Materiales sintéticos

Materiales sintéticos

1.- Definición de materiales sintéticos

Hecha con materiales sintéticos macromoleculares que forman fibras (polimeros) y creada con reacciones polimericas de materiales químicos simples (monomeros), En general, sintéticas fibras son creados por forzamiento, por lo general a través de extrusión , formación de materiales de fibra a través de orificios (llamados hileras) en el aire, formando un hilo. Por sus cualidades, algunas de las cuales pueden modificarse (resistencia a altas temperaturas, fuerza de tensión, elasticidad, etc.) de forma aleatoria, son equivalentes muchas veces a las de la fibra natural. Se distingue por su escaso recubrimiento, su fuerza, su resistencia a su uso, elasticidad, retención de la forma, y resistencia a efectos de la atmósfera; esto significa que los productos de fibra sintética son de fácil mantenimiento. Se usa en la producción de ropa interior y de tejidos y puntos de vestidos de mujer y trajes de hombre, así como con fines técnicos. Se produjo y empezó a usarse con normalidad por primera vez a mitad de los años 30; su desarrollo técnico sigue en progreso. Los tipos más importantes de fibra sintética incluyen la poliamida, poliéster, poliolefina, poliacrilonitrilo, policloruro de vinilo (PVC), alcohol polivinílico, polifluoretileno y poliuretano.

Las fibras sintéticas representan aproximadamente la mitad de todo el uso de la fibra, con aplicaciones en todos los ámbitos de la fibra y la tecnología textil. Aunque muchas clases de fibra a base de polímeros sintéticos han sido evaluados como productos comerciales potencialmente valiosos, cuatro de ellos (de nylon , poliéster , acrílico y poliolefina) dominan el mercado. Estas cuatro cuentan aproximadamente el 98 por ciento en volumen de producción de fibras sintéticas, solo el poliéster representa alrededor del 60 por ciento.

2.- Características técnicas más representativas de este grupo de materiales

	Tipos de fibras	Nombre	Características
	Poliamidas	Nylon	Son muy resistentes y elásticas; no son atacadas por insectos o putrefacción. Tienen el inconveniente de deformarse con el calor. A veces producen alergias a pieles sensibles. Se usan par equipos deportivos y trajes de baño, mezclada con elastanos.
	Poliéster	Tergal	De amplio uso en prendas de vestir y deportivas, sola ó mezclada con otras fibras. Son muy resistentes y con un precio relativamente bajo.
	Acrílicas	Leacril	Son muy resistentes a la acción de la intemperie y de la luz. Generalmente se utilizan en géneros de punto o en hilos para tejer manualmente (mezclas con lana).
	Polivinílicas	Rhovil	Son fibras resistentes a los agentes químicos por lo que se suelen utilizar en la elaboración de textiles técnicos.
	Polietilénicas	Sarán	Tienen una gran resistencia a la abrasión. Por ello se utiliza mucho en artículos de tapicería, alfombras y moquetas.
	Polipropilénicas	Merklón	Tiene muy bien la abrasión, así como toda clase de tratamientos y agentes químicos. Se emplean en la fabricación de tapicerías, artículos de de uso industrial y prendas de trabajos.
	Elastano	Dorlastan	Tienen una enorme elasticidad. Se emplean en la fabricación de prendas de corsetería, trajes de baño, vestuario deportivo, entre otras.

3.- Clasificación de los materiales sintéticos por familias

En función de su estructura interna se pueden clasificar como:

-Termoplasticos: Están formados por macromoleculas lineales o ramificadas, no entrelazadas.En general son duros en frió y al calentarlos se reblandecen y fluyen.
El proceso de calentamiento para darles forma y el posterior enfriamiento para que endurezcan con la forma deseada, puede repetirse prácticamente de forma ilimitada. Algunos ejemplos de este tipo son: polietileno, el cloruro de polivinilo, poliesterol, polipropileno... Se usan para el aislamiento de cables eléctricos, calandras, interior del motor, salpicaderos, spoilers, rejillas, paragolpes, baterías..

Materiales termoplasticos

-Termoestables: Se denominan así por no sufrir ninguna variación en su estructura al ser calentados, ni se reblandece ni fluyen al ser sometidos a presión o calor, siempre que no llegue a la temperatura de descomposición. Entre los materiales termoestables se encuentran las resinas fenolicas, resinas alquidicas, resinas de poliester no saturadas.... Se usan para fabricar portones, capos, salpicaderos.

Ford con interior de materiales sinteticos

-Elastomeros: Son materiales macromoleculares, que en un amplio margen de temperaturas, pueden sufrir, sin rotura, deformaciones considerables bajo la acción de fuerzas relativamente pequeñas y recuperar posteriormente su longitud primitiva. Podemos encontrar cauchos naturales y sintéticos , poliuretano.. Se utilizan en cantoneras, revestimientos interiores, asientos.

Uso de los elastomeros en los asientos
de vehículos

4.- Vias y procesos de obtención

El primer paso en la obtención de plásticos consiste en mezclar los componentes en las proporciones necesarias para obtener el material que se desea fabricar. La materia prima suele estar en forma de bolitas, en polvo o en forma de líquido viscoso.

Los aditivos

Se suelen añadir a la mezcla diversas sustancias, conocidas con el nombre de aditivos. Los aditivos aportan distintas propiedades a los plásticos, como baja densidad, baja conductividad eléctrica, transparencia, color, tenacidad, dureza, estabilidad...
La forma de trabajar depende del tipo de plástico que se va a fabricar. Así, a los termoplásticos se les puede aplicar diversas técnicas basadas en el aporte de calor y presión, entre las que destacan la extrusión y el moldeo.
Sin embargo, los plásticos termoestables son más complicados, debido a que no funden al calentarse. Solo se pueden obtener mediante los procesos de moldeo por compresión y moldeo por transferencia.

La extrusión

Una vez fundido, el material es obligado a pasar de forma continua a través de una boquilla y es recogido a la salida de la misma por un sistema de arrastre. Al enfriarse, por contacto con el aire ambiente o mediante circulación forzada de aire frío, se obtiene un perfil cuya sección tiene la forma de la boquilla.

Proceso de extrusión

El moldeo

El moldeo consiste en fabricar piezas de plástico mediante moldes, que le dan al material la forma deseada. Es el procedimiento más utilizado debido a su sencillez y a la calidad del acabado final. La mayoría de los objetos de plástico se fabrican mediante alguno de los métodos de moldeo.
Según el tipo de presión a que se somete el material plástico dentro del molde, podemos considerar dos tipos de técnicas:moldeo a baja presión y moldeo a alta presión.
El moldeo a baja presión
Los procedimientos industriales más importantes son:
El moldeo por soplado: se introduce en el molde una preforma en forma de tubo a través de un dosificador y, a continuación, se inyecta aire comprimido.

Máquina moldeadora de plásticos

Otro método es el moldeo al vacío, en el que se dispone de un molde donde se efectúa el

Proceso de moldeo
al vacío

vacío, adaptándose el material a las paredes del mismo.
El moldeo centrífugo, donde el material semifundido se introduce en un molde que gira sobre un eje, de manera que «la fuerza centrífuga» hace que se adapte a las paredes del molde.
La colada es el método más simple, ya que consiste en fundir el material y verterlo en un molde. El fluido viscoso rellena el molde y toma su forma. Se trata de un método lento, ya que se invierte mucho tiempo en asegurarse de que el molde se ha rellenado por completo y en enfriar el plástico.
El espumado se usa para conseguir espumas de polímero, es decir, plásticos con una densidad muy baja o expandidos, que tienen en su interior burbujas de aire.
En todos ellos, el material fundido toma la forma de un molde y, tras enfriarse y solidificar de nuevo, se obtiene la pieza final.

El moldeo a alta presión

El moldeo a alta presión, o moldeo por inyección, es el método más utilizado en la producción de termoplásticos. Se utiliza una máquina parecida a la extrusora, que proporciona alta presión y temperatura elevada al material.
Moldeo por inyección
Una vez fundido se introduce el plástico a alta presión en el interior del molde. Gracias a la presión, el plástico rellena el molde sin dejar huecos. El proceso es muy rápido, y permite fabricar piezas complejas, por lo que se emplea para elaborar todo tipo de objetos. Un caso particular de aplicación del moldeo por inyección es la fabricación de películas de plástico.

Moldeo a alta presión

La mecanización de los plásticos

Mecanizar cualquier tipo de material consiste en realizar, mediante máquinas o herramientas, trabajos para dar forma a los objetos. Una máquina herramienta porta una herramienta que se acopla a los mecanismos de la máquina, que, por lo general, realizará algún movimiento, bien en la pieza a mecanizar o bien en la propia herramienta.
La industria ha encontrado en el plástico un buen sustituto de la madera y los metales para ciertas aplicaciones, debido a la gran dureza, tenacidad y resistencia de determinado tipo de plásticos. Estos se suelen obtener en formas estándar, como perfiles redondos, chapas o láminas, tubos..., para después mecanizarlos o darles forma mediante máquinas herramientas.
Estas máquinas, como taladros, tornos, fresadoras y sierras de corte, son las habituales cuando se trabaja con la madera o los metales. Además, podemos aplicar en estos plásticos otros trabajos de acabado, como lijado, limado de virutas o rebabas o rectificado de superficies, con los que se consiguen superficies alisadas con el mínimo de rugosidad.
De todos estos trabajos, los más habituales son el torneado, el fresado y el rectificado.

El torneado

El torneado consiste principalmente en agarrar una pieza mediante unas mordazas de sujeción en los extremos longitudinales de la misma, que hacen girar el material. Mientras está girando, una herramienta de corte, denominada cuchilla, se acerca al objeto y elimina material de forma perimetral, consiguiendo formas cilíndricas o cónicas.
Mediante la mecanización de una pieza de plástico en un torno se pueden obtener objetos de sección circular.

Proceso de fabricación de una pieza
en el torneado

El fresado

Consiste igualmente en la eliminación de parte del material de una pieza en bruto, pero esta vez de forma superficial. Lafresadora sujeta la pieza en una bancada de forma que ofrece una de sus superficies a una herramienta de corte, llamadafresa, que mediante diversas pasadas por el área a retirar realiza rebajes en la superficie.
Mediante el fresado se pueden conseguir piezas con diferentes formas planas.

Fresado de una pieza

El rectificado

La máquina rectificadora dispone, a modo de herramienta, de una muela abrasiva que pule la superficie de una pieza. Para ello, la muela va girando sobre la superficie rugosa, mientras la pieza se va desplazando en una dirección determinada.
Las muelas están compuestas por granos de material abrasivo de elevada dureza, compactados mediante un aglomerante. Al girar la muela a gran velocidad, los granos se comportan como pequeñísimas cuchillas que eliminan el material superficial. Entre los tipos de abrasivo más utilizados están el cuarzo, el diamante o el esmeril como abrasivos naturales, y el carburo de silicio y el carburo de boro como abrasivos artificiales.
La muela puede tener diferentes tamaños de grano: el muy grueso, con el que se desbasta la superficie; el medio y el fino, con los que se consiguen acabados finos; y el muy fino o el superfino, que permiten pulir una superficie sin que quede apenas rugosidad.

Rectificadora cilíndrica

El calandrado

Es un proceso de transformación de materiales termoplásticos y elastómeros para la fabricación de láminas partiendo de formas de plástico en bruto. El material se hace pasar por diferentes rodillos cilíndricos que reducen el espesor de las láminas. El tipo de producto que se obtiene consiste en una película de plástico de pequeño espesor que se utiliza para impermeables, manteles de hule, film transparente para envolver alimentos, etc.

Proceso de fabricación de
la calandra

5.- Historia de los materiales sintéticos

La primera fibra artificial, conocido como seda artificial , que se conoció como la viscosa alrededor de 1894, y, finalmente, rayón en 1924. Un producto similar conocido como acetato de celulosa fue descubierto en 1865. Rayón y acetato son fibras artificiales, sintéticas, pero no realmente, que es hecha de madera . A pesar de estas fibras artificiales fueron descubiertos en el siglo XIX, la fabricación moderna éxito comenzó mucho más tarde (ver fechas abajo).

El nylon , la fibra sintética en primer lugar, hizo su debut en los Estados Unidos como un sustituto de la seda , justo a tiempo para la Segunda Guerra Mundial el racionamiento. Su novela uso como material para las mujeres de medias eclipsado usos más prácticos, como un sustituto de la seda de paracaídas y otros militares usos.

Las fibras sintéticas más comunes son:

Rayón (1910) (no artificiales, sintéticas) Acetato (1924) (artificial, no sintético) De nylon (1939) Modacrílicas (1949) Olefina (1949) Acrílico (1950) Poliéster (1953) La fibra de carbono (1968) fibras sintéticas especiales incluyen:

Vinyon (1939) Saran (1941) Spandex (1959) Vinalon (1939) Aramidas (1961) - conocido como Nomex , Kevlar y Twaron Modal (1960) Dyneema / Spectra (1979) PBI (fibra polibenzimidazole) (1983) Sulfar (1983) Lyocell (1992) PLA (2002) M-5 (fibra PIPD) Orlon Zylon (fibra PBO) Vectran (fibra TLCP) a base de polímero Vectra LCP Derclon utilizados en la fabricación de alfombras

Otros materiales sintéticos utilizados en las fibras incluyen:

Acrilonitrilo de goma (1930) fibras modernas que se hacen de materiales más antiguos artificiales incluyen:

fibra de vidrio (1938) se utiliza para:

- industriales, de automoción, y la casa de aislamiento ( lana de vidrio )

refuerzo de materiales compuestos ( plástico reforzado con vidrio , fibra de vidrio, de hormigón armado ) papeles especiales en la batería de separadores y filtración de fibra metálica (1946) se utiliza para:

- la adición de propiedades metálicas para ropa con el fin de la moda (por lo general hechas de plástico compuesto y hojas de metal )

En la industria de la horticultura sintéticos se utilizan con frecuencia en los suelos para ayudar a las plantas a que crezcan mejor.

Durante el último cuarto del siglo 20, la parte asiática de la producción mundial de fibras sintéticas se duplicó a 65 por ciento.

Plástico

El término plástico en su significación más general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

El plástico como invento se le atribuye a Leo Hendrik Baekeland que vendió el primero llamado baquelita en 1909.

Hoy día en el mundo, el plástico se ha fabricado con la finalidad de satisfacer las necesidades del hombre en la vida cotidiana que en siglos anteriores no se podía realizar. La palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un cierto grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma.

Los plásticos son sustancias que contienen como ingrediente esencial una macromolécula orgánica llamada polímero. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización.

De hecho plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

Es fácil percibir cómo los desechos plásticos, por ejemplo de envases de líquidos como el aceite de cocina, no son susceptibles de asimilarse de nuevo en la naturaleza, porque su material tarda aproximadamente unos 500 años en degradarse.

Ante esta realidad, se ha establecido el reciclaje de tales productos de plástico, que ha consistido básicamente en recolectarlos, limpiarlos, seleccionarlos por tipo de material y fundirlos de nuevo para usarlos como materia prima adicional, alternativa o sustituta para el moldeado de otros productos.

De esta forma la humanidad ha encontrado una forma adecuada para evitar la contaminación de productos que por su composición, materiales o componentes, no son fáciles de desechar de forma convencional.

Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales “reciclados”. Los recursos renovables, como los árboles, también pueden ser salvados. La utilización de productos reciclados disminuye el consumo de energía. Cuando se consuman menos combustibles fósiles,se generará menos CO2 y por lo tanto habrá menos lluvia ácida y se reducirá el efecto invernadero.

En el aspecto financiero, se puede decir que el reciclaje puede generar muchos empleos. Se necesita una gran fuerza laboral para recolectar los materiales aptos para el reciclaje y para su clasificación. Un buen proceso de reciclaje es capaz de generar ingresos.

Por lo anterior expuesto, se hace ineludible mejorar y establecer nuevas tecnologías en cuanto a los procesos de recuperación de plásticos y buscar solución a este problema tan nocivo para la sociedad y que día a día va en aumento deteriorando al medio ambiente.

En las secciones siguientes se plantea el diseño de un fundidor para polietileno de baja densidad, su uso, sus características, recomendación y el impacto positivo que proporcionará a la comunidad.

6.- Para los curiosos..

-ELEMENTOS SINTÉTICOS UTILIZADOS EN VEHÍCULOS Y SUS CARACTERÍSTICAS:

Termoplasticos:

-ABS ( acrilonitrilo-butadieno-estireno): Tiene buenas propiedades en cuanto a rigidez, tenacidad, estabilidad dimensional , resistencia a los productos químicos y buena calidad de las superficies.Se usan en calandras y rejillas, estructuras del salpicadero.
-ALPHA ( abs- policarbonato): Presenta buenas propiedades mecánicas y térmicas es rígido resistente al impacto y con buena estabilidad dimensional. Se utiliza en spoilers, cantoneras, rejillas.
-PA ( poliamida): También conocida como nailon, se fabrica en varias densidades.Es tenaz, resistente al desgaste y a los disolventes usuales.
-PC( policarbonato): Materiales rígidos y duros con una excepcional resistencia al impacto.Son dimensionalmente estables, resistentes a la intemperie y al calor.Es combustible pero de carácter autoextingible. Se utiliza para revestimientos, paragolpes, interiores, pasos de ruedas, carenados de moto.
-PE (polietileno): Es el polimero de mayor producción Es resistente a los productos químicos y a las levadas temperaturas, tiene una gran resistencia a la tracción y al impacto. Se utiliza para baterías, paragolpes, revestimientos.
-PP ( polipropileno): Tiene idénticas aplicaciones que el PE de alta densidad. Es buen aislante y muy resistente a la tracción y a la abrasión.

-PP-EPDM ( etileno-propileno-dieno-monomero): Es elástico y absorbe con facilidad los impactos, es resistente a la temperatura y de buenas propiedades eléctricas. Se utiliza en paragolpes, revestimientos interiores y exteriores.
-PVC 8cloruro de polivinilo): Resistente a la intemperie y a la humedad, pero no a la temperatura, por lo que hay que añadirle diversos estabilizantes. Se utiliza en cables eléctricos, pisos de autocares.

Termoestables:

-GU-P ( resinas de poliester reforzadas con fibra de vidrio): Son materiales rigidos, ligeros y de buenas propiedades mecanicas. Se utiliza en portones, capos, carenados de motos.
-GFK (plasticos reforzados con fibra de vidrio): Presentan una estructura formada por una resina termoendurecible y fibras de vidrio. SE usan en paragolpes, salpicaderos.
-EP ( resina epoxi): Son materiales duros, resistentes a la corrosión y a los agentes químicos no originan encogimiento. Se utiliza como adhesivo para los metales y para la mayoría de las resinas sintéticas.

Elastomeros:

-PU ( poliuretano) y PUR ( poliuretano rigido): Son la base de diversos elastomeros. Resitentes a la abrasion y na notable resistencia al desgarramiento. Se uso en cantoneras, revestimientos interiores, asientos.

-IDENTIFICACIÓN , MÉTODOS , NORMAS, LEGISLACIÓN:

En la reparación de los materiales sintéticos, es imprescindible conocer la naturaleza de los mismos, pues las soldaduras deben ser realizadas con el mismo plástico.Los métodos mas utilizados para realizar su identificación son:

1.-Por combustión: Es un procedimiento fácil y rápido. 

Se realiza en cuatro fases.
-Muestra necesaria para realizar la identificación.
-Limpiar el trozo extraído retirando la pintura,grasa.
-Prender el extremo con una llama limpia.
-Observar las características de la combustión y comprarla con una tabla.

2.-Por el test de soldadura:
-Quitar la pintura y limpiar una zona de la parte interior del elemento a reparar.
-Seleccionar la tobera de acuerdo con la medida de la varilla.
-Ajustar la temperatura.
-Pasar la varilla a través de la tobera y comenzar a soldar.
-Retirar el soldador, dejar enfriar y a continuación tirar de la varilla.
-Si se desprende es que el plástico no es igual, ni compatible.

3.- Por el código de identificación: Permite el reconocimiento inmediato del material.

4.-Por la documentación del vehículo desarrollada en microfichas.

Durante las operaciones de fresado, es necesario llevar guantes, gafas de protección y mascara protectora contra el polco para evita la irritación ocasionada por la partículas finas removidas por la fresadora.

English vocabulary:

Materiales sinteticos: Synthetic Materials

Termoestables: thermoset

Termoplasticos: thermoplastics

Elastomeros: Elastomeric

Plastico: Plastics

Materia prima: Raw material

Fresadora: milling

Extrusion: extrusion

Aditivo: additive

Torneado: Turning

Materiales metálicos

Materiales metálicos

Hay muchas formas de clasificar los materiales:

- según su composición, por su origen, de acuerdo con sus propiedades físico- químicas, desde el punto de vista de la fabricación, etc..

- Según su origen, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales y materiales artificiales, dependiendo de que se encuentren directamente en el medio natural o sean el resultado de algún proceso de fabricación. Por ejemplo, el granito es un material natural, mientras que el acero es un material artificial.

- Según sus tipos, los materiales se pueden clasificar en elementos y compuestos,
homogéneos y heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc.

- Según sus propiedades, los materiales se pueden clasificar en rígidos y flexibles,
tenaces y frágiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc.

En este caso, a continuación, voy a hablar de los materiales metálicos.

1.- Clasificación de los materiales metálicos

Clasifiación materiales
metálicos

Dentro de los materiales metálicos, se divide en dos grupos:

-Materiales ferrosos en los que se encuentran; hierro fundido, acero al carbon, acero de aleación y acero inoxidable.

- Materiales no ferrosos en los que están; aluminio, cobre, laton, bronce, zinc (o cinc, ambos son válidos), magnesio, titanio, estaño, y plomo

En primer lugar vamos a hablar de los materiales ferrosos, en el cual, el acero, metal ferroso por excelencia, presenta características particulares que lo hacen muy utilizado en diversas áreas. Se trata de un material maleable, resistente, lustroso así como conductor de calor y electricidad.

Los minerales de hierro (elemento principal del acero) constituyen el cuarto elemento más común en la corteza terrestre. La abundancia de las materias primas para la fabricación de acero como los bajos costos de producción han llevado a su extendido uso a todo nivel.

El acero tiene un proceso de fabricación en el cual se producen el acero al carbón, acero de aleación y acero inoxidable, en el que, el acero es principalmente una aleación de hierro y carbón. Contiene muy bajos porcentajes de 
manganeso, sílice, fósforo, azufre y oxígeno.

Proceso de fabricación
del acero

Se fabrica mediante la fundición de minerales de hierro en un horno para producir lingotes de hierro que son añadidos con hierro de rechazo (o proveniente de reciclaje) antes de someterse a purificación.

Existen dos técnicas principales para la fabricación de acero:






- Hornos a base de oxígeno: para producción de acero laminado.

Funcionamiento de horno a base de oxígeno

- Hornos de arco eléctrico: utilizan un 100% de acero de descarte.

Funcionamiento horno de arco eléctrico

La propiedades mecánicas del acero, varían según sus componentes y el tratamiento al calor al que fue sometido.

Anteriormente, los hornos de oxígeno eran hornos abiertos pero hoy en día se realiza un proceso de oxigenación soplando oxígeno casi puro sobre la superficie de hierro fundido.

Existen distintos tipos de aceros:

- Acero blando: contiene menos de 0,15% de carbono
 
- Acero intermedio: contiene entre 0,15% y 0,3% de carbono
- Acero duro: contiene más de 0,3% de carbono
- Acero inoxidable: es un aleación de acero que contiene más de 8% de elementos de 
aleación como cromo, níquel y sílice.

- Acero galvanizado: acero recubierto de zinc para potegerlo de corrosión atmosférica.

- Acero para latas utilizado para almacenar alimentos: cuenta con una pequeña capa de estaño que lo hace resistente a los ataques de ácidos orgánicos y a la oxidación.

Reciclaje de acero

El reciclaje de acero implica principalmente remover los contaminantes para luego fundirlo y volver a forjarlo.

En el caso particular de las latas de alimentos, es necesario remover el estaño. Primero se debe triturar y remover contaminantes para posteriormente realizar la remoción electrolítica de la placa de estaño.

Aquel acero que no contiene estaño tan solo requiere de un buen lavado para remover sustancias químicas para su posterior procesamiento.

El acero es facilmente identificable en los residuos urbanos a través de la separación magnética. Si se logra obtenerlo sin ningún tipo de contaminantes, se trata de un material 100% reciclable y puede reciclarse infinidad de veces. Sin embargo suele encontrarse con algunos elementos que complican su reciclaje como las varillas con hormigón, cercas o tuberías enterradas.
Los autos viejos, el material de construcción y los electrodomésticos (cocinas, hornos, lavadoras, heladeras) son una constante fuente de chatarra de hierro y acero.

Previo al reciclaje, es fundamental adquirir prácticas de disminución de la generación de residuos y para el caso de las latas de acero, algunas de las alternativas podrían ser el reducir el espesor de estas latas, sin perder su resistencia y manteniendo sus cualidades como material reciclable.
Esquema de reciclaje de acero utilizado para hojalata

Residuos de metales ferrosos

Trituradora

Clasificación para separación de livianos

Tambor para separación de grandes

Separación de estaño

Lavado/embalaje

Acero libre de estaño

A continuación voy a mostrar el uso específico de los metales ferrosos en el automóvil.

En varias aplicaciones a los vehículos el acero inoxidable también juega un papel muy

Tubo de escape de acero
inoxidable en un coche

significatiivo, más particularmente en el sistema de escape, los paneles exteriores, el motor, las baguetas y otros. Las partes del sistema de escape están siempre sujetas a la corrosión por los gases y las temperaturas elevadas, de tal son creadas usando materiales concebidos para resistir en condiciones extremas y esto es seguramente la mejor elección, usar acero inoxidable.

Tubo de escape acero inoxidable

Además, el acero inoxidable es usado en otras partes de los vehículos como los casquetes, los cuerpos de las bombas, los clamps de las mangueras, las escobillas de los limpiaparabrisas, resortes de asientos y muchas otras.

El sistema de suspensión también está creado usando este noble metal que puede ayudar a reducir el peso de un vehículo en un 25% haciéndolo de tal modo más liviano.

Engranajes de acero inoxidable

El acero de aleación es utilizado para las llantas de los vehículos, el acero de aleación no es muy utilizado en los vehículos.

Llantas de acero de aleación

Después de haber comentado los materiales ferrosos, voy a presentar los materiales no ferrosos, que son cada día más prescindibles.

Clasificación

Se pueden clasificar en tres grupos

- Metales no ferrosos pesados: Son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3
. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto.

- Metales no ferrosos ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio.

- Metales no ferrosos ultraligeros: Su densidad es menor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación.

Todos estos metales no ferrosos, es estado puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida. Para mejorar sus propiedades, los metales puros suelen alearse con otros.

El cobre se encuentra generalmente en la naturaleza formando minerales, siendo los más 

Mineral de cobre

importantes los minerales sulfurados (calcopirita y calcosina) y los óxidos (malaquita y 

cuprita). El proceso de obtención del cobre puro a partir de estos minerales es por vía seca.

Las propiedades del cobre son:

- Conductividad térmica y eléctrica muy alta 

- Resistencia a la corrosión 

- Dúctil y maleable 

- Se deja soldar con facilidad 

y es utilizado..

- Por su buena conductividad eléctrica se usa como conductor eléctrico en cables de baja 

tensión. 

- Por su buena conductividad térmica se usa en intercambiadores de calor, refrigeradores, calderas,… 

- Por ser dúctil y maleable es susceptible de dejarse conformar en delgadísimas láminas 

empleadas en objetos de artesanía y en la industria.

La adicción (aleación) de elementos al cobre disminuye su conductividad eléctrica y térmica, pero 

mejora sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión. Las aleaciones de cobre más  importantes son: Bronce y Latón. 

El cobre es utilizado en los vehículos como conductor de electricidad, puesto que es un buen conductor y además tiene un bajo coste.

El bronce, es una aleación de cobre y estaño, normalmente con menos de un 30 % de estaño. Si sólo lleva estos dos elementos se denomina bronce ordinario y si además se le

Piezas de bronce

añaden otros elementos que le confieren propiedades determinadas ( como cinc, fósforo, plomo, silicio) se denominan bronces especiales. 

Las propiedades del bronce;

- Es duro, pero dúctil y maleable. 

- Más resistente a la corrosión que el cobre 

- Conserva la conductividad térmica y eléctrica aunque en menor medida. 

y su uso es... 

- Fabricación de piezas mecánicas, engranajes, cojinetes, conducciones para

Engranajes de bronce

líquidos y gases y otros accesorios para calefacción. 

- Los más duros (con más Sn) para campanas y timbres. 

- Los más blandos (con menos Sn) para fabricar chapas, alambres y medallas o 

  monedas estampadas. 

El laton, es una aleación de cobre y cinc (30 a 55 %). Si además hay otros elementos se denominan latones especiales (manganeso, plomo,…). 

Tubos de laton

Propiedades: 

- Es dúctil y maleable. 

- Buen conductor de la electricidad y el calor. 

- Resiste bien a la corrosión, especialmente ante agua y vapor caliente. 

Aplicaciones: 

Se usa para la fabricación de numerosas piezas fundidas, forjadas o mecanizadas, entre 

ellas: tornillería, remaches, elementos de maquinas, griferías, elementos de 

decoración,… 

Antigua bocina de un vehículo, fabricada
en laton

El estaño puro tiene un color blanco brillante. 

El estaño se obtiene a partir de un mineral denominado casiterita (78% de Sn). La casiterita

Mineral de estaño

se reduce en presencia de Carbono y elevada temperatura, de forma que se elimina así el 

oxígeno transformándose en estaño bruto.

Por refundiciones sucesivas o por procesos electrolíticos se obtiene el estaño puro. 

PROPIEDADES 

- Resistencia a la corrosión (es inoxidable) 

- Maleable y poco dúctil 

- Cuando se dobla se oye un crujido llamado “grito del estaño”. 

- Por debajo de -18ºC se descompone en un polvo gris, es la “enfermedad o peste del Sn”

Lingotes de estaño puro

APLICACIONES 

- Por su resistencia la corrosión se emplea en la fabricación de hojalata, que se obtiene 

al recubrir láminas de hierro con una capa exterior de estaño por inmersión en baño de 

estaño fundido. Se usa mucho en envases alimenticios. 

- Por su maleabilidad, en la fabricación de papel de estaño, para cubrir alimentos. 

- Es muy importante su aleación con cobre para obtener bronce. 

- También para obtener soldadura blanca al alearlo con plomo.

Estaño-plomo para la reparación
de carrocería

El estaño se utiliza en la automoción para la reparación de la carrocería, específicamente se usa el estaño-plomo.

El cinc es de color blanco azulado y se obtiene principalmente a partir del mineral blenda (que

Zinc mineral

tiene 67% de cinc y azufre). 

El proceso es el siguiente: 

1. La blenda se somete a calcinación en presencia de aire puro para eliminar el azufre. 

Durante este proceso el zinc se combina con oxigeno para formar óxido de cinc. Por su 

parte el acero se elimina en forma de SO2 gaseoso que se suele usar para fabricar ácido 

sulfúrico. 

2. El óxido de cinc (ZnO) se reduce a continuación para obtener cinc bruto metálico 

siguiendo 2 pasos: 

a. Por vía seca o reducción: El óxido de cinc se lleva a una temperatura de 1000ºC en

Zinc metálico puro

un horno. El cinc liberado se evapora y se escapa del horno para condensarse en 

estado líquido por enfriamiento en un condensador. Este cinc que se obtiene no es 

puro, suele llevar impurezas. 

b. Se somete a electrolisis para purificar el cinc: Para ello el cinc fundido se introduce 

en unas células electrolíticas, donde al aplicar una diferencia de potencial el cinc se 

deposita en el electrodo negativo. 

PROPIEDADES 

- Resistencia a la corrosión. Se autoprotege contra la corrosión mediante una capa 

superficial de óxidos. 

- Posee un coeficiente de dilatación térmica muy alto. 

- A temperatura ambiente es frágil y quebradizo, pero entre 100 y 150 ºC es muy 

  maleable. 

APLICACIONES 

- Para cubiertas de tejados, canales y otros elementos sometidos a la acción de agentes 

atmosféricos. 

- Como elemento de aleación en latones (cobre y cinc) 

- Como protector de metales corrosibles como el hierro, mediante el galvanizado. Dicho 

proceso consiste en introducir la pieza de hierro o acero en un baño de cinc fundido. 

Con ello se protege de la oxidación.

Alas echos de aleación de zinc

El zinc se utiliza para la realizacion de algunas piezas de vehículos, y también es utilizado en los coches modernos, el cual es fabricado principalmente con chapa de acero recuebierta de zinc, lo que mejora la corrosión del acero. 

El plomo es de color gris azulado y se obtiene a partir de la galena (que es un mineral

Mineral de plomo

formado por sulfuro de plomo, PbS, con un 85 % de Pb). El proceso es el siguiente: 

1. Se tuesta el mineral, calentándolo mientras es atravesado por una corriente de aire, con 

lo que se elimina el azufre. Se obtiene óxido de plomo.  5

2. Reducción por fusión en un horno de cuba para separar el oxígeno del plomo y 

transformar éste en plomo bruto. 

3. Se eliminan impurezas por medio de una fusión denominada de refinado y se obtiene el 

plomo puro. 

PROPIEDADES 

• Anticorrosivo: Resiste bien los agentes atmosféricos (en el aire se autoprotege 

formando de óxido) y químicos, aunque atacado por la mayoría de ácidos orgánicos 

débiles. 

• Muy blando y maleable. 

• Buen conductor del calor y la electricidad. 

• Pesado. 

APLICACIONES

Lamina de plomo

• Para fabricación de elementos que han de trabajar en ambientes corrosivos: 

revestimiento de aparatos y depósitos de la industria química y eléctrica, tuberías para 

gas o agua, aunque en esta última aplicación está siendo sustituido por el PVC. 

• Como elemento de protección contra los rayos X en medicina. 

• Para fabricación de pinturas antioxidantes. 

• Para mejorar el rendimientote la gasolina y reducir su contaminación en la combustión. 

ALEACIONES DE PLOMO 

El plomo y el estaño forman parte de numerosas aleaciones en las que a menudo interviene 

también el antimonio. Las principales son: 

• Soldadura blanda: aleación de estaño (25 al 90 %) y plomo. 

• Metal antifricción: aleaciones empleadas en los cojinetes de distintos mecanismos. 

• Metal de imprenta: aleación de Sn + Pb + Zn para los tipos y máquinas de imprenta. 

• Plomo duro: aleación con un 10 % de antimonio. Se emplea en juguetes, cubiertos 

económicos,… 

El plomo es utilizado en los vehículos para la electricidad, las terminales de la batería estan echas de plomo.

Terminal de plomo

El aluminio es de color blanco plateado y se obtiene en la actualidad, el método Bayer es el único empleado por ser el más barato. Se parte del mineral bauxita (óxido de aluminio que

Mineral de aluminio

contiene 55-60 % de Al, además de ácido silícico y óxido de hierro) y se sigue el siguiente proceso:

1. La bauxita, una vez molida, es atacada con una disolución de sosa cáustica (35% en 

volumen) a presiones y temperaturas elevadas. De aquí se obtiene la alúmina por 

precipitación. 

2. Para obtener el aluminio a través de la alúmina se disuelve ésta en criolita fundida, que 

protege el baño de la oxidación, a una temperatura de unos 1000ºC y se la somete a un 

proceso de electrólisis que la descompone en aluminio y oxígeno. En dicho proceso, el 

aluminio se va depositando en la parte inferior de la cuba recubierta de grafito al que va 

conectado el borne positivo de la cuba. Al mismo tiempo, se desprende oxígeno en 

forma de CO y CO2. Se extrae el aluminio por esa parte inferior de la cuba. 

PROPIEDADES 

- Material ligero. 

- Inoxidable al aire libre al cubrirse por una débil capa de óxido que lo protege. 

- No le atacan las sustancias orgánicas. 

- Maleable y dúctil. Fácil de mecanizar. 

- Buen conductor de la electricidad. 

 APLICACIONES 

- Por su buena conductividad eléctrica y poco peso se usa en líneas eléctricas de alta 

tensión. 

- Por su resistencia a la corrosión se emplea en útiles de cocina, carpintería metálica y 

fabricación de pinturas resistentes a estados atmosféricos. 

- Por su poco peso en: construcciones aeronáuticas, ferroviarias, automovilísticas y 

estructuras metálicas. 

- Por elevada maleabilidad para papel de aluminio, como envoltura de alimentos. 

- En aleaciones ligeras. 

 ALEACIONES LIGERAS DE ALUMINIO 

Se dividen en dos categorías: 

- Aleaciones para moldeo: las más comunes son con cobre, con magnesio o con silicio. 

Reducen el coeficiente de contracción, evitando que se produzcan griets o roturas. 

El pistón es una de las piezas echas de aluminio
utilizadas en los automoviles

- Aleaciones para forja: Elevan la resistencia mecánica del aluminio. 

Este tipo de aleaciones tiene diversas aplicaciones: 

- Construcciones marinas y aeronáuticas. 

- Elementos de elevadas características mecánicas: émbolos, culatas, cojinetes,… 

- Elementos ligeros: CD-ROM, botes de refresco, cuadros de bicicletas,… 

El titanio es de color blanco plateado y se obtiene del rutilo (trióxido de titanio TiO3), el cual

Mineral de titanio 

se trata con cloro en atmósfera inerte obteniéndose el tetracloruro de titanio (TiCl4). Tratando éste en atmósfera inerte con magnesio a elevadas temperaturas se obtiene el titanio puro. 

PROPIEDADES 

- Buena resistencia a la corrosión (más que el acero inoxidable) 

- Buena resistencia mecánica. 

- Ligero. 

APLICACIONES 

En aeronáutica, navegación, autocares, material bélico (proyectiles, misiles), 

transbordadores y naves espaciales. En forma de óxido y pulverizado como elemento 

antioxidante en la fabricación de pinturas. 

El titanio es utilizado en los vehiculos para hacerles más ligeros y más resistentes.

Sistema de escape de titanio

El magnesio tiene un color y brillo semejante a la plata, y se obtiene principalmente a partir de sus minerales: magnesita, dolomita y carnalita.

Mineral de magnesio

PROPIEDADES

- Muy ligero.
- Más resistente que el aluminio, pero conduce peor la electricidad y el calor.
- Muy maleable y poco dúctil.
- No se oxida en presencia de aire seco, pero cuando hay humedad se corroe con
facilidad.
- Se mecaniza bien.

APLICACIONES

En estado puro tiene pocas aplicaciones, sólo en pirotecnia y en fotografía, ya que en su
combustión desprende gran luminosidad.

ALEACIONES DEL MAGNESIO

Sus principales aleaciones son con aluminio, cinc y manganeso. Tienen bajo peso
específico (ligeros) y buena maquinabilidad. Se emplean en la fabricación de maquinaria,
motores, trenes y automóviles de carreras.

General Motors tiene avanzadas las pruebas en las que se trabaja con el magnesio para crear

Pieza de la carrocería de un automovil
echa de magnesio

estructuras ligeras que sustituyan en un futuro al acero en muchas partes del vehículo.

- Magnesio: Las estructuras de magnesio podrían ahorrar un 15% del peso del coche.
- Consumo: El menor peso podría conllevar una rebaja de un 9 a un 12% en el consumo de combustible.
- Corrosión: Un nuevo proceso de producción evita los problemas de corrosión del magnesio.
2020: En 2020 se espera que el magnesio ayude a reducir en más de 100 kg el peso de los coches.

2.- Enlace metálico

El enlace metálico es el que mantiene unidos los átomos de los metales.

Mediante la estructura del enlace metálico podemos explicarnos las propiedades más

Nube electronica en tres dimensiones

características de los metales, tales como su facilidad para conducir la electricidad y el calor (conductividad), la capacidad para extenderse en hilos muy finos (ductilidad) , la capacidad para obtener láminas finas (maleabilidad), densidades elevadas, puntos de fusión altos... etc.

El modelo más sencillo de enlace metálico se basa en una de las propiedades características de los metales: su baja electronegatividad (ceden electrones con facilidad). Así pues, el enlace metálico podemos describirlo como una disposición muy ordenada y compacta de iones positivos del metal (red metálica) entre los cuales se distribuyen los electrones perdidos por cada átomo a modo de “nube electrónica”. Es importante observar que los electrones pueden circular libremente entre los cationes, no están ligados (sujetos) a lo núcleos y son compartidos por todos ellos (se dice que los electrones están deslocalizados). Esta nube electrónica hace de “colchón” entre las cargas positivas impidiendo que se repelan, a la vez que mantienen unidos los átomos del metal.

3.- Características físicas/químicas de los materiales metálicos

Propiedades físicas. 

Los metales tienen ciertas propiedades físicas características: a excepción del mercurio son sólidos a condiciones ambientales normales, suelen ser opacos y brillantes, tener alta densidad, ser dúctiles y maleables, tener un punto de fusión alto, ser duros, y ser buenos conductores del calor y electricidad. Estas propiedades se deben al hecho de que los electrones exteriores están ligados sólo ligeramente a los átomos, formando una especie de mar (también conocido como mar de Drude), que se conoce como Enlace metálico. Los materiales metálicos, al estar enterrados durante mucho tiempo, sufren ataques diferentes a otros materiales extraídos de excavaciones arqueológicas.

Propiedades químicas.

Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos

Los metales tienen energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

4.- Estructura interna de los materiales metálicos

Estudios de difracción de rayos X han permitido determinar la estructura de muchos elementos metálicos, revelando la existencia de empaquetamientos compactos en muchos de ellos. Ello indica que presenta una débil tendencia a formar en esas estructuras enlaces covalentes dirigidos. Una consecuencia del compactación es la alta densidad de dichos metales, ya que existe una gran cantidad de masa en un volumen mínimo. 

Dependiendo del tipo de fuerzas que unen el átomo y la molécula, se obitenen diferentes características.
Hay diferentes tipos de estructuras, las cuales vamos a comentar a continuación:

Estructura cúbica centradaFormada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.

 Arriba, estructura cúbica centrada en el cuerpo.
Abajo, estructura cúbica-primitiva.

Estructura cúbica centrada en el cuerpo

Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo

Diferencia entre las estructuras
cúbicas

Estructura cúbica centrada en las caras Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel.

Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras están en contacto.

Estructura hexagonal compacta

Esta estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria.
Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal.
Los metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio, magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.

Algunos metales sufren cambio de estructura a diferentes temperaturas como el hierro que se presenta como cúbico centrado a temperatura normal pero cambia a centrado en las caras a 912°C y vuelve a ser cúbico centrado a 1400°C; cuando un metal cambia su estructura de esta manera se dice que es alotrópico

Comparación

5.- Pureza y aleaciones

- PUREZA: La pureza es la cualidad de puro (aquel o aquello que está libre y exento de toda mezcla de otra cosa, que no incluye ninguna condición, excepción o restricción ni plazo o que

Aquí podemos ver oro,
el metal más puro

está exento de imperfecciones morales.
La pureza tiene una unidad de medida, determinada como; ley, la cual es utilizada para los metales preciosos.
Cualquier metal por puro que sea, nunca va a ser totalmente puro, puesto que siempre va a tener un pequeño porcentaje de impurezas debido a la propiedades fisica y quimicas de la obtención de este.
Los metales más puros que hay son el oro, la plata y el platino. Nos encontramos con el hecho de que el oro se puede clasificar en tres tipos claramente diferenciados en base a su pureza. Así, está el oro medio, que tiene una pureza del 50%; el de primera ley, que cuenta con un 75%; y finalmente el puro, que posee un 99% de pureza.

- Aleación: la mayoría de los metales se producen como aleaciones debido a que los

Proceso de aleación 

yacimientos contienen típicamente múltiples metales. El metal deseado debe ser extraído de otros metales y materiales de desecho, después de lo cual se refina, dejando un metal puro. Los fabricantes crean aleaciones de dos o más metales puros combinados mediante el uso de calor. Tanto las aleaciones como los metales puros tienen sus ventajas y desventajas, según su aplicación.
Las aleaciones, principalmente se producen para darle al metal, diferentes tipos de características, es decir, mediante la aleación lo manipulamos para formar un metal mejor para el uso que le vamos a dar.

Los diferentes elementos que se utilizan en dichas aleaciones son los siguientes:

-Aluminio

El aluminio es usado principalmente como desoxidante en la elaboración de acero. También reduce el crecimiento del grano al formar óxidos.

- Azufre

El Azufre se considera como un elemento perjudicial en las aleaciones de acero, una impureza. Sin embargo, en ocasiones se agrega hasta 0.25% de azufre para mejorar la maquinabilidad. Los aceros altos en azufre son difíciles de soldar pueden causar porosidad en las soldaduras.

- Carbono

El Carbono es el elemento de aleación más efectivo, eficiente y de bajo costo.
En aceros enfriados lentamente, el carbón forma carburo de hierro y cementita, la cual con la ferrita forma a su vez la perlita. Cuando el acero se enfría más rápidamente, el acero al carbón muestra endurecimiento superficial.
El carbón es el elemento responsable de dar la dureza y alta resistencia del acero.

- Boro

El Boro logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero está totalmente desoxidado. Una pequeña cantidad de Boro, (0.001%) tiene un efecto marcado en el endurecimiento del acero, ya que también se combina con el carbono para formar los carburos que dan al acero características de revestimiento duro.

- Cobalto

El Cobalto es un elemento poco habitual en los aceros, ya que disminuye la capacidad de endurecimiento.

- Cobre

EL cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros de 0,15 a 0,30% de carbono, que se usan para grandes construcciones metálicas. Se suelen emplear contenidos de cobre variables de 0,4 a 0,5 %.

- Cromo

El Cromo es un formador de ferrita, aumentando la profundidad del endurecimiento. Así mismo, aumenta la resistencia a altas temperaturas y evita la corrosión.
El Cromo es un elemento principal de aleación en aceros inoxidables, y debido a su capacidad de formar carburos se utiliza en revestimientos o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.

6.- Historia de la humanidad relacionada con los materiales metalicos

Antiguamente no se conocían los metales. Cuando se descubrieron y se aprendió a trabajarlos cambió la vida de los pueblos. La historia de los metales se inició hace cerca de nueve mil años en el Próximo Oriente. El primer metal utilizado fue el cobre; en Palestina y Anatolia los antiguos pobladores martillaron trozos de cobre nativo para formar herramientas. En los siguientes siglos se aprendió a extraer cobre de los minerales y mezclarlo con estaño para formar bronce.

El bronce le permitió a los imperios de la antigüedad producir armas para los ejércitos de conquista. La agricultura y la artesanía tuvieron herramientas fuertes y la producción creció. Desde entonces los metales sirvieron para muchos fines. El oro y la plata adornaron a los grandes personajes y los acompañaron en sus sepulcros. El culto religioso se sirvió de ellos para elaborar ornamentos y símbolos.

El 1000 antes de Cristo casi todos los pueblos del Viejo Mundo tenían metales; desde el Mediterráneo, pasando por Persia e India, se hicieron en bronce y oro armas, instrumentos y adornos variados. Desde China la metalurgia se extendió a Japón, en donde los aceros armaron a los samuráis, y también al sureste asiático cuyos templos se coronaron con cúpulas doradas.

Para la época en que cayó el Imperio Romano los implementos de metal eran parte de la vida diaria. Ya no se podía entender el comercio sin la moneda ni las actividades cotidianas sin herramientas metálicas. Las religiones del mundo antiguo en Asia, África y Europa, recurrieron al oro y la plata para forjar los objetos sagrados. En el convulsionado mundo medieval chocaron en la guerra los metales de Occidente y los de Oriente.

Desde 1300 los estados del occidente de África, al sur del Sahara, usaron el bronce para decorar las ciudadelas reales. Para surtir de materias primas a los herreros y distribuir sus productos se organizaron caravanas que cruzaban el desierto. Los orfebres africanos se convirtieron en maestros de la fundición; los adornos y delicadas miniaturas comunican una profunda simbología.

Los antiguos suramericanos empezaron a trabajar el cobre y el oro alrededor de 1500 antes de Cristo. Unos mil años más tarde varias culturas andinas adornaban a sus líderes con suntuosos atuendos. El oro y la plata se reservaron para los gobernantes y la religión; los objetos rituales y simbólicos comunicaban una visión del mundo que compartía toda la sociedad.

La metalurgia en la Colombia prehispánica fue, ante todo, orfebrería. En dos mil años surgieron muchos estilos diferentes y se fabricaron miles de piezas para el ritual y la ofrenda. Los indígenas manejaron con maestría el oro, el cobre, la tumbaga y el platino. La conquista europea, en 1500, truncó este desarrollo y causó la desaparición de la producción orfebre.

En los últimos 300 años la producción de metales ha tenido un gran avance. La gran industria usa millones de toneladas de metales cada año; también las sociedades no industriales consumen cada vez más metales para los más variados propósitos. La historia de la humanidad en los últimos nueve mil años es la historia de los metales: con ellos hemos construido el mundo en que vivimos.

7.- Extracción, producción y reciclado de materiales metálicos

EXTRACCION Y PRODUCCION

La metalurgia tiene por objeto la extracción de los minerales por una serie de medios y procedimientos(que puede ser, en la superficie de la tierra, o en yacimiento bajo la superficie),

Extracción de metales en yacimiento
bajo la superficie

para lograr su transformación en productos útiles para la aplicación industrial. Antiguamente se podía considerar la metalurgia como un arte, del cual se transmitían de generación en generación los conocimientos empíricos y procedimientos considerados secretos para la obtención del cobre, del hierro y en especial del acero, atribuyéndose a fórmulas secretas la obtención de un buen producto. La capacidad personal del operario era un factor decisivo. No hace mucho que la metalurgia se basa en amplios conceptos científicos cada vez más desarrollados y eficaces. Se ha demostrado que los procedimientos de extracción pueden ser muy variados, pero lógicamente el dato importante que ha de acompañar a la calidad es el costo de extracción,

Extracción de metales preciosos

siendo entonces solamente los métodos que aseguran un mayor beneficio dentro del menor costo, los que la industria aplica como más convenientes.

Muy raramente se encuentran metales en estado de pureza como para ser empleados industrialmente, pero con frecuencia se los halla en la mina combinados con otros cuerpo de composición muy variada y de éstos, los más comunes son: los óxidos, sulfuros, carbonatos, silicatos, sulfatos y los fosfatos.

Para obtener los metales debe efectuarse una serie de operaciones que consisten en extraer cuerpos extraños perjudiciales, llamados ganga, y graduar los que pueden contribuir a determinada propiedad particular. Para ello se los somete a la trituración, lavado, calcinación, fusión y afinación.

Trituración

Consiste en fragmentar el metal en trozos de diversos tamaños, por medio de machacadoras

mecánicas a mandíbula, molinos, etc. 

Maquina de trituración
de metales

Lavado

Tiene por objeto la separación de los minerales por medio del agua en movimiento, con lo cual y de acuerdo con sus densidades, se depositan en el fondo o son arrastrados por las aguas. Este proceso es ayudado con mesas y cajas con cernidores de gran tamaño.

Molienda

El material extraído es nuevamente triturado y luego molido, obteniéndose así unos trocitos no mayores a 25 mm. A partir de allí, pasa a la denominada molienda húmeda, donde llega al tamaño menor de 1 mm siendo luego llevado a un separador magnético donde se adhiere la magnetita, rica en hierro y se elimina el resto. 

Minero procediendo a la
molienda

Llevada la magnetita al molino de bolas, en circuito cerrado con clasificadores de hidrociclones, es reducida al tamaño de 44 micrones y que al hacerla pasar por seis separadores magnéticos, sucesivamente, se llega a obtener el 69% de hierro y un mínimo de 0.25% de fósforo. Este último puede ser reducido al 0.15% mediante flotación espumosa.

Para obtener los pellets la magnetita es introducida en tambores, donde se le adiciona un porcentaje de bentonita, como aglomerante, estos pellets, en forma de bolitas, son llevados a los hornos verticales donde son endurecidas a una temperatura de 1300° C. En este estado se los lleva a los altos hornos para la producción del arrabio.Teniendo en cuenta que la tecnología ha desarrollado procesos de reducción directa que eliminan el uso del alto horno, se está estudiando la aplicación de este nuevo procedimiento a una parte de la producción de pellets, así como también se prevee la posibilidad de producir aceros en la zona.

Calcinación

Se emplea para eliminar a baja temperatura los productos volátiles que no pueden ser separados con la trituración ni el lavado, para aumentar la porosidad y desecarlos. Este proceso es útil cuando los minerales deben ser transportados a los hornos a grande distancias, pues disminuye los gastos de transporte. Con el empleo de los grandes hornos, esta operación no es necesaria, ya que se verifica en su parte superior.

Fusión

Consiste en llevar el mineral a la temperatura de fusión, para que licuado permita extraer los

Producción de metales

cuerpos que aún no se hubiera podido separar; éstos por su menor densidad sobrenadan el metal fundido y por medios adecuados se los extrae. Para ayudar a la fusión se emplean elementos auxiliares llamados fundentes, que al combinarse con la materia terrosa forma una escoria flúida a la temperatura de funcionamiento del horno (1900° C) y que puede así ser separada del metal fundido. La naturaleza del fundente depende de la ganga (material terroso que acompaña al mineral en la mena), si es ácida (silícea o aluminosa) se emplea el carbonato de calcio o fosfato de calcio; en cambio, si es básica, se le agrega arcilla, pizarra arcillosa o arenisca. El fundente debe ser agregado al mineral antes de ser introducidos en los hornos.

Afinación

Después de la fusión, hay ciertos metales como el cobre y el plomo, de los cuales aún no ha sido posible extraer toda la ganga. Se procede a fundirlos repetidas veces o a comprimirlos, proceso que denominado de afinación. Para la separación de la ganga del metal también se ha empleado el método de flotación, que consiste en introducir el mineral en recipientes de agua con un reactivo químico espumante. El mineral flota en la espuma y la ganga terrosa se moja y se sumerge, extrayéndose entonces de la parte superficial las partículas metalíferas. Este procedimiento es interesante por cuanto permite extraer metales de las menas en las que éste es escaso.

RECICLAJE

Cada día en todo el mundo, el ser humano genera millones de toneladas de basura. Sin

Reciclaje y reutilización
de los metales

embargo, muchos de estos desperdicios se reciclan y vuelven a estar de nuevo en las estanterías de los supermercados. Algunos de estos residuos son los metales, que representan el 10% de los desperdicios que producimos a diario. Pero, ¿qué, cómo y dónde podemos reciclar los metales?

Sin embargo, estos metales no siguen un patrón común a la hora de reciclarse. De ahí que sea importante separar el aluminio de aquellos materiales ferrosos como el hierro y el acero, ya que en muchos centros de reciclaje no se aceptan ambos tipos. Se pueden diferenciar de diversas maneras. La más fácil es a través de la etiqueta identificadora que la gran mayoría de los productos poseen. En caso de no tener dicha información, se podrá recurrir a un remedio más casero, como el de coger un imán. Todos aquellos materiales

que no se peguen querrán decir que son de aluminio.

Normalmente, en todas los países existen servicios y empresas de reciclaje que se encargan de su respectivo procesamiento. En estos lugares se informarán sobre los metales que se aceptan, así como de otras reglas a tener en cuenta para que su reciclaje sea óptimo. En otras ocasiones, existen también políticas locales, las cuales impulsan al ciudadano a comenzar a reciclar desde su propio hogar, recomendando la clasificación de basuras para depositarlas en cubos específicos.

Una vez que se sabe dónde, el siguiente paso será conocer cuáles son los materiales que podemos reciclar.

El acero

El acero, uno de los metales más utilizado en el mundo y también uno de los que más se han reciclado desde la antigüedad, se encuentra en nuestra vida cotidiana en muchos productos, como latas de comida, frigoríficos, motores o clavos. De hecho, el 40 por ciento de la chatarra de acero se destina a la producción de nuevos aceros, aunque sólo un pequeño porcentaje puede reciclarse como acero de envases. Cada envase producido contiene, aproximadamente, un 25 por ciento de acero reciclado.

En este sentido, si se recicla constantemente acero, se podrá no sólo aliviar la demanda de la minería, sino también ahorrar los recursos empleados en su producción, los cuales representan el cuádruple de gastos de energía y materia prima. Y es que, según estudios realizados en 2006, la chatarra reciclada disminuyó hasta el 40 por ciento de las necesidades mundiales de acero.

El aluminio

Reciclaje del aluminio

Otro de los metales que nos podemos encontrar en nuestro día a día y que es cien por cien 

reciclable, es el aluminio. Latas de refrescos, recipientes, muebles de jardín o envolturas para preservar el chocolate son sólo algunos ejemplos que contienen este metal. Hoy en día, en Europa se recicla el 85 por ciento de las latas de bebidas. Los expertos aseguran que se salva suficiente energía reciclando una lata de aluminio como para hacer funcionar un televisor durante 3 horas y media. Sin embargo, del resto de productos, tan sólo se recupera el 42 por ciento del aluminio utilizado.

El cobre, bronce y latón
Junto al acero y el aluminio, existen otros metales como el cobre (utilizados para tuberías y cables), así como otros materiales genéricos como la joyería metálica, el bronce o el latón. Si bien es cierto que cualquiera de estos metales requiere bastante electricidad para volver a ser reutilizado, supone apenas el 5 por ciento del consumo energético que se necesitaría para producirlo desde las minas donde se extraen. Además, hay que tener en cuenta, que para la obtención de estos materiales se precisan materias primas limitadas como la piedra caliza o el carbón.

Lo que no se puede reciclar
Aunque casi la mayor parte de los metales se reciclan, existen algunos que no se pueden reutilizar. Tal es el caso de los contenedores usados para pinturas o productos tóxicos, tuberías (siempre y cuando no sean de cobre), ganchos de ropa y pedacería de metal.

Vertedero de chatarra

8.- Oxidación y corrosión

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia

general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.

Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).

Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.

Tipos de corrosión

Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la corrosión, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente un proceso electroquímico.

Corrosión electroquímica o polarizada
La corrosión electroquímica se establece cuando en una misma superficie metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre sí en donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella donde se verifica el potencial de oxidación (este término ha quedado obsoleto, actualmente se estipula como potencial de reducción) más bajo, llamado área catódica.

Corrosión por oxígeno
Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas aloxígeno diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosión en las máquinas térmicas (calderas de vapor) representa una constante pérdida de rendimiento y vida útil de la instalación.

Corrosión microbiológica
Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrógeno dependientes que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su acción está asociada al pitting (picado) del oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio. En este caso se clasifican lasferrobacterias.

Corrosión por presiones parciales de oxígeno
El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor aireación (menor presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia de oxígeno (mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de electrones, formándose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno.

Corrosión galvánica
Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga elpotencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica. En donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta los electrones.

Corrosión por actividad salina diferenciada
Este tipo de corrosión se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metálica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una pila galvánica en donde la superficie expuesta a la menor concentración salina se comporta como un ánodo.

La oxidación en palabras simples es una reacción química donde un metal o un no metal

ceden electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. Redox en términos generales es una abreviación de "reducción/oxidación", y se refiera a todas aquellas reacciones químicas en donde átomos cambian su estado de oxidación.

Siempre que ocurre una oxidación hay liberación de energía. Esta energía puede ser liberada de manera lenta, como es el caso de la oxidación o corrosión de los metales, o bien, puede ser liberada de forma muy rápida y explosiva como es el caso de la combustión.
La oxidación está presente en todos lados y la mayoría es a raíz del medio agresivo en que se encuentran, por ejemplo, ambientes de mar.

Tipos de Oxidación

1.Oxidación lenta: Ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosión y pérdida de brillo y otras propiedades características de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidación, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derritió el metal y no del proceso químico (una excepción sería el aluminio en la soldadura autógena).

La oxidación puede ser lenta (un metal que se oxida)




2.Oxidación rápida: La que ocurre durante lo que ya sería la combustión, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrógeno.

Oxidación muy rápida y violenta (el fuego)




English vocabulary:

Bronce: bronze
Oro: gold
Plata: silver
Cobre: copper
Aluminio: aluminum
Hierro: iron
Oxidación: oxidation
Corrosión: corrosion
Reciclar: recycle
Acero: steel
Extracción: extraction
Producción: production
Pureza: purity
Aleaciones: Alloys
Enlace metálico: Metallic bond