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UNIDAD 4. LOS METALES
1. Los materiales metálicos
Los materiales metálicos son aquellos que están compuestos por uno o más metales, aunque
pueden contener otros componentes no metálicos como el carbono.
Según cuál sea su composición, los materiales metálicos se suelen clasificar en dos grandes
grupos:
Materiales metálicos férricos: Son aquellos materiales metálicos cuyo principal componente es
el hierro. Ejemplo: hierro dulce, los aceros y las fundiciones.
Materiales metálicos no férricos: Son aquellos materiales metálicos que se obtienen a partir
de los demás metales y no contienen hierro en su composición. Ejemplo: aluminio, cobre, bronce,
etc
1.1 Las aleaciones
Son materiales metálicos que se obtienen al fundir un metal con otros materiales, casi siempre
otros metales, y dejar que se enfríe la mezcla.
El material que resulta también tiene características metálicas y, además, posee ciertas
propiedades que no tenían sus componentes por separado.
Ejemplo: El bronce es una aleación de cobre y estaño que tiene mayor dureza y más resistencia
eléctrica que la que tenían estos dos metales antes de mezclarse.
1.2 Propiedades de los metales metálicos
Los materiales metálicos se caracterizan por:
Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio y el galio que son líquidos. Cuando se
calientan lo suficiente, los metales funden, cada uno de ellos a una temperatura determinada que
se llama “punto de fusión”.
Conducen bien el calor y la electricidad, siendo el oro, la plata y el cobre los que tienen mayor
conductividad eléctrica.
Tienen buena resistencia mecánica frente a los esfuerzos de tracción, compresión y flexión.
Son dúctiles y maleables; es decir, pueden estirarse, para formar alambres y láminas,
respectivamente, sin sufrir roturas.
Algunos metales, como el hierro, el cobalto o el níquel, tienen propiedades magnéticas
Muchos metales se oxidan con facilidad, lo que puede llegar a deteriorarlos, aunque hay metales
como el oro y el platino que no se oxidan.
Se mecanizan con facilidad.
Los metales se dilatan y se contraen apreciablemente cuando se calientan o se enfrían; es decir,
su longitud y su volumen varían mucho con los cambios de temperatura.
1.3 Obtención de los materiales metálicos
Los metales, por lo general, no se encuentran libres en la naturaleza, sino que están combinados
con otros elementos, formando minerales.
La minería se encarga de la extracción de estos minerales (menas) y de separarlos de los
materiales que los acompañan (ganga). Después, son necesarios una serie de procesos físicos y
químicos para extraer los metales de sus minerales y transformarlos en productos útiles para la
actividad técnica.
2. El hierro y el acero
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.
La extracción del hierro a partir de sus minerales y la obtención de los materiales férricos se llevan
a cabo en las fundiciones.
2.1 El hierro dulce
Este producto siderúrgico contiene entre un 99,90 y un 99,99% de hierro. Se puede considerar
como hierro prácticamente puro.
Tiene pocas aplicaciones industriales, dadas sus bajas propiedades mecánicas y su difícil
obtención. Es un material dúctil y maleable que admite la forja. Por ello se le llama también hierro
forjado. Se emplean principalmente en electricidad y electrónica.
2.2 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. Con ello se consigue 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.
Según su composición, se distinguen dos clases de aceros:
Aceros comunes: Contienen únicamente hierro y carbono
Aceros aleados: Contienen otros elementos además del hierro y del carbono. Ejemplo: acero
inoxidable, que en su composición contiene más de un 10% de cromo, que le hace inmune a la
corrosión.
2.3 Las fundiciones
Son aleaciones de hierro y carbono que se diferencian de los aceros en que contienen un mayor
porcentaje de carbono. Esta diferencia hace que las propiedades y los usos de unas y de otros
sean distintos. Por ejemplo, las fundiciones son más resistentes a la corrosión y a los cambios
bruscos de temperatura que los aceros comunes.
2.4 La siderurgia
Es la metalurgia del hierro, del acero y de las fundiciones.
El proceso siderúrgico transcurre de la siguiente manera:
1. Extracción del mineral de hierro en las explotaciones mineras
2. Separación de la mena (mineral que contiene el hierro) y la ganga (arena, cal, otros materiales,
etc) y preparación del mineral y del carbón para el alto horno.
3. Calcinación del mineral de hierro en un alto horno, para obtener el arrabio, producto formado
por hierro, además de carbono, silicio, manganeso, fósforo, azufre y otras impurezas
4. Transformación el arrabio en hierro dulce, fundiciones o acero
3. Materiales metálicos no férricos
Los materiales férricos son fáciles de obtener, su coste es bajo, y presentan una gran resistencia
mecánica, pero tienen una serie de inconvenientes, como:
Baja resistencia a la oxidación
Dificultad de su mecanizado
Baja conductividad eléctrica y térmica
Elevado punto de fusión, etc
3.1 El cobre
Es un metal de color rojo brillante, buen conductor del calor y la electricidad, muy dúctil y
maleable, fácil de doblar y cortar y muy resistente a la corrosión.
Se obtiene a partir de distintos minerales, como la cuprita, la calcopirita y la malaquita.
Se emplea:
En la construcción para recubrir techumbres y para la conducción de gas y agua
Por su buena conductividad térmica: para fabricar calderas, alambiques, utensilios de cocina
Por su conductividad eléctrica: se utiliza en los aparatos eléctricos y electrónicos
En la mayor parte de sus aplicaciones, el cobre se emplea aleado con otros elementos. Sus
principales aleaciones son:
El bronce: Aleación de cobre y estaño
El latón: Aleación de cobre y cinc
La alpaca: Aleación de cobre, cinc y níquel
3.2 El cinc
Es un metal blando, de color azulado, resistente a la intemperie.
Se obtiene a partir de la blenda
Se usa para:
La fabricación del latón
La fabricación de recipientes, canalones y planchas para recubierta de tejados
Recubrir piezas y planchas de hierro, para protegerlas de la corrosión.
3.3 El estaño
Es un metal de aspecto brillante, muy resistente a la corrosión atmosférica, fácil de fundir y de
trabajar. Es muy maleable en frío, pero en caliente de 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 con el
bronce.
Como recubrimiento del hierro y del cobre
En la industria de la alimentación, al no ser tóxico
3.4 El aluminio
Es un metal de color plateado claro, muy resistente a la oxidación, es muy ligero, buen conductor
del calor y la electricidad y fácil de mecanizar.
Se obtiene principalmente a través de la bauxita
Sus aplicaciones en la industria son muy numerosas. Se emplean tanto en latas de refrescos
como en fuselajes para aviones, marcos de puertas y ventanas, carcasas de maquinarias, etc.
Se emplea aleado con otros elementos, formando las llamadas aleaciones ligeras, que
tienen la misma resistencia que los aceros pero son menos pesados.
4. Impacto ambiental de la obtención, uso y desecho de los metales
La madera se utiliza en la fabricación de todo tipo de objetos: barcos, edificios, muebles,
instrumentos musicales, etc. También se emplea como materia prima para la obtención
de papel y fibras textiles.
4.1 Impacto de la minería
La minería es una de las actividades que más impactan sobre el ambiente. Las canteras y las
minas a cielo abierto degradan profundamente el paisaje, además de mover enormes cantidades
de materiales y producir gran cantidad de polvo.
4.2 Impacto de la industria metalúrgica
La industria metalúrgica es una de las más contaminantes. Como consecuencia de su actividad se
producen, entre otros, los siguientes efectos:
Emisión de gases
Consumo de energía
Producción de escorias, lodos y vertidos, que pueden contener metales pesados,
extremadamente tóxicos y perjudiciales para la flora y la fauna
4.3 Impacto de los residuos metálicos
Los materiales metálicos son fáciles de reciclar, ya que se pueden fundir y conformar
una y otra vez. La dificultad del proceso reside en la separación, sobre todo cuando las cantidades
son muy pequeñas, como es el caso del oro en los componentes electrónicos.