Metales

Antecedentes y definiciónAntecedentes

Armas de la Edad del Hierro

Objetos de bronce antiguos

Antecedentes y definiciónDefiniciónLos metales son elementos químicos que se hallan en la naturaleza generalmente en estado sólido, excepto el mercurio.

No pueden ser empleados tal y como se encuentran en ella, ya que están combinados con otros materiales (mena), a los que hay que añadir materiales terrosos (ganga).

Para obtener los metales se han desarrollado los procesos de la metalurgia, que cuando se refieren al hierro se denominan siderurgia.

PropiedadesPropiedades mecánicas (I)Resistencia a tracción: en general tienen una excelente resistencia a tracción, muy superior a la de los materiales pétreos.

Resistencia a compresión: también muy buena en general.

Resistencia a cortante: bastante elevada.

Fatiga: es la propiedad de resistir un número limitado de ciclos de carga/descarga de forma periódica, hasta que se produce la rotura.

Dureza: capacidad para resistir la penetración de otros materiales, rozamiento o fricción.

PropiedadesPropiedades mecánicas (II)Deformabilidad: capacidad de sufrir deformaciones antes de la rotura; buena deformación elástica aunque después queda una ligera deformación remanente.

Tenacidad: elevada capacidad de resistir grandes cargas y deformaciones antes de romperse.

Soldabilidad: dos piezas distintas de metal pueden unirse formando una única mediante soldadura.

Maleabilidad: elevada capacidad de ser transformado en láminas.

Ductilidad: elevada capacidad de ser transformado enalambres.

PropiedadesPropiedades térmicasConductividad térmica: expresa la facilidad de un material para el paso del calor; en el caso de los metales es elevada.

Dilatación lineal: los metales tienen una elevado coeficiente de dilatación lineal antes las variaciones de la temperatura.

Propiedades eléctricasConductividad eléctrica: muy elevada, el metal que mejor la conduce es la plata, aunque los más utilizado son el cobre y el aluminio.

PropiedadesPropiedades químicasLos metales en estado puro son poco estables, ya que son vulnerables a la oxidación y corrosión.

Oxidación: está causada por la afinidad de los metales con el oxígeno; cuando se produce, el metal cede electrones mientras que otro material que es llamado oxidante los adquiere.

Corrosión: el contacto de un metal con el agua o la humedad provoca la corrosión del metal, fenómeno que puede acabar destruyéndolo.

Clasificación

ClasificaciónPodemos distinguir dos grandes grupos de metales:

Metales férricosAquellos que contienen principalmente hierro en su composición. El hierro puro apenas se emplea, ya que casi siempre se encuentra aleado con otros metales.

Metales no férricosTodos aquellos que no contienen hierro, como por ejemplo, el cobre, plomo, zinc y aluminio.

ClasificaciónMetales férricosFundición o hierro fundido: aleación de hierro y carbono en proporción entre 2’6-4’3%.

Hierro colado: aleación de hierro y carbono en proporción 1’28-6%.

Hierro dulce: aleación de hierro y carbono en proporción entre 0’05-0’2%.

Acero: aleación de hierro y carbono en proporción entre 0’05-1’7%.

Acero inoxidable: aleación de hierro y carbono en proporción entre 0’08-0’05%.

Mina de hierro, fusión del metal, piezas del mineral.

Clasificación: férricosFundicionesFundición gris (FG): trabaja bien a compresión pero no a flexión, capacidad de amortiguamiento de vibraciones en máquinas.

Fundición dúctil o nodular (FGE): ejes, engranajes, bisagras.

Fundición blanca (FB): piezas sometidas a desgaste.

Fundición atruchada: cuando no se requieren grandes esfuerzos, por ejemplo, bancos de mobiliario urbano.

Fundición maleable (FM): piezas pesadas ferrocarril, maquinaria construcción, equipos agrícolas.

Fundición aleada (G): aplicaciones según aleación empleada, para obtener grandes resistencias al desgaste, calor y corrosión.

Clasificación: férricosAcerosSus aplicaciones dependen de los otros metales con los que están aleados.

Acero moldeado (AM): para piezas de motores y máquinas con formas complicadas.

Acero al carbono: bajo contenido, para vigas, carrocerías, láminas para tuberías; medio, para martillos, cigüeñales, pernos; alto, para herramientas de corte.

Aceros de baja aleación: alta resistencia, para estructuras, refuerzos y repuestos industria automóvil, mobiliario, almacenaje, material oficina, componentes eléctricos, cerraduras, piezas para bicicletas.

Aceros para herramientas: específicos para diversos tipos de herramientas.

Aceros inoxidables: (ver ventana posterior).

Clasificación: férricosAceros inoxidablesAusteníticos: resistentes a la corrosión, fáciles de soldar y conformar, cerraduras, tornillos, pernos, cremalleras, reflectores, recipientes (sectores alimentario, farmacéutico, fotográfico textil), tubos soldados o sin soldadura.

Martensíticos: elevada dureza pero moderada resistencia corrosión, para tornillos, cubiertos, útiles de cocina, brocas, tijeras, palos de golf, instrumentos dentales y quirúrgicos, anzuelos, cuchillos, moldes, herramientas en general.

Ferríticos: resistencia a la corrosión, para moldes, tanques de agua y válvulas.

Dúplex: son magnéticos, buena soldabilidad, resistencia a corrosión y a la rotura.

Endurecibles: alternativos a los austeníticos.

ClasificaciónMetales no férricosAluminio: metal blanco, brillante, ligero, bajo punto de fusión, dúctil, maleable, gran conductor del calor y la electricidad, poco vulnerable a la corrosión sobre todo si está convenientemente protegido (anodizado).

Cobre: metal rojo muy pesado, densidad elevada, punto de fusión alto, muy buen conductor del calor y la electricidad, poco vulnerable a la corrosión.

Zinc: metal gris azulado, brillante, densidad un poco menor a la del cobre, no sufre corrosión.

Clasificación: no férricosMetales pesados- cobre- plomo - estaño - zinc- níquel - cromo- mercurio - wolframio - cobalto

Mineral de cobre

Mina de cobre en Perú

Clasificación: pesadosCobre y aleacionesPropiedades: elevada conductividad térmica y eléctrica, buena resistencia a corrosión, fácil galvanización, blando, dúctil, maleable, no magnético.

Aleación cobre-cromo y cobre-cromo-zirconio: alta resistencia en caliente, para electrodos, equipos siderúrgicos.

Aleación cobre-zirconio: alta resistencia mecánica y alta conductividad eléctrica.

Aleaciones cobre-hierro-fósforo y cobre-cobalto-fósforo: para circuitos integrados.

Clasificación: pesadosCobre y aleacionesLatones: producto de la aleación cobre-zinc.

Latones ordinarios: bisutería, monedas, insignias, instrumentos musicales, telas metálicas, radiadores automóviles, fontanería, elementos arquitectura.

Latones especiales: piezas electrotecnia, engranajes, conexiones, relojería, válvulas, accesorios decorativos, marcos (puertas, ventanas y vitrinas), rieles cortinas.

Bronces: producto de la aleación cobre-estaño.

Bronces ordinarios: para medallas, cañones, engranajes, cojinetes, válvulas, grifos, campanas.

Bronces especiales: hélices, turbinas, intercambiadores de calor, monedas, cables eléctricos.

Clasificación: pesadosPlomo y aleacionesCaracterísticas: el plomo es un material dúctil y maleable con baja resistencia mecánica, elevada densidad, bajo punto de fusión, baja conductividad eléctrica y alta resistencia a la corrosión. Presenta un impacto ecológico muy elevado por ser extremada-mente tóxico (ver aspectos medioambientales).

Aplicaciones típicas: tubos, pinturas, pigmentos, soldadura, placas de acumuladores, baterías, forros de cables, cojinetes, tipos móviles.

Clasificación: pesadosEstaño y aleacionesCaracterísticas: dúctil, maleable, pulimentable, fácil de laminar (papel de “aluminio”), buena resistencia la corrosión, al agua de mar y al aire, resiste productos lácteos, zumos y carburantes; muy usado para elaborar envases de acero (hojalata); baja resistencia a ácidos, bases y sales ácidas.

Aplicaciones típicas: en recipientes se usa como capa protectora, también se usa para soldadura, procesos de impresión, industria aeroespacial, insecticidas.

Clasificación: pesadosZinc y aleacionesCaracterísticas: maleable, resistencia mecánica baja.

Aplicaciones: muy empleado para recubrimiento del acero acero galvanizado.

ZamacCaracterísticas: alta resistencia y dureza, muy buen conductor eléctrico, y elevada conductividad térmica, coste bajo, elevada precisión dimensional, muy resistente a la corrosión, reciclable, permite acabado de alta calidad

Aplicaciones: láminas de recubrimiento, galvanizado de aceros, piezas moldeadas por inyección.

Clasificación: pesadosNíquel y aleacionesCaracterísticas: permite una gran calidad de acabado brillante como recubrimiento de metales (niquelado); resistencia a la corrosión y al desgaste, maleable, inalterable al aire y ante agentes químicos diversos, buena conductividad eléctrica y térmica.

Aplicaciones: utensilios de cocina, instrumentos quirúrgicos, aceros aleados e inoxidables, terminales acumuladores, baterías, monedas, imanes; muy usado para elaborar aleaciones con cobre, hierro, níquel/cromo y níquel/cromo/molibdeno/hierro.

Clasificación: pesadosCromoCaracterísticas: brillo intenso, quebradizo, muy resistente a la corrosión, se alea con el acero para obtener acero inoxidable.

Aplicaciones: muy empleado para capa protectora de recubrimiento de metales, para anodizado del aluminio, colorantes, pinturas, mordientes, catalizadores, proceso de curtido del cuero y también para tratamientos de preservación de la madera (óxido de cromo).

Mineral de mercurio

Clasificación: pesadosMercurioCaracterísticas: a temperatura ambiente es un líquido, mal conductor del calor, fácil de alear, insoluble en agua, elevadísimo impacto ecológico a causa de su extrema toxicidad (ver aspectos ecológicos).

Aplicaciones: termómetros y barómetros, medicina, pesticidas, pinturas antisuciedad, baterías, bombas, catalizadores, lámparas de vapor de mercurio, tubos de de neón, interruptores eléctricos, dispositivos electrónicos.

Clasificación: pesadosWolframio y aleaciones (tungsteno)Características: elevada densidad y dureza, fragilidad, muy resistente a la corrosión, buen conductor eléctrico.

Aplicaciones: para filamentos de lámparas, resistencias para hornos, tubos de rayos X, pantallas fluorescentes, prendas ignífugas, bujías.

Cobalto y aleacionesCaracterísticas: metal magnético, elevada dureza.

Aplicaciones: imanes,turbinas a reacción, colorante para el vidrio, tratamiento contra el cáncer, herramientas de corte.

Clasificación: ligeros

Metales ligeros y ultraligeros- Aluminio y aleaciones (ligero)

- Titanio y aleaciones (ligero)

- Magnesio y aleaciones (ultraligero)

- Berilio y aleaciones (ultraligero)

Mineral de bauxita, del que se extrae el aluminio.

Clasificación: ligerosAluminio y aleaciones Características: el aluminio es el metal más abundante de la corteza terrestre (8% del total); es ligero, blando, dúctil, buen conductor del calor y la electricidad, no es magnético, módulo elástico bajo, poca resistencia mecánica, fácil de alear con otros metales.

Aplicaciones: aleaciones 1xxx para laminado en frío, 3xxx para componentes que exijan buena maquinabilidad, 2xxx para estructuras de aviones, 6xxx para perfiles y estructuras en general, y también se usan las 5xxx y 7xxx.

Clasificación: ligerosTitanio y aleaciones Características: además de la corteza terrestre ha sido detectado en estrellas, polvo estelar y meteoritos; resiste elevadas temperaturas, resistencia mecánica baja, es caro de extraer, resistencia a la corrosión, biocompatible con tejidos y huesos.

Aplicaciones: industria del papel, aplicaciones marinas, almacenaje de energía, implantes quirúrgicos, prótesis, metales superconductores, componentes de automoción, cámaras fotográficas, joyas, instrumentos musicales y equipamiento deportivo.

Clasificación: ligerosMagnesio y aleaciones Características: metal superligero, su reciclaje permite ahorrar el 95% de la energía en relación a la necesaria para la obtención del metal primario; fácil maquinabilidad, inflamable; precisa de protección superficial ya que tiene una pésima resistencia a la corrosión.

Aplicaciones: se usa para piezas de alto rendimiento en automoción y para procesos de soldadura.

Berilio y aleacionesCaracterísticas: metal ultraligero, dúctil y maleable, inoxidable, fácil de conformar, elevada temperatura de fusión, excelente módulo elástico; por su escasez, elevado coste y toxicidad extrema, su uso es muy limitado.

Aplicaciones: tubos y ventanas de rayos X, componentes para centrales de energía nuclear y piezas de aviones supersónicos.

Productos comerciales

Acero: ejemplos

Tipos de perfiles estructurales

Acero

AceroBarras: con secciones circulares, rectangulares, cuadradas, hexagonales, octogonales y barras especiales.

Acero

Secciones típicas para los cables de acero

Acero

Acero “corten”

Hierro: ejemplos

Hierro (conformados en frío)Tubos redondos: de diámetro exterior 8 y grosor 1 mm a diámetro 90 y grosor 2 mm.Tubos cuadrados: de 10X10 grosor 1 a 70X60 grosor 3 mm.Tubos rectangulares: de 16X10 grosor 1 a 110X60 grosor 3 mm.Barras redondas: de diámetro 5 a 72 mm.Barras cuadradas: de 5X5 a 72X72 mm.Pletinas: de 10X1 a 200X40 mm.Chapas: grosores de 0’5 a 20 mm, dimensiones de 2000X1000 a 3000X1250 mm.Ángulos lados iguales: de 10.10.1’5 a 50.50.3 mm.Ángulos lados desiguales: de 20.10.1’5 a 60.40.2 mm.U alas iguales: de 8.8.8.1 a 50.150.50.4 mm.Omegas alas iguales: de 13.12’5.20.1’5 a 20.100.50.2’5 mm.Zetas alas iguales: de 15.30.15.2 a 21.60.21.2 mm.

Acero inox: ejemplos

Acero inoxidableTubos redondos: de diámetro exterior 6X1 (grosor de pared), a 50X1’5 mm.

Tubos cuadrados y rectangulares: de 10X10X1 a 80X40X2 mm.

Barras redondas: desde 3 hasta 350 mm.

Barras cuadradas: desde 8 hasta 250 mm.

Pletinas: desde 15X5 hasta 100X30 mm.

Chapas: de 1215X740, 2000X1000, 3000X1000, 3000X1200, 4000X1500, 6000X2000 mm, con grosores desde 0’4 hasta 1’5 mm.

Acero inoxidable

Aluminio: ejemplos

Perfiles y chapa de aluminio

Cobre: ejemplos

Latón: ejemplos

Chapa perforada

Chapa perforada

Chapa repujada

Chapa estirada

Malla metálica(inoxidable)

Aspectos medioambientales

Niño recolectando metales...

Ciudadanos de la India defendiendo su “montaña”.

Gotas de mercurio...

Ballena y peces fallecidos a causa de la contaminación por metales pesados.

Impactos medioambientales generales- La elaboración de los metales implica un elevado consumo de energía, muy especialmente en el caso del aluminio.

- Elevado impacto sobre los ecosistemas donde se halla el yacimiento del que se extraen los minerales.

- En la fase de extracción se generan elevadas cantidades de residuos minerales.

- Los metales pesados son extremadamente tóxicos; no deberían ser utilizados y habría que buscar alternativas (ver ventana).

- Los metales son fácilmente reciclables manteniendo sus propiedades básicas; su reciclaje ayuda a conservar los recursos, reduce la generación de residuos y el consumo energético (en especial en el caso del aluminio).

- Los procesos de fabricación en caliente generan grandes cantidades de CO2 que provoca efecto invernadero y calentamiento del planeta, así como lluvia ácida.

Impactos medioambientales asociados a los metales

Impactos medioambientales asociados a los metalespesados

Reciclaje de metales