Metales Ferrosos y No Ferrosos

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Tema 2. Los metales. -1- Tema 2. Los metales. Los materiales férricos: clasificación, obtención y aplicaciones. 1. Introducción a los materiales férricos. 2. Los materiales férricos. 3. El hierro. 4. El arrabio. 4.1. Los altos hornos. 4.2. La producción de arrabio. 5. Los aceros. 5.1. La obtención de aceros. 5.1.1. El horno convertidor Bessemer y Thomas. 5.1.2. El horno convertidor de oxigeno o LD. 5.1.3. El horno Martín. 5.1.4. El horno eléctrico. 5.2. La clasificación y aplicaciones de los aceros. 5.2.1. La clasificación de los aceros. Los aceros ordinarios. Los aceros aleados. 5.2.2. Las aplicaciones de los aceros. Los aceros para construcción. Los aceros de herramientas. Los aceros para empleo en caliente o refractarios. Los aceros inoxidables. 6. Las fundiciones. 6.1. La obtención de fundiciones. 6.1.1. El horno de cubilote o de reverbero 6.1.2. El crisol 6.2. La clasificación y aplicaciones de las fundiciones. 6.2.1. Las fundiciones ordinarias. La fundición blanca. La fundición gris. La fundición atruchada. 6.2.2. Las fundiciones aleadas. Las fundiciones de baja aleación. Las fundiciones de alta aleación. 6.2.3. Las fundiciones especiales. Las fundiciones maleables. Las fundiciones grafito esferoidal.

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Clasificación, obtención, metalurgia y clasificación de metales ferrosos y no ferrosos. Materiales ferrosos como el hierro, arrabio, acero y fundiciones. Metales no ferrosos como cobre, aluminio, cinc, magnesio, níquel, estaño, tungsteno y titanio. Técnicas de mecanizado (limado, cincelado, cizallado, torneado, fresado), conformado (moldeo, forja, laminado, trefilado) y unión de piezas metálicas (soldadura homogénea y heterogénea, remaches, pasadores, roscas).

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Tema 2. Los metales. -1-

Tema 2. Los metales.

Los materiales férricos: clasificación, obtención y aplicaciones.

1. Introducción a los materiales férricos.

2. Los materiales férricos.

3. El hierro.

4. El arrabio.4.1. Los altos hornos.4.2. La producción de arrabio.

5. Los aceros.5.1. La obtención de aceros.

5.1.1. El horno convertidor Bessemer y Thomas.5.1.2. El horno convertidor de oxigeno o LD.5.1.3. El horno Martín.5.1.4. El horno eléctrico.

5.2. La clasificación y aplicaciones de los aceros.5.2.1. La clasificación de los aceros.

◘ Los aceros ordinarios.◘ Los aceros aleados.

5.2.2. Las aplicaciones de los aceros. ◘ Los aceros para construcción.◘ Los aceros de herramientas.◘ Los aceros para empleo en caliente o refractarios.◘ Los aceros inoxidables.

6. Las fundiciones.6.1. La obtención de fundiciones.

6.1.1. El horno de cubilote o de reverbero6.1.2. El crisol

6.2. La clasificación y aplicaciones de las fundiciones.6.2.1. Las fundiciones ordinarias.

◘ La fundición blanca.◘ La fundición gris.◘ La fundición atruchada.

6.2.2. Las fundiciones aleadas.◘ Las fundiciones de baja aleación.◘ Las fundiciones de alta aleación.

6.2.3. Las fundiciones especiales.◘ Las fundiciones maleables.◘ Las fundiciones grafito esferoidal.

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Los materiales metálicos no férricos: clasificación, obtención y aplicaciones.

7. Introducción a los materiales no férricos.

8. El cobre.8.1. Obtención del cobre.

2.1.1. Metalurgia por vía seca.2.1.2. Metalurgia por vía húmeda.

8.2. Propiedades y aplicaciones del cobre.8.3. Aleaciones de cobre.

8.3.1. Latones.8.3.2. Bronces.8.3.3. Otras aleaciones.

9. El aluminio.3.1. Obtención del aluminio.3.2. Propiedades y aplicaciones del aluminio.3.3. Aleaciones del aluminio.

10. El plomo.10.1. Obtención del plomo.10.2. Propiedades y aplicaciones del plomo.10.3. Aleaciones del plomo.

4.3.1. Aleaciones de plomo-antimonio.4.3.2. Aleaciones del plomo-estaño

11. El cinc.11.1. Obtención del cinc.

5.1.1. Metalurgia por vía seca.5.1.2. Metalurgia por vía húmeda.

12.2. Propiedades y aplicaciones del cinc.13.3. Aleaciones del cinc.

12. El magnesio.12.1. Obtención del magnesio.12.2. Propiedades y aplicaciones del magnesio.12.3. Aleaciones del magnesio.

13. El níquel.13.1. Obtención del níquel.13.2. Propiedades y aplicaciones del níquel.13.3. Aleaciones del níquel.

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14. El estaño.14.1. Obtención del estaño.14.2. Propiedades y aplicaciones del estaño.14.3. Aleaciones del estaño.

15. El volframio.15.1. Obtención del volframio.15.2. Propiedades y aplicaciones del volframio.15.3. Aleaciones del volframio.

16. El titanio.16.1. Obtención del titanio.16.2. Propiedades y aplicaciones del titanio.16.3. Aleaciones del titanio.

Técnicas de mecanizado, conformación y unión de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.

17. Introducción al mecanizado, conformación y unión de piezas metálicas.

18. Técnicas de mecanizado de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.18.1. Mecanizado con herramientas manuales.

18.1.1. El limado.18.1.2. El aserrado.18.1.3. El cincelado.

18.2. Mecanizado con máquinas herramientas.18.2.1. El cizallado.18.2.2. El aserrado.18.2.3. El taladrado.18.2.4. El torneado.18.2.5. El fresado.18.2.6. El rectificado.

19. Técnicas de conformado de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.19.1. Técnicas basadas en la fusión del metal.

19.1.1. El conformado por moldeo.◘ Moldeo por gravedad.◘ Moldeo por presión.

19.12. La extrusión.19.2. Técnicas basadas en deformaciones plásticas.

19.2.1. La forja.19.2.2. La estampación.19.2.3. La laminación.19.2.4. El trefilado.

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20. Técnicas de unión de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.20.1. Los elementos roscados.20.2. Los pasadores.20.3. Los remaches.20.4. La soldadura.

20.4.1. La soldadura heterogénea.◘ La soldadura blanda.◘ La soldadura dura.

20.4.2. La soldadura homogénea.◘ La soldadura por soplete o oxiacetilénica.◘ La soldadura por arco eléctrico.

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Tema 2. Los metales.

Los materiales férricos: clasificación, obtención y aplicaciones.

1. Introducción a los materiales férricos.En el año 3000 a. J.C. lo egipcios ya disponían de utensilios de hierro y en el 1000 a. J.C los griegos ya conocían tratamientos térmicos para endurecer el hierro.

Actualmente la producción de hierro y acero representa el 90 % de la producción mundial de metal, debido a que los materiales férricos tienen bajos costes de producción y excelentes propiedades respecto al resto de metales.

La actividad en Siderurgia es tan importante que se han desarrollado numerosos procedimientos para mejorar la calidad del producto final y abaratar los costes de producción.

2. Los materiales férricos.Los materiales férricos son normalmente una mezcla de hierro (Fe), carbono (C) y otros elementos, pues el hierro puro no tiene apenas aplicaciones industriales, dependiendo las propiedades de los materiales férricos de la proporción de carbono.

El carbono se encuentra mezclado con el hierro mayoritariamente como carburo de hierro (FeC), por eso a las aleaciones Fe-C se les llama a veces Fe-FeC, pudiendo clasificarles los materiales férricos en aceros o fundiciones.

Los aceros son materiales férricos que tienen un contenido entre el 0,03 y el 1,76 % de C, caracterizándose por ser forjables.Las fundiciones son materiales con un contenido entre el 1,76 y el 6,67 % de C, siendo materiales no forjables.

)(%67,6%76,1%03,0 puraCementitaCCC SFUNDICIONEACEROS → →

3. El hierro puro.El hierro prácticamente puro con un contenido de carbono menor al 0,008 % (r = 7,87 Tªf = 1538 º C) es un metal blanco azulado, dúctil, maleable, conductor de la electricidad y que se imanta fácilmente.

El hierro se obtiene a partir de óxidos de hierro presentes en la corteza terrestre como la hematina Fe2O3, la magnetita Fe3O4, la siderita FeCO3 y la limonita Fe2O3 X(H2O).

El hierro según la disposición interna de los átomos en la red cristalina existe en tres formas alotrópicas distintas, como hierro- a (hierro-alfa), como hierro- g (hierro-gamma) y como hierro- d (hierro-delta).

δγα HierroHierroHierro CC → → ≈≈ º1492º910

Las propiedades físicas de un material férrico dependen de la cantidad de carbono que posea y de la proporción de las distintas fases en equilibrio de ferrita, austenita, cementita o grafito.

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4. El arrabio.El arrabio es el material fundido producido en un alto horno obtenido a partir de una mezcla de mineral de hierro, de un combustible como coque, carbón vegetal o antracita y de un fundente, que es piedra caliza que elimina la ganga en forma de escoria fusible por diferencia volumétrica.

4.1. Los altos hornos.Un alto horno es un horno forrado con una capa de ladrillo refractario para soportar temperaturas altas, que tiene unas dimensiones de unos 8 m de diámetro y unos 28 a 38 m de altura cuyas partes son el tragante, la cuba, el vientre, los etalajes y el crisol, la cámara de fusión o solera.

El tragante es la abertura por la que se introduce la carga y se escapan los gases.La cuba es un tronco de cono ensanchado hacia abajo.El vientre es la parte cilíndrica de alto horno.Los etalajes es un tronco de cono ensanchado hacia arriba.El crisol, la cámara de fusión o solera es la parte cilíndrica inferior del alto horno que lleva las toberas que suministran el aire caliente en la parte superior y otras dos toberas por donde se extrae el arrabio y la escoria en la parte inferior.

4.2. La producción de arrabio.El arrabio se produce al forzar a pasar aire extremadamente caliente a 870 ºC a través de la mezcla de mineral de óxidos de Fe, coque y caliza, se quema el coque fundiendo el mineral de oxido de Fe depositando el metal fundido en el fondo y la escoria flotando encima de este por diferencia volumétrica.

El arrabio es un material férrico con un contenido en carbono del 2 %, que se obtiene al quemar el coque y reducir el hierro a forma metálica con el monóxido de carbono que se combina con los óxidos de hierro del mineral.

Fe 2 + CO 3 CO 3 + OFe 232 ⇒

Tragante

Vientre

Etalajes

Crisol

Cuba

Colada de arrabio

Colada de escoria

Tobera

Salida de gases

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5. El aceros.El acero es una aleación cristalizada de Fe-C con un contenido en C entre el 0,03 y el 1,76 % que se puede moldear, laminar y forjar, siendo más duro y resistente conforme aumenta el contenido de C.

5.1. La obtención de aceros.Los aceros se obtienen oxidando el arrabio para reducir el C disminuyendo el contenido del 2 % de C en el arrabio y eliminar las impurezas, siendo los métodos utilizados el horno convertidor Bessemer y Thomas, el horno convertidor de oxígeno o LD, el horno Martín y el horno eléctrico.

5.1.1. El horno convertidor Bessemer y Thomas.El convertidor Bessemer es un horno con un recubrimiento interior de ladrillos refractarios que tiene una forma de pera con abertura troncocónica, que se utiliza para arrabios con poco contenido de P.

El proceso de obtención de acero se produce por oxidación al atravesar el arrabio por una corriente de aire que oxida las impurezas desprendiendo un calor que favorece el proceso y una reducción final muy rápida para evitar la solidificación introduciendo ferromanganeso (78 % Mn, 6,5 % Fe) y spiegel (20 % Mn, 6 % C, 2 % Si).

5.1.2. El horno convertidor de oxigeno o LD.El horno convertidor de oxígeno es otro horno de pera que puede afinar arrabios con porcentajes altos de P al introducir un chorro de oxígeno casi puro a alta presión (10 bar) mediante una lanza con punta refrigerada por agua, que consigue oxidar el carbono y las impurezas del arrabio en unos 50 minutos mas o menos.

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5.1.3. El horno Martín.El horno Martín oxida el arrabio a partir del oxigeno de la chatarra de hierro o mineral que se adiciona al arrabio.

5.1.4. El horno eléctrico.El horno eléctrico es un horno que funciona con energía eléctrica para producir acero inoxidable y aceros aleados con especificaciones muy exigentes a partir de chatarra.

Una vez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la superficie del metal que produce un arco eléctrico que recorre el metal, de forma que la resistencia del metal al flujo de corriente funde el metal por efecto Joule P= I2·R, con intensidades altas de 1200 A a unas tensiones de 40 V.

En las primeras fases se inyecta oxígeno de alta pureza con una lanza.

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5.2. La clasificación y aplicaciones de los aceros.

5.2.1. La clasificación de los aceros.Los aceros se clasifican según los elementos componentes en aceros ordinarios o aceros aleados.

◘ Los aceros ordinarios.Los aceros ordinarios son los que tienen Fe, C y otros elementos ordinarios necesarios para su obtención como Mg, P, Si, y S.

Los aceros ordinarios con contenido bajo de carbono, es decir, menores al 0, 3 % son aceros conformables que se utilizan para alambres y tornos caracterizándose por no soldarse bien.Los aceros ordinarios con contenido medio de carbono, es decir, entre el 0, 3 y el 0,8 % son aceros más resistentes y duros, pero menos conformables y tenaces.Los aceros ordinarios con contenido alto de carbono, es decir, mayores al 0, 8 % son aceros resistentes y duros que se utilizan para herramientas de corte.

◘ Los aceros aleados.Los aceros aleados son los que no tienen algún elemento ordinario o tienen algún elemento extraordinario no necesarios para su obtención, pudiendo ser aceros de baja aleación cuando la suma de los elementos introducidos es menor al 8 % y aceros de alta aleación cuando la suma de los elementos introducidos es mayor al 8 %.

Algunos de los elementos añadidos a los aceros aleados son el Ni, el Cr, el Mo, el Wolframio, el Mn y el Pb.

El Ni aumenta resistencia mecánica y a la corrosión, como es el caso del acero Invar que con un contenido de 36 % de Ni no dilata.El Cr aumenta la resistencia mecánica y a la corrosión para aceros inoxidables.El Mo proporciona dureza a temperaturas elevadas.El Wolframio proporciona dureza a temperaturas elevadas.El Mn aumenta la dureza y resistencia al desgaste, empleándose en herramientas de minería.El Pb mejora la mecanizabilidad.

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5.2.2. Las aplicaciones de los aceros.Las principales aplicaciones de los aceros son aceros para la construcción, aceros de herramientas, aceros para empleo en caliente o refractarios y aceros inoxidables.

◘ Los aceros para construcción.Los aceros empleados en construcción son aceros ordinarios, que aunque son menos resistentes que los aceros aleados tienen un menor coste económico, salvo en algunas piezas específicas que se usan aceros aleados.

En construcción cuando se usan aceros aleados son aceros de baja aleación ultraresistentes que tienen una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono debido a que reciben un tratamiento especial siendo más baratos que los aceros aleados convencionales.

En arquitectura se utilizan aceros aleados brillantes para decoración de superficies.

◘ Los aceros de herramientas.Los aceros empleados para herramientas son aceros aleados debido a elementos que les proporcionan resistencia, dureza y durabilidad como el wolframio y molibdeno.

◘ Los aceros para empleo en caliente o refractarios.Los aceros empleados para resistir altas temperaturas son los aceros aleados a los que se les añaden elementos como el Cromo y el Niquel, que les aumentan la resistencia estructural, a la corrosión y a la fluencia.

Los aceros para resistir altas temperaturas se utilizan en válvulas de motores de explosión, aletas de turbina de vapor, turborreactores, etc.

◘ Los aceros inoxidables.Los aceros inoxidables son aceros aleados con elementos como Cr y Ni que aumentan la resistencia a la corrosión manteniéndolos brillantes.

Algunos aceros inoxidables son muy resistentes durante largos periodos a temperaturas extremas.

El acero inoxidable se utiliza en tuberías y tanques de refinerías de petróleo, en los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales, en la fabricación de instrumentos y equipos quirúrgicos, en cocinas y en elementos de de preparación de alimentos, etc. teniendo aplicaciones diversas y variadas.

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6. Las fundiciones.La fundición es un material férrico con un contenido de carbono entre el 1,76 y el 6,7 %, aunque en la práctica la fundición empleada tiene unas proporciones de C del 3 al 4 %.

La fundición tiene ventajas respecto al acero pues tiene una fabricación sencilla con temperatura de fusión más baja, se mecaniza mejor que el acero y tiene importantes aplicaciones resistentes (compresión, tracción, desgaste, absorber vibraciones, autolubricantes, resistencia a la oxidación) y tiene el inconveniente de que no se puede modelar, por lo que se obtienen la pieza directamente en moldes de arena, aunque con las nuevas fundiciones especiales si se puede.

6.1. La obtención de la fundición.El arrabio con un contenido de C de un 2 % es fundición, sin embargo, la fundición se obtiene de una segunda fusión en hornos de cubilote o reverbero y crisoles.

6.1.1. El horno de cubilote o de reverberoEl horno de cubilote o reverbero es un tubo vertical recubierto con material refractario que se llena hasta la mitad alternando capas de coque (combustible) y capas de hierro, por la que se introduce una corriente de aire cerca del fondo que enciende la capa inferior de coque de mayor espesor.

El fundente suele ser piedra caliza, espato o fluor que elimina las impurezas y protege de la oxidación.

6.1.2. El crisolEl crisol es un procedimiento antiguo para fundiciones no ferrosas.

6.2. La clasificación y aplicaciones de las fundiciones.Las fundiciones pueden ser fundiciones ordinarias, fundiciones aleadas y fundiciones especiales.

6.2.1. Las fundiciones ordinarias.Las fundiciones ordinarias son aquellas que contienen Fe, C y otros elementos ordinarios necesarios para su obtención como Mg, P, Si, y S, pudiendo ser una fundición blanca, fundición gris o fundición atruchada.

◘ La fundición blanca.La fundición blanca son aquellas donde el C se encuentra en forma de cementita (Fe3C) + perlita, que produce una fundición de superficies duras y resistentes al desgaste, que tienen su uso, en ruedas de automóviles, rodillos para granos, mandíbulas machacadoras, etc.

◘ La fundición gris.La fundición gris son aquellas donde el C se encuentra en forma de grafito (un carbono cristalizado, cristal = estructuras iguales ordenadas) + perlita + cementita o ferrita, que se mecaniza fácilmente, resiste la corrosión y el desgaste, es autolubricantes y amortigua las vibraciones, empleándose en zapatas de freno y camisas de pistones.

◘ La fundición blanca.La fundición blanca es una fundición intermedia entre gris y blanca que se caracteriza por la presencia simultánea de grafito y cementita, que genera superficies duras resistentes al desgaste.

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6.2.2. Las fundiciones aleadas.Las fundiciones aleadas son los que no tienen algún elemento ordinario o tienen algún elemento extraordinario no necesarios para su obtención, pudiendo ser fundiciones de baja aleación y fundiciones de alta aleación.

◘ Las fundiciones de baja aleación.Las fundiciones de baja aleación son aquellas en la que la suma de elementos es menor al 5 %, pudiendo ser fundiciones de alta resistencia, resistentes al desgaste, resistentes al calor y de gran dureza.

◘ Las fundiciones de alta aleación.Las fundiciones de baja aleación son aquellas en la que la suma de elementos es mayor al 5 %, pudiendo ser fundiciones de alta resistencia, resistentes al desgaste, resistentes al calor y de gran dureza.

6.2.3. Las fundiciones especiales.Las fundiciones especiales mejoran las deficiencias de las fundiciones ordinarias, pudiendo ser fundiciones maleables o fundiciones de grafito esferoidal.

◘ Las fundiciones maleables.Las fundiciones maleables presentan facilidad de moldeo, resistencia a la oxidación, autolubricación, además de permitir alargamientos de hasta de un 20 %.

Las fundiciones maleables se consiguen por grafitización o por descarburación, por grafitización mediante tratamiento térmico o método americano al transformar el carbono en grafito recocido llamado nódulos y por descarburación al eliminar el C por oxidación mediante tratamiento térmico-químico o método europeo.

◘ Las fundiciones de grafito esferoidal.Las fundiciones de grafito esferoidal aumenta la resistencia mecánica y la ductilidad de las fundiciones grises, obteniéndose formas esféricas al añadir un 20 % de Mg antes de la colada.

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Los materiales metálicos no férricos: clasificación, obtención y aplicaciones.

7. Introducción a los materiales no férricos.La producción de hierro y acero debido a las excelentes propiedades y a los bajos costes de producción representa el 90 % de la producción mundial de metal.

Los aceros no satisfacen exigencias como buena conductividad eléctrica, elevada relación resistencia/peso, facilidad de moldeo y mecanizado, aspecto ornamental y superficies no corrosibles a bajo coste, por lo que se ha tenido que recurrir a materiales no férricos.

Los materiales no férricos se emplean desde la Edad del Bronce, pero en los últimos años se han desarrollado aleaciones de estos materiales que han permitido avances espaciales, eléctricos, informáticos, etc.

Los metales no férricos más empleados son el cobre, el aluminio, el plomo, el cinc, el magnesio, el níquel, el estaño, el volframio y el titanio.

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8. El cobre.El cobre es uno de los metales más empleado por el hombre, siendo el más barato y común de los metales nobles.

8.1. Obtención del cobre.El cobre se obtiene por vía seca o por vía húmeda de minerales como la cuprita, la calcopirita, la malaquita y la calcosina.

8.1.1. Metalurgia por vía seca.La metalurgia por vía seca se emplea para los minerales con un contenido de cobre superior a un 15 %.

El proceso de extracción por vía seca se realiza mediante una concentración de mineral, una eliminación parcial del hierro, una oxidación para producir mata y un afino del cobre bruto en horno de reverbero.

El proceso de extracción por vía seca comienza concentrando el mineral de cobre sometiendo al mineral a un proceso de trituración y molienda para reducir el mineral a polvo, de forma que, por flotación se separa la ganga del mineral de cobre.

La eliminación parcial de hierro se realiza tostando parcialmente el mineral de cobre húmedo en un horno de reverbero con pequeñas cantidades de aire que oxida los sulfuros de hierro a óxidos de hierro liberándose dióxido de azufre que se aprovecha para producir ácido sulfúrico, dando un producto conocido como calcinado.

La oxidación para producir mata se realiza en un horno de reverbero al añadirle sílice y cal al calcinado anterior para que los óxidos de hierro se combinen con la sílice formando la escoria mientras se produce la mata blanca o sulfuro de cobre y hierro con una riqueza entre el 25 y el 45 %.

Finalmente se realiza un afino de cobre bruto eliminando las impurezas de la mata en un horno convertidor o por electrolisis.

El horno convertidor produce un metal de cobre con un 99 % de riqueza al oxidar el resto de los metales inyectando oxígeno en el líquido fundido para reducirlo después introduciendo en el baño carbón.

La electrolisis produce un metal de cobre con una pureza del 99,9 % de cobre al utilizar el cobre del horno convertidor como ánodo y unas láminas de cobre puro como cátodo sumergidas en un baño electrolítico de ácido sulfúrico y sulfato de cobre donde se disuelven o precipitan las impurezas.

8.1.2. Metalurgia por vía húmeda.La metalurgia por vía húmeda se emplea para los minerales con un contenido de cobre superior a un 3 %.

La extracción por vía húmeda se produce al disolver el mineral en una solución de ácido sulfúrico o ácido férrico que disuelve el cobre del mineral pero no disuelve las impurezas, de forma que, posteriormente por electrolisis se puede precipitar el cobre y recuperar el ácido.

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8.2. Propiedades y aplicaciones del cobre.El cobre es un metal de color rojo, dúctil, maleable, con buena conductividad térmica y eléctrica y una elevada resistencia a la corrosión.

La conductividad eléctrica y ductilidad convierten al cobre en un material ideal para la fabricación de cables de conducción eléctrica, en instalaciones, motores, etc.

La conductividad térmica y maleabilidad convierten al cobre en un material ideal para la fabricación de elementos transmisores de calor, como intercambiadores, radiadores, etc.

La elevada resistencia a la corrosión convierte al cobre en un excelente material para la construcción de recipientes y tuberías para la industria química.

8.3. Aleaciones de cobre.Las aleaciones más importantes de cobre son el latón y el bronce.

8.3.1. Latones.El latón es una aleación de cobre con cinc mezclado en una proporción de cinc entre el 10 y el 45 % que se caracteriza por ser un metal más duro que el cobre, dúctil y maleable.

Los latones se emplean para fabricar telas metálicas, tubos, barras y tuercas.Al latón se le pueden adicionar otros elementos en pequeñas proporciones para mejorar las propiedades como Al, Ni o Pb conociéndose a estos como latones especiales.

8.3.2. Bronces.El bronce es una aleación de cobre con cinc mezclado en una proporción de cinc el 2 y el 22 % que tienen mayor calidad que el latón, pero resulta más dificultoso de mecanizar.

El bronce puede tiene distintas propiedades según el porcentaje de estaño que tenga. Los bronces más importantes son el bronce alfa, el bronce de cañón, el bronce de campana y los bronces especiales.

El bronce según la proporción de cinc que contenga puede ser blando, dúctil y maleable empleándose para la fabricación de alambres, chapas, monedas, etc., muy resistente empleándose para la fabricación de engranajes y cojinetes.Al bronce se le pueden adicionar otros elementos en pequeñas proporciones como Al, Ni o Pb conociéndose a estos como bronces especiales, por ejemplo, añadiéndole plomo mejoramos la mecanización.

8.3.3. Otras aleaciones.Otras aleaciones se producen al adicionar aluminio y berilio al cobre.

La aleación de cobre-aluminio se emplea para piezas sometidas a desgaste y fatiga, como tornillos o ruedas dentadas.La aleación de cobre-berilio es una aleación de alta conductividad eléctrica para la fabricación de contactos eléctricos.

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9. El aluminio.El aluminio es un metal más abundante de la corteza terrestre (8,13 %), formando parte de minerales como la bauxita, que el un óxido de aluminio impuro hidratado del que se puede extraer aluminio comercialmente.

9.1. Obtención del aluminio.El aluminio se obtiene mediante el método Bayer en dos fases, en una primera fase de preparación de la alúmina y una segunda fase de electrólisis de la alúmina.

En la fase de preparación de la alúmina la bauxita se transforma en alúmina (Al2O3) al someterla a una molienda y se mezcla con sosa cáustica, cal y vapor de agua sobrecalentado, de forma que, provoca la disolución del óxido de aluminio en la sosa pudiéndose eliminar las impurezas de mineral por decantación debido a que estas no se disuelven.

Posteriormente, se añade agua a la disolución para provocar la precipitación del óxido de aluminio y separarlo de la sosa en la que estaba disuelto. El producto así obtenido recibe el nombre de alúmina sometiéndose a un proceso de calcinación a 1200 ºC para eliminar el exceso de agua.

La fase de afino electrolítico se produce al someter a la alúmina a un proceso electrolítico que separa el aluminio del oxígeno en un baño de criolita que actúa como disolvente de los iones Al (+) y O (-) de la alúmina.

El oxígeno forma monóxido y dióxido de carbono con el carbono presente en el polo positivo de carbón desprendiéndose a la atmósfera, mientras que el aluminio puro se deposita en estado fundido en el fondo de la cuba que actúa de polo negativo o cátodo, de la que se extrae por medio de una cuchara.

La electrólisis del aluminio consume mucha energía, una tonelada de aluminio requiere unos 22 000 Kwh.

9.2. Propiedades y aplicaciones del aluminio.El aluminio es un metal de color blanco débilmente azulado, muy blando, de baja densidad, con alta conductividad eléctrica, muy dúctil y muy maleable, que al contacto con el aire se cubre rápidamente de una capa del orden de centésimas de micra totalmente compacta que impide la oxidación posterior del resto de la masa metálica.

El principal inconveniente del aluminio es la dificultad para soldarse debido a la capa de óxido que lo recubre, de forma que, para soldar el aluminio hay que utilizar una pistola de soldadura eléctrica provista de un electrodo de volframio que inyecta gas inerte argón para evitar la oxidación durante el proceso.

El aluminio sea de baja densidad de 1/3 de acero se emplea en la fabricación de elementos ligueros como aviones, automóviles, trenes, bicicletas, etc.

La alta maleabilidad lo hace un material especialmente útil para la fabricación de chapas en caliente o en frió de diferente grosor pudiendo en frío alcanzar espesores finos como el papel aluminio.

Por su baja densidad, su ductilidad y su conductividad relativamente alta el aluminio es un sustituto del cobre en cables eléctricos de gran longitud.

La resistencia del aluminio a la corrosión por el agua de mar también lo hace útil para fabricar cascos de barco y otros mecanismos acuáticos y el empleo en construcción, como ventanas, etc. y en utensilios de cocina, etc.

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Tema 2. Los metales. -13-

9.3. Aleaciones del aluminio.Por tratarse de un material muy blando, para su uso industrial se alea con otros metales, como el cobre, el magnesio, el silicio, el níquel y el cobalto, obteniéndose aleaciones ligeras en las que el aluminio puro está en proporciones entre el 85 y el 99 mejorando las cualidades del aluminio en cuanto a dureza, resistencia mecánica y facilidad de mecanizado.

La aleación con cobre se conoce con el nombre de duraluminio cuando el cobre esta en una proporción de 4,5 % que es una aleación resistente a la corrosión, de elevada dureza y gran resistencia mecánica empleándose en la construcción, en ferrocarriles, automóviles y especialmente en aviación pudiéndose deformar por tratamientos mecánicos de forjado, laminado, etc.

La aleación con magnesio son aleaciones más ligeras que el propio aluminio por lo que se emplean debido a sus buenas propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión para la fabricación de estructuras resistentes en las industrias aeronáutica y naval.

La aleación con silicio endurece al aluminio aumentando la fluidez de colada en fluidez inyectable y la resistencia al choque teniendo baja dilatación y alta conductividad térmica y eléctrica lo que lo hace especialmente aplicable en la construcción de motores.

La aleación con níquel y cobalto conocida abreviadamente como alnico, se utiliza para fabricar imanes permanentes.

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Tema 2. Los metales. -14-

10. El plomo.El plomo es uno de los metales más conocidos por el ser humano desde las civilizaciones antiguas. El plomo se encuentra en la naturaleza como sulfuro de plomo (PbS) formando parte de un mineral llamado galena, que además contiene otros elementos de sulfuros de hierro y cinc que se separan por flotación.

10.1. Obtención del plomo.La obtención industrial de plomo consiste básicamente en reducir la galena y separar el plomo de los metales que lo acompañan mediante un proceso de tostación, reducción por fusión y afino.

La fase de tostación consiste en la mezcla de la galena con sílice, caliza y material fundente en presencia de aire para reducir el sulfuro de plomo se convierte en óxido de plomo eliminando el azufre.

La fase de fusión es un proceso en un horno alto con coque, caliza y fundente donde se insufla una corriente de aire a altas temperaturas que reducen el óxido de plomo a plomo metálico impurificado, aunque parte de las impurezas se funden con la caliza formando la escoria.

La fase de afino consiste en la separación de los metales que acompañan al plomo por descobrizado, procedimiento Harris, y por afino electrolítico.El plomo se descobriza añadiendo azufre en polvo sobre plomo líquido batido con brea a 330 ºC eliminándose en forma de escoria.El procedimiento Harris se oxida el arsénico, estaño y antimonio con una mezcla de sosa cáustica y cloruro de sodio a 400 ºC.El afino electrolítico se hace con plomo que contiene bismuto.

10.2. Propiedades y aplicaciones del plomo.El plomo es un mineral de color gris azulado, maleable, de densidad elevada, frágil (rompiéndose fácilmente en cubitos). La capa de óxido impide que el proceso se propague al interior de la masa metálica.

La elevada densidad lo hace opaco a las radiaciones electromagnéticas, por lo que se utiliza como escudo protector en instalaciones médicas de radiología y en centrales nucleares.

Se usa como aditivo en la industria del vidrio, al que confiere mayor peso y dureza. Esta característica le hace especialmente útil en la industria de producción de lentes.

Las aleaciones de estaño y plomo se utilizan como material de aportación en la denominada soldadura blanda. Si se le añade algo de antimonio, se le confiere mayor dureza.

10.3. Aleaciones del plomo.El plomo se combina con antimonio o con estaño.

10.3.1. Aleaciones de plomo-antimonio.La adicción del antimonio (Sb) al plomo mejora la resistencia, la dureza, el límite de fatiga, la fluencia y la resistividad.

10.3.2. Aleaciones del plomo-estaño.La adicción de estaño (Sn) al plomo aumenta la resistencia al desgaste empleándose en cojinetes donde las velocidades y las cargas no sean excesivas.

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Tema 2. Los metales. -15-

11. El cinc.El cinc es el tercer metal no ferroso más empleado superado por el aluminio y el cobre.

11.1. Obtención del cinc.La mena principal de cinc se obtiene de la blenda, la smitinsonita y la willemita. La extracción del cinc se hace por vía seca o por vía húmeda.

11.1.1. Metalurgia por vía seca.La vía seca somete al mineral a una fase de tostación para obtener óxido de cinc en una fase posterior se somete a una reducción en un horno con ayuda de carbón obtenido un metal que se afina posteriormente por procedimientos electrolíticos.

11.1.2. Metalurgia por vía húmeda.La vía húmeda más reciente consiste en tratar el mineral triturado con una disolución de ácido sulfúrico que hace que el cinc se disuelva en forma de sulfato de cinc y las impurezas precipitan. La disolución se trata más tarde por métodos electrolíticos para recuperar el cinc.

11.2. Propiedades y aplicaciones del cinc.El cinc es un metal de color blanco azulado, brillante, frágil en frío y relativamente blando, resistente y maleable

El cinc es inalterable al aire seco, pero el aire húmedo lo oxida con una capa de óxido que lo protege de una oxidación más profunda.

El cinc resiste la acción de los ácidos ni de los agentes alcalinos.

La resistencia y maleabilidad hace que el 50 % de cinc se utilice tradicionalmente para laminarlo en forma de planchas planas u onduladas para cubiertas, cañerías y canalones.

El 30 % de cinc se emplea en procesos de galvanizado para recubrimiento de piezas de hierro y acero, que mediante galvanizado electrolítico con un gran consumo energético se recubre a las piezas de una delgada capa de cinc, de 10 o 12 p, que las protege de la corrosión.

El resto del cinc se emplea en aleaciones importantes de latones, la alpaca (aleación de cobre, níquel, cinc y estaño) o en procesos químicos, pinturas, etc.

11.3. Aleaciones del cinc.El cinc participa en aleaciones sin ser el elemento más abundante como el latón o la alpaca.

Las aleaciones de cinc como elemento principal se realiza añadiéndole en pequeña proporción varios elementos como aluminio, magnesio y cobre conociéndose como Zamak o calaminas que generan materiales resistentes mecánicamente, resistentes a la corrosión y duros aplicándose en la fabricación de manezuelas o manivelas de automóviles y en cojinetes.

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Tema 2. Los metales. -16-

12. El magnesio.El magnesio ocupa el sexto lugar en abundancia natural entre los elementos de la corteza terrestre.

El magnesio existe en la naturaleza en combinación química formando parte de minerales como la carnalita, la dolomita y la magnesita, en silicatos constituyentes de rocas y en sales como el cloruro de magnesio presente en el mar y en los lagos salinos.

12.1. Obtención del magnesio.El magnesio se obtiene por tratamiento térmico y por electrólisis.

El tratamiento térmico es un proceso que se aplica a los silicatos y carbonatos de magnesio se someten a elevadas temperaturas en un horno eléctrico con agentes reductores de oxígeno para liberar el magnesio metálico.

La electrólisis se aplica al cloruro de magnesio fundido en una cuba que hace de cátodo y en la que se introduce una barra de carbón que hace de ánodo. El magnesio liberado en estado de fusión, como es menos denso que el cloruro, queda flotando sobre éste, se retira por medio de una cuchara y se vierte en moldes.

12.2. Propiedades y aplicaciones del magnesio.El magnesio es un metal de color blanco brillante, inflamable, muy ligero (es el metal más ligero exceptuando al berilio), blando, maleable y poco dúctil. El oxígeno, el agua o los álcalis no atacan al metal a temperatura ambiente y si los ácidos y la humedad.

La combustión casi explosiva determinó su utilización como flash de las antiguas cámaras fotográficas, empleándose en la actualidad en lámparas relámpago y en pirotecnia.

El magnesio se utiliza como agente reductor para obtener otros metales, como el titanio, el circonio el tántalo y el uranio, a partir de sus cloruros y como desulfurante y para la obtención de la fundición modular.

Por su densidad extraordinariamente baja forma aleaciones ultraligeras (de densidad inferior a 2 000 kg/m3) con otros metales, como el manganeso, el cinc y el aluminio empleadas en la industria aeronáutica y en la fabricación de bicicletas, automóviles y motocicletas de competición.

Las aleaciones ultraligeras se clasifican en aleaciones para fundición y aleaciones para forja, destacando en forja la aleación magnam (1 % a 2 % de manganeso), la magzin (2 % a 3 % de cinc) y la magal (7 % a 9 % de aluminio).

12.3. Aleaciones del magnesio.El magnesio normalmente forma aleaciones con Al, Zn, Mn.

El aluminio aumenta la resistencia mecánica, la dureza y la aptitud.El cinc mejora la capacidad de deformación permanente, la aptitud en el moldeo y la resistencia a la corrosión.El manganeso mejora la resistencia a la corrosión y aumenta la soldabilidad, pudiendo haber aleaciones para moldeo como el fumagal o para forja como el magal.

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Tema 2. Los metales. -17-

13. El níquel.El níquel es un metal duro, maleable y dúctil, con un intenso brillo. El níquel es un material muy importante en ingeniería por su elevada resistencia a la corrosión y oxidación a altas temperaturas, muy maleable, duro, dúctil, denso, resistente y conduce corriente eléctrica. Es soluble en ácido nítrico diluido, y se convierte en pasivo (no reactivo) en ácido nítrico concentrado. No reacciona con los álcalis.

13.1. Obtención del níquel.El níquel se extrae de minerales como la magnetopirita, la niquelita, que es una mezcla de sulfuros de hierro, níquel y cobre, y la garnierita que un silicato hidratado de níquel y magnesio.

Para obtener níquel metálico se sigue un proceso similar al del cobre: primero, se tritura y muele el mineral y se separan los sulfuros por flotación,, después, se tuesta la mezcla hasta obtener la mata de óxido de níquel; posteriormente, se reduce éste con carbono y, finalmente, se afina el metal por métodos electrolíticos, utilizando ánodos de níquel impuro y cátodos formados por láminas de níquel puro.

13.2. Propiedades y aplicaciones del níquel.El níquel es un metal de color blanco brillante, medianamente duro, tenaz, dúctil y maleable que junto con el hierro y el cobalto, forma el grupo de materiales ferromagnéticos.

El níquel no se suele utilizar en estado puro, empleándose frecuente en aleaciones.

Es muy resistente a la corrosión, tanto de los agentes atmosféricos, como de los ácidos y las sustancias alcalinas empleándose en la industria alimentarla y en la química para el revestimiento electrolítico de chapas de acero dulce conociéndose al método como niquelado.

El níquel puro por su buena resistencia y conductividad eléctrica también se utiliza en elementos eléctricos y electrónicos.

13.3. Aleaciones del níquel.

El níquel se usa principalmente en aleaciones, y aporta dureza y resistencia a la corrosión en el acero volviendolo inoxidable. El acero de níquel, que contiene entre un 2% y un 4% de níquel, se utiliza en piezas de automóviles, como ejes, cigüeñales, engranajes, llaves y varillas, en repuestos de maquinaria y en placas para blindajes. Algunas de las más importantes aleaciones de níquel son la plata alemana, el invar con un coeficiente de dilatación prácticamente nulo, el monel y el nicromo. El níquel es también un componente clave de las baterías de níquel-cadmio.

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Tema 2. Los metales. -18-

14. El estaño.Aunque es conocido desde la Antigüedad, durante mucho tiempo se le consideró como una variante del plomo.

14.1. Obtención del estaño.El estaño se extrae básicamente de un mineral denominado casiterita muy impuro con proporciones menores al 4 %.

El proceso de obtención pasa por un enriquecimiento de metal por concentración triturándolo, lavándolo, tostándolo y lavándolo ácido sulfúrico obteniéndose un producto con el 70 % de óxido de estaño.

Posteriormente, el óxido de estaño se reduce con antracita en un horno de reverbero mediante tostación para eliminar los sulfuros que pueda contener quedando el estaño fundido en el fondo.

Finalmente el proceso de afino en una cuba electrolítica acaba de limpiarlo de impurezas.

14.2. Propiedades y aplicaciones del estaño.El estaño es un metal de color blanco brillante, muy blando, de es. estructura cristalina, poco dúctil pero muy maleable.

Puede ser laminado en finas planchas, que forman el papel de estaño. El papel de estaño fue utilizado antes de la Segunda Guerra Mundial como embalaje de alimentos. En la actualidad ha sido sustituido con ventaja por el papel de aluminio, por su menor coste económico.

Por su resistencia a la oxidación, casi la mitad de la producción mundial de estaño se emplea como recubrimiento electrolítico de otros metales, por ejemplo, el acero. De este modo se obtiene la hojalata.

14.3. Aleaciones del estaño.• Los diversos tipos de bronces, en los que participa en proporciones inferiores al 25 %.

• El denominado metal blanco (aleación de cobre, estaño 80-90 % y plomo), empleado en la fabricación de cojinetes.

• Las aleaciones fusibles, utilizadas para construir componentes eléctricos de control, y la soldadura blanda, formada a base de estaño y plomo.

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Tema 2. Los metales. -19-

15. Volframio.El mineral básico del que se extrae el volframio es precisamente la volframita, sustancia que además contiene hierro y manganeso y de la, que España es el principal productor europeo.

15.1. Obtención del volframio.El volframio se extrae de su mena se fundiendo la volframita con carbonato de sodio para formar volframato de sodio que se extrea con agua caliente al ser soluble y se trata con ácido clorhídrico para conseguir ácido volfrámico, que se oxida para posteriormente reducirlo con una corriente de hidrógeno en un horno eléctrico. El fino polvo obtenido se recalienta en moldes en una atmósfera de hidrógeno, y se prensa en forma de barras que se enrolan y martillean a alta temperatura para hacerlas compactas y dúctiles.

15.2. Propiedades y aplicaciones del volframio.El wolframio es un metal de color gris acerado, muy duro y pesado y de buena conductividad eléctrica.

Los principales usos del volframio son los filamentos de las lámparas incandescentes, los alambres en hornos eléctricos y la producción de aleaciones de acero duras y resistentes. También se utiliza en la fabricación de bujías de encendido, contactos eléctricos, herramientas de corte y placas en tubos de rayos X.

15.3. Aleaciones del volframio.Asociado con el carbono, forma carburo de wolframio, de extraordinaria dureza. para fabricación de herramientas de corte y de matrices de trabajos en caliente.

Junto al cromo, el níquel y el cobalto, se emplea para obtener aceros imantados.

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16. Titanio.El titanio se encuentra en casi todas las rocas de origen volcánico que contienen hierro, siendo su mineral más común es el rutilo que es dióxido de titanio criolizado.

16.1. Obtención del titanio.Para obtener el óxido de titanio se tritura el mineral y se mezcla con carbonato de potasio y ácido fluorhídrico produciendo fluorotitanato de potasio (K2TiF6). Éste se destila con agua caliente y se descompone con amoníaco. Así se obtiene el óxido hidratado amoniacal, que se inflama en un recipiente de platino produciendo dióxido de titanio (TiO2). Para obtener el titanio en forma pura, se trata el óxido con cloro, con lo que se obtiene tetracloruro de titanio, un líquido volátil; después se reduce ese líquido con magnesio en una cámara de hierro cerrada para producir titanio metálico. Por último se funde el metal y se moldea en lingotes.

16.2. Propiedades y aplicaciones del titanio.El titanio es un metal de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y de gran resistencia mecánica. El metal es extremadamente frágil en frío, pero es muy maleable y dúctil al rojo vivo moderado

Por su densidad relativamente baja y su resistencia mecánica, se utiliza para la construcción del fuselaje de aviones, cohetes y lanzaderas espaciales, ya que sus aleaciones resultan más duras que las del aluminio, a igualdad de peso.

16.3. Aleaciones del titanio.Sus aleaciones resultan particularmente duras y resistentes. El carburo de titanio, especialmente refractario, se utiliza en la fabricación de aletas de turbinas, en la industria aeroespacial y en herramientas de corte.

Mezclado con carburo de volframio y añadiendo algo de cobalto y níquel, se emplea en la fabricación de hileras de extrusión y muelas de afilado.su peso ligero, el titanio se usa en aleaciones metálicas y como sustituto del aluminio. Aleado con aluminio y vanadio, se utiliza en los aviones para fabricar las puertas de incendios, la capa exterior, los componentes del tren de aterrizaje, el entubado hidráulico y las protecciones del motor. Los álabes del compresor, los discos y los revestimientos de los motores a reacción también están hechos de titanio

La relativa inercia del titanio le hace eficaz como sustituto de los huesos y cartílagos en cirugía, así como para las tuberías y tanques que se utilizan en la elaboración de los alimentos. Se usa en los intercambiadores de calor de las plantas de desalinización debido a su capacidad para soportar la corrosión del agua salada. En metalurgia, las aleaciones de titanio se usan como desoxidantes y desnitrogenantes para eliminar el oxígeno y el nitrógeno de los metales fundidos. El dióxido de titanio (conocido como titanio blanco), es un pigmento blanco y brillante que se utiliza en pinturas, lacas, plásticos, papel, tejidos y caucho.

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Tema 2. Los metales. -21-

Técnicas de mecanizado, conformación y unión de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.

17. Introducción al mecanizado, conformación y unión de piezas metálicas.Las técnicas de mecanizado, conformación y unión de piezas permiten producir productos y útiles de consumo a partir de materiales o materias primas.

La técnica más adecuada para la realización de un producto depende del coste de fabricación del producto, del tipo de material empleado, de las dimensiones del material y de las herramientas y máquinas que dispongamos para su producción.

Hoy en día disponemos de un grado de tecnificación tan avanzado que permite fabricar un mismo producto mediante diversos procedimientos.

18. Técnicas de mecanizado de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.El mecanizado es una técnica que consiste en la eliminación de material sobrante en forma de virutas, recortes o limaduras según el procedimiento empleado para obtener el producto final.

El mecanizado es una técnica costosa para la fabricación de productos debido a que, además del consumo de energía que se produce en las máquinas hay que añadir la pérdida del material que se produce durante el proceso de mecanizado.

El mecanizado puede realizarse con herramientas manuales o con máquinas herramientas.

18.1. Mecanizado con herramientas manuales.Las herramientas manuales mecanizan mediante limado, aserrado y cincelado.

18 .1.1. Limado. El limado es una operación manual que cambia la forma o superficie de una pieza al cortar pequeñas virutas con unos dientes diminutos tallados en la superficie de una herramienta denominada lima.

El limado se realiza en primer lugar mediante un desbastado con lima basta que arranca gran cantidad de material y se finaliza mediante un pulido con lima fina que arranca poca cantidad de material dando el aspecto final a la pieza.

La lima es una barra de forma cuadrada, rectangular, redondeada o de media caña fabricada de acero templado cuya superficie se encuentra estriada, que acaba en un extremo en punta para introducirse por los huecos y acaba en el otro extremo en una empuñadura a la que se acopla un mango para ser manejada.

El proceso de limado se efectúa sujetando previamente la pieza a un torno sin que sobresalga excesivamente de este para evitar vibraciones. Posteriormente se adelanta el pie izquierdo y se coge la lima con la mano derecha por el mango y se apoya la mano izquierda en la punta de la lima para ejercer presión sobre la pieza. Finalmente se procede a limar arrastrando la lima sobre el cuerpo, acompañando el movimiento de la lima balanceando el tronco.

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18 .1.2. Aserrado. El aserrado es una operación manual para conseguir formas y dimensiones adecuadas que se realiza cortando el material total o parcialmente con un útil denominado sierra.

La sierra consta de un mango solidario a un arco que tracciona una cinta flexible de acero denominada hoja.La hoja dispone de dientes triangulares doblados alternativamente a izquierda y derecha, para garantizar un corte de espesor mayor que el espesor de la hoja, impidiendo que el roce de la hoja con la ranura de corte impida serrar.

Previamente, a l serrado se señala con una ranura el lugar del corte con una lima para guiar la hoja de la sierra. Posteriormente se procede a aserrar adelantando el pie izquierdo y se sujeta el mango de la sierra con la mano derecha y se agarra el arco con la mano izquierda. Finalmente se desliza la sierra con una inclinación de hoja entre 20 y 30º apretando ligeramente en el avance y no ejerciendo presión en el retroceso.

18.1.3. Cincelado.El cincelado es una operación que arranca trozos de material por cortes con un cincel al ser golpeado por un martillo.

El cincel es una herramienta prismática dotada de filo.

18.2. Mecanizado con máquinas herramientas.Las máquinas herramientas son máquinas que disponen de una herramienta de corte accionada por una fuente de energía exterior que desprendiendo grandes cantidades de material durante cizallado o aserrado, virutas de material durante torneado, taladrado o fresado o limas de material durante el rectificado.

18.2.1. Cizallado.El cizallado es una operación mecánica para separar material partes de material útil para después ser conformado mediante un corte rectilíneo con unas herramientas que disponen de unos filos que trabajan unos contra otros.

Las principales herramientas de cizallado son la cizalla y la guillotina.

La cizalla es una tijera manual o palanca de primer género empleada para cortar chapas delgadas. La técnica para manejar la cizalla realizar el mínimo esfuerzo es utilizar unos brazos lo más largos posibles y colocar la pieza a cortar lo más cerca posible de la articulación.

La guillotina es una bancada con unas cuchillas que cortan chapas gruesas apoyadas en una mesa.

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18.2.2. Aserrado.El aserrado con máquina herramienta se realiza cuando la cantidad de material a cortar es tan grande que no es rentable hacerlo de forma manual.

El aserrado se realiza con máquinas de sierra circular, de cinta sin fin o alternativa.La máquina de sierra circular es un disco dentado que gira sobre un eje de giro, pudiéndose regular la velocidad de giro, la profundidad de corte y la inclinación del disco.La máquina de sierra de cinta sin fin utiliza una lámina dentada continua impulsada por fricción de unas poleas moviéndose siempre en el mismo sentido.La máquina de sierra alternativa es una hoja gruesa dentada sujetada por un extremo que corta por un movimiento lineal alternativo de ida y vuelta.

18.2.3. Taladrado.El taladrado es una operación que tiene como finalidad realizar agujeros cilíndricos en piezas para alojar tornos, remaches, pasadores o conductos para dar paso a gases o líquidos, etc.

La taladradora es una máquina aloja un motor normalmente eléctrico que transmite un momento torsor a un portabrocas donde se inserta una broca.

Una broca que es una barra de acero templado cuyo extremo distal acaba en un filo helicoidal que penetra por corte circular de virutas en el material al girar la broca sobre su eje longitudinal, las virutas se eliminan por unas acanaladuras helicoidales. La broca es distinta según el material empleado, en este caso se utiliza una broca metálica a una velocidad de giro que depende de la dureza del material a taladrar.

Previamente a taladrar se sujeta la pieza sobre la mesa con mordazas y se puntea con una broca o granete el lugar del taladro. Posteriormente con una broca de diámetro ligeramente inferior al diámetro deseado se realiza el agujero presionando la broca contra el material. Finalmente se repasa el taladro con una broca especial que recibe el nombre de escariador.

18 .2.4. Torneado. El torneado es una operación mecánica que labra una pieza en revolución arrancando virutas con una cuchilla en una máquina denominada torno, siendo un proceso económico debido a que el arranque de virutas se produce de forma continua.

El torno es una máquina herramienta que gira una pieza de revolución y que dispone de una cuchilla que posee un movimiento de penetración para arrancar viruta y otro de desplazamiento paralelo a la pieza para posicionarse.

El torneado se utiliza para realizar superficies circulares a piezas simétricas respecto al eje de giro, como bulones, casquillos o formas ovales.

A la hora de tornear hay que tener en cuenta aspectos como el ángulo de incidencia entre la cuchilla y el material o el ángulo de salida de la viruta y emplear un refrigerante, que normalmente es la taladrina, que es un aceite soluble emulsionado con agua al 10 % que lubrica y refrigera evitando el desgaste excesivo al evacuar el calor generado.

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18 .2.5. Fresado. El fresado es una técnica de mecanizado para productos donde haya que realizar superficies planas o productos complejos, como ruedas dentadas, levas o figuras geométricas por arranque de virutas con unos elementos de corte llamados fresas en las fresadoras.

La fresa es una herramienta de corte de filos múltiples que gira a gran velocidad arrancando virutas de metal en una máquina llamada fresadora. La fresa permanece en una posición desplazándose el material a mecanizar a la fresa.

18.2.6. Rectificado.El rectificado es una operación de conformación de piezas al eliminar material sobrante de centésimas de milímetro mediante un movimiento de rotación de una herramienta denominada muela, que se emplea para acabado de superficies mecanizadas previamente o para mecanizar piezas de gran dureza artificial.

Las muelas son herramientas de forma cilíndrica o troncocónica compuesta por granos abrasivos duros afilados unidos por material aglomerante que desgastan el material sobrante por fricción.

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19. Técnicas de conformado de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.Las técnicas de conformado de piezas metálicas son unos procedimientos para dar forma a los productos sin se produzca pérdida de material.

Las técnicas de conformación se basan en la fusión de metal en estado líquido para que se adapte a una cavidad o forma o en deformación plásticas del material en estado sólido.

19.1. Técnicas basadas en la fusión del metal.Las principales técnicas basadas en la fusión del metal como su nombre indican son aquellas en las que el metal se funde a estado líquido.

Las principales técnicas basadas en la fusión del metal son el conformado por moldeo y la extrusión.

19.1.1. Conformado por moldeo.El conformado por moldeo se produce al solidificarse el metal fundido dentro de la cavidad de un molde.

Un molde es un recipiente constituido por distintas piezas que generan una cavidad que tiene la misma forma que el producto que se quiere obtener, de forma, que se producen productos al solidificarse el metal fundido en la cavidad.

El conformado por fusión y moldeo se divide en moldeo por gravedad y moldeo por presión.

◘ Moldeo por gravedad.En el moldeo por gravedad el líquido fundido se pega a las paredes del molde por la acción de la gravedad.

◘ Moldeo por presión.En el moldeo por gravedad el líquido fundido se pega a las paredes del molde por una presión que se ejerce contra el, por fuerza centrífuga o por inyección de un pistón que ejerce presión sobre el líquido.

19.1.2. Extrusión.La extrusión consiste en obligar a pasar mediante potentes prensas hidráulicas a un metal blando caliente a través de un orificio provisto de una boquilla cuya sección es igual a la del perfil que se quiere obtener.

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19.2. Técnicas basadas en deformaciones plásticas.La conformación por deformación se produce al someter los metales blandos y dúctiles (el acero laminado, el aluminio y el latón) a la acción de fuerzas que vencen el límite de elasticidad generando deformaciones plásticas permanentes.

La deformación puede realizarse en frío o en caliente necesitándose menos esfuerzo cuando las piezas están calientes con esfuerzos de tracción o compresión.

Las principales técnicas basadas en deformaciones plásticas son la forja, la estampación, la laminación y el trefilado.

19 .2.1. Forja. La forja es un proceso en el que somete a un material plástico a grandes esfuerzos y presiones por golpeo manualmente con martillo y yunque o mecánicamente en martillo pilón o prensa después de realizar un calentamiento suave, para procurar que haya la misma temperatura en la superficie que en el interior de la pieza

La forja mecánica se realiza con máquinas herramientas como el martillo pilón o las prensas.Un martillo pilón (o martinete) es un martillo neumático, hidráulico o mecánico que golpea la pieza contra un yunque mediante golpes sucesivos.Una prensa es una máquina que moldea mediante presión progresiva sin golpes bruscos.

19 .2.2. Estampación. La estampación se produce al situar el metal caliente entre dos moldes denominados estampas unidos a una prensa que los someten a un esfuerzo de compresión hasta que el material llena el hueco existente entre ellas por deformación, adoptando el material la forma de la pieza que se desea obtener.

19.2.3. Laminación.La laminación consiste en hacer pasar una lámina metálica fría o caliente por un laminador que les deja el espesor deseado por presión.

Un laminador son dos o más rodillos superpuestos de acero fundido que giran en sentido contrario accionados por motores eléctricos.

Los aceros laminados se empelan mucho en la construcción.

19 .2.4. Trefilado. El trefilado consiste en disminuir la sección y un aumento de la longitud de un alambre en un banco de trefilar al traccionar el alambre con una bobina de arrastre obligando al alambre a pasar a través de un orificio.

El alambre se somete finalmente a un proceso de recocido.

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20. Técnicas de unión de piezas metálicas. Herramientas y útiles característicos.Los productos muchas veces están constituidos por distintas piezas unidas, pudiendo ser uniones desmontables como elementos roscados y pasadores o uniones fijas como remaches y soldaduras.

20 .1. Los elementos roscados. Los elementos roscados son elementos mecánicos que disponen de un canal continuo en forma de hélice en un cilindro.

Los elementos roscados básicos son la tuerca y el tornillo.

Una tuerca es un cilindro hueco con una rosca de hélice interior, que se arrolla sobre un tornillo cuando son del mismo diámetro, filete y número de filetes.

Un tornillo es un cilindro con una rosca de hélice exterior al cilindro, pudiendo ser un perno, un espárrago o un tirafondo.

El perno es un torno con una cabeza fija en un extremo y una rosca de hélice en el otro donde se inserta la tuerca.El espárrago es un torno con rosca de hélice filetes en los dos extremos donde se enroscan dos tuercas.Los tirafondos son tornos troncocónicos variables en diámetro acabados en punta que atraviesan el material al girarlos, careciendo de tuerca.

20.2. Los pasadores.Los pasadores son unos dispositivos que impedir el desplazamiento relativo entre dos o más piezas, no fijando las piezas, pues una puerta pueden girar respecto a otra.

20.3. Los remaches.Un remache es una unión fija formada por una pieza cilíndrica dotada de cabeza en un extremo y de un extremo distal que se deforma por compresión formando una cabeza de cierre empleándose para sujetar dos o más piezas.

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20.4. La soldadura.La soldadura es una técnica para unir sólidamente dos piezas metálicas, mediante elevación de la temperatura de las superficies a soldar o aportando metal fundido.

Los principales tipos de soldadura son la soldadura heterogénea y la soldadura homogénea.

20.4.1. Soldadura heterogénea.La soldadura heterogénea es aquella que utiliza un material de aportación distinto del metal base a unir, donde las piezas bases a unir no se funden pero si el material de aportación.

La soldadura heterogénea puede ser soldadura blanda cuando el material de aportación tiene una temperatura de fusión baja o soldadura caliente cuando el material de aportación tiene una temperatura de fusión elevada.

◘ Soldadura blanda.La soldadura blanda se realiza con un soldador eléctrico que funde por debajo de los 200 ºC una aleación de plomo y estaño presentada en barras o carretes de hilo que se emplea para unir hojalatas, chapa galvanizada, latón y realizar conexiones electrónicas.

◘ Soldadura caliente.La soldadura fuerte se usa un soldador soplete de gas que funde un material a unos 800 ºC como latón o cobre, que al fundir a mayor temperatura e s una aleación más fuerte, empleándose para materiales como acero, bronce o fundición.

20.4.2. Soldadura homogénea.La soldadura homogénea es aquella que no utiliza material de aportación o el material aportado es semejante al de la base realizándose la soldadura por fusión y por presión.

La soldadura homogénea puede ser por soplete o por arco eléctrico.

◘ Soldadura por soplete o oxiacetilénica.La soldadura por soplete o oxiacetilénica se utiliza para unir piezas de metal que tengan un punto de fusión elevado utilizando un soplete alimentado por oxígeno y acetileno y varillas metálicas de la misma composición que el metal que se desea soldar.

◘ Soldadura por arco eléctrico.La soldadura eléctrica aprovecha el efecto Joule asociado a la circulación de la corriente eléctrica para generar el calor necesario para la realización de la soldadura.

El circuito eléctrico se establece entre una varilla de material de aportación denominada electrodo y las piezas de metal a unir.