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TECNOLOGÍA 2º ESO CUADERNILLO DE MATERIALES 3ª PARTE MATERIALES DE USO TÉCNICO: LOS METALES LOS METALES. Los metales son materiales con múltiples aplicaciones que ocupan un lugar destacado en nuestra sociedad. Se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos, de ahí que hayan dado nombre a diferentes épocas de la historia de la humanidad, como la Edad del Bronce o la Edad del Hierro y en la actualidad constituyen una pieza clave en prácticamente todas las actividades económicas. PROPIEDADES DE LOS METALES: Como siempre, conocer las propiedades de un material es muy importante para el uso que se le pueda dar. En los metales varía mucho de un tipo a otro, pero de la mayoría podemos decir que poseen las siguientes: Consulta la pág. 108 y rellena los huecos: - Son muy buenos conductores térmicos, eléctricos y acústicos. - Tienen buenas propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción, compresión y flexión, la ductilidad y maleabilidad, y también la resistencia a romperse cuando son golpeados , es decir la tenacidad. - También se dilatan y contraen al aumentar y disminuir la temperatura. - Gracias a su fusibilidad pueden rellenar moldes y ser soldado a otras piezas metálicas - La mayoría se oxidan por lo que pierden su brillo y se deterioran. - Cuando las piezas metálicas dejan de ser útiles pueden reciclarse para su posterior reutilización. Algunos de ellos además son… - Atraídos por los imanes, como el hierro, cobalto y níquel, o lo que es lo mismo tienen comportamiento magnético. - Tóxicos, como el plomo o el mercurio, por lo que su uso está muy limitado. OBTENCIÓN DE LOS METALES Son muy pocos los metales que se encuentran de forma pura en la naturaleza, normalmente se combinan con otros elementos (óxidos o carbonatos) y los encontramos en forma de minerales que debemos extraer, tratar y depurar para obtener el metal puro deseado. Lee la pág. 109 y contesta a las preguntas siguientes: 1. ¿Cuáles son las dos formas principales de extraer el mineral? Minas a cielo abierto y subterráneas 2. ¿A qué llamamos mena y ganga? La ganga es la parte de la roca extraída que desechamos y la mena es la que contiene el mineral metálico. 3. ¿Podemos decir que la siderurgia es una rama de la metalurgia? Justifica tu respuesta. Sí, ya que la metalurgia engloba los procesos de extracción y transformación de los materiales metálicos, y como entre los materiales metálicos se encuentran los metales ferrosos, de gran importancia para la industria, su procesamiento recibe un nombre específico denominado siderurgia. 4. ¿En qué se diferencian los metales ferrosos y los no ferrosos? Pon tres ejemplos de cada uno . Metales ferrosos: contenido básico hierro: Hierro puro (ferrita), acero y fundiciones. Metales no ferrosos: contenido básico diferente al hierro: aluminio, cobre, plomo, titanio… Haz en tu cuaderno los ejercicios 1, 2 y 3 de la pág. 109 1.-Ductilidad: Permite fabricar cables, alambre y hasta tejidos. Maleabilidad: Permite fabricar láminas o planchas muy finas como los envoltorios alimenticios de aluminio o chapas para carcasas de acero. Otros: Plásticos, algodón, lino… 2.- Cable: ductilidad, resistencia mecánica, conductividad eléctrica. Casco de buque: dureza, resistencia mecánica, tenacidad, resistencia a la corrosión. Yunque: dureza, resistencia mecánica, tenacidad. Tubería de agua: resistencia mecánica y a la corrosión, maleabilidad, no toxicidad. Puente metálico: resistencia mecánica y cierta elasticidad. 3.- Sartenes, ollas… para cocinar alimentos. Radiadores, placas en calefacción. Herramientas de soldar y fundir metales. INVESTIGA SOBRE ALGÚN PROCESO FÍSICO QUE SIRVA PARA EXTRAER EL METAL DE LO QUE DENOMINAMOS MENA. Tamizado: Separación de partículas sólidas según su tamaño. Filtración: Separación de partículas sólidas dentro de un líquido por su tamaño. Flotación: Separación de partículas sólidas dentro de un líquido por su densidad. METALES FERROSOS (lee la pág. 110) La materia prima del hierro se encuentra abundantemente en la naturaleza en forma de minerales como la magnetita, hematita o limonita. A partir de éstos podemos obtener hierro puro. Muchas veces para mejorar las propiedades de los metales se recurre a las aleaciones, pero… 5. ¿Qué son las aleaciones? Mezcla de dos metales o de un metal y un no metal, cuyas propiedades finales siguen siendo metálicas. 6. ¿Cuál es el elemento químico con el que se mezcla el hierro puro para mejorar sus cualidades? Carbono 7. Dibuja y anota en el siguiente eje las aleaciones de hierro según el porcentaje del elemento aleante que has indicado en la pregunta anterior: 0 0,03% 1,76% 2% 4% 6% 6,67% 8. ¿Por qué se dice que el hierro tiene escasa utilidad en el ámbito industrial? HIERRO PURO ACERO FUNDICIONES 8. Los aceros además de hierro y carbono pueden alearse con otros elementos. ¿Qué elementos añadirías a un acero para un cuchillo?¿ Y para una herramienta como una hoja de sierra? a) CROMO Y NÍQUEL ; b) CROMO Y MANGANESO ¿Cómo se obtiene el acero? En una instalación llamada altos hornos y posteriormente en un convertidor. Lee la pág. 111 y después rellena el siguiente esquema y el dibujo de la página siguiente. carbón de coque escoria 1600 °C fundente: caliza carbono acero ALTO HORNO MINERAL +CALIZA+CARBÓN DE COQUE GASES GASES AIRE CALIENTE ARRABIO ESCORIA 9. Rellena la siguiente tabla con las propiedades y aplicaciones de los materiales ferrosos: MATERIAL PROPIEDADES APLICACIONES HIERRO COLOR BLANCO GRISÁCEO, MAGNÉTICO, BLANDO, FRÁGIL Y QUEBRADIZO. SE CORROE FÁCILMENTE NÚCLEOS DE ELECTROIMANES Y DE TRANSFORMADORES ACERO COLOR GRIS, DURO, TENAZ Y CON GRAN RESISTENCIA MECÁNICA. CUALQUIER APLICACIÓN SEGÚN EL %CARBONO Y OTROS ELEMENTOS FUNDICIÓN COLOR GRIS, MUY DURO, PERO MUY FRÁGIL. GRAN RESISTENCIA AL DESGASTE. CARCASAS DE MOTORES, TAPAS DE ALCANTARILLA,… METALES NO FERROSOS Se trata de metales sin contenido de hierro que se suelen clasificar, según su densidad, en metales pesados, ligeros y ultraligeros. Lee las páginas 112 y 113 y rellena la tabla resumen de la página siguiente. Nombre Obtención COBRE CUPRITA, CALCOPIRITA, Y MALAQUITA LATÓN COBRE + CINC Grupo Color Propiedades principales Aplicaciones CABLES ELÉCTRICOS, TUBERÍAS DE AGUA Y GAS. BRONCES Y OTRAS ALEACIONES PESADO ROJIZO ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Y ELÉCTRICA. DÚCTIL Y MALEABLE PESADO Amarillo brillante MÁS DURO QUE EL COBRE. ALTA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN ORNAMENTACIÓN. TUBERÍAS Y TORNILLOS Hélices, campanas, engranajes, cojinetes, estatuas… BRONCE COBRE + ESTAÑO PESADO AMARILLO ROJIZO MÁS DURO Y RESISTENTE QUE EL COBRE. BUENA RESISTENCIA AL DESGASTE Y CORROSIÓN ALPACA COBRE + NÍQUEL + CINC + ESTAÑO PESADO Plateado Dúctil y resistente a la corrosión IMITACIÓN DE PLATA. ORFEBRERÍA Y BISUTERÍA COBRE + NÍQUEL PESADO PLATEADO Muy resistente a la corrosión FABRICACIÓN DE MONEDAS PESADO GRIS PLATEADO Muy blando, plástico y maleable. Pero MUY TÓXICO. BATERÍAS ADITIVO EN VÍDRIOS PROTECTOR RADIACTIVO PESADO Blanco brillante BLANDO Y MUY MALEABLE. RESISTENTE A LA OXIDACIÓN Y CORROSIÓN. AL DOBLARSE "GRITO DEL ESTAÑO" Papel de estaño, hojalata (con acero) y material de soldadura (con plomo) PESADO GRIS AZULADO BRILLANTE, BLANDO Y FRÁGIL. RESISTENTE A LA OXIDACIÓN Y CORROSIÓN DEL AGUA CAÑERÍAS Y CANALONES. GALVANIZADO. CUPRONIQUEL PLOMO ESTAÑO CINC Galena CASITERITA BLENDA Y CALAMINA LIGERO BLANCO PLATEADO RUTILO E ILMENITA LIGERO BLANCO PLATEADO MAGNESITA Ultraligero PLATEADO ALUMINIO BAUXITA TITANIO MAGNESIO Resistente a la corrosión, ductil, maleable y blando. Muy buen conductor térmico y eléctrico BRILLANTE, MUY DURO Y RESISTENTE HASTA 400ºC BLANDO, MALEABLE Y POCO DÚCTIL. ES MUY EXPLOSIVO AL AIRE. LINEAS ELÉCTRICAS, ENVASES, CARPINTERÍA Y AERONÁUTICA. INDUSTRIAL AEROESPACIAL. PRÓTESIS MÉDICAS Pirotecnia y como aleante en aeronáutica y transportes 10. ¿Por qué suele ser costosa la obtención de uno de estos metales? Por su elevado consumo energético en el proceso de obtención. 11. ¿Cuál es el metal más pesado y el más ligero? El Wolframio (19260 kg/m³) y el magnesio (1740kg/m³) 12. Investiga cuántas veces es más pesado el acero que el aluminio. Casi tres veces más (2,91) 13. ¿Por qué crees que en la antigüedad se sustituyó el cobre por el bronce para el uso de armas y herramientas?(Observa sus propiedades) Porque era el bronce era más duro y resistente. 14. ¿Cuáles utilizarías para la industria aeroespacial? El titanio, ligero y resistente. 15. Busca información sobre la composición de las monedas de euro de curso legal. EXTERIOR: 3 CAPAS DE LATÓN-NIQUEL+NIQUEL+LATÓN-NIQUEL INTERIOR: LATÓN +NIQUEL EXTERIOR: LATÓN-NIQUEL INTERIOR: 3 CAPAS DE CUPRONIQUEL+NIQUEL+CUPRONIQUEL ORO NÓRDICO (89%Cu, Al, Zn, Sn) ACERO RECUBIERTO DE COBRE TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN Para fabricar piezas metálicas existen varios métodos bien diferenciados. Unos métodos usan fuerzas externas para modificar la forma del material (DEFORMACIÓN), otros requieren su transformación en polvo (SINTERIZACIÓN) y en otros casos ha de ser fundido (MOLDEO). DEFORMACIÓN En la página 114 del libro tienes representados los métodos más importantes de conformación por deformación, observa los dibujos y lee atentamente su procedimiento. Después para su mejor asimilación vas a ver animaciones de algunos de estos métodos. Entra con el mini (en clase) o desde tu PC (en casa) a la página www.tecno12-18.com . Después pulsa en "Ir a contenidos generales", y dentro ya pulsas en " Materiales y Herramientas", entonces aparecerán una serie de enlaces a miniunidades. Vas a visualizar y a realizar en tu cuaderno los cuestionarios de las siguientes: 1- Estampación de chapa metálica. 2- Embutición de chapa metálica. 3- Troquelado y punzonado. 4- Plegado de chapa metálica. 5- Inyección de metal. 6- Extrusión de metal Todavía nos queda alguno por explicar, detállalos con ayuda del libro. CON UNA SERIE DE RODILLO SE HACE PASAR EL METAL EN CALIENTE PARA FORMAR PLANCHAS DE DIFERENTES GROSORES (CHAPAS, BARRAS Y PERFILES ESTRUCTURALES) FORJA TREFILADO A GOLPE DE MARTILLO Y SOBRE LA PIEZA EN CALIENTE SE VA DANDO FORMA A LAS PIEZAS CON AYUDA DE MOLDES INFERIORES (FIGURAS MUY DIVERSAS MÁS BIEN PLANAS) ESTIRANDO EL METAL EN FRIO Y HACIÉNDOLO PASAR POR AGUJEROS DE TAMAÑOS ADECUADOS SE CONSIGUEN CABLES DE DIFERENTES GROSORES. SINTERIZACIÓN A continuación se muestra el esquema del proceso de fabricación de piezas por la técnica de metalurgia de polvos (sinterización). Con ayuda del libro (pág. 115) pon texto a las letras del proceso debajo de la imagen. A y B - MOLIENDA Y TRITURADO C- PRENSADO D- HORNEADO AL 70% DE SU TEMPERATURA DE FUSIÓN. E- COMPRIMIDO AL TAMAÑO ADECUADO F- ENFRIADO MOLDEO Si fundimos el metal podremos rellenar un molde con la figura que queramos, observa el siguiente esquema y haz lo mismo que en el caso anterior A- FUSIÓN DEL METAL B- VERTIDO EN EL MOLDE C- ENFRIADO D- EXTRACCIÓN 16. Piensa y relaciona. Une el objeto con el método de fabricación con el que está hecho: Lata de refresco Estampación Tenedor Moldeo Perfil de una ventana Extrusión Chapa ondulada Laminación Eslabón de una cadena Sinterización Bloque de motor Embutición Chapa lisa Troquelado Arandela Trefilado Olla de cocinar Inyección Radiador de aluminio Forja Cojinete TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN Y UNIÓN Al igual que hemos visto con la madera, para trabajar en el taller con los metales tenemos que utilizar las herramientas y formas de unión apropiadas. Lee las páginas 116 a 119 del libro y realiza las siguientes actividades. 17. Lee y rellena las siguientes afirmaciones a) La unión por ajuste de a presión es una unión FIJA. Para unir dos piezas con este método es preciso introducirlas mediante PRESIÓN o incluso CALENTANDO la pieza hueca. b) En la soldadura oxiacetilénica se utiliza acetileno y OXÍGENO, y se pueden alcanzar temperaturas de hasta > 3000ºC, muy apropiado para soldar ACEROS c) La chaveta y la lengüeta suelen ser de ACERO y tienen forma de CUÑA. Se utilizan para fijar piezas que giran solidarias respecto de un EJE. d) En el torno la pieza a tornear gira, mientras la herramienta de corte se DESPLAZA longitudinalmente y radialmente. Sin embargo, en la fresadora, es la PIEZA la que se desplaza y la HERRAMIENTA la que gira. EJER 17. A) LIMA B) RECTIFICADORA C) LIJADORA EJER 18. SE TRATA DE UNA UNIÓN FIJA MEDIANTE LA CUAL UNA PIEZA CILÍNDRICA CON CABEZA SE INTRODUCE EN UN AGUJERO PRACTICADO EN LAS DOS PIEZAS A UNIR Y TRAS PRESIONAR CON LA REMACHADORA SE FORMA OTRA CABEZA QUE CIERRA LA UNIÓN POR LOS DOS LADOS. EJER 19. SOLDADURA BLANDA PARA ELECTRÓNICA. SOLDADURA FUERTE PARA EL BRONCE. EJER 20. PERTENECE A LAS UNIONES DESMONTABLES Y SE TRATA DE UNA VARILLA ROSCADA POR SUS DOS EXTREMOS QUE SIRVEN PARA UNIR DOS PIEZAS METALICAS. SE FIJA POR UN EXTREMO CON DOS TUERCAS. EJER 21. PERTENECE A LAS UNIONES CILINDRICAS MEDIANTE EL LONGITUDINAL. DESMONTABLES. Y SIRVE PARA UNIR DOS PIEZAS ENCAJE DE DIENTES. PERMITE DESPLAZAMIENTO 18. Observa las imágenes y rellena la tabla inferior. Nº Nombre 1 ALICATE 2 C I N C E L 3 ESPÁRRAGO 4 DESTORNILLADOR 5 B R O C A 6 P U N Z Ó N 7 PISTOLA TERMOFUSIBLE 8 TENAZAS 9 LIJADORA 10 LLAVE FIJA 11 G R A N E T E Operación Nº Nombre Operación S U J E C I Ó N T A L L A D O UNIÓN DESMONTABLE UNIÓN DESMONTABLE P E R F O R A D O M A R C A D O UNIÓN FIJA C O R T E DESBASTADO UNIÓN DESMONTABLE M A R C A D O 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 SARGENTO SIERRA DE ARCO RASQUETA C O M P Á S L I M A C H A V E T A TORNILLO-TUERCA ESCUADRA PUNTA DE SOLDAR TORNILLO DE BANCO S U J E C I Ó N C O R T E DESBASTADO T R A Z A D O DESBASTADO UNIÓN DESMONTABLE UNIÓN DESMONTABLE T R A Z A D O UNIÓN FIJA S U J E C I Ó N Realiza en tu cuaderno los ejercicios 17, 18, 19, 20 y 21 pág. 117 y 119. PARA SUBIR NOTA (HASTA 1 PTO. EN LA NOTA DEL EXAMEN): www.tecno12-18.com contenidos generales materiales y herramientas . Miniunidades: TORNEADO, REMACHADO Y SOLDADURA ELÉCTRICA POR ARCO VOLTAICO. El trabajo consiste en contestar a los tres cuestionarios.