Fundamentos de Metalurgia: Materiales, Procesos y Aleaciones Industriales

Materiales Industriales: Clasificación y Procesos Metalúrgicos

Materiales Metálicos y No Metálicos

Los materiales se clasifican en diversas categorías según su composición y propiedades:

• Materiales Metálicos: Incluyen elementos como el hierro, cobre, cinc, aluminio, plomo y estaño.
• Materiales No Metálicos: Se subdividen en naturales, sintéticos y materiales auxiliares.

Materiales Férricos: El Hierro y su Producción

Los materiales férricos son aquellos cuyo componente principal es el hierro.

Minerales del Hierro

Los principales minerales del hierro utilizados en la industria son:

• Magnetita
• Hematites roja
• Siderita
• Limonita
• Pirita

El Horno Alto: Componentes y Funcionamiento

El horno alto es una instalación clave para la obtención de arrabio a partir de minerales de hierro. Sus componentes principales y sus funciones son:

Tragante

Facilita la carga del material en el interior del horno.

Cuba

Calienta el material para eliminar la humedad y calcinar la caliza.

Vientre

Provoca la fusión del mineral de hierro.

Toberas

Insufan aire en el interior del horno para quemar el combustible.

Recuperadores de Calor

Precalientan el aire que se insufla, aprovechando el calor de los gases de escape.

Etalaje

Recoge el hierro y la escoria fundida en el vientre.

Bigotera

Extrae la escoria fundida que sobrenada.

Piquera

Extrae el hierro fundido del fondo del horno alto.

Cuchara

Dispositivo que permite trasladar el arrabio fundido.

Lingotera

Molde en el que se deposita el arrabio hasta que se solidifica.

Convertidor

Instalación que permite obtener acero a partir del arrabio o la chatarra.

Tipos de Fundición

La fundición es un producto intermedio en la metalurgia del hierro, y se presenta en dos formas principales:

Fundición Gris

Se obtiene cuando el contenido de silicio es elevado. El carbono cristaliza entonces en forma de grafito y solo puede emplearse para piezas moldeadas.

Fundición Blanca

Se obtiene cuando el contenido de manganeso es elevado. En estas condiciones, el carbono se combina con el hierro formando carburo de hierro y se utiliza como una de las materias primas principales para la obtención de acero.

Materiales No Férricos: Propiedades y Aplicaciones

Los materiales no férricos son aquellos que no tienen el hierro como componente principal. Entre los más comunes se encuentran el cobre, el aluminio, el plomo, el estaño y el cinc. Otros, como el mercurio y el volframio, se aplican en ámbitos industriales específicos.

El Cobre: Un Metal Conductor Esencial

El cobre es un metal conductor ampliamente utilizado, presente en diversos minerales como la cuprita, calcopirita, malaquita y cobre nativo.

Proceso de Afino del Cobre

El afino del cobre, proceso para purificar el cobre bruto, consta de dos fases principales:

1. Fase Térmica: El cobre bruto se introduce en hornos especiales de afinación. El cobre que sale del convertidor se vierte en moldes especiales para obtener las planchas.
2. Fase Electrolítica: Al pasar la corriente eléctrica, el cobre bruto se disuelve y se va depositando sobre las planchas del cátodo, obteniendo cobre de alta pureza.

Aleaciones del Cobre

Las aleaciones de cobre son ampliamente valoradas por sus propiedades mejoradas. Las tres principales son:

• Bronce de Aluminio: Es una aleación formada por un 90% de cobre y un 10% de aluminio. Aumenta sensiblemente su dureza y es mucho más resistente a la corrosión.
• Latones: El latón es menos resistente a los agentes atmosféricos que el cobre, pero soporta mejor el agua y el vapor. Si se aumenta el porcentaje de cobre, mejora la moldeabilidad de la pieza. Añadiendo a la aleación pequeñas cantidades de estaño y aluminio se consigue mejorar su resistencia a la corrosión marina. Si se añade algo de plomo, mejora su capacidad de mecanizado.
• Bronces: Son aleaciones de elevada resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión. Hay dos tipos principales de bronces:
  • Bronces para Forjar: Poseen porcentajes muy bajos de otros metales, tienen gran resistencia a la tracción y al desgaste.
  • Bronces para Fundir: Tienen magníficas cualidades para el deslizamiento.