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Los metales
IES BELLAVISTA
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La edad de los metales
� Los primeros metales, encontrados en estado puro, se usaron sobre el 7.500 a.C., pero sólo eran trabajados en frío o ligeramente calentados.
� Sobre 5.000 a.C. se inicia la fundición de metales (cobre, oro,...)
� Sobre 3.000 a.C. se descubre el bronce , aleación de cobre y estaño, mucho más duro que ambos.
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La edad de los metales
� Sobre 1.500 a.C. los hititasusaban el hierro para fabricar armas lo que les dio ventaja bélica sobre otros pueblos (egipcios,...)
� Hasta 1.400 d.C., en que empezaron a utilizarse los hornos provistos de fuelle, no se pudieron alcanzar las temperaturas necesarias para fundir el hierro (1.535 ºC)
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Características de los metales
� Son muy buenos conductores del calor.
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Características de los metales
� Son buenos conductores de la electricidad,
como el cobre y el aluminio.
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Características de los metales
� Tienen una considerable resistencia mecánica.
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Características de los metales
� Tienen una considerable tenacidad (aguantan golpes
sin romperse)
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Características de los metales
� Poseen una elevada maleabilidad.
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Características de los metales
� Tienen una elevada ductilidad.
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Características de los metales
� Son reciclables mediante fundición.
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La extracción minera: minerales
Los metales no suelen encontrarse puros en la
naturaleza, sino formando parte de minerales.
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La extracción del mineral en minas
Los minerales se extraen en minas a cielo abierto o subterráneas.
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La minería a cielo abierto
Mina de hierro de Alquife (Granada)
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La extracción del mineral: voladuras
La extracción minera a cielo abierto empieza con la voladura de la roca para desprenderla.
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La extracción del mineral: el transporte
El mineral se carga en camiones o vagones con grandes palas hidráulicas o con cucharas giratorias.
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La minería subterránea
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La mena y la ganga
La parte aprovechable del mineral se llama mena y la no aprovechable ganga. La ganga suele ser más
del 95%.
Mena
Ganga
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La trituración del mineral
Para separar la mena de la ganga se procede a la trituración del mineralmediante diversos procedimientos.
Molino de bolas
Trituradora de martillos
Trituradora de rodillo
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La trituración del mineral
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La separación de mena y ganga
Una vez triturado el material, se procede a la separación de la mena de la ganga por separación magnética o por flotación, entre otros.
Celdas de flotación
Separación magnética
Cinta transportadora
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La extracción del mineral: sinterizado
La mena suele quedar reducida a partículas muy finas de difícil manipulación, por lo que se aglomeran en bloques. Este proceso se denomina sinterizado.
Bloque de metal sinterizado
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Clasificación de los metales
De entre todos los metales, el hierro y sus aleaciones suponen el 90% de la producción mundial. Por ello, se clasifican en:
� Materiales férricos: Son el hierro y aleaciones cuyo componente principal es el hierro (aceros y fundiciones).
� Metales no férricos: Son los metales y aleaciones
que no contienen hierro, como el cobre, el aluminio, el níquel, el latón, el bronce,...
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Materiales férricos
El hierro puro apenas se utiliza a nivel industrial. Por ello, se alea con carbono solo o con carbono y otros metales.
Clasificación de los productos férreos según el contenido en C:
� Hierro dulce: %C < 0,1%
� Acero: 0,1% < %C < 1,67%
� Fundición: 1,67% < %C < 6,67%
Nota: contenidos superiores al 5% hacen la aleación demasiado frágil y dejan de tener interés industrial.
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Hierro dulce (o industrial)
El hierro puro o con muy bajo contenido en carbono apenas se utiliza por ser un material muy blando y fácilmente deformable.
Sus únicas aplicaciones están en el campo del electromagnetismo. Se utiliza como núcleo de bobinas, electroimanes y transformadores.
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Acero: propiedades
� Es dúctil y maleable . También es tenaz .
� Se puede soldar . Cuanto mayor contenido en C, peor se sueldan.
� Se oxida fácilmente (salvo los inoxidables).
� Su dureza y su resistencia al desgaste aumentan con el contenido en carbono , pero también su fragilidad,.
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Aceros al carbono (no aleados)
Son los que contienen otros elementos, además de Fe y C, pero en proporciones muy pequeñas.
� Aceros con bajo contenido en Cson fáciles de cortar y trabajar: carrocerías, vigas, bidones, ...
� Aceros con contenido medio en Cbuena resistencia a la fatiga y al desgaste: bielas, destornilladores, engranajes,...
� Aceros con alto contenido en C muy duros y con gran resistencia al desgaste, pero frágiles: herramientas de corte, brocas, cojinetes, ...
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Aceros aleados
Son los que contienen otros elementos, además de Fe y C, en proporciones significativas. Cada elemento aporta unas cualidades:
� Cobalto: aumenta la dureza y la resistencia al desgaste (brocas,...).
� Wolframio: confiere gran dureza a cualquier temperatura.
� Vanadio: confiere gran resistencia a la fatiga y a la tracción.
� Cromo y níquel: aumentan la resistencia a la corrosión (aceros inoxidables).
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Fundiciones
� Contienen más carbono que los aceros.
� Tienen más bajo punto de fusión que el acero. Es fácil obtener piezas moldeadas.
� Son más baratas y más fáciles de mecanizar que el acero.
� Son muy difíciles de soldar.
� Son más duras y resistentes a la corrosión y al desgaste, pero también más frágiles, menos dúctiles y menos tenaces que el acero.
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Obtención de materiales férricos
Para producir los materiales férricos se necesita:
� Mineral de Hierro.
� Carbón de coque.
� Piedra caliza.
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El mineral de hierro
Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:
Oligisto
Magnetita
Siderita
Pirita
Limonita
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El carbón de coque
El carbón de coque actúa de combustible y como elemento aportador del carbono.
El carbón de coque se obtiene de la hulla, en los hornos de coque .
Horno de coque
Descarga del horno de coque
Coque ya apagado
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La piedra caliza
La piedra caliza está formada principalmente por carbonato cálcico y se utiliza, además, como piedra para construcción y para fabricar cementos .
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Sinterización del mineral de hierro
Las partículas de mineral de hierro, junto con el carbón de coque y la piedra caliza se mezclan formado una masa porosa denominada sínter. Este proceso se denomina sinterización .
Sinter
Proceso de sinterización
Sinter
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Obtención del arrabio
� Por el tragante de los altos hornos, se introduce el sínter, junto con chatarra de hierro.
� Al quemar fueloil y el coque se produce calor que funde el mineral de hierro, que se deposita en el fondo. Al hierro fundido se le denomina arrabio . Se extrae por la piquera .
� La caliza reacciona con la ganga formando la escoria , que flota sobre el arrabio. La escoria se extrae por la bigotera .
Alto horno
� Se introduce aire por las toberas .
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Obtención del arrabio
Panorámica de alto horno
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Obtención del arrabio
Salida de la escoria
Vaciado del arrabio sobre un carro torpedo
El arrabio se transporta en torpedos hasta el lugar donde se afina.
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Transformación del arrabio en productos
Del arrabio se pueden obtener fundiciones y aceros.
� La fundición se obtiene por solidificación directa del
arrabio.
� Para producir acero hay que reducir el contenido en carbono del arrabio en los convertidores , inyectando oxígeno para quemar el exceso de carbono. Este proceso se llama afino .
Convertidor Bessemer
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Convertidor Bessemer
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Fabricación de piezas por moldeo
Existen tres procedimientos de solidificación del acero:
� Fabricación directa de piezas: se vierte el acero líquido sobre moldes con la forma de las piezas.
Vertido en moldes
Desmoldeo
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Colada sobre lingoteras
� Colada sobre lingoteras: se vierte el acero sobre moldes llamados lingoteras y luego se lamina en trenes desbastadores.
Vertido en lingoteras Tren desbastador
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Colada continua
� Colada continua: el acero se vierte sobre un molde refrigerado con fondo desplazable. El producto se va solidificando al pasar por el molde y posteriormente.
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Laminación del acero
Consiste en hacer pasar los lingotes o la colada de acero entre rodillos giratorios para reducir la sección.
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Los metales no férricos
� Cobre
� Estaño � Aluminio
� Cinc
� Magnesio � TitanioDolomita Rutilo
AzuritaMalaquitaCuprita Calcopirita
Casiterita
Blenda
Bauxita
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Cobre
� Es un excelente conductor de la electricidad y del calor.
� Se suelda con facilidad.
� Es muy dúctil y maleable.
� Conductores eléctricos
� Tuberías
� Intercambiadores de calor
Propiedades
Aplicaciones
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Estaño
� Bajo punto de fusión.
� Se suelda con facilidad.
� Soldadura de componentes eléctricos y electrónicos.
� Soldadura de tuberías
� En aleaciones (bronce) y recubrimientos (hojalata).
Propiedades
Aplicaciones
� Es inoxidable.
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Aluminio
� Ligero, blando y maleable.
� Resistente a la corrosión.
� Envase de alimentos y bebidas.
� Conductor eléctrico.
� Carpintería metálica
Propiedades
Aplicaciones
� No es tóxico.
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Cinc
� Muy resistente a la corrosión.
� Canalones, tubos y depósitos.
� Recubrimiento de tejados.
� En aleaciones (latón, plata alemana, calaminas,...)
Propiedades
Aplicaciones
� Galvanizado del acero (capa protectora).
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Magnesio
� Muy ligero y poco resistente. Muy inflamable.
� Pirotecnia y explosivos.
� Aplicaciones aeroespaciales.
Propiedades
Aplicaciones
� Bastante caro.
� Se alea para aumentar su resistencia.
� Llantas de ruedas.
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Titanio
� Muy resistente a la corrosión.
� Estructuras de aeronaves.
� Turbinas de aviones.
Propiedades
Aplicaciones
� Biocompatible.
� Gran resistencia mecánica.
� Implantes médicos.
� Muy caro.
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Latón
� Muy dúctil y maleable.
� Bisagras, tornillos,...
� Accesorios de fontanería.
Propiedades
Aplicaciones
� Mayor resistencia mecánica que Cu o Zn.
� Cerraduras.
� Aleación de cobre y cinc .
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Bronce
� Resistente a la corrosión.
� Campanas.
� Cojinetes, bombas,...
Propiedades
Aplicaciones
� Mayor resistencia mecánica que Cu o Sn.
� Monumentos.
� Aleación de cobre y estaño .
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Duraluminio
� Llantas de camiones.
� Artículos de ortopedia.
Propiedades
Aplicaciones
� Mayor resistencia mecánica que el Al.
� Estructuras de aviones.
� Aleación de aluminio , cobre y magnesio .
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Técnicas de fabricación
con metales
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Moldeo a la cera perdida
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Moldeo por inyección a presión
� Se utiliza para aleaciones ligeras como las de aluminio o aleaciones con bajo punto de fusión.
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Moldeo por extrusión
� El metal semifundido se empuja con un pistón hidráulico para hacerlo salir por una boquilla con la forma deseada. Su usa para perfiles y tubos.
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Deformación por forja
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Forja de grandes dimensiones
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Estampación
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Troquelado
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Embutición
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Curvado
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Plegado
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Trefilado
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Limado
Limado correcto a 45º
Lima para metal
Lima para madera(escofina)
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Taladrado
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Fresado
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Torneado
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Esmerilado y desbarbado
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Rectificado
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Tronzado
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Cizallado
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Oxicorte
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Unión por soldadura eléctrica
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Unión por soldadura eléctrica
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Unión por soldadura eléctrica
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Unión por soldadura oxiacetilénica
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Soldadura blanda con soldador de gas
Decapantes y fundentes
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Soldadura blanda con soldador eléctrico
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Unión remachada
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Unión atornillada
Tornillo autorroscante
Tornillo-tuerca rosca métrica
Tornillo rosca chapa
Tornillo rosca madera