Los metales y sus propiedades

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.

¿Quieres conocer algunas de las propiedades más importantes de estos materiales? Aquí tienes algunas de ellas:

 Tienen un brillo muy característico.      

 Son más densos y pesados que otros  materiales de uso técnico.

 Su gran resistencia mecánica les permite  soportar grandes esfuerzos, presiones o  golpes.

 Algunos de ellos son muy duros.

 Conducen muy bien el calor y la  electricidad.

 Tienen grandes posibilidades de trabajo,  como doblar, cortar, estampar, fundir o  moldear.

Algunos metales se emplean en estado casi puro (cobre, plata, oro,...), pero la  mayoría se combinan entre sí o con otros elementos formando aleaciones para  ampliar y mejorar sus propiedades.

Aleaciones de hierro
Cuando fundimos un metal y lo mezclamos con otros metales o elementos, estamos produciendo una aleación. Las aleaciones se hacen para mejorar las propiedades de un metal de cara a un determinado uso, pues en estado puro ese metal puede no ser adecuado para lo que deseamos construir. Por ejemplo, podría interesarnos que fuera más duro, o más resistente a la corrosión, o más ligero, o mejor conductor, ...

Las aleaciones de mayor uso industrial son las del hierro. Algunas de ellas son las fundiciones (entre 1,7 y 6,6% de carbono) y los aceros (menos del 1,7% de carbono).

Las aleaciones que más se emplean en la industria son las que se obtienen de  mezclar el hierro con carbono, y en algunos casos, con otros elementos como el  cromo o el níquel.

Metales no férricos

Además del hierro, destacan otros metales de uso frecuente como el cobre, el latón o el bronce. Observa las características de estos y otros metales en la siguiente tabla:

Minería

La mayor parte de los metales se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos, formando minerales metálicos.

Por ello, el primer paso en la obtención del metal 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.

La obtención de metales comienza con el proceso de localización y extracción de  minerales metálicos. Este proceso se conoce como minería.

Siderurgia y metalurgia

Una vez obtenido el mineral metálico, es necesario separar el metal que contiene del resto de componentes. Esta separación se realiza mediante diferentes procesos siderúrgicos o metalúrgicos. En ocasiones, los metales se mezclan con otros compuestos para formar aleaciones.

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.

Existen varios procedimientos para dar forma a las piezas metálicas:

·         Fundición y moldeo, para obtener formas y relieves complicados.

·         Deformación, mediante una fuerte presión. Cuando se obtienen las piezas      deformando chapas hablamos de estampación.

·         Corte y mecanizado, para dar forma a la pieza quitando el material sobrante.

  

OPERACIONES DE TRABAJO CON METALES

Con materiales metálicos podemos construir una gran variedad de piezas y objetos. Aquí tienes algunas de las operaciones con metales que se realizan más habitualmente:

Las propiedades de los metales se clasifican en físicas, mecánicas y tecnológicas.

Las propiedades físicas dependen del tipo de aleación y las más importantes son:

· Peso específico

· Calor específico

· Dilatación térmica

· Temperatura de fusión y solidificación

· Conductividad térmica y eléctrica

· Resistencia al ataque químico

Peso específico.

El peso específico puede ser absoluto o relativo: el primero es el peso de la unidad de volumen de un cuerpo homogéneo. El peso específico relativo es la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los sólidos y líquidos se toma como referencia el agua destilada a 4°C.

Calor específico.

Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C la temperatura de 1 kg de determinada sustancia. El calor específico varía con la temperatura. En la práctica se considera el calor específico medio en un intervalo de temperaturas.

Punto de fusión.

Es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al líquido, transformación que se produce con absorción de calor.

El punto de solidificación es la temperatura a la cual un líquido pasa al estado sólido, durante la transformación hay cesión de calor. Casi siempre coinciden los puntos de fusión y de solidificación.

Calor latente de fusión.

Es el calor necesario para vencer las fuerzas moleculares del material ( a la temperatura de fusión) y transformarlo de sólido en líquido.

Resistencia ala corrosión.

La corrosión de los metales puede originarse por:

· Reacciones químicas con los agentes corrosivos

· Reacciones electroquímicas producidas por corrientes electrolíticas generadas en elementos galvánicos formados en la superficie con distinto potencial. Las corrientes electrolíticas se producen con desplazamiento de iones metálicos.

La corrosión electrolítica puede producirse por:

· Heterogeneidad de la estructura cristalina

· Tensiones internas producidas por deformación en frío o tratamientos térmicos mal efectuados.

· Diferencia en la ventilación externa

La protección de los metales contra la corrosión puede hacerse por:

· Adición de elementos especiales que favorecen la resistencia a la corrosión.

· Revestimientos metálicos resistentes a la corrosión

· Revestimientos con láminas de resinas sintéticas o polímeros.

PROPIEDADES FISICAS

Mecánicas

Son aquellas que expresan el comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma.

Resistencia: Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, por compresión, por torsión o por cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos.

Dureza: Propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Los ensayos más importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de de la dureza del metal, los métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.

Elasticidad:

Capacidad de un material elástico para recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama límite elástico a la carga máxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformación permanente. Su determinación tiene gran importancia en el diseño de toda clase de elementos mecánicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben trabajar siempre por debajo del límite elástico, se expresa en Kg/mm².

Plasticidad:

Capacidad de deformación permanente de un metal sin que llegue a romperse.

Tenacidad:

Resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.

Fragilidad:

Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límite elástico, es decir su rotura se produce espontáneamente al rebasar la carga correspondiente al límite elástico.

Resiliencia:

Resistencia de un metal a su rotura por choque, se determina en el ensayo Charpy.

Fluencia:

Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. Esta deformación lenta, se denomina también creep.

Fatiga:

Si se somete una pieza a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que producirían deformaciones.

Propiedades tecnológicas.

Determina la capacidad de un metal a ser conformado en piezas o partes útiles o aprovechables. Estas son:

· Ductilidad: Es la capacidad del metal para dejarse deformar o trabajar en frío; aumenta con la tenacidad y disminuye al aumentar la dureza. Los metales más dúctiles son el oro, plata, cobre, hierro, plomo y aluminio.

· Fusibilidad: Es la propiedad que permite obtener piezas fundidas o coladas.

· Colabilidad: Es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable debe poseer gran fluidez para poder llenar completamente el molde. Los metales más fusibles y colables son la fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras.

· Soldabilidad: Es la aptitud de un metal para soldarse con otro idéntico bajo presión ejercida sobre ambos en caliente.

Poseen esta propiedad los aceros de bajo contenido de carbono.

· Endurecimiento por el temple.

Es la propiedad del metal de sufrir transformaciones en su estructura cristalina como resultado del calentamiento y enfriamiento sucesivo y por ende de sus propiedades mecánicas y tecnológicas. Los aceros se templan fácilmente debido a la formación de una estructura cristalina característica denominada martensita.

· Facilidad de mecanizado: Es la propiedad de un metal de dejarse mecanizar con arranque de viruta, mediante una herramienta cortante apropiada. Son muy mecanizables la fundición gris y el bronce, con virutas cortadas en forma de escamas.

El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, producen virutas largas.