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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Los materiales de interés tecnológico se pueden clasificar en los siguientesgrupos:

Metales Polímeros Cerámicos Fibras y maderas

Un conocimiento de las propiedades de los distintos materiales es fundamentalpara determinar que tipo de material es el más apropiado para unadeterminada aplicación.

Las características de los materiales vienen determinadas por su estructurainterna, tanto por los elementos químicos presentes (átomos) como por laforma de unión de dichos átomos (enlaces). También influye la ordenaciónespacial de las moléculas que constituyen el material (estructura cristalina)e incluso los procesos de conformado a los que es sometido.

Las propiedades de los materiales se pueden clasificar en:

a) PROPIEDADES QUÍMICAS: son debidas a la naturaleza del material; lasmás importantes desde un punto de vista tecnológico son las siguientes:

Estabilidad química: Da cuenta de la tendencia de un material areaccionar químicamente con otros elementos o compuestos.

Corrosividad: Da cuenta del comportamiento del material frente a laacción de agentes agresivos externos (agua, ácidos, etc.). El fenómenode la corrosión produce un deterioro del material debido a la pérdida deelectrones en reacciones de oxidación-reducción.

b) PROPIEDADES FÍSICAS : las más importantes son:

Propiedades eléctricas : hacen referencia al comportamiento delmaterial frente a la corriente eléctrica. En función de estecomportamiento los materiales se clasifican en conductores, aislantes ysemiconductores.

Resistividad (): Es la medida de la oposición que presenta unmaterial al paso de la corriente eléctrica. Se suele medir en ·mm2/m.

Conductividad (): Es la inversa de la resistividad y mide la facilidadcon la que la corriente eléctrica atraviesa un material. Se mide en m/(·mm2)

Propiedades magnéticas: dan cuenta del comportamiento de unmaterial al ser sometido a un campo magnético exterior. En función dedicho comportamiento los materiales se clasifican en:

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- diamagnéticos: En el interior del material se genera un campomagnético muy débil que tienen sentido contrario al del campoinductor (cobre, plata ...).

- paramagnéticos: En el interior del material se genera un campomagnético que tienen sentido contrario al del campo inductor. Dichocampo es algo mayor que en el caso anterior pero también es débil(aluminio, estaño, platino …)

- ferromagnéticos: el campo magnético generado en el interior deun material ferromagnético es muy intenso y permanece incluso siéste ha desaparecido, quedando imanado. Son ferromagnéticos elhierro, níquel y cobalto.

Propiedades térmicas : dan cuenta del comportamiento del materialen procesos de intercambio de calor con el medio exterior.

Calor específico (c ): es la energía necesaria para elevar 1ºC latemperatura de la unidad de masa de un material. Mide la facilidadcon que un material modifica su temperatura. Se mide en (J/Kg.K) ocal/(ºC·g)

Dilatación térmica: es la variación que se produce en lasdimensiones de un material al aumentar la temperatura. Estefenómeno es debido a que al aumentar la temperatura del materialsus átomos vibran con mayor amplitud y se comportan como si sudiámetro fuera mayor; en consecuencia, las dimensiones del materialse incrementan.Se mide mediante el coeficiente de dilataciónlineal (), que representa el aumento de longitudque sufre el material por unidad de longitud,cuando la temperatura aumenta 1ºC.

Conductividad térmica: es la capacidad de un material paratransmitir el calor. Se mide en J/m.s.ºC o en cal/cm·s·ºC.Generalmente coinciden los materiales buenos conductores del calorcon los buenos conductores de la electricidad.

Temperatura de fusión: es la temperatura a la cual un materialpasa de estado sólido a líquido. El cambio de estado se producegracias al aporte de cierta cantidad calor, y la temperaturapermanece constante hasta que todo el sólido se ha convertido enlíquido. El calor necesario para transformar la unidad de masa del materialdel estado sólido al líquido se denomina calor latente de fusión(QL). Por ejemplo, para pasar 1 g de hielo a 0ºC a 1 g de agua a 0ºCson necesarias QL=80 cal.

Propiedades ópticas: hacen referencia a los fenómenos debidos a alinteracción entre el material y la luz.

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α=Δll⋅ΔT

( 1ºC )

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Color: cuando la luz incide sobre un material parte de ésta esabsorbida y otra parte es reflejada; el color del material depende dela longitud de onda de la luz reflejada.

Transparencia: consiste en la posibilidad de ver imágenes a travésdel material. La propiedad opuesta se denomina opacidad. Cuandolos materiales dejan pasar la luz pero no imágenes reciben el nombrede traslúcidos.

Luminiscencia: es la capacidad que presentan algunos materialespara emitir luz cuando son excitados por alguna causa externa.

c) PROPIEDADES MECÁNICAS : dan cuenta del comportamiento del materialcuando es sometido a fuerzas externas

Elasticidad: capacidad de un material sometido a una deformación derecuperar su forma original una vez ha cesado el esfuerzo que lodeformó.

Plasticidad: es la propiedad opuesta a la elasticidad. Es la capacidadque tiene un material sometido a deformación de mantener la formaadquirida después de cesar el esfuerzo.

Rigidez: resistencia de un material a ser deformado

Tenacidad: resistencia de un material a la fractura; asimismorepresenta la capacidad de un material para deformarse plásticamenteantes de romperse.

Fragilidad: es la facilidad de rotura de un material, de forma querepresenta la propiedad inversa a la tenacidad.

Resistencia a la fatiga: Resistencia del material frente a esfuerzosfluctuantes.

Dureza: Resistencia que opone un cuerpo a ser rayado o penetradopor otro. Proporciona información de la resistencia al desgaste.

Resiliencia o resistencia al choque: Resistencia que posee unmaterial a romperse por la fuerza provocada por un golpe corto eintenso (choque).

Existe otro grupo de propiedades mecánicas relacionadas con los procesos defabricación de los materiales:

Ductilidad: capacidad de un material para poder ser estirado en hilosfinos.

Maleabilidad: capacidad de un material para ser transformado enláminas finas.

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Maquinabilidad: capacidad de un material para ser conformadomediante arranque de viruta.

Moldeabilidad: facilidad de un material para ser conformado porfundición o moldeo.

IDENTIFICACIÓN DE MATERIALES Los diferentes materiales de uso técnico pueden identificarse por su aparienciaexterna, pero para conocer con más profundidad las características de unmaterial concreto, será necesario recurrir a una serie de ensayos. Un ensayoes un experimento realizado con una muestra de un material con el findeterminar alguna propiedad del mismo.

ENSAYOS DE CARACTERÍSTICAS : Tienen como función obtener algunas delas propiedades básicas del material.

Ensayo de composición: Ensayo químico mediante el que se determina lacomposición exacta del material.

Ensayo de estructuras: Ensayo mediante el cual se obtiene informaciónacerca de la estructura interna del material

Análisis térmico: Consiste en determinar las temperaturas característicasdel material: fusión, solidificación, cambio de estructura interna, etc.

ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS : Tienen como función determinarlas propiedades mecánicas del material.

Ensayo de dureza: Se realiza observando la huella dejada sobre lasuperficie del material por un elemento calibrado al presionar sobre elmaterial con una fuerza determinada. Existen varios tipos:

- dureza Brinell (HB): utiliza una bola de acero

- dureza Rockwell (HR): utiliza una punta de diamante en forma decono

- dureza Vickers (HV): utiliza una pirámide de diamante

Ensayo de tracción: El ensayo de tracción permite estudiar elcomportamiento de un material cuando es sometido una fuerza tensora.Consiste en someter una muestra calibrada de material (probeta) a unesfuerzo de tracción que va aumentando de forma gradual y se vanmidiendo los incrementos de longitud que sufre material.

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Se definen los siguientes parámetros:

- Tensión o esfuerzo: es la fuerza aplicada por unidadde superficie

- Deformación: es el incremento de longitud unitario quesufre la probeta

Si se representan las deformaciones producidas para las distintastensiones aplicadas se obtiene la curva tensión-deformación delmaterial.

En la curva tensión-deformación se observan dos zonas claramente diferenciadas:

Zona Elástica: en ella se observa que la probeta sufre un alargamientoproporcional a la tensión aplicada. Se cumple la ley de Hooke: =E.

La pendiente de la curva en la zona elástica se denomina módulo deelasticidad o módulo de Young (E). Se calcula dividiendo el esfuerzoaplicado entre la deformación producida. Representa una medida de larigidez del material.

En la zona elástica el material recupera sus dimensiones originales cuandocesa la fuerza exterior. Ello es debido a que al aplicar la fuerza los enlacesentre los átomos “se estiran” con lo cual el material se alarga; aldesaparecer la fuerza los enlaces vuelven a su configuración original y porello el material recupera su forma.

Si la fuerza aplicada es demasiado grande los enlaces empiezan aromperse y el material quedará deformado de manera permanente,pasando a tener un comportamiento plástico. Esto ocurre a partir del límiteelástico, también llamado punto de fluencia y que se define como latensión por encima de la cual comienza la deformación plástica.

Zona Plástica: en esta zona las deformaciones sufridas por el material noson proporcionales y además son permanentes, es decir, el material norecupera su forma original al cesar el esfuerzo sino que queda deformadoplásticamente

La curva alcanza un punto máximo denominado resistencia máxima, enel que se produce el fenómeno de estricción. Consiste en que la

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σ=FS

(N/m2)

ε=l−lolo

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deformación deja de tener lugar a lo largo de todo el material y quedalocalizada en un punto en el que disminuye la sección de la probeta. Comoel área ha disminuido se necesita una fuerza menor para continuar ladeformación.

Si se sigue deformando el material llega un momento en que se rompe, enel llamado límite de rotura.

A partir de la curva tensión-deformación se pueden deducir muchaspropiedades del material. Por ejemplo, un material tenaz adquirirá una grandeformación plástica antes de romper a un valor alto de tensión de rotura. Sinembargo en un material frágil, la zona plástica será casi inexistente.

Ensayo de resiliencia : Se realizamidiendo la energía que se absorbe algolpear un péndulo (Charpy) sobre unaporción calibrada de material al que se le hapracticado una muesca.

En la probeta rota se puede observar si elmaterial es tenaz o frágil en función delgrado de deformación plástica que presente

Ensayo de fatiga: un material puederomperse para tensiones muy por debajodel límite de rotura cuando es sometido aesfuerzos cíclicos; en este caso se dice queel material sufre rotura por fatiga. El ensayode fatiga consiste en someter el material auna tensión cíclica con el fin de obtener el llamado límite de resistencia a lafatiga, por debajo del cual el material no sufre rotura.

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Están destinados a determinar si una pieza ya acabada tiene defectos talescomo grietas o poros.

Ensayo de defectos internos: Buscan poros dentro del materialutilizando para ello señales eléctricas, acústicas o fotónicas (rayos X orayos gamma) de forma que al propagarse por el interior del material, siencuentran algún defecto varían su magnitud.

Ensayos de defectos superficiales: Detectan las grietas superficialeshaciendo que líquidos coloreados penetren en el material. También existenmétodos magnéticos basados en la imanación de partículasferromagnéticas distribuidas sobre la superficie del material.

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MATERIALES METÁLICOS

Los metales han estado presentes en la historia de la Humanidad desdetiempos muy antiguos y su importancia ha sido tal que incluso algunos de ellosse han utilizado para denominar periodos de la historia (edad del bronce oedad del hierro). Hoy en día son los materiales más utilizados en la industria ylos de mayor importancia económica.

Los metales suelen encontrarse en la naturaleza combinados con otroselementos, formando óxidos, carbonatos, sulfuros, etc., que forman parte de laconstitución de ciertos minerales. La parte útil del mineral se denomina menay las impurezas que forman el resto del mineral ganga.

La Metalurgia es la técnica de extracción, tratamiento y transformación delos metales.

EL HIERRO

EL hierro y sus derivados son los metales más utilizados a nivel industrial,constituyendo en torno el 70% del total de metales producidos. La metalurgiadel hierro y sus derivados se denomina Siderurgia.

El hierro es un metal de color blanco grisáceo, con una temperatura de fusiónde 1539ºC, presenta propiedades magnéticas, y es muy activo, por lo que secorroe rápidamente en contacto con el aire. Es un material blando, dúctil ymaleable que puede ser forjado y moldeado fácilmente, pero es pocoresistente.

El hierro en estado puro tiene muy pocas aplicaciones debido a sus malaspropiedades mecánicas. Generalmente se usa aleado en pequeñas cantidadespara mejorar sus propiedades mecánicas.

El hierro se encuentra en la naturaleza combinado con oxígeno o azufre. Lasprincipales menas del hierro son:

Oligisto (Hematites roja): Fe2O3 es el mineral más utilizado; contiene un70 % de Fe

Limonita (Hematites parda): Fe2O3-H2O contiene un 60% de Fe

Magnetita: Fe3O4 contiene un 70% de Fe

Siderita: Fe CO3 contiene un 50 % de Fe

Pirita: FeS2 contiene un 45 % de Fe

Una vez extraído el mineral debe eliminarse la ganga. Esto se realiza medianteun proceso denominado concentración de la mena que consta de lassiguientes fases:

1. Lavado con agua a presión

2. Eliminación del agua y elementos volátiles mediante tostación (airecaliente a presión)

3. Trituración o molienda y posterior cribado

4. Separación del mineral de hierro mediante procedimientosmagnéticos (aprovechan las propiedades magnéticas del hierro) o por

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flotación (se basa en la diferencia de densidad entre la mena y laganga)

5. Sinterización: el mineral molido se aglomera en una masa compactamediante la aplicación de presión y calor.

Una vez obtenido el mineral de hierro se lleva a los altos hornos.EL ALTO HORNO

La obtención industrial del hierro se basa en la reducción (eliminación deoxígeno) de los óxidos de hierro. En el caso de utilizar menas formadas porcarbonatos y sulfuros, éstos previamente se transforman en óxidos mediantecalcinación y tostación (calentamiento en presencia o en presencia de oxígeno,respectivamente)

El alto horno es un horno formado por dos troncos de cono unidos por susbases, de unos 40-60 m de altura y entre 4 y 9 m de diámetro, fabricados conmateriales refractarios.

El horno se carga con los siguientes elementos:

- mineral de hierro

- carbón de coque, que se obtiene a partir de la semicombustión de la hulla

- fundente: arcilla, arena o caliza; tiene la misión de combinarse con laganga residual y la ceniza del carbón formando la escoria, que recogetodas las impurezas producidas en el proceso.

El material que se obtiene del alto horno se denomina arrabio, y está formadopor hierro, 3-5% de carbono y porcentajes menores de otros elementos. Laescoria puede utilizarse para la fabricación de pavimentos o cementos

Materias primas: Productos obtenidos:

Mineral de hierro: 2Tn Arrabio: 1 Tn

Carbón de coque: 1 Tn Escorias: 0,5 Tn

Fundente: 0,5 Tn Gases: 6 Tn

Aire: 4 Tn

Partes de un alto horno:

- Zona superior: en esta parte seencuentra el tragante por el que seintroducen las materias primas, y unsistema de escape de los gasesgenerados en el proceso.

- Zona de reducción de óxidos:400-1200ºC en esta parte se eliminanlos óxidos y se obtiene el hierro “puro”.

- Zona de absorción de calor(cuba): en ella se funde la escoria

- Zona de fusión (vientre): 1500ºCen esta zona se funde el hierro

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- Zona de etalajes: en esta zona se introduce aire a través de lastoberas. El oxígeno del aire se combina con el coque produciendo lacombustión del mismo. En esta reacción se desprende calor y CO queasciende y sirve para la reducción del hierro en la zona superior del horno.

- Zona de crisol: es la parte más baja conde se deposita el arrabio y laescoria que es menos densa y flota sobre él. La escoria se recoge por lapiquera de escoria y el arrabio fluye en estado líquido por la parte inferiordonde se encuentra la piquera de arrabio.

En el alto horno se producen las siguientes reacciones químicas:

Zona de etalajes: C + O2 CO2 + calor

Zona de fusión: CO2 + C 2CO

Zona de reducción: Fe2O3 + CO 2FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2

Se desprende CO2 y óxidos de otros elementos químicos presentes en elproceso (Si, Mn …)

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES FÉRRICOS

Los materiales férricos se clasifican según la proporción de carbono y laexistencia de otros elementos químicos:

Hierro: se considera hierro puro cuando el porcentaje de carbono esinferior al 0,05%. Tiene poco uso a nivel industrial. Sus principalesaplicaciones son debidas a sus propiedades magnéticas (núcleos demotores, alternadores, imanes …)

Fundiciones: son duras, frágiles, poco dúctiles y difíciles de mecanizar.Son más fáciles de obtener y más económicas que los aceros.

Aceros: son las aleaciones más utilizadas en la industria. Suelen serdúctiles y maleables, y además tenaces, con buena resistenciamecánica.

a) FUNDICIONES

Son aleaciones de hierro que poseen un contenido en carbono superior al1,7%. Este valor constituye el límite de solubilidad del carbono en hierro, deforma las fundiciones contienen precipitados de carbono. Existen varios tipos:

Fundición blanca: El carbono se encuentra combinado con el hierro enforma de carburo de hierro (cementita) Fe3C. En este tipo de fundición elcontenido en carbono está por debajo del 3%. Se obtiene directamente delalto horno, enfriando rápidamente el arrabio.

Recibe este nombre debido a que su superficie de rotura tiene un colorblanco. Son muy duras, pero frágiles y difícilmente mecanizables, por loque se utilizan fundamentalmente como materia prima para la obtenciónde otros productos siderúrgicos: aceros y fundición maleable. Tambiénsirven para fabricar piezas muy resistentes al desgaste sobre las que noactúen grandes esfuerzos.

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Fundición gris: El carbono se encuentra en forma de grafito. Contieneentre un 3 y 3,5% de C. Se obtiene directamente del alto horno al enfriar elarrabio lentamente.

Recibe este nombre debido a que su superficie de rotura tiene un color gris.El grafito se presenta en forma de láminas lo que facilita la mecanizacióndel material. Suelen utilizarse para construir bancadas de máquinas debidoa sus buenas propiedades para absorber vibraciones.

Fundición maleable: se obtiene a partir de la fundición blanca, tras untratamiento térmico que disuelve la cementita. Es menos frágil que lafundición blanca y puede ser mecanizada. Se usa para fabricar soportes deelementos de máquinas.

Fundición nodular: se obtiene añadiendo magnesio, níquel o cerio a lafundición gris. Estos elementos hacen que el grafito adquiera formaesferoidal (nódulos) que le proporciona unas características semejantes alas de la fundición maleable pero con mayor resistencia mecánica. Se usapara fabricar piezas de maquinaria.

b) ACEROS

Son aleaciones de hierro y carbono con un contenido en carbono inferior al1,7%, además de cierto contenido en impurezas.

El acero se obtiene a partir del arrabio de alto horno mediante los siguientesprocesos:

Refino: eliminación de impurezas

Descarburación: eliminación de carbono

Afino: adicción de elementos de aleación.

Los dos primeros procesos se llevan a cabo por diversos procedimientos:

Convertidor Bessemer-Thomas: es un horno conforma de pera; la cuba girasobre un eje para la carga ydescarga. En el horno seintroduce el arrabio líquido y seinyecta aire por unos orificiossituados en la parte inferior.Esto va a dar lugar a unaoxidación de las impurezas, quese eliminan en forma de escoriay del carbono que se desprendeen forma de CO; durante el proceso sedesprende calor que permite mantener elmetal fundido.

Horno Martin-Siemens: es un hornoabierto, también llamado horno dereverbero. El arrabio se calienta mediante lallama producida en la combustión de un combustible gaseoso.

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Horno eléctrico : el calor necesario para la fusión del metal se obtienemediante un arco eléctrico producido entre doselectrodos de grafito. El metal obtenido poreste proceso es de excelente calidad y es labase para la fabricación de aceros especiales.Este tipo de hornos también se utilizan para larecuperación de chatarra.

Horno de oxígeno o LD (método Linz-Donowitz): es el más utilizado en alactualidad. En este caso en lugar de aire seintroduce oxígeno a alta presión. Esto da lugara un aumento de temperatura que provoca lacombustión de las impurezas del propio arrabioy el desprendimiento del carbono en forma deCO2.

Una vez eliminadas las impurezas y alcanzado el contenido de carbonodeseado, tiene lugar el proceso de afino en el que se añaden elementos dealeación en cantidades adecuadas para mejorar las propiedades del acero.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

- Aceros al carbono: están formados por hierro y carbono. Las propiedadesmecánicas dependen del contenido en carbono: cuanto mayor es elcontenido en C el material es más duro pero más frágil y menos maleable.La soldabilidad también disminuye con el porcentaje en carbono. Los acerosal carbono se clasifican de menor a mayor contenido en carbono en:aceros suaves (dulces), aceros medios y aceros duros.

- Aceros aleados: sus propiedades dependen de los elementos de aleaciónpresentes.Según los elementos de aleación presentes los aceros adquierenpropiedades específicas:

Níquel: proporciona resistencia a la corrosión

Cromo: proporciona resistencia a la corrosión y mejora la resistencia aldesgaste

Manganeso: proporciona gran dureza y tenacidad

Silicio: aumenta la elasticidad pero disminuye la tenacidad

Molibdeno: aumenta la tenacidad y la dureza a altas temperaturas

Wolframio: proporciona gran dureza a altas temperaturas

Cobalto: mejora las propiedades magnéticas y aumento de la dureza

Plomo: mejora la maquinabilidad

Vanadio : aumenta la dureza y la resistencia a la fatiga

Según la norma UNE 36010 las aleaciones férricas se denominan medianteuna letra F seguida de cuatro cifras; la primera es la serie y cada serie sedivide en varios subgrupos. Las series más destacadas son las siguientes:

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F1000: aceros de construcciónF2000: aceros especialesF3000 aceros resistentes a la corrosiónF4000 aceros de alta resistenciaF5000 aceros de herramientasF6000 aceros comunes de uso generalF7000 aceros para moldeoF8000 fundiciones

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EL ALUMINIO

El aluminio es un metal de color blanco brillante que al ser pulido tiene unaspecto similar al de la plata. Tiene una temperatura de fusión de 660ºC ypresenta una excelente conductividad eléctrica y térmica.

Es un metal ligero, por lo que es ampliamente utilizado en la industriaaeronáutica, automovilística y ferroviaria. Es muy dúctil y maleable. Sinembargo es blando y tiene una resistencia mecánica pequeña.

El aluminio presenta una alta resistencia a la corrosión. Sin embargo es unelemento extremadamente activo, es decir se combina fácilmente con eloxígeno formando en la superficie una fina película de óxido muy compactaque protege al resto del material.

La principal mena del aluminio es la bauxita (Al2O3-3H2O)con un contenido enAl del 5%.

La metalurgia del aluminio consta de dos fases:

a) Obtención de la alúmina:

1º- Tostación y trituración de la bauxita

2º - Descomposición de la bauxita en Na2O3-Al2O3 (aluminato sódico) y eldenominado “fango rosa” (formado por una mezcla de óxidos deimpurezas). Este proceso se lleva a cabo en un autoclave (dentro del cualse somete la materia prima a 160ªC y una presión de 6 atm).

3º - Separación del aluminato, que queda depositado en el fondo de undecantador debido a su mayor densidad.

4º - Disolución del aluminato sódico en agua; se forma un hidróxido dealuminio (hidrato de alúmina)que puede separarse por filtración.

Na2O-Al2O3 + 4H2O 2Al(OH)3 +2Na (OH)

5º Calcinación (1200ºC) del hidrato de alúmina, obteniéndose alúmina:

Al (OH)3 Al2 O3 +3H2O

b) Obtención del aluminio:

Se realiza mediante electrólisis, en un horno con un revestimientometálico que actúa de cátodo y unos electrodos de carbón que actúan deánodo. La alúmina se disuelve previamente en criolita (Na3AlF6) que actúacomo fundente de la alúmina.

Al hacer pasar una corriente eléctricaentre los electrodos se produce lareducción de la alúmina:

Al2O3 Al 3+ +3O 2-

El aluminio fundido se deposita en elfondo mientras que el oxígenoliberado se combina con el carbono delos electrodos formando CO y CO2.

El metal obtenido por este métodotiene una gran pureza (99,5%).

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Para mejorar las propiedades mecánicas del aluminio se combina con otroselementos formando diversos tipos de aleaciones. Los elementos de aleaciónmas importantes son:

Cobre: aumenta la dureza

Silicio: mejora la resistencia mecánica y la facilidad para el moldeo

Cinc: mejora la capacidad de moldeo y aumenta la dureza

Magnesio: se utiliza para fabricar “aleaciones superligeras”. Tambiénmejora la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión.

Manganeso: mejora la resistencia a la corrosión.

Según la norma UNE 36010 las aleaciones de aluminio se denominan medianteuna letra L seguida de cuatro cifras.

EL COBRE

El cobre es un metal rojizo cuya temperatura de fusión es 1083ºC. Es muydúctil y maleable, altamente resistente a la corrosión y un excelente conductordel calor y la electricidad.

Las principales menas del cobre son la calcopirita (CuFeS2) y la calcosina (Cu2S).

El cobre se obtiene a partir del sulfuro de cobre en hornos de reverbero, en losque se produce la siguiente reacción:

Cu2S + 2O2 2CuO + SO2

El dióxido de azufre se elimina en forma gaseosa y el óxido de cobre obtenidose reduce a su vez con el sulfuro restante:

2CuO + Cu2S 4Cu + SO2

Posteriormente se suele afinar el cobre obtenido por este procedimientomediante electrólisis.

Las principales aleaciones de cobre son las siguientes:

a) LATONES: son aleaciones de Cu y Zn (cuzín) Tienen un contenido máximodel 50% de cinc. Su color varía desde el rojo pálido al amarillo a medidaque aumenta el contenido en cinc. El contenido en Zn aumenta la dureza yla capacidad de moldeo. Se clasifican en dos grupos:

- latones ordinarios: formados principalmente por Cu y Zn

- Latones especiales: poseen otros elementos de aleación (Al, Fe, Pb, Sn...)

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b) BRONCES: son aleaciones de Cu y Sn (custan). El contenido en estaño nosuele superar el 20% Su color varía desde el gris oscuro al rojo amarillentoa medida que disminuye el conenido en estaño.

En general tienen mejores cualidades que los latones pero son más caros ydifíciles de trabajar. Se clasifican en dos grupos:

- Bronces ordinarios: formados principalmente por Cu y Sn

- Bronces especiales (cupros): se alean además con otros metalescomo aluminio (cual), manganeso (cuman), níquel (cuproníqueles),berilio (cuproberilios), etc.

Según la norma UNE 36010 las aleaciones de cobre se denominan medianteuna letra C seguida de cuatro cifras.

OTROS METALES:

El magnesio y el titanio son dos metales muy ligeros que se utilizanpara fabricar aleaciones ligeras. Tienen buenas propiedades mecánicas yelevada resistencia a la corrosión, pero son muy costosas. Se usan en laindustria aeroespacial y en medicina.

El plomo es un metal pesado con bajo punto de fusión (327ºC), blando ymaleable. Es resistente a la corrosión de ácidos y a la penetración deradiaciones ionizantes.

El zinc es un metal blando y frágil, maleable y resistente a la corrosión.

El estaño tiene un punto de fusión muy bajo por lo que se utiliza pararealizar soldaduras de componentes eléctricos y electrónicos. También seutiliza para fabricar la hojalata, formada por una capa de acerorecubierta de una película fina de estaño que lo protege de la corrosión.

Los metales nobles (oro, plata y platino) son los únicos que seencuentran en la naturaleza en estado puro. Son muy buenosconductores de la electricidad y el calor, muy blandos, dúctiles ymaleables. Se utilizan preferentemente en joyería pues debido a su altocoste no tienen interés desde el punto de vista industrial.

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CONFORMACIÓN DE MATERIALES METÁLICOS

Los procedimientos de conformación de materiales metálicos, destinados adarles la forma de la pieza a fabricar, pueden ser de tres tipos:

- Moldeo: consiste en fundir el metal y verterlo en moldes que le dan forma

- Deformación: consiste en someter el material a una deformación permanente

- Arranque de viruta: consiste en la separación mecánica de pequeñasporciones del material (virutas)

CONFORMACIÓN POR MOLDEO

Aunque en principio cualquier metal se puede moldear, generalmente sólo seutilizan aquellos que tienen baja temperatura de fusión y buena colabilidad.

El proceso de moldeo requiere la fabricación previa de un modelo quereproduzca la forma de la pieza que se quiere construir. Estos modelos suelenfabricarse de forma artesanal en madera o yeso. A partir del modelo seconstruye el molde, al que se dota con entradas para el metal fundido(bebederos) y salidas para los gases producidos (respiraderos omazarotas). Los moldes pueden fabricarse para un solo uso o bien pueden serutilizados varias veces.

El proceso de verter el metal fundido en el molde se denomina colada, ypuede realizarse de tres formas diferentes:

Colada directa: el molde se llena por la parte superior.

Colada en fuente: el metal se vierte por los bebederos que seencuentran en la base del molde.

Colada por el costado: consiste en una combinación de los anteriores,pues el molde se llena conjuntamente pro la parte superior y porbebederos laterales.

Una vez enfriado el metal dentro del molde, se extrae la pieza abriendo orompiendo el molde. Por último la pieza moldeada se limpia y se eliminan losbebederos y respiraderos producidos en el proceso. Además, las piezasfundidas generalmente requieren un tratamiento térmico que elimine lastensiones internas provocadas por los cambios de temperatura.

Existen varios tipos de conformación por moldeo que se pueden clasificar endos grupos:

a) Moldeo por gravedad: al verter en el molde el metal fundido éste cae porsu propio peso. Algunos de los procedimientos más usados son losiguientes:

- moldeo en arena: consiste en colocar el modeo en una caja rellena dearena especial. La arena se prensa de forma que al retirar el modeloqueda la huella del mismo con la forma de la pieza. Este tipo de moldesse utilizan una sola vez pues para extraer la pieza se rompe el molde,aunque le arena puede ser reutilizada para fabricar otros moldes

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Cuando la pieza no es maciza sino que tiene cavidades interior secolocan piezas con la forma de la cavidad denominadas machos onoyos.

- moldeo a la cera perdida: el modelo se fabrica en cera y se recubrede una pasta de yeso y sílice; a continuación se calienta el conjunto, conlo que la cera se derrite y se elimina, dejando el espacio libre queconstituye el molde. En este caso también es necesario romper el moldepara extraer la pieza una vez solidificado el metal.

- moldeo en coquilla: en este caso se utilizan moldes metálicos en losque se ha fabricado la forma de la pieza mediante procedimientosmecánicos. Tiene la ventaja de que el molde puede usarse varias veces,pero son más costosos.

b) Moldeo por presión: el metal fundido se introduce en el molde empujadopor un fuerza exterior. Los procedimientos más usados son los siguientes:

- moldeo por inyección: consiste en introducir a presión el metalfundido en moldes metálicos similares a los utilizados en el moldeo encoquilla. Con ello se pretende que el metal alcance todas las zonas delmolde.

- moldeo por centrifugación: en este caso se vierte la cantidadadecuada de metal fundido en el molde y se hace girar velocidad con loque el material se dirige hacia las paredes impulsado por la fuerzacentrífuga. Al solidificar adquiere la forma de la pared del molde y elinterior queda hueco, sin necesidad de utilizar machos.

CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN

Consiste en deformar plásticamente el material, en frío o en caliente (pordebajo de la Tª de fusión) mediante esfuerzos mecánicos, generalmente decompresión.

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a) Forja: se realiza en caliente y consiste en dar forma al material medianteesfuerzos repetidos de compresión, de forma manual o mecánica.

b) Estampación: consiste en someter al material a un esfuerzo decompresión violento entre dos moldes llamados estampas que dan formaa la pieza. Este procedimiento se realiza mediante prensas es las que sedisponen las estampas: la estampa móvil se denomina martillo y la fijayunque. Puede realizarse en frío y en caliente.

c) Extrusión: se hace pasar el metal a través de una boquilla que tiene elperfil de la pieza que queremos fabricar, mediante la presión ejercida porun pistón. Es el método que se utiliza habitualmente para la fabricación deperfiles. Puede realizarse en frío y en caliente.

d) Laminación: consiste en comprimir el material haciéndolo pasar entre dosrodillos que giran en sentidos opuestos. A través de sucesivas pasadas sereduce el espesor del material obteniéndose planchas y láminas de distintoespesor. Puede realizar se frío o en caliente

e) Trefilado: consiste en reducir el grosor de un metal haciéndolo pasarmediante tracción por unos agujeros de grosor determinado. Se utiliza parala fabricación de hilos y alambres.

CONFORMACIÓN POR ARRANQUE DE VIRUTA

Se lleva a cabo mediante máquinas-herramienta con las que se arrancanpequeñas porciones del material. También se conoce con el nombre demecanizado, y permite conseguir mayor precisión y mejores acabados en lapieza final que en los casos anteriormente estudiados.

Los procedimientos de mecanizado tienen el inconveniente de que sedesperdicia material por lo que se suele partir de una forma previa, obtenidapor forja o estampación, y mediante las técnicas de arranque de viruta se le dala forma final.

Las máquinas herramienta disponen de una herramienta de corte que incidecon un cierto ángulo sobre la superficie de la pieza. En los procesos demecanizado se producen tres tipos de movimientos relativos entre la pieza y laherramienta:

Movimiento de corte o de ataque: tangente a la superficie que se vaa mecanizar.

Movimiento de penetración: perpendicular a la superficie que se va amecanizar.

Movimiento de avance: paralelo a la superficie que se va a mecanizar.

La velocidad de corte es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta,y representa la rapidez con que la herramienta arranca la viruta; se calcula apartir de la siguiente expresión:

n = velocidad de giro (r.p.m.)

D = diámetro (mm)

v = velocidad de corte (m/min)

Para que la herramienta penetre en el material y pueda extraer partes delmismo debe realizar cierta fuerza denominada fuerza de corte, que

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v=π⋅D⋅n1000

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dependerá de las durezas del material y de la herramienta. La fuerza de corteserá:

a = avance (mm)

F = fap p = penetración (mm)

f = fuerza unitaria (N/mm2)

La potencia de corte dependerá de la velocidad y de la fuerza de corte:

Durante el proceso de corte se produce un aumento de la temperatura debidoa la fricción lo que puede provocar el reblandecimiento y desgaste de laherramienta y la pieza. Por ello es importante utilizar un lubricante.

Los procedimientos de mecanizado más utilizados son los siguientes:

a) Torneado: permite realizar multitud de operaciones de mecanizado enpiezas de revolución. Se realiza mediante el torno al que se pueden acoplarcuchillas de distinta forma. En el torno la pieza gira alrededor de su ejemientras la herramienta realiza los movimientos de avance y penetración.

Las principales operaciones que se pueden realizar con un torno son las siguientes:

- refrentado: consiste en la mecanización de superficies normales al eje de la pieza

- cilindrado: consiste en conseguir el diámetro de la pieza adecuado. Puede ser interior (mandrinado) o exterior

- ranurado: consiste en la realización de ranuras transversales

- roscado: consiste en tallar una rosca en la superficie interna o externa de al pieza.

- cajeado: consiste en vaciar el interior de la pieza19

P=F⋅v60

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b) Taladrado:consiste en la realización de agujeros (taladros) en la pieza. La máquina que seutiliza es la taladradora en la que se dispone como herramienta de corte de labroca. La broca es un cilindro alargado en el que se tallan dos ranurashelicoidales que sirven para expulsar las virutas arrancadas. En el extremodispone de unos bordes afilados. La broca realiza los movimientos de giro,avance y corte mientras la pieza permanece fija.

c) Fresado: la fresadora es una de las máquinasmás versátiles. Utiliza una herramienta llamadafresa, que realiza los movimientos de giro y cortemientras la pieza avanza en la direcciónadecuada. Según sea este movimiento el fresadopuede ser recto o frontal.

d) Rectificado: la rectificadora sirve para pulirla superficie de la pieza y darle el acabado final.La herramienta que utiliza es una piedraesmeriladora que gira y se desplaza mientras lapieza permanece fija.

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MATERIALES POLIMÉRICOS

Los polímeros o plásticos son materiales de origen orgánico compuestos porlargas cadenas de carbono denominadas macromoléculas.

Cada molécula de la cadena se denomina monómero; la unión de variosmonómeros da lugar a un polímero. El proceso mediante el cual losmonómeros se unen entre sí para formar polímeros se denominapolimerización.

En la naturaleza se encuentran polímeros naturales que constituyen la base dela vida animal y vegetal (celulosa, almidón, proteínas..). El desarrollo de latecnología ha permitido fabricar polímeros sintéticos. Se suelen fabricar apartir de productos derivados del petróleo.

Los plásticos suelen ser materiales ligeros, buenos aislantes térmicos yeléctricos y bastante resistentes a la corrosión y la acción de agentes externos,aunque soportan mal las altas temperaturas (la mayoría de ellos funde pordebajo de los 200ºC) y la luz solar (ultravioleta). Las propiedades mecánicasdependen del tipo de plástico, aunque en general tienen una tenacidad media,inferior a la de los metales y su dureza suele ser baja. Son materiales fácilesde conformar y su coste es muy inferior al de otros materiales.

PROCESOS DE POLIMERIZACIÓN:

a) Adición: consiste en la unión sucesiva de varios monómeros iguales. Esteproceso se produce entre moléculas que tienen enlaces covalentes dobles,en los que se comparten dos parejas de electrones. Uno de estos enlacespuede romperse mediante la acción de un agente catalizador (luz, calor);de esta forma quedarán enlaces incompletos que permiten que la moléculainicial puede unirse con otro monómero que se encuentre en la mismasituación. El proceso seguirá de forma continua, añadiéndose nuevasunidades a la cadena hasta completar todos los enlaces y finalizar sucrecimiento.

Ejemplo: Etileno CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n Polietileno

b) Condensación: consiste en la unión de dos monómeros distintos, que seunen entre sí para formar una molécula más compleja. En este caso se obtieneademás un subproducto (agua, alcohol, amoniaco)

Ejemplo: A-OH + B -OH A-O-B + H2O

ESTRUCTURAS MOLECULARES:

Las propiedades de los polímeros dependen de su estructura interna. Éstapuede ser de tres tipos:

- Lineal: están constituidos por cadenas que solo crecen en una dirección

- Ramificada: están formados por cadenas lineales que se desarrollan enforma de ramas hacia los lados

- Entrecruzada: las cadenas se unen entre sí formando una redtridimensional

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CLASIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS

En la actualidad existen muchos tipos de plásticos y varias formas declasificarlos. Lo más habitual es clasificarlos en función de su comportamientofrente al calor:

a) Termoplásticos: se ablandan y funden con el calor. Esto permite fundirlosy moldearlos cuantas veces sea necesario (reciclables). Suelen serpolímeros lineales o ramificados; cuando se funden se rompen los débilesenlaces entre las cadenas y éstas pueden deslizar entre sí.

b) Termoestables: no se funden sino que se descomponen con el calor.Cuando se les moldea adquieren ya su forma definitiva. Al calentarse sufrenuna degradación de su estructura molecular. Ello es debido a que tiene unaestructura entrecruzada de forma que cuando los enlaces se rompen por laacción del calor ya no es posible volver a recomponer la estructura original.

c) Se considera demás un tercer tipo de plásticos que se caracterizan por suelevada elasticidad. Se les denomina elastómeros. Están formados porcadenas lineales enrolladas entre sí, de forma que cuando se aplica unesfuerzo las cadenas se estiran (el material se deforma) pero vuelven aenrollarse cuando cesa la fuerza (el material recupera su forma original).Los elastómeros no soportan bien la saltas temperaturas y se degradan conel calor

a)TERMOPLÁSTICOS

Polietileno (PE): es uno de los plásticos más estables e inerte a losagentes químicos. Muy buen aislante. Presenta unas buenas propiedadesmecánicas. Existen dos variedades:

a) Polietileno de baja densidad (LDPE): tiene cierta ramificación ensu estructura; su densidad es baja y es bastante flexible.

b) Polietileno de alta densidad (HDPE): no tiene ramificaciones y sudensidad es más alta. Presenta mejores propiedades mecánicas que elLDPE.

Poliestireno (PS): es rígido y frágil, muy resistente a la humedad y laacción de agentes externos, aunque no soporta bien las altastemperaturas.

Un caso particular es el poliestireno expandido (EPS), tambiéndenominado porexpán que tiene una densidad muy baja y resiste bienlos golpes.

Policloruro de vinilo (PVC): es un plástico tenaz y duro, muyresistente a la acción de ácidos y agentes externos.

Polimetacrilato de metilo (PMMA) también llamado plexiglás. Esduro, resistente al impacto y muy transparente, por lo que se usa comosustituto del vidrio.

Policarbonato (PC): presenta una alta tenacidad y estabilidad química;resistente al choque.

Polipropileno (PP): es rígido y bastante tenaz, resistente al impacto y ala fatiga.

Politetrafluoretileno (PTFE): más conocido como teflón; presentauna gran estabilidad térmica y alta temperatura de fusión. Resistente ala acción de ácidos y disolventes. Es también un excelente aislante.

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Poliamida (PA): tiene una gran elasticidad y resistencia a la tracción.

Polietilentereftalato (PET): es un material rígido y tenaz, resistente ala acción de agentes externos.

Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno (ABS): es muy tenaz y resistente alcalor.

b)TERMOESTABLES

Nitrocelulosa (celuloide): fue el primer plástico fabricado en 1864 porJohn Wesley Hyatt. Se usaba para fabricar películas cinematográficas yfotográficas, pero debido a su alta inflamabilidad ha sido sustituido por elacetato de celulosa (CA)

Melamina-formaldehído (formica): tiene una buena resistenciamecánica, al calor y los agentes químicos.

Fenol-formaldehído (baquelita): es duro y frágil; resistente al calor ymuy buenos aislante.

Resina epoxi: tiene una gran dureza y tenacidad, resistencia alimpacto, así como alta resistencia a agentes químicos y al calor.

Poliéster: tiene gran resistencia a la tracción.

Poliuretano (PU): se fabrican habitualmente en forma de espumas debaja densidad; es rígido y buen aislante.

T

c) ELASTÓMEROS

- Caucho: el caucho se encuentra en la naturaleza en forma de látex,líquido lechosos que se extrae de la corteza del árbol de caucho. Elcaucho natural carece de plasticidad y es muy sensible a la acción deagentes atmosféricos. Pero se mejoran sus características con elvulcanizado, que consiste en mezclar caucho con azufre calentándolohasta disolverlo; el azufre actúa de enlace entre las moléculas y seobtiene un material muy resistente (goma).

En la actualidad el caucho natural es poco utilizado y ha sido sustituidopor cauchos sintéticos. Existen varios tipos: GR-A. GR-M (neopreno),etc.

Siliconas: están formadas por macromoléculas de Si en lugar de C; seobtienen por reacciones de policondensación puesto que el Si no formaenlaces dobles. Presentan alta resistencia al calor y gran estabilidadquímica.

ADITIVOS:

Son sustancias que se añaden a los plásticos con el fin de modificar o mejoraralgunas propiedades. Algunos ejemplos son:

Plastificantes: aumentan la plasticidad haciéndolos menos frágiles(parafina, glicerina)

Estabilizadores: tiene como función evitar la degradación del plástico(sales metálicas)

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Cargas: se añaden para mejorar las propiedades mecánicas (talco, mica,sílice, fibra de vidrio…)

Colorantes: tiene como función darles color

Lubricantes: facilitan el moldeo y desmoldeo, así como lamaquinab¡lidad del plástico

CONFORMADO DE PLÁSTICOS

Los termoplásticos y elastómeros son materiales fáciles de conformar,admitiendo procesos de moldeo, deformación y mecanizado. Los másutilizados son los siguientes:

a) EXTRUSIÓN: se emplea para fabricar perfiles. El material en forma degranos se vierte en una tolva y es obligado a fluir mediante un tornillogiratorio instalado en el interior de un cilindro. Durante el proceso elcilindro se calienta para conseguir fundir el plástico. El material sale poruna boquilla que tiene la forma del perfil a fabricar. A la salida el materialse enfría y solidifica. Un caso particular de extrusión es el utilizado parafabricar recubrimientos de cables conductores

b) MOLDEO: es el método de conformado más utilizado. Consiste enintroducir el plástico en estado líquido en un molde que reproduce la formade la pieza a fabrica y dejarlo enfriar hasta que solidifica, adoptando laforma del molde. Existen varios tipos:

POR COMPRESIÓN: se introduce el plástico previamente calentado enun molde y se presiona sobre él con un contramolde, tomando el

material la forma deseada.

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POR INYECCIÓN: se efectúa en máquinas parecidas a las de extrusión.La materia prima se introduce en una tolva y mediante un sistemacalefactor se funde. Mediante un émbolo se inyecta a presión el plásticoen el molde que le dará forma una vez enfriado.

c) SOPLADO: se introduceun tubo del plástico en unmolde con la formaexterior de la pieza y seinyecta aire a presión queempuja el plástico hacia

las paredes del molde tomando la forma de éste.

d) CALANDRADO: consiste en hacer pasar el materialprecalentado entre una serie de pares de rodilloscon el fin de reducir su grosor y obtener una láminafina.

En el caso de los plásticos termoestables no es posible llevar a cabo losmétodos de conformado descritos anteriormente puesto que no es posiblefundirlos. Para su fabricación se utilizan los siguientes procedimientos:

a) MOLDEO POR TRANSFERENCIA: en este caso el material sin llegar apolimerizar se introduce en una cavidad y por medio de un émbolo esempujado y obligado a fluir hacia el interior del molde, donde finaliza lapolimerización

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b) TERMOCONFORMADO: se parte del material semielaborado y seintroduce en el molde, donde finaliza el proceso de polimerización a la vezque adopta su forma definitiva.

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MATERIALES CERÁMICOS

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos no metálicos. Suconstitución puede ser muy variada. En general son duros, frágiles, rígidos yresistentes a los esfuerzos de compresión, aunque menos a los de tracción.Tienen un punto de fusión muy alto, por lo que presentan una alta resistenciael calor (refractarios). Presentan una gran estabilidad química y elevadaresistencia a la corrosión.

Se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Materiales pétreos

Vitrocerámicas

Vidrios

Conglomerantes

Hormigón

Cerámicas especiales

MATERIALES PÉTREOS

Los materiales pétreos son las rocas, formadas por agregados de partículasminerales. Se extraen de las canteras arrancándolas de la corteza terrestre. Acontinuación se realiza un desbaste para eliminar las partes más bastas de laroca y se labran para darle las dimensiones y forma final.

Algunas de las rocas más utilizadas son las siguientes:

a) Granito: está formado por cuarzo, feldespato y mica. Tiene una texturagranulada, es muy duro y presenta una gran resistencia. Cuando loscomponentes aparecen en forma laminar se denomina gneis.

b) Basalto: está formado por feldespato, augita, olivino y magnetita. Presentaelevada dureza y resistencia.

c) Pizarra: está formada por cuarzo y mica. Presenta una estructura laminary es impermeable.

d) Caliza: está constituida por carbonato cálcico mezclado con diferentessustancias. Es dura y resistente. Una de sus variedades más usadas es elmármol.

e) Dolomía: está formada por carbonato de calcio y magnesio. Suspropiedades son semejantes a las de la caliza, aunque resiste mejor lasaltas temperaturas.

La descomposición de las rocas por acción de las rocas por acción de agentesexternos da lugar a fragmentos de diversos tamaño que se conocen con elnombre genérico de áridos. Según su tamaño los áridos se clasifican en:

a) arenas: son pequeños fragmentos de rocas, con diámetro inferior a 6 mm.

b) gravas: son trozos pequeños de piedras, con diámetro inferior a 8 cm.

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VITROCERÁMICAS

Se fabrican con arcilla, que es un silicato de aluminio hidratado (SiO2-Al2O3-H2O), también denominado caolín, con pequeñas cantidades de óxidosmetálicos. A partir de la arcilla se obtiene una pasta cerámica al amasarla conagua. La acción del calor sobre la arcilla hace que ésta pierda su plasticidad.

El proceso de fabricación consiste en dar forma a la pasta cerámica mediantemoldes y dejarla secar para eliminar el agua. Después se introducen en hornos(1000-1400ºC) formándose un material sólido. La temperatura y el tiempo decocido determinan la resistencia del material cerámico. Así el material pocococido será menos frágil y más permeable; el más cocido será más frágil ymás impermeable.

Dependiendo del tiempo de exposición al calor y de los materiales añadidos seobtienen diversos productos:

Barro cocido: se obtiene a partir de arcillas ricas en óxidos férricos. Sesuele recubrir con un barniz que lo hace impermeable. Se utiliza parafabricar recipientes, objetos decorativos, etc.

Ladrillos: los primeros ladrillos se fabricabande adobe (arcilla con paja y secados al sol);se colocaban estando húmedos, por lo que seunían unos a otros por efecto de la presión.En la actualidad los ladrillos se fabrican conarcilla, óxido de hierro, cal y arena de cuarzo.Tienen forma de paralelepípedo. Lasdimensiones normalizadas son: 12 cm x 24cm x N siendo N variable (5, 7, 9 cm)

En función del % de perforaciones se dividenen :

- macizos: menos del 5%- perforados: entre 5 y 33%- huecos: más del 55%.

Además pueden ser simples, dobles ytriples.

Los ladrillos se asientan con mortero ysegún su forma de colocación formanhiladas a soga o a tizón. Se usan paraconstruir muros, tabiques, etc.

Tejas: son placas de arcilla que se utilizan comocubierta. Se usa una arcilla más pura y de grano másfino que en el caso de los ladrillos. Se utiliza comocubierta. Pueden tener diversas formas, aunque la máscomún es la teja árabe o curva.

Baldosas: son ladrillos planos recubiertos de un esmalte, que les haceimpermeables; un tipo particular es el gres. Se usa para revestir suelos.

Azulejos: constan de dos capas: una gruesa de arcilla y otra fina deesmalte vitrificado que le proporciona impermeabilidad y resistencia aldesgaste. Se usa para revestir paredes.

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Porcelana: emplea como materia prima las arcillas más puras. Se sometea dos cocciones: la primera a 1200ºC y después de colocar el esmalte serealiza una segunda cocción a temperaturas próximas a 1500ºC. Es muydura, muy frágil y tiene una transparencia peculiar. Se utiliza para fabricarvajillas, objetos decorativos…

Loza: se obtiene de forma parecida a la porcelana pero a partir demateriales de peor calidad. Se utiliza para fabricar vajillas, baldosas,artículos sanitarios.

Materiales refractarios: se fabrican a partir de arcillas con grandesproporciones de óxidos metálicos (Al, Be, Zr); pueden resistir elevadastemperaturas de hasta 3000ºC. Se usan para fabricar hornos industriales.

VIDRIO

Es un material formado a partir de la fusión a altas temperaturas y posteriorenfriamiento de óxidos inorgánicos, principalmente de silicio SiO2 (sílice).Presenta una estructura interna amorfa o vítrea, es decir, sus átomos no estánordenados.

El vidrio posee gran dureza, pero es muy frágil. Es un mal aislante y presentauna alta estabilidad química, siendo resistente a casi todos los ácidos. Sucualidad más importante es su elevada transparencia. El vidrio coloreado seobtiene añadiendo óxidos de metales.

Existen muchas clases de vidrio, como el vidrio plano, el vidrio impreso, elvidrio moldeado o el vidrio de seguridad.

CONGLOMERANTES

Son materiales que mezclados con agua forman una masa plástica y al secarse(fraguado) se endurecen adquiriendo gran resistencia mecánica.

Cemento: se obtiene a partir de la mezcla de caliza y arcillas trituradas;estos materiales se someten a altas temperaturas en hornos (1300ºC) conel fin de obtener un polvo llamado clínker. Existen muchos tipos decemento aunque el más utilizado es el cemento Portland.

La mezcla de cemento y amianto recibe el nombre de fibrocemento ouralita, que presenta una elevada estabilidad química.

Yeso: se obtiene calcinando la piedra de aljez o piedra natural de yeso(sulfato cálcico deshidratado) previamente triturada. Al mezclar el yeso conagua se forma una masa viscosa que fragua rápidamente.

Una variedad de yeso es la escayola, que es un yeso blanco finamentemolido.

Cal: se obtiene por calcinación de rocas calizas. A partir de este proceso seobtiene la cal viva (CaO) y añadiendo agua se obtiene la denominada calapagada (Ca(OH)2). La cal apagada se presenta en forma de polvo que seconvierte en una pasta al añadirle agua, fraguando y endureciendo al aire.

Los conglomerantes se usan para fabricar MORTEROS: son mezclas de uno omás conglomerantes junto con agua y arena. Sirven como elemento de uniónentre materiales y para enfoscar paredes.

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HORMIGÓN

Es una mezcla de cemento, áridos (arena y grava) y agua. Tiene un aspectopastoso y una vez fraguado alcanza una gran resistencia. Presenta una altaestabilidad química y gran resistencia a los esfuerzos de compresión.

El hormigón se fabrica en la obra, con hormigoneras donde se vierten loscomponentes. También se puede hacer de forma manual. Una vez preparada lamasa se vierte en el molde. El encofrado consiste en realizar el molde con laforma deseada.

Un tipo particular es el hormigón armado, que se obtiene introduciendobarras de acero para que soporten los esfuerzos de tracción.

CERÁMICAS ESPECIALES

Son materiales con una alta temperatura de fusión y elevada resistencia a latensión.

Alúmina: se usa como material refractario, aislante, abrasivo

Circonio: material refractario y abrasivo

Carburo de si: muy duro y resistente, refractario. Se usa como abrasivo yen composites

Semiconductores: presentan propiedades de conducción peculiaresintermedias entre las de los materiales conductores y los aislantes.Constituyen la base de los dispositivos electrónicos.

Superconductores: mezcla de óxido de itrio, bario y óxido de cobre.Presentan resistencia eléctrica prácticamente cero a bajas temperaturas.

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MADERA

La madera se obtiene a partir del tronco de los árboles.

En el tronco se distinguen dos zonas:

Corteza: es la parte externa que recubre el tronco. La corteza se divide encorteza interna o líber, que es el tejido vivo que transporta los productosde la fotosíntesis (savia elaborada) a toda la planta, y la corteza externao súber, que es el tejido muerto cuya función es proteger al tronco.

Leño: es la parte interna queconstituye la madera; consta detres partes:

- albura: es la parte externaconstituida por células quetransportan hasta las hojas losmateriales absorbidos en lasraíces (savia bruta).

- duramen: formada por célulasmuertas, es la zona interior quesirve de soporte a la planta.Durante el crecimiento deltronco las células interiores delalbumen van muriendo y engrosando el duramen.

- médula: es el eje del tronco

Entre la corteza y la albura se encuentra una capa de células denominadacambium, que hacia el interior genera leño y hacia el exterior corteza.

Cuando se corta transversalmente un tronco se pueden observar una serie deanillos denominados anillos de crecimiento. Esta estructura da lugar alcaracterístico aspecto veteado de la madera.

La madera es un material orgánico formada principalmente por celulosa ylignina, además de agua, resinas, azúcares, etc. La celulosa le proporcionaresistencia y tenacidad, mientras que la lignina le da dureza y rigidez

Las propiedades mecánicas de la madera depende de la especie vegetal a laque pertenece. En general es un material resistente que soporta bien laflexión. Es un mal conductor del calor, aislante de la electricidad, y presentabuenas propiedades acústicas.

Una de las propiedades de la madera es su capacidad de contraerse cuandopierde humedad y de hincharse cuando aumenta el grado de humedad. Ello esdebido a que la madera es un material poroso cuyas paredes son capaces deabsorber agua.

En función del grado de humedad la madera se clasifica en:

- madera verde: es la madera recién cortada

- madera oreada: es la que ha perdido una parte del agua, pero no hasufrido contracción

- madera seca: su grado de humedad está en equilibrio con la humedadrelativa del aire.

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La madera comercial debe tener un contenido en humedad inferior al 20%.

OBTENCIÓN DE LA MADERA:

a) TALA: Consiste en cortar el tronco de los árboles en explotacionesforestales. Es necesario llevar a cabo una gestión adecuada del bosque queasegure un desarrollo sostenible del mismo, preservando el medio y conel fin de poder satisfacer futuras demandas. Lo más habitual es realizartalas parciales y selectivas, y llevar a cabo posteriormente unrepoblamiento de la zona talada. Una vez talados los troncos se transportana los aserraderos.

b) DESCORTEZADO: Consiste en separar la corteza de la madera. La cortezapuede utilizarse para fabricar corcho (alcornoque).

c) ASERRADO: Consiste en trocear el tronco en piezas más pequeñas. Elobjetivo es obtener la mayor cantidad de madera de tamaño ycaracterísticas determinadas.

d) TRATAMIENTO DE LA MADERA: Los principales tratamientos son los siguientes:

Secado: antes de trabajar con la madera es imprescindible eliminar elexceso de agua para evitar que ésta se agriete o deforme. El secadopuede ser natural si se deja secar la madera directamente al aire libre, otambién pueden utilizarse hornos especiales.

Preservación: es necesario proteger la madera contra la acción deagentes biológicos (hongos, carcoma …) mediante el uso de insecticidasy desinfectantes.

Tratamientos ignífugos: uno de los grandes enemigo de la madera esel fuego. Aunque no existe ningún medio de obtener maderaincombustible, se pueden aplicar en la superficie capas de materialesresistentes al fuego (bórax, bromuro amónico, fosfato de zinc,carbonatos alcalinos…)

Protección: tras haber secado la madera es necesario protegerla delcontacto con el agua, para ello se recubre de barnices, pinturas, resinas,etc.

TIPOS DE MADERAS

a) Frondosas: tienen un contenido en resina muy bajo y generalmente sonárboles de hoja caduca. Podemos considerar dos tipos:

frondosas duras: son duras, densas y resistentes. Pertenecen a estegrupo la madera de roble, haya, fresno, olivo, nogal, castaño, almendro,avellano, frutales (cerezo, manzano), maderas exóticas (caoba, ébano )

frondosas blandas: son blandas y ligeras. Pertenecen a este grupo la madera de abedul, eucalipto, aliso, álamo, tilo…

b) Coníferas: suelen tener un alto contenido en resinas y generalmente sonárboles de hoja perenne, como el pino, abeto, alerce, etc. En general sonmaderas ligeras, blandas y de gran resistencia.

c) Maderas prefabricadas:

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Contrachapado: se obtiene al unir con adhesivo tres o más chapas demadera, de forma que las fibras queden perpendiculares entre sí.(nogal, roble, fresno, caoba)

Aglomerado: se construye a partir de virutas de madera, que se ligancon aglutinantes (90% virutas, 10% cola) sometiéndolas a presión ycalor.

DM: están formados por fibras de madera fuertemente compactadasadheridas mediante una resina sintética.

Madera prensada (tableros enlistonados): está formada por una zonacentral formada por listones recubiertos por ambas caras con láminasde madera.

FIBRAS

Los materiales fibrosos se caracterizan por tener una constitución filamentosa,apropiada para obtener hilos con el fin de fabricar tejidos. Cada hilo estáformado por varios filamentos entrelazados.La estructura fibrosa confiere a estos materiales una gran elasticidad;asimismo suelen ser materiales tenaces, malos conductores.

Las fibras pueden clasificarse en dos grandes grupos:

a) Fibras naturales:

de origen vegetal: están formadas fundamentalmente por celulosa; seobtienen de diferentes partes de los vegetales (flores, tallos, hojas). Lasmás importantes son el algodón, cáñamo, lino, esparto …

de origen animal: están formados por proteínas. Las más importantesson la lana y la seda.

de origen mineral: están formadas por compuestos inorgánicos, comoes el caso del amianto o asbesto (silicato hidratado de calcio ymagnesio).

b) Fibras artificiales o sintéticas:

por transformación: celulósicas (viscosa, rayón), proteínicas(morinova, ardil, vicara…)

por polimerización: poliésteres (terlene, tergal, dracon…), poliamidas(nylon, perlón, rilsan..), poliacrílicos (orlón, leacril)

c) Fibras especiales:

Fibra de vidrio: se obtiene haciendo pasar el vidrio fundido a presiónpor una hilera. Posee una alta resistencia a altas temperaturas y esmuy buen aislante. Se utiliza para fabrica fibra óptica y materialescompuestos.

Fibra de carbono: se obtiene calentando la fibra de vidrio. Es unmaterial tenaz y resistente, flexible y ligero. Se usa para fabricarmateriales compuestos.

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EL TEJIDO

Una vez obtenidos los hilos se fabrican los tejidos. Un tejido consiste en unentrecruzamiento de dos grupos de hilos de forma perpendicular:

- los hilos dispuestos de forma transversal de denominan urdimbre

- los hilos que cruzan con la urdimbre se denominan trama

Los tejidos se elaboran en los telares, que son máquinas en las que seentrecruzan los hilos. La forma de entrecruzamiento se denomina ligamento.Los ligamentos fundamentales son el tafetán, el raso y la sarga.

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MATERIALES COMPUESTOS

Los materiales compuestos, también conocidos con el nombre de compositesson el resultado de la unión de dos o más materiales con el fin de obtener unacombinación de las propiedades de los materiales constituyentes.

Están formados por dos constituyentes:

- reforzante: suelen ser partículas o fibras y daresistencia y rigidez al compuesto

- matriz: actúa de aglutinante responsable de lacohesión del compuesto.

Tanto el reforzante como la matriz pueden sermetales, polímeros o cerámicos.

CLASIFICACIÓN:

Según la naturaleza de la matriz:

compuestos de matriz polimérica

compuestos de matriz metálica

compuestos de matriz cerámica

Según la forma del reforzante:

composites reforzados con partículas

composites reforzados con fibras

composites laminares

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