Materiales
Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de materiales, estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. Los mas comúnmente encontrados son madera, hormigón, ladrillo, acero, plástico, vidrio, caucho, aluminio, cobre y papel. Existen muchos mas tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello
Clasificación de los materiales
La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente:
a. Metálicos
• Ferrosos • No ferrosos
b. No metálicos
• Orgánicos • Inorgánicos
Metales Ferrosos
Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el hierro, sus principales características son su gran resistencia a la tracción y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.
Los principales productos representantes de los materiales metálicos son:
• Fundición de hierro • Aceros
• Aceros inoxidables
Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1541ºC y uno de sus principales problemas es la corrosión.
Metales no Ferrosos
Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son:
• Aluminio • Cobre • Magnesio • Níquel • Plomo • Titanio • Zinc
Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).
Materiales no Metálicos
a. Materiales de origen orgánico b. Materiales de origen inorgánico
Materiales orgánicos
Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:
• Plásticos
• Productos del petróleo • Madera
• Papel • Hule • Piel
Materiales de origen inorgánico
Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:
• Los minerales • El cemento • La cerámica • El vidrio
Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las características requeridas en tareas específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto que esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los materiales y los artículos que integraran.
Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materiales originales en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especiales para lograr su mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En la ingeniería la transformación de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en casi todos los casos de ello dependerá el éxito o fracaso del uso de un material.
Aluminio
El aluminio es el elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Con el 8,13 % es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre.
Su ligereza (liviano), conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y bajo punto fusión le convierten en un material idóneo para multitud de aplicaciones, especialmente en aeronáutica. Sin embargo, la elevada cantidad de energía necesaria para su obtención dificulta su mayor utilización; dificultad que puede compensarse por su bajo costo de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.
Características principales
El aluminio es un metal ligero, blando pero resistente, de aspecto gris plateado. Su densidad es aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre. Es muy maleable y dúctil y es apto para el mecanizado y la fundición. Debido a su elevado calor de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación
proporcionándole resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora puede ser ampliada por electrólisis.
Aplicaciones
Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, su uso excede al del cualquier otro exceptuando el acero, y es un material importante en multitud de actividades económicas.
constituyen el componente principal de multitud de componentes de los aviones y cohetes, en los que el peso es un factor crítico.
Dada su gran reactividad química, finamente pulverizado se usa como combustible sólido de cohetes.
Otros usos del aluminio son:
• Transporte, como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques, blindajes, etc.
• Embalaje; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc. • Construcción; ventanas, puertas, perfiles estructurales, etc. • Bienes de uso; utensilios de cocina, herramientas, etc.
Cobre
El cobre es un elemento químico de número atómico 29 y símbolo Cu. Es uno de los metales más importantes industrialmente. De coloración rojiza es dúctil, maleable y buen conductor de la electricidad
Características principales
El cobre es un metal de transición rojizo, que presenta una conductividad eléctrica y térmica muy alta, sólo superada por la plata en conductividad térmica y el oro en conductividad eléctrica. Es posible que el cobre haya sido el metal más antiguo en haber sido empleado, pues se han encontrado objetos de cobre del 8700 AC. Además de poderse encontrar en distintos minerales, se puede encontrar nativo, en la forma metálica, en algunos lugares.
Expuesto largamente al aire húmedo forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico de color verde, característico de sus sales, denominada «cardenillo» («pátina» en el caso del bronce) que es venenoso. Cuando se empleaban cacerolas de cobre para la cocción de alimentos eran frecuentes las intoxicaciones ya que si se dejan enfriar en la misma cacerola se originan óxidos por la acción de los ácidos de la comida que contaminan los alimentos.
Entre sus propiedades mecánicas destacan su excepcional capacidad de deformación y ductilidad. En general sus propiedades mejoran con las bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas (uso a temperaturas bajo 0ºC).
Aplicaciones
• Tubos para el transporte de agua potable. • Motores eléctricos.
• Interruptores y relees, tubos de vacío, magnetrón de hornos microondas.
• Acuñación de moneda (aleado con níquel), escultura (estatua de la Libertad), construcción de campanas y otros usos ornamentales en aleaciones con zinc (latón), estaño (bronces) y plata (en joyería).
• Aplicación en soldaduras de Alta resistencia (soldadura a la plata).
Magnesio
El magnesio es el elemento químico de símbolo Mg y número atómico 12. Es el séptimo elemento en abundancia constituyendo del orden del 2% de la corteza terrestre y el tercero más abundante disuelto en el agua de mar. Se emplea primordialmente como elemento de aleación.
Principales características
El magnesio es un metal bastante resistente y ligero, un 30% más liviano que el aluminio, de color plateado que se deslustra cuando se expone al aire. Pulverizado se inflama cuando se expone al aire ardiendo con una llama blanca. En trozos mayores es difícil que se inflame pero puede suceder si se corta en láminas delgadas, por lo que en el mecanizado las virutas han de manejarse con precaución.
Aplicaciones
Los compuestos de magnesio, principalmente su óxido, se usan como material refractario en hornos para la producción de hierro y acero, metales no férreos, cristal y cemento, así como en agricultura e industrias química y de construcción.
El uso principal del metal es como elemento de aleación del aluminio, empleándose las aleaciones aluminio-magnesio en envases de bebidas. Las aleaciones de magnesio, especialmente magnesio-aluminio, se emplean en componentes de automóviles, como llantas, y en maquinaria diversa. Otros usos son:
• Agente reductor en la obtención de uranio y otros metales a partir de sus sales. • El hidróxido (leche de magnesia), el cloruro, el sulfato (sales Epsom) y el citrato
se emplean en medicina.
• El polvo de carbonato de magnesio (MgCO3) es utilizado por los atletas como
Níquel
El níquel es un elemento químico de número atómico 28 y símbolo Ni situado en el grupo 10 de la tabla periódica de los elementos.
Características principales
Es un metal de transición de color blanco plateado, conductor de la electricidad y del calor, es dúctil y maleable por lo que se puede laminar, pulir y forjar fácilmente, y presenta cierto ferromagnetismo. Se encuentra en distintos minerales, en meteoritos (aleado con hierro).
Es resistente a la corrosión y se suele utilizar como recubrimiento protector, mediante electro deposición (niquelado).
Aplicaciones
Aproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de acero inoxidable austenítico y otro 12% en superaleaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras aleaciones, baterías recargables, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos y fundición:
• Aleaciones níquel-cobre (monel) son muy resistentes a la corrosión, utilizándose en motores marinos e industria química.
• La aleación níquel-titanio (nitinol-55) presenta el fenómeno de memoria de forma y se usa en robótica, también existen aleaciones que presentan súper plasticidad.
Plomo
El plomo es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Pb y su número atómico es 82.
El plomo es un metal pesado (densidad relativa, o gravedad específica, de 11,4 a 16ºC), de color azuloso, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, se funde a 327,4ºC. Es relativamente resistente al ataque de los ácidos.
Todas las aleaciones formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cadmio y sodio tienen importancia industrial.
Los compuestos del plomo son tóxicos y han producido envenenamiento de trabajadores por su uso inadecuado y por una exposición excesiva a los mismos.
El mayor peligro proviene de la inhalación de vapor o de polvo.
Durante mucho tiempo se ha empleado el plomo como pantalla protectora para las máquinas de rayos X. En virtud de las aplicaciones cada vez más amplias de la energía atómica, se han vuelto cada vez más importantes las aplicaciones del plomo como blindaje contra la radiación.
Usos industriales
Ya en el Imperio Romano, las cañerías y las bañeras se recubrían con plomo.
Su utilización como forro para cables de teléfono y de televisión sigue siendo una forma de empleo adecuada para el plomo. La ductilidad única del plomo lo hace particularmente apropiado para esta aplicación, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductores internos.
El uso del plomo en pigmentos (pinturas) ha sido muy importante, pero está decreciendo en volumen.
Titanio
El titanio es un elemento químico de número atómico 22 que se sitúa en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos y se simboliza como Ti.
Es un metal de transición abundante en la corteza terrestre; se encuentra, en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en cenizas de animales y plantas. El metal es de color gris oscuro, de gran dureza, resistente a la corrosión y de propiedades físicas parecidas a las del acero; se usa en la fabricación de equipos para la industria química y, aleado con el hierro y otros metales, se emplea en la industria aeronáutica y aeroespacial.
Características principales
El titanio es un elemento metálico duro, refractario y buen conductor de la electricidad y el calor. Presenta una alta resistencia a la corrosión (casi tan resistente como el platino) y cuando está puro, se tiene un metal liviano, fuerte, brillante y blanco metálico de una relativa baja densidad. Posee muy buenas propiedades mecánicas y además tiene la ventaja, frente a otros metales de propiedades mecánicas similares y que es relativamente liviano.
La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivación que sufre (se forma un óxido que lo recubre).
Aplicaciones
• Aproximadamente el 95% del titanio se consume como dióxido de titanio (TiO2),
• Debido a su fuerza, baja densidad y el que puede soportar temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en aviones y misiles. También se encuentra en distintos productos de consumo como: palos de golf, bicicletas, etc. El titanio se alea generalmente con aluminio, hierro, manganeso, molibdeno y otros metales.
• Se considera que es fisiológicamente inerte, por lo que el metal se emplea en implantes de titanio, consistentes en tornillos de titanio puro que han sido tratados superficialmente para mejorar su óseo integración; por ejemplo, se utiliza en la cirugía maxilofacial debido a estas buenas propiedades. También por ser inerte y además poder colorearlo se emplea como material de "piercings".
Zinc
El zinc o cinc es un elemento químico de número atómico 30 y símbolo Zn situado en el grupo 12 de la tabla periódica de los elementos.
Características principales
Este elemento es poco abundante en la corteza terrestre pero se obtiene con facilidad. Una de sus aplicaciones más importantes es el galvanizado del acero. Es un elemento químico esencial.
Es un metal de color blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada.
Aplicaciones
La principal aplicación del cinc —cerca del 50% del consumo anual— es el galvanizado del acero para protegerle de la corrosión, protección efectiva incluso cuando se agrieta el recubrimiento ya que el zinc actúa como ánodo de sacrificio. Otros usos incluyen:
• Baterías de Zn-AgO usadas en la industria aeroespacial para misiles y cápsulas espaciales por su óptimo rendimiento por unidad de peso y baterías zinc-aire para ordenadores portátiles.
• Piezas de fundición inyectada en la industria de automovilística. • Metalurgia de metales preciosos.
Liceo Industrial Chileno Alemán de Ñuñoa.
Dr. Johow 357,
