Materiales metálicos no ferrosos

Materiales metálicos no ferrosos

El cobre es un metal de color rojo brillante, muy dúctil (se obtienen hilos muy finos) y maleable (pueden formarse láminas hasta de 0,02 mm de espesor), con elevada conductividad eléctrica y térmica, y muy resistente a la corrosión.

A lo largo de la historia, el cobre se ha utilizado para fabricar armas, herramientas, monedas, útiles de cocina, tinajas y objetos ornamentales.

Actualmente, debido a su extraordinaria conductividad eléctrica (sólo superada por la plata), y su ductilidad (se puede transformar en cables de cualquier diámetro) su uso más extendido se da en la industria eléctrica; por su conductividad térmica, se emplea en calderas, y utensilios de cocina, y también se emplea en construcción en forma de planchas para cubrir techos, canalizaciones de gas y agua, etc.

Sus propiedades son:

• Densidad: 8,9 kg/dm3. • Punto de fusión: 1083 ºC.

• Resistencia a la tracción varía de unos 20 Kg/mm2 (fundido) hasta 40 Kg/mm2 (laminado). • Alargamiento: 20%.

• Módulo de elasticidad: 120GPa.

Las aleaciones de cobre con otros metales no ferrosos poseen mejores propiedades mecánicas, son mucho más duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia a la tracción, gran resistencia a la corrosión y fácil mecanización, aunque pierden conductividad eléctrica y calorífica. Las más conocidas son:

• Bronce: son aleaciones de cobre y estaño, aumentando la dureza con el % de estaño. Se emplean en fabricación de campanas, engranajes, esculturas, cables eléctricos, etc. • Latón: son aleaciones de cobre y zinc, con un máximo de éste del 50% ya que a partir de

este porcentaje las aleaciones resultan frágiles. Se emplea en tortillería, grifería, llaves y válvulas para gas y agua, canalizaciones, bisagras, etc.

• Cuproaluminio (cobre y aluminio): hélices de barco, turbinas, etc. • Alpaca (cobre más níquel y cinc): joyería barata, cubiertos, etc. • Cuproníquel (cobre más níquel): monedas, contactos eléctricos, etc.

La designación numérica de las aleaciones de cobre ( bronces y latones ) según UNE-37-103-78 se realiza asignando la letra mayúscula C seguida de un guión y cuatro cifras numéricas.

Estaño (Sn) y aleaciones

El estaño es un metal pesado de aspecto muy brillante, aunque a temperatura ambiente pierde el brillo exterior a causa de la oxidación. Es muy blando y maleable en frío, y pueden obtenerse hojas de papel de estaño de décimas de milímetro de espesor, pero se vuelve frágil y quebradizo en caliente.

Por debajo de -18°C el estaño empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris, fenómeno que se conoce como "enfermedad o peste del estaño". Cuando se dobla se oye un crujido denominado "grito del estaño".

• Densidad: 7,28 kg/dm3. • Punto de fusión: 231 °C.

• Resistencia a la tracción: 5 Kg/mm2 • Alargamiento: 40%.

• Módulo de elasticidad: 41GPa. •

Las aleaciones de estaño más importantes son:

• Bronce, que como ya se ha comentado es una aleación de cobre y estaño.

• Soldaduras blancas, aleaciones de plomo y estaño con proporciones de éste entre el 25 y 90%.

• Aleaciones de bajo punto de fusión.

Una de las aplicaciones más importantes del estaño es la fabricación de hojalata, que consiste en recubrir una chapa de acero con capas muy finas de estaño, protegiendo el acero de la oxidación. Se emplea también como recubrimiento del cobre para evitar que se cubra de “cardenillo”. Y al no ser tóxico, es también muy empleado en la industria de la alimentación.

Zinc (Zn) y aleaciones

El Zinc es un metal de color blanco azulado, muy resistente a la corrosión en el aire y en el agua (no es atacado por el aire seco, pero en aire húmedo se oxida, cubriéndose con una película carbonada que lo protege de una posterior corrosión), y muy poco resistente al ataque de ácidos y sales.

Es frágil y quebradizo a temperatura ambiente, pero se vuelve maleable entre los 120 y los 150 °C, por lo que se lamina fácilmente en rodillos calientes; a partir de los 205 ºC se vuelve otra vez frágil. Tiene el mayor coeficiente de dilatación térmica de todos los metales.

El metal puro se usa principalmente como recubrimiento para producir acero galvanizado (protegiendo el acero contra la oxidación), en las placas de las pilas eléctricas secas, y en las fundiciones a troquel. Se usa como pigmento en pintura de exteriores, por sus propiedades antioxidantes, así como elemento de relleno en llantas de goma y como pomada antiséptica en medicina, también para la fabricación de recipientes, o de planchas para cubiertas de tejados. Sus propiedades son:

• Densidad: 7,13 kg/dm3. • Punto de fusión: 419 °C.

• Resistencia a la tracción oscila entre 3 y 20 Kg/mm2 según sean piezas moldeadas (fundidas) o forjadas.

• Alargamiento: 20%.

Entre las aleaciones de zinc, destacan:

• Latones, por ser más barato el Zn que el Sn, en muchas aplicaciones los latones sustituyen a los bronces.

• Aleado con aluminio, cobre y magnesio, da lugar a una aleación, Zamak, muy empleada en la obtención de piezas de gran precisión y calidad que no requieren mecanizados

Plomo (Pb) y sus aleaciones

El plomo es un metal de color grisáceo-blanco, muy brillante cuando está recién cortado. Muy blando, maleable y dúctil, con baja resistencia a la tracción y escasa conductividad, tanto térmica como eléctrica. Se oxida con facilidad, formando una capa de carbonato básico que lo

autoprotege. Con el agua reacciona formando compuestos solubles venenosos.

El plomo se emplea en la fabricación de placas de baterías y acumuladores, y también

industrialmente en las redes de tuberías de desagües. Asimismo, debido a su elevada densidad y propiedades nucleares, se usa como blindaje protector o elemento impermeable de materiales radiactivos y de rayos X. El óxido de plomo se emplea para la obtención de pinturas

anticorrosivas, como el minio. Sus propiedades son:

• Densidad: 11,34 kg/dm3. • Punto de fusión: 327 ºC.

• Resistencia a la tracción : 2 Kg/mm2 • Alargamiento: 50%.

• Módulo de elasticidad: 17GPa.

Entre las aleaciones de plomo destacan las soldaduras blancas, a base de plomo y estaño empleado como material de aportación.

Níquel (Ni) y sus aleaciones

El níquel tiene un color plateado brillante y se puede pulir muy fácilmente. Es muy tenaz, magnético hasta los 352ºC (lo atrae un imán como si fuese un producto ferroso) y tiene una extraordinaria resistencia a la oxidación y corrosión de productos químicos.

Sus propiedades son:

• Densidad: 8,85 kg/dm3. • Punto de fusión: 1450 ºC.

• Resistencia a la tracción de entre 50 y 100 Kg/mm2 según esté fundido o laminado. • Alargamiento: 50%.

• Módulo de elasticidad: 200 GPa.

El níquel puro se emplea para la fabricación de instrumentos de cirugía, de física, de industria química, baterías, recubrimientos por de metales por electrólisis, etc. Formando parte de

aleaciones se utiliza para la fabricación de aceros inoxidables, de bronces al níquel (alpacas), etc.

Wolframio (W) y sus aleaciones

El wolframio o tungsteno es un metal de color gris acerado, muy duro y muy denso. En su modo natural (se encuentra en forma de óxido y de sales en ciertos minerales, aunque escaso) es frágil y difícil de trabajar pero en estado puro se trabaja con facilidad. Tiene el punto de fusión más alto de todos los metales, el punto de ebulllición más alto de todos los elementos conocidos, y la mayor resistencia a la tracción.

En estado puro, y por su elevado punto de fusión se emplea en filamentos de bombillas

incandescentes, en electrodos no consumibles de soldaduras, en resistencias eléctricas, y aleado con el acero, en la fabricación de aceros especiales (aceros rápidos, aceros para trabajos en caliente, aceros inoxidables de gran resistencia mecánica a elevada temperatura, etc.)

wolframio sinterizado, empleado para fabricar herramientas de corte para trabajar el acero. Sus propiedades son:

• Densidad: 19 kg/dm3. • Punto de fusión: 3370 ºC.

Aluminio (Al) y sus aleaciones

De color blanco plateado, es el metal más abundante en la naturaleza. Es dúctil y muy maleable, buen conductor de la electricidad y del calor, inoxidable al aire, ya que forma una película de óxido de aluminio que lo protege.

Su principal característica, su ligereza, lo hace muy útil en muchas aplicaciones, se emplea para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para las aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía.

Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión, y por su resistividad eléctrica sustituye en ocasiones al cobre como conductor eléctrico, utilizándose para cables de alta tensión por su bajo peso.

Por ser muy maleable, se obtiene papel de aluminio de 0,002 mm de espesor, utilizado para proteger alimentos y otros productos perecederos, por su compatibilidad con comidas y bebidas se usa en envases, envoltorios flexibles, botellas y latas de fácil apertura. Además, el reciclado de estos recipientes supone un gran ahorro de energía.

Por ser también fácilmente moldeable, se usa en carpintería de aluminio.

Además, su resistencia a la corrosión por agua del mar, lo hace útil para fabricar cascos de barco y elementos que estén en contacto con el agua.

El aluminio se utiliza normalmente aleado con otros metales, como el plomo, el manganeso, cinc, cobre, magnesio, etc., con objeto de mejorar su dureza y resistencia, formando las denominadas aleaciones ligeras, aunque también se comercializa en estado puro.

Sus propiedades son:

• Densidad: 2,7 kg/dm3. • Punto de fusión: 657 ºC.

• Resistencia a la tracción de entre 10 y 20 Kg/mm2 dependiendo de si está fundido o recocido, valor que se duplica si está laminado en frío (agrio). Esta resistencia decrece rápidamente si aumenta la temperatura, a 300°C su resistencia disminuye a un tercio aproximadamente y a 500°C a un décimo de su valor en frío.

• Alargamiento: 50%.

La norma UNE 38-001 designa a las aleaciones de aluminio mediante la letra L seguida de 4 números.

Titanio (Ti) y sus aleaciones

De color blanco plateado, se encuentra en abundancia en la naturaleza, ya que es uno de los componentes de casi todas las rocas de origen volcánico que contienen hierro. Es muy maleable y dúctil en caliente, y resiste la oxidación y la corrosión mejor que el acero inoxidable, y

convenientemente aleado, sus propiedades mecánicas son similares, e incluso superiores, a las del acero, con la ventaja de que las conserva hasta los 400 °C. Es el metal industrial de mejor resistencia específica (relación resistencia mecánica/peso).

Sus propiedades son:

• Densidad: 4,45 kg/dm3. • Punto de fusión: 1800 ºC.

• Resistencia a la tracción: 100-140 Kg/mm2 • Alargamiento: 5%.

• Módulo de elasticidad: 114GPa

Por su baja densidad y sus excelentes prestaciones mecánicas, se emplea para estructuras y componentes aeronáuticos (puertas de incendios, el fuselaje, los componentes del tren de aterrizaje, etc) y aeroespaciales (cohetes, misiles, transbordadores espaciales, satélites de comunicaciones, etc.), para la fabricación de herramientas de corte (nitrato de titanio), cuadros de bicicletas de carreras, aletas para turbinas (carburo de titanio), pinturas antioxidantes (en forma de óxido y pulverizado), etc.

Se utiliza también, por su elevada resistencia a la corrosión, en intercambiadores de calor, tuberías, reactores, bombas y válvulas para industrias químicas y petroquímicas. Además, es eficaz como base de piezas dentales y en la unión de huesos en cirugía, así como en

articulaciones ya que tal incrustación de titanio no provoca rechazo alguno y, pasado algún tiempo, se produce una soldadura de manera natural.

Las principales aleaciones del titanio son con aluminio, cromo, vanadio o molibdeno, con objeto de mejorar las propiedades físicas. Las aleaciones de titanio no se pueden trabajar mediante el arranque de viruta, excepto utilizando velocidades de corte muy bajas y aplicando refrigeración abundante.

La norma UNE 38.001 designa a las aleaciones de titanio mediante la letra L seguida de 4 números.

Magnesio (Mg) y sus aleaciones

Las aleaciones de magnesio son muy empleadas en aeronáutica. Se trata de un metal de color y brillo semejantes a los de la plata. Es maleable, poco dúctil, poco tenaz, y más ligero y tan resistente como el aluminio.

En estado líquido o en polvo es muy inflamable. Es inalterable en aire seco, pero poco resistente a la corrosión en atmósferas húmedas.

Sus propiedades son:

• Densidad: 1,74 kg/dm3. • Punto de fusión: 650 ºC.

• Resistencia a la tracción : 18 Kg/mm2 • Alargamiento: 5%.

1,8 kg/dm3, son muy utilizadas en la industria aeronáutica.

El magnesio puro se utiliza en flashes fotográficos, bombas incendiarias y señales luminosas y pólvora para fuegos artificiales, porque su combustión da una luz blanca muy intensa. No obstante, en la industria mecánica sólo se utiliza en forma de aleaciones, formando aleaciones para forjar o aleaciones para fundir.

Asimismo, puede formar distintos compuestos químicos de utilidades diversas, como el carbonato de magnesio (se usa como material refractario y aislante), el cloruro de magnesio (como material de relleno en los tejidos de algodón y lana, o en la fabricación de papel y de cementos y

cerámicas), el citrato de magnesio (se usa en medicina y en bebidas efervescentes), y el hidróxido de magnesio (en medicina como laxante, "leche de magnesia", y para refinar azúcar).

La norma UNE 38.001 designa a las aleaciones de magnesio mediante la letra L seguida de 4 números.