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1.- LOS METALES
Los materiales metálicos tienen enlaces de tipo metálico entre sus átomos, que consiste básicamente
en compartir los electrones de las últimas capas de todos ellos. Las atracciones y repulsiones de este enlace,
provocan que los átomos se coloquen muy ordenados, y a cada posible colocación se le llama red cristalina.
Estas características proporcionan a los materiales metálicos unas propiedades comunes, como son:
- Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio).
- Son buenos conductores del calor y la electricidad.
- Son dúctiles y maleables
- Tienen un brillo característico.
Excepto algunos casos excepcionales como el oro o la plata, los metales no se encuentran en la
Naturaleza en estado puro, sino formando minerales en combinación con otros elementos como oxígeno o
azufre. La explotación de los metales empieza por extraer la ganga (mezcla de mineral con tierra, rocas e
impurezas) de los yacimientos. En el mismo yacimiento se hace una primera selección para eliminar las
impurezas y obtener el mineral limpio, o mena. A continuación empieza la metalurgia, que es el conjunto
de procesos para obtener el metal neto, con una pureza de hasta 99,99%
Cuando se obtiene el metal, se utiliza en estado puro, o bien se mezcla con otros elementos que le
aporten propiedades beneficiosas como dureza o resistencia a la corrosión. Los materiales que son mezclas
y conservan el carácter metálico se llaman aleaciones.
Metal base
Aleación
La clasificación de los metales se puede realizar por su composición química, su utilización, etc., pero
la clasificación más utilizada es la siguiente:
Materiales metálicos férricos: Hierro
Aceros
Fundiciones
Materiales metálicos no férricos: Aleaciones pesadas (con base de cobre, plomo, etc.)
Aleaciones ligeras (con base aluminio)
Aleaciones ultraligeras (con base de magnesio)
Para su estudio clasificaremos los materiales metálicos simplemente en metales netos y aleaciones.
Los metales se pueden encontrar formando parte de productos procedentes del Sector secundario
como automóviles, utensilios de cocina, etc., pero las industrias del Sector Primario suelen ofrecer los
metales en las siguientes formas:
LINGOTE: son bloques macizos utilizados cuyo fin es fundirlos y verter el líquido
en moldes. Suelen ser de grandes dimensiones y pesos (entre 25 y 150 Kg) y es la
forma en que se trabaja a nivel de grandes empresas.
BARRAS: se nombran según la forma de su sección como barra redonda o
cuadrada. Se usan como materia prima para talleres de ferretería.
TUBO Y CUADRADO: son barras huecas que se usan para evitar el excesivo peso
de aquéllas.
PERFILES: se les da nombres como perfil en T, perfil en U, ángulo,
etc. Se utilizan por su forma en marcos de ventanas, o por su
resistencia en vigas, estructuras y refuerzos.
CHAPA: son láminas cuyo grosor es mucho menor que su largo y ancho. Se usan
para cubrir grandes superficies, y a veces se usa ondulada para aumentar su
resistencia a flexión.
PLETINA: son tiras de chapa. Se utilizan para evitar tener que cortar la chapa, pues
además de ser incómodo, los filos de chapa están afilados y cortan.
ALAMBRE o HILO
CABLE: son varios hilos finos trenzados para aumentar su resistencia sin perder
flexibilidad.
2.- METALES NETOS
a) Aluminio
El aluminio es un metal de color claro y brillante cuyas principales características son
ser ligero (su densidad es de 2,7 g/cm3) y resistente a la corrosión, ya que se cubre de una
capa de óxido transparente llamado alúmina que le protege. Aunque es un metal muy blando
y tiene poca resistencia mecánica, tiene un punto de fusión relativamente bajo (660 °C) y es
buen conductor térmico y un conductor eléctrico moderado.
Para el ámbito doméstico se suele utilizar en puertas, ventanas, recipientes, elementos de
cocina y como papel de aluminio. En la industria se utiliza en forma de conductores eléctricos de
alta tensión, como polvo para pintura metalizada y aleado con cobre para formar las llamadas
aleaciones ligeras.
b) Cobre
Es un metal que se reconoce muy bien por su color rojizo y porque es muy blando. Es el mejor
conductor térmico y eléctrico después del oro y la plata pero muchísimo más barato; además, se puede soldar
muy fácilmente con estaño.
Es un metal pesado (su densidad es de 8,96 g/cm3), y tiene un punto de fusión
elevado (1083 °C), pero tiene resistencia mecánica muy baja. La superficie del cobre se
combina con el oxígeno del aire y forma un óxido verdoso que se llama cardenillo que
le protege de la corrosión; este óxido es muy venenoso, por lo que se suele recubrir el
cobre con estaño en las zonas que vayan a estar en contacto con alimentos o personas.
Sus propiedades de conductividad han hecho del cobre el material más utilizado
para cables eléctricos y para serpentines de las calderas de calefacción y calentadores. Por
su facilidad para soldarse también se usa como tuberías de agua y gas.
c) Estaño
Es de color blanco grisáceo y es muy blando y poco resistente. Las propiedades que le hacen apto
para su uso son su bajo punto de fusión (232 °C) y que es resistente a la corrosión en estado sólido. Pero
tiene la desventaja, además de su mala resistencia mecánica, de no ser buen conductor eléctrico ni térmico.
El estaño se usa como recubrimiento de chapas de acero, llamadas hojalata, y
aleado con plomo como material de soldadura blanda. En el comercio se encuentra como
barras, chapa y aleado con plomo en forma de hilo para soldar.
d) Plomo
El plomo es uno de los metales más pesados (densidad 11,4 g/cm3), muy blando y de color gris, que
se recubre de una capa de óxido que le protege de la corrosión. Además, tiene un punto de fusión bajo (660
°C) y absorbe las radiaciones radiactivas. Como principales inconvenientes del plomo, se trata de un material
muy tóxico, y además mal conductor térmico y eléctrico.
Antiguamente se utilizaba el plomo en las tuberías y canalizaciones de agua,
y en la actualidad se mezcla con el estaño como material de soldadura blanda por
ser más resistente, y se utiliza en las baterías eléctricas, en pinturas de minio
antióxido y como protección contra radiaciones (rayos X y radiactividad).
d) Hierro
Es el elemento más abundante de la Tierra, y su importancia en la historia de la Humanidad ha sido
decisiva, desde que se aprendió a usarlo como armas y herramientas en la Edad del Hierro, pasando por la
utilización como material de estructuras en la Revolución Industrial del siglo XVII, la extensión del uso de
acero desde el siglo XIX, hasta el día de hoy. De hecho, la Siderurgia es la parte de la Metalurgia que se
ocupa exclusivamente del hierro y sus derivados.
Es un metal duro de color plateado, con una resistencia mecánica elevada
y punto de fusión alto (1.535 °C), que se magnetiza fácilmente. Pero se corroe
totalmente y es un conductor eléctrico y térmico mediocre. Su peso específico es
de 7,8 g/cm3.
En estado puro apenas se utiliza para estufas de leña y carbón, pero se
utiliza de forma masiva para elaborar aceros y fundiciones aleado con carbono.
e) Cinc
Es un metal pesado (7,1 g/cm3) de color blanco azulado brillante y punto de fusión medio (419 °C),
es un conductor eléctrico y térmico moderado. Aunque es muy venenoso y tiene muy poca resistencia
mecánica, su utilización se basa en dos motivos:
1º) se autoprotege de la corrosión ambiental mediante una capa de óxido
gris, por lo que se usa para recubrir hierro y acero, acero galvanizado) o
bien en estado puro en forma de canalones, tubos o recubrimiento de
tejados
2º) se usa como polo negativo para reaccionar químicamente en las pilas eléctricas.
3.- ALEACIONES
a) Aceros
El acero es básicamente hierro al que se añade carbono en proporciones inferiores a 1,7%. Los
átomos de carbono interfiere entre los de hierro, aumentando su resistencia y dureza. A estos aceros
ordinarios se puede añadir posteriormente otros aditivos que aportan propiedades beneficiosas. Por lo tanto,
las propiedades son prácticamente las mismas que las del hierro (peso específico de unos 7,86 g/cm3,
conductor térmico y eléctrico mediano, etc.), modificadas por el aditivo que tenga.
Los aleantes suelen ser: níquel, que lo hace inoxidable; cromo que aporta dureza para rodamientos
y herramientas; manganeso, que aporta resistencia al desgaste, para fabricar los rieles de ferrocarril; silicio,
empleado para la confección de resortes; vanadio, que aporta resistencia a la temperatura;
tungsteno, para imanes; molibdeno o titanio. La combinación de aleantes permite la
obtención de un sinfín de tipos distintos de acero, pudiéndose ajustar su composición para
lograr las características deseadas y obtener aceros altamente especializados.
Una clasificación muy básica de los aceros los diferencia como: aceros al carbono y aceros aleados:,
entre los que tenemos aceros inoxidables (con níquel y cromo), de herramientas (con cromo y vanadio), o
electro-magnéticos (con silicio y tungsteno).
Aunque es frecuente pensar que el acero no se corroe o se oxida, esto sólo ocurre con los aceros
inoxidables. Para protegerlo del medio ambiente, el acero se recubre, y se encuentra en forma de: chapa de
hojalata (acero recubierto de estaño) o chapa y alambre de acero galvanizado (recubierto de cinc).
b) Fundiciones
Son aleaciones a base de hierro con proporciones de carbono superiores a 1,7%.El hierro y el
carbono se combinan químicamente y forman un compuesto muy duro pero frágil. El peso específico de las
fundiciones varía entre 7,25 y 7,5 g/cm3), tienen resistencia mecánica baja pero son inoxidables y no se
magnetizan.
Dependiendo de la cantidad de carbono presente, tenemos: fundición blanca (todo el carbono está
combinado con el hierro), fundiciones grises (hay carbono de sobra que forma láminas de grafito) y
fundiciones especiales (como la gris más níquel, cromo, etc.).
Las fundiciones reciben este nombre por ser el material tradicionalmente
usado para ser licuado y vertido en moldes para obtener carcasas de máquinas
pequeñas de fundición gris así como motores y bases de máquinas-herramienta de
fundiciones especiales. La fundición blanca se destina a la obtención de aceros y otras fundiciones.
c) Latón
Es una aleación formada básicamente por cobre y cinc que combina las propiedades de ambos: es
inoxidable y buen conductor eléctrico, y tiene una resistencia mecánica aceptable. Además,
tiene un color amarillo claro similar al oro.
Estas propiedades hacen al latón adecuado para ser usado en forma de conexiones
eléctricas, y sobre todo en decoración, como pletinas doradas o grifería.
d) Bronce
Esta aleación está formada básicamente por cobre y estaño, y al igual que el caso
anterior, combina las propiedades del estaño de ser inoxidable y del cobre de ser buen
conductor, pero además es un metal muy duro y resistente. Estas propiedades le hacen apto
para fabricar casquillos y engranajes, y se alea con silicio, (que mejora la conductividad
eléctrica) y fósforo (que le hace más resistente) para fabricar contactos eléctricos.
Por si fuera poco, el bronce se extiende muy bien cuando está fundido, llenando
todas las cavidades del molde en que se vierta. Por ello también se utiliza para fabricar
campanas, estatuas y antiguamente cañones.
e) Duraluminio
Es una aleación formada básicamente por aluminio y cobre, y es la principal de
las llamadas aleaciones ligeras. Conserva las propiedades de poco peso y resistencia a
la corrosión del aluminio, pero tiene una dureza y resistencia mecánica cercanas al acero.
Se utiliza para fabricar llantas de automoción, partes de motores de automóvil y
estructuras de aviación.