Materiales Metálicos y Procesos de Fabricación: Fundamentos Esenciales

Tipos de Materiales Metálicos

Materiales Ferrosos

• Hierro puro: Concentración de carbono entre 0.008% y 0.03%.
• Acero: Concentración de carbono entre 0.03% y 1.76%.
• Fundición: Concentración de carbono entre 1.76% y 6.67%.

Materiales No Ferrosos

Ligeros y Ultraligeros

• Aluminio: Utilizado en aviones, automóviles y bicicletas.
• Magnesio: Empleado en pirotecnia e industria aeroespacial.
• Titanio: Aplicado en prótesis médicas e industria aeroespacial.

Metales Pesados

• Plomo: Presente en baterías y acumuladores.
• Estaño: Usado en papel de estaño y de hojalata.
• Cinc: Utilizado en cañerías y canalones.
• Cobre: Fundamental para cables eléctricos y tuberías.
• Bronce: Empleado en tuercas y campanas.
• Latón: Utilizado en artesanía y orfebrería.

Proceso de Obtención del Acero

El proceso siderúrgico incluye un gran número de fases hasta la obtención final del acero. En primer lugar y con el fin de eliminar las impurezas, el mineral de hierro se lava y se somete a procesos de trituración y cribado. Con ello, se logra separar la ganga de la mena.

A continuación, se mezcla el mineral de hierro (mena) con carbón y caliza y se introduce en un alto horno a más de 1500 grados. Así se obtiene el arrabio, que es el mineral de hierro fundido con carbono y otras impurezas.

El arrabio obtenido es sometido a procesos posteriores con objeto de reducir el porcentaje de carbono, eliminar impurezas y ajustar la composición del acero, añadiendo los elementos que procedan en cada caso: cromo, níquel, manganeso, etc.

Metales para Aceros Aleados

• Silicio: Confiere elasticidad y carácter magnético a la aleación.
• Manganeso: Aporta dureza y resistencia al calor. Resulta necesario para hacer que el acero sea inoxidable.
• Níquel: Mejora la resistencia a la tracción y la corrosión, y aumenta la tenacidad.
• Wolframio: Se añade para incrementar la dureza del acero y mejorar su resistencia a la corrosión y al calor.
• Cromo: Proporciona propiedades inoxidables, además de incrementar la dureza y tenacidad del acero.
• Plomo: Facilita el proceso de corte del acero llevado a cabo con máquinas herramienta, como el torno, la taladradora o la fresadora.

Propiedades de los Materiales

• Resistencia mecánica: Soporta esfuerzos de tracción, torsión, compresión y flexión.
• Ductilidad y maleabilidad: Se pueden extender en hilos y planchas, respectivamente.
• Tenacidad: Resistencia a romperse mediante golpes.
• Plasticidad y elasticidad: Algunos se deforman mientras que otros vuelven a su forma original.
• Conductividad: Térmica, eléctrica y acústica.
• Comportamiento magnético: Se atrae por un imán.
• Fusibilidad: Se pueden soldar.
• Dilatación y contracción: Con frío se contraen y con calor se dilatan.

Propiedades Químicas

• Oxidación: Reacción con el oxígeno.

Propiedades Ecológicas

• Reciclables y reutilizables: Posibilidad de ser procesados para nuevos usos.
• Toxicidad: Potencial de ser nocivos para la salud o el medio ambiente.

Tipos de Uniones

Uniones Fijas

• Remache: Unión permanente mediante deformación.
• Unión por ajuste a presión: Ensamblaje sin elementos adicionales, por fricción.
• Adhesivos: Unión mediante sustancias pegajosas.
• Soldadura: Unión por fusión de materiales.
  • Blanca: Temperatura inferior a 400 °C.
  • Fuerte: Temperatura inferior a 800 °C.
  • Oxiacetilénica: Temperatura superior a 3000 °C.

Uniones Desmontables

• Tornillo pasante con tuerca: Permite el montaje y desmontaje.
• Tornillo de unión: Para fijar piezas entre sí.
• Espárrago: Varilla roscada sin cabeza, fijada en una pieza y con tuerca en la otra.
• Claveta y lengüeta: Elementos para transmitir movimiento o fijar piezas.
• Ejes estriados: Ejes con ranuras para acoplamiento.
• Guías: Elementos que dirigen el movimiento de otros.

Técnicas de Conformación de Metales

Extrusión

El metal en caliente pasa a través de un orificio que tiene la forma deseada, aplicando una fuerza de compresión mediante un émbolo o pistón. Se pueden obtener así piezas largas con el perfil apropiado. Por tanto, es una técnica idónea para obtener barras, tubos y perfiles variados.

Trefilado

Se hace pasar un alambre por un orificio con la dimensión deseada. A continuación, se aplica una fuerza de tracción mediante una bobina de arrastre giratoria, lo que hace que aumente su longitud y disminuya su sección. Se emplea para fabricar hilos o cables metálicos.