CONTENIDOS: Metales

Indice
1.- Antecedentes: la edad de los metales | 4.4.- Tratamientos finales
2.- Propiedades generales de los metales | 5.- Productos férricos
3.- Clasificaciones de los materiales metálicos | 6.- Productos no férricos puros
4.- Obtención de los materiales metálicos | 7.- Aleaciones no férricas
4.1.- Minería | 8.- Operaciones con metales en el aula-taller
4.2.- Siderurgia | 9.- Impacto ambiental de los metales
4.3.- Electrólisis | 10.- Recursos utilizados

1.- Antecedentes: la edad de los metales.

El Neolítico pone fin a la Edad de Piedra y da comienzo a la Edad de los Metales, materiales que permitieron construir herramientas y utensilios más eficaces. En la Edad de los Metales se distinguen tres periodos que llevan el nombre de los materiales que por su relevancia representaron a dichas épocas:

- Edad del Cobre (hace 5.000 años): debido a su baja resistencia sólo se utilizaba en utensilios decorativos.

- Edad del Bronce (hace 3.000 años): aleación de cobre + estaño con mejores propiedades que los metales de partida.

- Edad del Hierro (hace 2.000 años): mucho más resistente que el bronce. Los hititas fueron los primeros en dominar el hierro.

2.- Propiedades generales de los metales.

- Tenacidad: capacidad de soportar impactos sin romperse. Los metales son tenaces.
- Ductilidad: capacidad de soportar esfuerzos de tracción o facilidad para formar hilos.
- Maleabilidad: capacidad de soportar esfuerzos de compresión o facilidad para formar láminas.
- Dureza: resistencia a ser rayado. Los metales son materiales relativamente duros.
- Densidad: cociente entre la masa y el volumen de un cuerpo (*).
- Conductividad eléctrica y térmica: los metales conducen bien la electricidad y el calor.
- Estado de agregación: excepto el mercurio todos los metales son sólidos a temperatura ambiente.
- Brillo metálico: los metales presentan un brillo característico tras corte reciente.

* Nota: el volumen de un cuerpo puede ser calculado aplicando el principio de Arquímedes.

3.- Clasificaciones de los materiales metálicos.

| Según su composición:

- M etales puros: materiales cuya estructura cristalina está constituida por un solo elemento metálico. Ejemplos oro (1), plata, hierro, cobre, etc.
- Aleaciones metálicas: es una combinación de dos o más metales. Ejemplos: bronce, latón, acero, etc.

| Según su contenido en hierro:

- Férricos: son el hierro (metal puro) o aleaciones metálicas que contienen hierro (aceros y fundiciones).
- No férricos: metales puros distintos al hierro (cobre) o aleaciones metálicas que no contienen hierro, por ejemplo el bronce (2).

| Según su densidad:

- Ultraligeros: densidad inferior a 2 kg/l. Son el berilio y el magnesio.
- Ligeros: densidad entre 2 y 5 kg/l. Son el aluminio y el titanio (3).
- Pesados: densidad superior a 5 kg/l. Todos los demás metales son pesados.

4.- Obtención de los materiales metálicos.

MINERíA |

1. Extracción del TODO-UNO a partir de sus yacimientos naturales (minas, pozos, ..).

METALURGIA |

2. Separación del TODO-UNO en mena y ganga. La mena es el mineral que contiene el metal de interés (por ejemplo, la cuprita es una mena de cobre). La ganga (impurezas), son minerales metálicos y estériles (arena, barro) sin interés.
3. Obtención del metal puro a partir del mineral (proceso de reducción).
4. Tratamientos finales. Mejoran propiedades y/o dan forma a los metales.

4.1.- Minería.

La minería es una actividad industrial que consiste en extraer de la tierra elementos, compuestos y minerales con algún interés económico. Las extracciones se realizan en minas, pozos o canteras. La minería puede ser:

- Metálica: consiste en extraer de la tierra los minerales metálicos o los metales en estado nativo (oro, plata y platino).
- No metálica: comprende la extracción de elementos no metálicos, como el carbón, diamantes, azufre, fosfatos, boro, mármol (imagen), etc.

4.2.- Siderurgia.

| Siderurgia es el término que se utiliza para designar la metalurgia del hierro. Se utiliza un término propio para el hierro debido a su enorme relevancia en la estructura económica de la sociedad actual. A partir del hierro se obtiene el acero, uno de los materiales estructurales más importantes de los que disponemos.

El proceso siderúrgico tiene lugar en unas instalaciones conocidas como "hornos altos" (imagen izquierda). Las materias primas utilizadas son el mineral de hierro (Fe), los fundentes (CaCO3) y el carbón (C).

1. Se cargan las materias primas por la parte superior del horno (TRAGANTE).
2. Se introduce por la parte inferior aire caliente.
3. En el descenso de la carga se produce una reacción química. El hierro se separa de los elementos con los que constituia el mineral de partida.
4. En la piquera escoria se obtiene la escoria (impurezas de menor densidad). En la piquera arrabio se obtiene el arrabio (hierro + carbono + impurezas).
5. El arrabio es dirigido a la acería (imagen derecha) para ajustar su contenido en carbono y en otros aleantes para mejorar sus características.

4.3.- Electrólisis.

Proceso utilizado principalmente para obtener y/o purificar metales no férricos. La purificación o refino consiste en eliminar las impurezas residuales de los metales tras el proceso de reducción del mineral. Se utiliza en la obtención de cobre, aluminio, magnesio, zinc y titanio entre otros. El término procede de –electro = electricidad y –lisis = rotura, es decir, rotura por el paso de la electricidad. En el caso del aluminio, el refino electrolítico recibe el nombre de proceso Hall.

Para obtener aluminio se utiliza bauxita como materia prima de partida. Con el proceso Hall se puede obtener aluminio con el 99’9 % de pureza.

4.4.- Tratamientos finales.

| Moldeo: es una técnica que nos permite obtener piezas metálicas con formas complicadas y/o caprichosas. Consiste en llenar un molde con el metal o aleación fundida, de manera que al enfriar el material solidifique adoptando la forma deseada.

Deformación o estampación: consiste en deformar los materiales metálicos (tanto en frío como en caliente) por acción mecánica hasta obtener la forma deseada. Algunos ejemplos de procesos de deformación son la embutición, curvado y la forja (imagen). |

| Mecanizado: consiste en dar forma mediante arranque de material a partir de una pieza más grande. Ejemplos de operaciones de mecanizado son el corte con sierra alternativa (1), el corte con sierra circular (tronzado), el taladrado, el fresado, el troquelado (2) y el torneado (torno manual o torno CNC = control numérico por ordenador).

Uniones: los metales pueden unirse de forma:

- permanente: la desunión comporta la destrucción de los materiales que forman la unión. Ejemplos son la soldadura (1), los remaches (2) y los roblones (3).

- desmontable: la desunión es posible, recuperando los materiales de partida intactos. Se utilizan elementos roscados (4) y uniones móviles como las bisagras.

5.- Productos férricos.
Los productos férricos obtenidos tras las operaciones en horno alto y en acería se clasifican según el contenido en carbono (materia prima del horno alto), a saber:

Producto | Propiedades | Aplicaciones | Imagen
Hierro dulce C < 0’1 % | Es un material quebradizo con muy malas propiedades mecánicas. Presenta buenas propiedades magnéticas | Utilizado para fabricar electroimanes, transformadores y aplicaciones electrónicas |
Aceros 0’1% < C < 2% | Dúctiles, maleables, se oxidan con facilidad, tenaces, su dureza aumenta con el % de C, se pueden soldar y forjar | Vehículos, elementos de construcción, chapas, material base de hojalata, herramientas de corte |
Fundiciones 2% < C < 5% | Menos dúctiles y tenaces que los aceros, pero más duros, ya que el C aporta dureza y al tiempo fragilidad. Funden y se pueden colar en moldes fácilmente | Fabricación de piezas con formas caprichosas y bancadas para maquinaria (absorben bien las vibraciones) |

6.- Productos no férricos puros.

Imagen | Producto | Propiedades | Aplicaciones
| Aluminio | Color blanco brillante, ligero, resistente a la oxidación, muy abundante, malas propiedades mecánicas | Envases, carpintería metálica, cables alta tensión y aplicaciones donde el peso es un parámetro crítico
| Cobre | Color rojizo, excelente conductor térmico y eléctrico, resistente a la corrosión, soldable, dúctil y maleable | Principalmente para fabricar conductores eléctricos y calderas y otros equipos de calor
| Estaño | Color blanco-azulado brillante, blando, soldable, bajo punto de fusión. Presenta grito y peste del estaño | Material de aporte en las soldaduras blandas por su bajo punto de fusión. Recubre al acero para formar la hojalata
| Zinc | Color blanco, muy resistente a la corrosión y a la oxidación, junto con el cobre forma el latón | Utilizado como recubrimiento para proteger a otros metales o aleaciones (galvanizado)
| Titanio | Color gris plata, ligero, muy buenas propiedades mecánicas y contra la corrosión y oxidación, biocompatible, carísimo de obtener a partir de TiO2 | Implantes (tolerado por sistema inmunitario), industrias naval, militar, aeronaútica, aeroespacial

7.- Aleaciones no férricas.

Aleación | Propiedades | Aplicaciones
Bronce (cobre + estaño) | Color amarillo oscuro, aspecto agradable, resiste desgaste y oxidación, se puede colar en moldes | Estatuas, monumentos, joyería, campanas, cuerdas de guitarra (debido a su elevada sonoridad) y monedas
Latón (cobre + zinc) | Color entre rojo y amarillo, aspecto agradable, fácil de trabajar (dúctil y maleable), antideflagrante | Armamento, ornamentación, fontanería, elementos antideflagrantes (no produce chispas por roce o impacto)
Magnesio + alumnio | Si predomina aluminio se denomina duraluminio, si predomina magnesio se denomina magnalio | Llantas de coches, motores y cubiertas de automóviles
Titanio + aluminio | Como el titanio puro es carísimo, se alea con aluminio para abaratar los costes de producción | Industria aeronáutica y aeroespacial, vehículos de gama alta (fórmula 1, coches, motos, bicicletas, etc)

8.- Operaciones con metales en el aula-taller.

| 1º) MEDIR, MARCAR y TRAZAR: tenemos que definir las formas y dimensiones de nuestras piezas. Emplearemos la regla metálica (1), granete, punta de trazar (2), compás de puntas (3), escuadra, etc

2º) CORTAR y SERRAR: debemos utilizar la herramienta de corte más adecuada además de herramientas de sujeción (auxiliares) si procede. Para cortar podemos utilizar la sierra de arco (1) y para sujetar tornillos de banco (2) o sargentos (3) |

| 3º) TALADRAR: utilizaremos la taladradora vertical o de columna (2) y marcaremos el punto a taladrar con un granete (1) para que la broca no resbale. ¡ATENCIÓN ELEMENTOS DE SEGURIDAD! (gafas protectoras)

4º) LIMAR: es eliminar los sobrantes (rebabas) que quedan en las secciones metálicas tras las operaciones de corte o taladrado. Se emplean limas de diferentes formas y dientes |

9.- Impacto ambiental de los metales.
En el proceso de extracción y procesado de los metales se realiza una grave agresión al medio natural por los siguientes motivos:

- MINERíA: Se remueve gran cantidad de tierra y polvo, agresión contra el ecosistema, la flora, fauna, acuíferos subterráneos, etc.

- METALURGIA: Emiten a la atmósfera grandes cantidades de gases contaminantes, consumen mucha energía eléctrica y producen residuos peligrosos para la naturaleza.

- DESECHOS: En una sociedad hiperconsumista como la nuestra se consumen ingentes cantidades de productos, algunos en realidad ni siquiera los necesitamos. Se generan muchos residuos que debemos gestionar.

SOLUCIONES: Evitar el consumo desmesurado, mejorar las tecnologías de tratamiento y reciclaje de residuos, utilizar energías alternativas, etc.

10.- Recursos utilizados.

- Microsoft Paint version 5.1
- Mozilla Firefox 2.0.0.11
- Google
- Microsoft Frontpage 2003
- http://es.wikipedia.org
- http://bancoimagenes.cnice.mec.es/
- http://www.gifmania.com/
- http://tecnovisual.es
- http://www.iesalquibla.com/TecnoWeb/index.htm
- Armada Simancas M. y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial Santillana
- Martin Alonso Luis y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial SM
- Moreno Márquez Jesús y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial Oxford Educación
- Perucha Sanz Alfredo y otros, “Tecnología 1º ESO”, Akal ediciones
- García Platas Angel y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial Edebé
- Gonzalo R., “Tecnología 1º ESO”, editorial Anaya
- Cardwell Donald, “Historia de la tecnología”, editorial Alianza Universidad
- Alemán F. Javier y otros, “Tecnología: guía didáctica y metodología”, editorial Paraninfo
- Garrat James, “Diseño y tecnología”, Akal ediciones