidiano. En la mayor parte de sus aplicaciones se emplea aleado con otros elementos. Sus principales aleaciones son los bronces y los latones. Los bronces. Son aleaciones de cobre y estaño. Su dureza es tanto mayor cuanto mayor es la cantidad de estaño que contienen. Se emplean en la fabricación de piezas moldeadas, casquillos de bombillas, campanas, etc. Los latones. Son aleaciones de cobre y cinc. Se emplean para fabricar llaves y válvulas para gas y agua, en canalizaciones, bisagras, tornillos, etc. EL ALUMINIO El aluminio es un metal de color plateado claro, muy resistente a la oxidación. Es, además, muy ligero, buen conductor del calor y la electricidad v fácil de mecanizar. Se obtiene principalmente a partir de la bauxita. Se emplea aleado con otros elementos, formando las llamadas aleaciones Ligeras, que tienen la misma resistencia que los aceros pero son considerablemente menos pesadas que ellos. Sus aplicaciones en la industria son muy numerosas. Se encuentra tanto en las latas de refrescos, como en los fuselajes de los aviones, marcos de puertas y ventanas, carcasas de maquinaria, etc. Se comercializa en forma de lingotes, planchas, chapas y perfiles. 8 I.E.S. La Atalaya Tecnología EL ESTAÑO El estaño es un metal de aspecto blanco brillante, muy resistente al aire, fácil de fundir y de trabajar. Es muy maleable en frío, y en caliente se vuelve quebradizo. Se obtiene a partir de la casiterita. Se emplea, aleado con plomo o con plata, en la soldadura blanda y en la elaboración de aleaciones como los bronces. También se utiliza como recubrimiento del hierro y del cobre; sobre el hierro para obtener hojalata y sobre el cobre para evitar que se cubra de «cardenillo». Dado que no es tóxico, el estaño también se emplea en la industria de la alimentación. EL CINC El cinc es un metal blando, de color blanco azulado, resistente a la intemperie. Se obtiene a partir de la blenda. Se usa en la fabricación de recipientes, canalones y planchas para cubiertas de tejados. También se utiliza para recubrir piezas y planchas de hierro. Este recubrimiento se lleva a cabo por dos procedimientos: o o Cincado. Introduciendo las piezas en un baño de cinc fundido. Galvanizado. El objeto se conecta al polo positivo de un generador y se introduce en una disolución de sulfato de cinc. El polo negativo del generador se conecta a una placa de cinc que también se sumerge en la disolución. Mediante electrólisis, parte del cinc de la barra se va depositando sobre el objeto. 9