• Con frecuencia, algunas personas denominan de la misma forma al hierro y al acero. ¿Sabrías explicar de forma razonada el error que cometen?

• Con material similar al que utilizan los arácnidos para construir las «telas de araña», unos científi cos españoles están tratando de obtener un cable muchísimo más resistente y fl exible que el mejor de los aceros actuales.

• Los bronces y los latones son aleaciones. ¿Sabes qué materiales los constituyen?

¿Recuerdas qué es…?

1MATERIALES METÁLICOS. PROPIEDADES MECÁNICAS

Los materiales, atendiendo a su origen, se clasifican en materiales naturales, transformados y sintéticos, si bien también es frecuente clasificarlos atendiendo a si éstos son o no metálicos, y dentro de los metálicos, en férricos y no férricos.

El hierro es uno de los materiales más abundantes en la corteza terrestre. Algunos de los objetos de hierro más antiguos datan de hace más de 9 000 años, e incluso varios de ellos han sido encontrados en las pirámides de Egipto.

Los contenidos de esta Unidad son:

1. Los materiales.2. Materiales férricos.3. Metales no férricos.4. Propiedades de los materiales.

8

1 LOS MATERIALESComo ya estudiamos en primer curso, podemos clasificar los materiales atendiendo a su origen en naturales, transfor-mados y sintéticos.

Los materiales naturales, como su nombre indica, son aquellos que el ser humano encuentra y utiliza directa-mente en el medio natural, y que a su vez pueden ser renovables (como la madera, el algodón, etc.), o no reno-vables (como los metales, el carbón, el petróleo, etc.), y sirven como materia prima para obtener los materiales transformados o artificiales.

Los materiales sintéticos son todos aquellos que se obtie-nen mediante procesos artificiales de transformación, es decir, se caracterizan porque no existen en la naturaleza.

Con frecuencia, los materiales también se clasifican atendiendo a si éstos son metáli-cos o no metálicos, ya que en esta clasifica-ción se pueden englobar la mayor parte de los materiales utilizados en la industria.

En este curso analizaremos los materiales metálicos, tanto los férricos como los no férri-cos, pues las maderas y sus derivados fueron analizadas el curso anterior, y dejaremos el estudio de los materiales pétreos, cerámicos y los materiales plásticos para el próximo curso.

11

MATERIALES FÉRRICOSEn tiempos remotos, el hierro procedente de meteoritos fue tal vez el primer metal utilizado por el ser humano para la fabricación de utensilios, ya que para moldear el metal de estos asteroides se podían emplear más o menos las mismas técnicas que para el trabajo de la piedra.

En las pirámides de Egipto se han encontrado obje-tos fabricados en hierro con una antigüedad cer-cana a los 9000 años; en distintas zonas de Asia y Mesopotamia también han aparecido anillos y amuletos fabricados con este material correspon-dientes a la misma época.

22

Sintético

Natural

Artificial

Materiales

Metálicos

Férricos

No férricos

HierroAceroFundición

Pesados

Ligeros AluminioUltraligeros Magnesio

Cobre yaleaciones

No metálicosMaderas y derivadosPétreosCerámicosPlásticos{{ { {

{ {

Tipos de materiales más utilizados en la industria. Clasificación.

Fig. 1.2

Materiales naturales, transformados y sintéticos..

Fig. 1.1

Técnica de forjado utilizada por el ser humano en la Antigüedad.

Fig. 1.3

9

El forjado es una operación que consiste en someter a un material en caliente a un golpeteo continuo, hasta obtener en éste la forma y dimen-siones deseadas.

Éste fue el método empleado inicialmente por el ser humano para traba-jar el hierro procedente de los meteoritos. Hubieron de transcurrir miles de años hasta poder dominar su metalurgia. Esto ocurrió gracias a Henry Bessemer, que en 1856 ideó un procedimiento que permitía fabricar acero de calidad, de forma rápida y barata.

PROCESO DE EXTRACCIÓN DE LOS MINERALESDE HIERRO

Los minerales de hierro utilizados en la industria siderúrgica proceden de las minas de hierro. En estos lugares el mineral de hierro suele encontrase mezclado con otras impurezas (tierra, rocas, otros minerales, etc.). Durante el proceso de arranque o extracción de estos minerales en las minas, se obtiene un primer producto denominado todouno constituido por blo-ques de diversos tamaños y riquezas de mineral. Estos bloques, una vez extraídos, se someten a un tratamiento preliminar con objeto de separar el mineral de hierro aprovechable —o mena de las impurezas o estériles que acompañan al mineral— y, obtener un tamaño de mineral adecuado, a la vez que se evitan los rechazos de los finos (minerales que por su pequeño tamaño no son aptos para ser utilizados en los procesos siderúrgicos).

En la Figura 1.5 se ha representado el proceso de preparación al que, nor-malmente, se someten los minerales de hierro antes de ser utilizados en las industrias siderúrgicas. Observa cómo, en primer lugar, se somete al mineral a una fragmentación y molienda, y en segundo lugar se clasifica el producto por tamaños, con objeto de obtener unas dimensiones adecuadas del todo-uno que faciliten la concentración posterior del mineral, es decir, la separa-ción de la parte de la fracción estéril o ganga contenida en el todouno de la mena o fracción aprovechable del mineral.

AA

1. Extracción de todouno2. Fragmentación

3. Molienda

4. Cribado

6. Aglomeración

5. Concentración

Criba vibratoria

Concentración por flotación

Concentración gravimétrica

Concentración magnética

HornoSintetizado(bolas)

Ganga oestériles

PistónBiela Tabique de

separación

Suspensión

Productoa separar

GruesosFinos

Canal de conducciónde gruesos

Concentrado Estéril

Polosmagnéticos

Agua y bruto

Producto puesto en suspensión por la corriente ascendente

Pelets(trozos de m i n e r a l más grandes)

Molino de bolas (1,2-1,7 mm)Mina

Todouno

Pila

9. Altohorno

Parque demateriales

8. Mezcla yHomogeneización

7. Expedición aindustria siderúrgica

Trituradora de martillos(15-20 mm)

Machacadora de mandíbulas

(50-100 mm)

Se denomina todouno al con-junto de materiales arrancados de una mina (mena y ganga).

Recuerda

Todouno

(mineral de Fe)

Mena Ganga

Forjado de una pieza con un martillo pilón.

Fig. 1.4

Proceso de preparación de los minerales de hierro.

Fig. 1.5

10

1 PROCESO DE OBTENCIÓN DE LOS ACEROSY FUNDICIONES

En la Figura 1.8 se ha representado el proceso que se sigue en un alto horno para la obtención de los aceros y fundiciones. Comprueba cómo, depen-diendo del material de partida utilizado para la obtención del acero y de las fundiciones, éstos se pueden obtener por un lado, en los altos hornos,cuando partimos de una mezcla de minerales de hierro, fundentes (caliza) y carbón de coque (cok); y por otro en hornos eléctricos cuando la materia pri-ma de partida está constituida por chatarra, fundentes y ferroaleaciones.

BB

Fundente (piedra caliza)

Carbón de coque

Mineral de hierro

Tratamientospreliminares

Ferroaleaciones

Fundente

Hornoeléctrico

ConvertidorTorpedo

Coladatradicional

Pieza fundidaterminada

Escoria

1 t

1/2 t

2 t

Alto horno

Arrabio

Cuchara

Coladacontinua

Tubo derecogidade gases

Cuchara

Grúa de deslingotarLingotera

Lingotera

Colada de lingotes

El acero líquido se vierte en unmolde (lingotera). Una vez sólido

se quita el molde

Perfilescomerciales

BobinasChapas galvanizadasHojalatasAlambresRedondos calibradosEtcétera.

En caliente se deforman los blooms para obtener

perfiles estructurales, carriles, barras, etc.

Trenesespeciales

de acabado

Trendebastador(en caliente)

Bloom

El primer hierro fundido que se consigue en un alto horno se denomina arrabio, a partir del cual, según qué proceso de afino se haya seguido, se obtendrá la fundición o el acero.

Observa

PRINCIPALES MATERIAS PRIMAS PARA OBTENER EL ACEROMina de hierro.

Fig. 1.6

Colada.

Fig. 1.7

Proceso de obtención de los aceros y fundiciones.

Fig. 1.8

11

HIERRO, ACERO Y FUNDICIÓN. PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS

Con frecuencia utilizamos de forma errónea los términos hierro, acero y fun-dición para identificar y definir un material de origen férrico, sin tener en cuenta las características que les diferencian.

El hierro no se encuentra en la naturaleza en estado puro, sino combinado con otros elementos químicos formando los distintos minerales de hierro (oligistos, hematites, limonitas, sideritas, magnetitas, piritas...), los cuales son tan abundantes que representan casi el 5 % de la corteza terrestre.

El hierro puro como tal es un elemento químico que no tiene prácticamen-te aplicación industrial ya que presenta una baja resistencia mecánica y se oxida fácilmente, por lo que se ha de combinar con otros elementos (princi-palmente el carbono) para formar aleaciones tan conocidas como el acero y las fundiciones. Pero, ¿qué son el acero y las fundiciones?

El acero es una aleación de hierro con un porcentaje de carbono inferior al 1,76 %. La fundición es igualmente una aleación de hierro con carbono, pe-ro con un porcentaje superior en carbono, que puede oscilar entre el 1,76 % y 6,67 %.

CC

Las piritas son menas de hierro. Debes saber que el

hierro es uno de los metales más abundante de la corteza terrestre.

Fig. 1.9

Aclarando conceptos

LECHE

Para facilitar su estudio y acla-rar conceptos, comparemos ambas aleaciones con dos va-sos de leche y cacao. La leche será el acero y el cacao el car-bono.

Si en un vaso de leche (hierro) echamos un poco de cacao (carbono) de forma que éste se disuelva totalmente, obten-dremos una disolución en la que ambos elementos se en-cuentran totalmente «disuel-

tos». A esta aleación la denominamos acero y, al analizarla al microscopio, se puede observar cómo el carbono se encuen-tra totalmente disuelto.

Si seguimos añadiendo más cacao (carbono) a la disolución anterior, llega un momento en que ésta ya no es capaz de disolver más cacao (carbono), por lo que el cacao (carbono) que no se ha disuelto precipita al fondo del vaso. En ese mo-mento coexisten el cacao disuelto y el cacao disperso y pre-cipitado. A ese conjunto lo denominamos fundición; en mu-chas fundiciones, al observarlas al microscopio, se puede observar el carbón disperso.

En los aceros, el hierro y el carbono, en cierta forma, los podemos comparar con la leche y el cacao.

Fundición

En las fundiciones, normalmente,

parte del carbono se encuentra

sin combinar

Cacaoprecipitadosin disolver

En el acero,el carbón seencuentra«disuelto»o «combinado»

La leche es capaz de disolver totalmente pequeñas cantidades de cacao,

influyendo su temperatura en la cantidad de cacao disuelto

Acero

12

1 PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS ACEROSY FUNDICIONES

El acero es un material de color blanco grisáceo y fibra continua, muy resistente a todo tipo de esfuerzos, principalmente a los de tracción, es dúctil y maleable, muy tenaz y se puede mecanizar, soldar y forjar. Estas propiedades le hacen idóneo como material base para construir todo tipo de estructuras, máquinas y mecanismos. Es buen conductor de la corrien-te eléctrica, si bien ésta no es su principal propiedad, ya que existen otros metales que son mejores conductores, como el cobre, el aluminio...

Otra propiedad que le caracteriza es que, mediante el empleo de técnicas de calentamiento y enfriamiento específicas, denominadas tratamientos térmicos, es posible variar sus propiedades y características mecánicas.

Partiendo de la aleación base (Fe-C) descrita anteriormente, y en función del porcentaje en carbono, se obtiene una gran variedad de tipos de aceros aleados, simplemente añadiendo durante el proceso de fabricación otros elementos (níquel, cromo, volframio...) en pequeños porcentajes que mejo-ran sus propiedades, obteniéndose así, por ejemplo, aceros inoxidables, resistentes al desgaste, etcétera.

Los aceros no sólo se emplean como elemento resistente en las estructuras o formando parte de los objetos más diversos. Otra forma de utilizarlos consiste en recubrirlos con otro metal, de este modo se consiguen una gran variedad de aplicaciones, como los aceros galvanizados (cinc), hojalatas (estaño, véase la Figura 1.11), aceros cromados, niquelados... Nosotros, en el aula de tecnología, utilizaremos el acero en forma de varillas, alambres, puntas y tornillería.

La fundición suele ser de color más grisáceo que los aceros. Entre sus ventajas se encuentra la posibilidad de obtener piezas de geometría complicada mediante procesos de colado, presentando una mayor resis-tencia a la corrosión que los aceros y una mayor facilidad para la trans-misión del calor. Igualmente se utiliza en máquinas o diseños sometidos a vibración (bancadas de máquinas-herramientas como el torno, tala-dradora, etc.), ya que los pequeños trocitos de carbón que poseen las fundiciones interrumpen e impiden la transmisión de vibraciones; estos trocitos de carbono actúan como minúsculos «colchones» que amorti-guan las vibraciones.

DD

A diferencia de los aceros, las fundiciones presentan una resistencia baja a los choques o impactos, son poco dúctiles y maleables y suelen ser difíciles de soldar.

Sabías que...

Capa muy fina de estaño

Acero blando

La hojalata está formada por un núcleo de acero blando recubierto por una capa de estaño muy fina.

Fig. 1.10

Cuchara en proceso de colado de una pieza de fundición.

Fig. 1.11

Experiencia

¿Fundición o acero?

Limadura que mancha los dedos Fundición

Virutalimpia Acero

¿Cómo podemos reconocer algunos tipos de fundiciones?

Aunque ya hemos dicho antes que no todas las fundiciones presentan las mismas características, algunas podemos identificarlas con facilidad limando ligeramente la pieza que deseas identificar. En el caso de que sea un acero (o en algunos tipos de fundiciones) obtendrás una viruta olimadura limpia, ya que el carbón se encuentra totalmente combinado. En la mayoría de las fundiciones la viruta o limadura obtenida suele venir acompañada de pequeños trocitos de carbón, que al tocarlos te tiznarán los dedos (véase la Figura 1.12).

Las limaduras de las fundiciones suelen tener pequeñas partículas de carbón grafito que manchan los dedos.

Fig. 1.12

13

METALES NO FÉRRICOSComo metales no férricos se agrupan el resto de los metales utilizados por el ser humano, si bien, y por su importancia, únicamente estudiaremos el cobre y sus aleaciones como ejemplo de metal y aleaciones pesadas y el aluminio, como elemento representativo de metales ligeros.

METALES PESADOS. UN POCO DE HISTORIA

Se cree que el cobre, al encontrarse con facilidad en estado natural (véase la Figura 1.13) , fue uno de los primeros metales utilizados por el ser humano, ya que si bien el hierro se utilizó en épocas anteriores, su metalurgia aun tardó miles de años en desarrollarse.

Los objetos más antiguos de cobre encontrando en algunas tumbas reales de Egipto, en forma de puñales, vasos y objetos diversos, tienen una anti-güedad media que puede superar los 6000 años. Más tarde la utilización de este metal se extiende a Irán, Mesopotamia y la India, y posteriormente, a comienzos del tercer milenio a.C., llegó a China.

Al principio el cobre se trabajaba empleando técnicas de forja; es decir, se calentaba y golpeaba repetidamente la pieza de cobre hasta obtener la forma y dimensiones deseadas, consiguiendo así que los objetos de cobre fabricados con esta técnica adquiriesen una mayor dureza.

33

AA

Metalesno

férricos

Pesados Cobre y aleaciones,

plomo, estaño

Ligeros Aluminio

Ultraligeros Magnesio{

Hace más de 6 000 años los egipcios ya obtenían objetos de cobre empleando técnicas de forja.Fig. 1.14

Mineral de cobre nativo prácticamente puro.

Fig. 1.13

Una aleación es una mezcla de dos o más metales en estado líquido (fundido), de forma que el producto resultante suele presentar mejores propiedades que las de los distintos elementos que la forman por separado.

Recuerda

Pero el ser humano pronto dejó de fabricar piezas sólo con cobre cuando en la zona de Mesopotamia descubrió las enormes ventajas que presentaba este metal si se le combinaba en proporción adecuada con el estaño, obte-niendo así la primera aleación de todo los tiempos, el bronce.

14

1 El descubrimiento del bronce, hace más de 5000 años, desencadenó una verdadera revolución social y económica, ya que a partir de aquel momento se experimentaron nuevas técnicas de fundición, algunas de las cuales se aplicaron para conseguir otros metales como lplata, estaño y plomo, con lo que aparecieron nuevos productos que provocaron un desarrollo especta-cular en el comercio de la época; por ello a este periodo se le ha denomina-do Edad de Bronce.

Tuvieron que transcurrir casi mil años para que se descubriese una nueva aleación de cobre denominada latón (cobre + cinc), con la que los romanos, cientos de años más tarde, acuñaron sus monedas.

El bronce y sus aleaciones se siguieron empleando hasta que los hititas (tribus que vivieron hace 4000 años en las montañas de Armenia) lograron fundir los minerales de hierro, metal que por sus propiedades sustituyó en gran parte al bronce utilizado hasta entonces.

El cobre

El cobre es un material de color rojizo que se oxida ligeramente en con-tacto con el aire, adquiriendo una tonalidad verdosa. Posee una resisten-cia a la tracción media de 30 a 35 kg/mm2 y una densidad que oscila entre 8 y 8,75 kg/dm3. Es muy dúctil, maleable y tenaz, admite la soldadura y el trabajo de forja, y es uno de los mejores conductores eléctricos. Por este motivo, se utiliza de forma masiva en la fabricación de conductores eléctricos o piezas que se han de comportar como tales. Sin embargo, para ciertas aplicaciones se utiliza aleado con otros elementos (estaño, cinc...), ya que combinado con ellos se mejoran considerablemente sus propiedades mecánicas.

A1A1

Cobre

CincEstaño

BronceLatón

1. Trituración

2. Cribado

3. Molienda

4. Separación por flotación 5. Tostación del cobre(horno de pisos)

6. Horno de fusión

7. Convertidor

9. Afinado electrolítico

8. Colada para la obtención de ánodos

Mineral de cobre

Gruesos

Anillo de lingoteras para colada continua

Ánodo(320 kg)

Cátodo(5 kg)

Colada enlínea

Lingoteras

Finostamizados

Ganga

Fábrica deácido sulfúrico

Mata cobre 40 %(cobre blister)

Escorias

Aire

Separación del hierro

Fuel

Concentrado de cobrede baja riqueza

Agua

Mata de cobre(concentrado de cobrede baja riqueza)

Tratamiento de lodos(oro, plata, platino, etc.)

Cobre puro (99,9 %)

La cuprita es una de las menas de la que se obtiene el cobre.

Fig. 1.16

Principales aleaciones de cobre.Fig. 1.15

Proceso de obtención del cobre por vía seca.

Fig. 1.17

15

Operadores de latón de utilización frecuente en el aula de tecnología.

Fig. 1.19

Bronces

Los bronces son aleaciones de cobre y estaño, cuya proporción de esta-ño puede alcanzar el 35 %. Este porcentaje depende del uso que se vaya a dar al bronce, e influye en el color y tonalidad del bronce obtenido.

Entre las distintas aplicaciones que podemos encontrar en los bronces, ordenadas de menor a mayor porcentaje en relación al estaño que éstos contienen, tendremos: objetos para bisutería y joyería, acuñamiento de monedas y elementos mecánicos como engranajes y cojinetes, grifería..., así como los bronces que poseen una gran sonoridad empleados en la cons-trucción de campanas y platillos. Por último, los bronces que contienen mayor porcentaje de estaño (35 al 40 %) tienen la propiedad de que pue-den ser pulidos, por lo que en la antigüedad fueron utilizados para fabricar espejos metálicos.

Latones

Los latones son aleaciones de cobre y cinc muy dúctiles y maleables, de alta resistencia mecánica y difícil corrosión, propiedad de la que se deri-van múltiples aplicaciones en tornillería, construcciones navales, piezas de máquinas…

El color de los latones depende de la proporción de cinc, y comprende des-de el color rojizo hasta alcanzar tonos como el rosa-dorado, y el amarillo en aquellos latones con mayor porcentaje de cinc. Admiten un pulido excelen-te, motivo por el cual son utilizados en joyería y orfebrería.

Estas aleaciones encuentran múltiples aplicaciones industriales en torni-llería, carcasas y piezas para maquinaria, etc. Nosotros, en el aula de tecno-logía, lo podremos encontrar en piezas comerciales que con regularidad utilizamos en forma de casquillos, topes, hélices, engranajes, poleas, chapas de pequeño espesor (véase la Figura 1.19) que utilizamos para obtener con-tactos y piezas que diseñamos y construimos expresamente para incluir en nuestros proyectos.

A2A2

A3A3

Las aleaciones de bronce constituyen uno de los materiales más versátiles con el que fabricar todo tipo de objetos para las más diversas aplicaciones.

Fig. 1.18

Bronce

Estaño

Cobre

Latón

Cinc

Cobre

16

1 EL ALUMINIO

El aluminio es un metal de color blanco, maleable, admite el pulido y es fácil de trabajar. Prácticamente no se oxida al aire, y es un buen conduc-tor del calor y de la electricidad, propiedades que unidas a su ligereza (densidad 2,7 kg/dm3) y al hecho de que puede alearse con otros elemen-tos para mejorar sus propiedades y resistencia mecánica, han propiciado que, actualmente, sea uno de los metales más utili zados.

El método Bayer utilizado industrialmente para la obtención del aluminio partiendo de la bauxita (véase la Figura 1.21), consta de dos fases:

• En la primera fase se separa la mena de aluminio, es decir, la bauxita de la ganga, hasta obtener, tras sucesivos pasos, la alúmina u óxido de alu-minio.

• En la segunda fase se obtiene el aluminio utilizando como materia prima la alúmina obtenida anteriormente. Esta operación se realiza disolviendo a la bauxita en criolita, y posteriormente se la somete a un proceso de electrolisis a través del cual se descompone la bauxita. El inconvenien-te que presenta esta metalurgia es el elevadísimo gasto energético, ya que para obtener una tonelada de aluminio se debe utilizar, por término medio, unos 20 000 kWh de energía eléctrica.

BB

1.a Fase

2.a Fase

1 t de Aluminio

Bauxita 5 t

Fuel0,5 t

Sosa 0,25 t

Alúmina2 TnCal 0,25 t

Criolita0,05t

20 000 Kw/hEnergía Fuel

0,5 Tn

Materias primas necesarias para obtener 1 t de Aluminio.

Fig. 1.20

Puerto

Central térmica(agua caliente y energía)

Parque de bauxita

Aguacaliente

CalTransporte a fábrica

Machacadora

2.a FaseElectrólisis

AluminioMoldeado Colada

de aluminio

Alimentación

Trituración y molienda

Criolita

Preparaciónalúmina

Cubaelectrolítica

Alúmina y criolita fundida

Aluminio fundido Refrigerador

AlúminaBaño dealuminiofundido

Calor

Transformador

Criolita

Alúmina

1.a FaseObtención de Alúmina

Tanque de precipitación

Intercambiador de agua

Filtro prensaDecantador

Decantación-Filtración

SosaSosa nueva Recuperación de sosa

Evaporación

Agua calienteAgua fríaAdición agua

Filtro

Energía

Mezclador

Bauxita en polvo

Molino de bolas Residuo de lodos

Depuración de gases

SiloHorno rotativo(1 200 °C)

Proceso industrial para la obtención del aluminio por el método Bayer.Fig. 1.21

Normalmente el aluminio suele utilizarse combinado con otros metales, de esta forma se obtienen aleaciones ligeras cuyas propiedades se ven sensiblemente mejoradas.

Existen infinidad de aplicaciones del aluminio. Dado que presenta alta resistencia y bajo peso específico, es imprescindible para las construcciones aeronáuticas, la industria del automóvil, la fabricación de bicicletas, etc. Incluso podemos encontrar el aluminio en las pinturas, en la fabricación de imanes, en los cables como conductores de alta tensión, en los CD-ROM, en utensilios de cocina, en las latas de refresco o envolviendo los alimentos.

Aleaciones de aluminio

La industria aeronáutica utiliza el aluminio como metal base.Fig. 1.22

Normalmente el aluminio suele utilizarse combinado con otros metales, de esta forma seobtienen aleaciones ligeras cuyas propiedades se ven sensiblemente mejoradas.

17

PROPIEDADES DE LOS MATERIALESLa elección de un material depende de sus propiedades técnicas. Si bien para definir un material se pueden analizar un gran número de parámetros, éstos en general se refieren a sus propiedades físicas (eléctricas, magnéti-cas...), químicas (oxidación, acidez…), mecánicas (elasticidad, dureza…), tec-nológicas y de fabricación (colabilidad, templabilidad…), intrínsecas (peso específico, densidad…), o extrínsecas (precio, estética del material, etcétera).

No existe un material que tenga simultáneamente todas las propiedades anteriores; por ello, a la hora de seleccionarlo, deberemos sopesar las dis-tintas ventajas e inconvenientes. En este apartado, profundizaremos en el estudio de las propiedades mecánicas.

En la tabla siguiente se han representado algunos de los parámetros que debes tener en cuenta a la hora de seleccionar un material.

44

PROPIEDADES MECÁNICASEl estudio de las propiedades mecánicas de los materiales tiene por finali-dad determinar cuál será su comportamiento ante las acciones o solicitacio-nes externas a las que se verá sometido.

En general, las propiedades mecánicas de un material dependen de la co-hesión que existe entre los átomos que lo forman y de la elasticidad y de la plasticidad de dicho material.

AA

Ensayos destructivos y no destructivos.

Fig. 1.23

Máquina de ensayos universal.

Fig. 1.24

Elección de los materiales

Propiedades Forma de trabajo Provisión Precio Medio

ambiente

MecánicasFísica

QuímicaSensorial

¿Es fácil de cortar, doblar,

soldar, etc.?¿Lo puedo mecanizar?

¿Tengo en el aula los medios?

¿Es abundante? ¿Utiliza recursos

escasos?¿Puedo

encontrarlo como material de desecho?

¿Es caro?¿Precisa

acabado?¿Requiere un

mantenimiento posterior?

¿Es contaminante?

¿Es biodegradable?

¿Es tóxico?

Elasticidad PlasticidadElasticidad

Capacidad que presenta un material para defor-marse permanentemente por la acción de una carga externa sin llegar a la rotura. Si el material puede deformarse en láminas muy delgadas se di-ce que es maleable. Cuando se puede extender en alambres o hilos se dice que es un material dúctil.

Maleable Dúctil

Capacidad que tienen algunos materiales de recupe-rar la forma y dimensiones primitivas cuando cesan las cargas externas que lo deforman. Los materiales son elásticos dentro de ciertos límites. Si se superan, las deformaciones son permanentes.

Cohesión

Oposición o resistencia que presentan los átomos de los materiales a ser separados. Si pudiéramos utilizar un microscopio capaz de observar los átomos, comprobaríamos que se mantienen unidos entre sí por unas fuer-zas denominadas de cohesión.

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1 Otras propiedades mecánicas de los materiales:

Dureza Tenacidad Fragilidad

Mayor o menor resistencia que presenta un material a dejarse rayar o penetrar.

Facilidad con la que un material se rompe por la acción de un golpe o impacto. Pro-piedad opuesta a la tenacidad.

Fatiga Resiliencia Colabilidad

Capacidad que presenta un material para resistir deformaciones sucesivas de distin-to sentido y magnitud.

Resistencia que ofrece un material a la rotura por cho-que o impacto. Se expresa con una cifra que indica la energía que absorbe el material por cada unidad de sección necesaria para provocar su rotura.

Capacidad de un material fundido pa-ra llenar un molde ocupando todos sus huecos.

Resistencia que presenta un material para soportar esfuerzos que lo deforman hasta su rotura. Cuanto más tenaz, más resistente, y cuanto más dureza, me-nos tenaz.

Ensayos

Ensayos mecánicos

Son pruebas para conocer el comportamiento de los materiales ante unas determinadas solicitaciones.

Ensayo de tracción. Sirve para co-nocer la resistencia u oposición que presenta un cuerpo a dejarse alargar.

Ensayo de resiliencia. Permite conocer la tenacidad de un ma-terial. Se mide con una máquina denominada péndulo Charpy.

Ensayo de dureza. Permite conocer la dureza del material. La máquina que realiza este ensayo se denomina durómetro.

1 Del cuaderno de trabajo

Realiza las actividades correspondientes a esta Unidad denominadas «Materiales de uso técnico» propuestas en tu cuaderno de trabajo.

Individuales

01 Desarrolla un cuadro en el que fi guren, clasifi ca-dos, los materiales atendiendo a si éstos son metálicos o no metálicos, y profundizando, especialmente, en el desarrollo de los materiales de origen metálico.

02 Describe brevemente en qué consiste el forjado, así como las distintas operaciones que se pueden realizar con esta técnica. Finalmente resalta las características y propiedades que adquieren los materiales en los que se aplican estas operaciones, y cita algunos ejemplos que conozcas en los que se haya empleado este proceso de forjado.

03 Defi ne el concepto de aleación.

04 Analiza y describe, en tu cuaderno de tecno-logía, el proceso que se debe seguir para transformar el arrabio en acero empleando un convertidor, proceso que podrás describir fácilmente si consultas el dibujo propuesto en el apartado correspondiente.

05 Defi ne brevemente el acero y la fundición, y cita las propiedades que caracterizan a cada uno de ellos.

ACTIVIDADES 06 Enumera las aleaciones más importantes en las que intervenga el cobre, indicando los elementos que las constituyen y las propiedades.

Búsqueda de información

Realiza un trabajo de investigación sobre las menas metalúrgicas más relevantes que se encuentren en tu comarca, comunidad o zona geográfi ca próxima al lugar donde resides.

De grupo

01 Contestad brevemente a las siguientes cuestio-nes:

a) ¿Cuál es la causa por la que las virutas de las fundiciones grises tiznan los dedos?

b) ¿Cuáles son y en qué proporción intervienen los productos que se vierten en la parte supe-rior del alto horno?

c) ¿Cómo se llaman los productos que salen por las piqueras del alto horno?

d) ¿Cómo se llama el recipiente en el que se vierte el arrabio líquido con objeto de transportarlo al convertidor?

e) ¿Cómo se denominan los aceros a los que se añaden, durante la fase de fabricación, peque-ños porcentajes de otros materiales con objeto de mejorar sus propiedades?

Laboratorio de ensayos mecánicos

Realizad una visita a una empresa o a un centro escolar que disponga de un laboratorio de ensayos mecá-nicos, y observad cómo realizan los diferentes ensayos. Posteriormente, elaborad un esquema del proceso que han seguido para realizarlos. Fi-nalmente, y ya en vuestra aula de tec-nología, exponed el proceso al resto de los compañeros de clase y, con las aportaciones de los demás grupos, realizad un mural que refl eje el pro-ceso que se ha de seguir para realizar cada uno de los ensayos.

19