1.- Antecedentes: la edad de los metales

4.4.- Tratamientos finales

2.- Propiedades generales de los metales

5.- Productos férricos

3.- Clasificaciones de los materiales metálicos

6.- Productos no férricos puros

4.- Obtención de los materiales metálicos

7.- Aleaciones no férricas

4.1.- Minería

8.- Operaciones con metales en el aula-taller

4.2.- Siderurgia

9.- Impacto ambiental de los metales

4.3.- Electrólisis

10.- Recursos utilizados

El Neolítico pone fin a la Edad de Piedra y da comienzo a la Edad de los Metales, materiales que permitieron construir herramientas y utensilios más eficaces.

En la Edad de los Metales se distinguen tres periodos que llevan el nombre de los materiales que por su relevancia representaron a dichas épocas:

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

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

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

Según su composición:

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

Según su contenido en hierro:

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

Según su densidad:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Uniones: los metales pueden unirse de forma:

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

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

C < 0’1 %

Es un material quebradizo con muy malas propiedades mecánicas. Presenta buenas propiedades magnéticas

Utilizado para fabricar electroimanes, transformadores y aplicaciones electrónicas

0’1% < C < 2%

Dúctiles, maleables, se oxidan con facilidad, tenaces, su dureza aumenta con el % de C, se pueden soldar y forjar

Vehículos, elementos de construcción, chapas, material base de hojalata, herramientas de corte

2% < C < 5%

Menos dúctiles y tenaces que los aceros, pero más duros, ya que el C aporta dureza y al tiempo fragilidad. Funden y se pueden colar en moldes fácilmente

Fabricación de piezas con formas caprichosas y bancadas para maquinaria (absorben bien las vibraciones)

Producto

Propiedades

Aplicaciones

Aluminio

Color blanco brillante, ligero, resistente a la oxidación, muy abundante, malas propiedades mecánicas

Envases, carpintería metálica, cables alta tensión y aplicaciones donde el peso es un parámetro crítico

Cobre

Color rojizo, excelente conductor térmico y eléctrico, resistente a la corrosión, soldable, dúctil y maleable

Principalmente para fabricar conductores eléctricos y calderas y otros equipos de calor

Zinc

Color blanco, muy resistente a la corrosión y a la oxidación, junto con el cobre forma el latón

Utilizado como recubrimiento para proteger a otros metales o aleaciones (galvanizado)

Titanio

Color gris plata, ligero, muy buenas propiedades mecánicas y contra la corrosión y oxidación, biocompatible, carísimo de obtener a partir de TiO₂

Implantes (tolerado por sistema inmunitario), industrias naval, militar, aeronaútica, aeroespacial

(cobre + estaño)

Color amarillo oscuro, aspecto agradable, resiste desgaste y oxidación, se puede colar en moldes

Estatuas, monumentos, joyería, campanas, cuerdas de guitarra (debido a su elevada sonoridad) y monedas

(cobre + zinc)

Color entre rojo y amarillo, aspecto agradable, fácil de trabajar (dúctil y maleable), antideflagrante

Armamento, ornamentación, fontanería, elementos antideflagrantes (no produce chispas por roce o impacto)

Si predomina aluminio se denomina duraluminio, si predomina magnesio se denomina magnalio

Llantas de coches, motores y cubiertas de automóviles

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

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

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