Tema 3. Materiales Metálicos y Aleaciones
¿Conoces lo que es un metal?¿Y cómo se clasifican?¿Qué propiedades crees que pueden tener?¿Todos los metales son iguales y se comportan igual?¿Cómo se obtienen?¿Podemos trabajarlos de una forma idéntica a todos o tienen sus propias características?¿Qué impacto ambiental tiene su uso en la vida actual?Estas son algunas de las preguntas que pueden abordarte al comienzo de la unidad, pero conforme avancemos en el tema, te quedarán más que resueltas, y seguro que al final, podrás tener tu propio concepto de metales, usos y sus aleaciones más importantes. Adelante.

Resumen del Tema 3. Los Metales Férricos y no Férricos.

El Hierro.
El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe.
Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. Igualmente es uno de los elementos más importantes del Universo, y el núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro.
Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica.
Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.
Podemos ilustrar más sobre este metal (Hierro) con el siguiente vídeo de Canal Historia en YouTube.

Os dejo unos apuntes sobre los materiales metálicos férricos útiles para la asignatura.

El Acero.
El acero es la aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso[1] de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar —a diferencia de los aceros—, se moldean.
La definición anterior, sin embargo, se circunscribe a los aceros al carbono en los que éste último es el único aleante o los demás presentes lo están en cantidades muy pequeñas pues de hecho existen multitud de tipos de acero con composiciones muy diversas que reciben denominaciones específicas en virtud ya sea de los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o “al carbono” que amén de ser los primeros fabricados y los más empleados, sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».
Podemos ver un vídeo ilustrativo de una empresa siderúrgica del Canal Historia en Youtube que nos ilustra el proceso y como se hacen las barras de acero industriales que se usan en todas partes.


El Aluminio.
El **aluminio** es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferroso. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis.
Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es el metal que más se utiliza después del acero.
Un vídeo ilustrativo sobre el aluminio, obtención y características es el siguiente:


Os dejo unos apuntes sobre los distintos materiales no férricos y sus aleaciones

Aleaciones. El Bronce.
Bronce es el nombre con el que se denomina toda una serie de aleaciones metálicas que tienen como base el cobre, combinado con un 3 a 20% de estaño y proporciones variables de otros metales como zinc, aluminio, antimonio,o fósforo. Los elementos con características de dureza superiores al cobre permiten mejorar sus propiedades mecánicas.
Fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre, definiendo el período prehistórico conocido como Edad de bronce. Sus aplicaciones incluyen partes mecánicas resistentes al roce y a la corrosión, instrumentos musicales de buena calidad como campanas, gongs, saxofones, y se la utiliza así mismo para fabricar cuerdas de pianos, arpas y guitarras. Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han utilizado en joyería, medallas y escultura. Las monedas acuñadas con aleaciones de bronce tuvieron un protagonismo relevante en el comercio y la economía mundial.
El siguiente video nos comenta algo sobre el bronce.

Técnicas de trabajo con los metales.
Existen de 3 tipos, de conformación, que dan forma a los metales pero que no supone pérdida de material, de mecanizado, que arrancan viruta cuando se trabajan los metales y de unión o pegado, que puede ser con aporte de material o sin él.
La laminación es un método de conformación utilizado para crear láminas o chapa de metal. Este proceso metalúrgico se puede realizar con varios tipos de máquinas. La elección de la máquina más adecuada va en función del tipo de lámina que se desea obtener (espesor y longitud) y de la naturaleza y características del metal. La máquina más común es de simples rodillos, por entre los cuales se introduce el metal a altas temperaturas y se deforma hasta obtener el espesor deseado.
También es posible la laminación a temperaturas bajas (laminado en frío). En este caso la relación de espesor de entrada a los rodillos frente al espesor de salida es menor que en el caso de laminado en caliente, necesitándose varias pasadas hasta completar el proceso. Es habitual utilizar en este caso laminadores reversibles. La calidad del laminado en frío suele ser mayor que la laminación en caliente, ya que es posible tomar medidas de espesores, realizando así un mejor control del proceso.
El siguiente video nos ilustra el proceso de laminación.

Otras pueden ser la forja o la embutición. Incluyo enlaces a vídeos de Youtube que las ilustran.

El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos de avance programados de la mesa de trabajo en casi cualquier dirección de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza.
Con el uso creciente de las fresadoras de control numérico están aumentando las operaciones de fresado que se pueden realizar con este tipo de máquinas, siendo así que el fresado se ha convertido en un método polivalente de mecanizado. El desarrollo de las herramientas ha contribuido también a crear nuevas posibilidades de fresado además de incrementar de forma considerable la productividad, la calidad y exactitud de las operaciones realizadas.
Un vídeo ilustra el proceso de fresado.

Os dejo unos apuntes sobre las técnicas de trabajo con los metales y sus aleaciones.


Actividades.
Algunas de las actividades que haremos con este tema de los materiales metálicos son las siguientes:
  1. Cuestiones simples sobre los materiales metálicos.
  2. Actividades de investigación sobre los metales. (agradecimiento al IES Villalba Hervás)
  3. Ejercicios sobre los materiales metálicos.
  4. Actividades sobre metales.
  5. WebQuest sobre los metales.
Caza del Tesoro (Webquest) sobre los Metales, donde intentaremos responder a algunas cuestiones relacionadas con sus propiedades, con sus características y con su clasificación, haciendo hincapié en sus aleaciones, utilidades, y demás especificaciones. Además, se os preguntará qué opináis sobre el uso de los metales en la vida actual, cómo ha cambiado nuestra forma de vida.