Metales: Propiedades, Obtención, Tratamiento y Tipos Férricos (Hierro, Acero, Fundición)

Metales y sus Propiedades

Los metales son materiales que se caracterizan por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad, tienen una elevada capacidad de reflexión de la luz (brillo metálico) y son sólidos a temperatura ambiente, con la excepción del mercurio, que es líquido. Generalmente, se extraen de minerales presentes en las rocas.

Metales como el oro, la plata y el cobre fueron utilizados desde la prehistoria, consolidándose como materiales fundamentales en el desarrollo de la tecnología.

Los metales también se pueden emplear en forma de aleaciones, que son mezclas homogéneas de un metal con uno o varios elementos adicionales, ya sean metálicos o no metálicos, para mejorar o modificar sus propiedades.

Propiedades Generales de los Metales

• Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio).
• Buenos conductores del calor y de la electricidad.
• Son dúctiles (pueden estirarse en hilos) y maleables (pueden deformarse en láminas).
• Algunos presentan propiedades magnéticas (como el hierro, níquel y cobalto).
• Muchos tienden a oxidarse con facilidad al reaccionar con el oxígeno del aire o el agua.

Proceso de Obtención y Tratamiento de Metales

La metalurgia es la ciencia y técnica que se ocupa de la extracción, obtención y transformación de los metales a partir de sus minerales. El proceso específico dedicado a los metales férricos (hierro y sus aleaciones) se denomina siderurgia.

Extracción

Las materias primas, fundamentalmente los minerales metálicos, se extraen de la naturaleza en los yacimientos, que son lugares específicos donde estos minerales se concentran.

Minería

La extracción de los minerales se realiza mediante técnicas de minería:

• Minas a cielo abierto: Se excava el terreno superficialmente para acceder y obtener el mineral.
• Minas subterráneas: Se perforan túneles y galerías para alcanzar los minerales situados a mayor profundidad.

Obtención

Una vez extraído el mineral bruto, se somete a varios procesos para obtener el metal puro o en la forma deseada.

Concentración

Consiste en separar mecánicamente la mena (la parte del mineral que contiene el metal útil) de la ganga (los materiales rocosos o terrosos sin valor que la acompañan). Esto se logra mediante procesos como la trituración, molienda y diversos métodos de separación (flotación, separación magnética, etc.) para enriquecer el mineral.

Reducción

En esta etapa se separa el metal de los otros elementos químicos con los que está combinado en la mena (generalmente oxígeno, azufre, etc.). Los métodos más comunes son:

1. Reducción pirometalúrgica: Se utilizan altas temperaturas, a menudo en altos hornos (como en el caso del hierro), para provocar reacciones químicas que liberan el metal.
2. Electrólisis: Se utiliza una corriente eléctrica para descomponer el compuesto y separar el metal. Es común para metales muy reactivos como el aluminio o el magnesio.

Refino

El metal obtenido tras la reducción suele contener impurezas. El refino es el proceso final para eliminar estas impurezas y alcanzar la pureza deseada. Las técnicas varían significativamente según el tipo de metal (ej. refino electrolítico para el cobre, procesos de desgasificación para el acero).

Transformación

Una vez obtenido y refinado, el metal (como cobre, aluminio, acero, etc.) se transforma mediante diversos procesos (laminación, forja, extrusión, moldeo, mecanizado) para fabricar los objetos y componentes finales.

Metales Férricos

La siderurgia, como se mencionó, es la rama de la metalurgia especializada en la extracción y transformación del hierro y sus aleaciones principales: el acero y las fundiciones.

El hierro es el metal más empleado a nivel mundial y se encuentra abundantemente en la corteza terrestre formando parte de numerosos minerales. Una aleación es una mezcla de dos o más elementos, donde al menos uno (el que se encuentra en mayor proporción) debe ser un metal.

Los principales metales ferrosos son:

• Hierro dulce o puro
• Acero
• Fundición

Hierro Puro (o Hierro Dulce)

El hierro puro tiene un uso relativamente limitado en aplicaciones estructurales, ya que se corroe y oxida con facilidad y posee baja resistencia mecánica. Se emplea principalmente por sus excelentes propiedades magnéticas (imanes temporales). Para mejorar sus propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, se le añade carbono, dando lugar a las aleaciones de acero y fundición.

Acero

El acero es una aleación de hierro con un contenido de carbono inferior al 2% (generalmente entre 0.03% y 1.76%). Es de color plateado-grisáceo.

Propiedades del Acero:

• Se oxida con facilidad, aunque generalmente menos que el hierro puro. Existen aceros especiales (inoxidables) con cromo y níquel para evitar la corrosión.
• Muy plástico en caliente, lo que permite que sea muy dúctil (se fabrican hilos, denominados “alambre”) y maleable (se fabrican chapas y perfiles).
• Muy tenaz (resistente a los golpes), por lo que se puede forjar tanto en frío como en caliente.
• Presenta buena soldabilidad.
• Es muy duro y, por tanto, resistente a la abrasión (difícil de rayar y desgastar por frotamiento). Sin embargo, se puede mecanizar con máquinas-herramienta (tornear, fresar, taladrar).
• Posee una elevada resistencia mecánica (tracción, compresión), superior a la mayoría de los metales (solo aleaciones especiales como las de titanio lo igualan o superan en ciertas relaciones resistencia/peso). Se utiliza ampliamente en la fabricación de estructuras, herramientas, maquinaria, vehículos, sirgas y cables de acero.

Fundición

La fundición es una aleación de hierro con un contenido de carbono superior al 2% (generalmente entre 2% y 4.5%). Es de color plateado-gris brillante.

Propiedades de la Fundición:

• Más resistente a la oxidación y corrosión que los aceros al carbono comunes, pero todavía se oxidan. Se emplean en la fabricación de calderas, radiadores de calefacción, bancadas de máquinas, etc.
• Excelente colabilidad (facilidad para llenar moldes) y más fusible que el acero (su punto de fusión es más bajo, alrededor de 1150-1300 °C frente a los ~1500 °C del acero, de ahí su nombre). Se emplean extensamente en la fabricación por moldeo de piezas de forma complicada o de gran tamaño como bloques de motor, carcasas de maquinaria, tapas de alcantarillado, hélices de barco.
• Muy dura y resistente al desgaste por abrasión. Se utiliza en zapatas de frenos, bloques de motores, bastidores de herramientas, elementos de maquinaria sometidos a fricción.
• Menor resistencia mecánica (especialmente a la tracción) y menor plasticidad (menos dúctil y maleable) que el acero.
• Bastante más frágil que el acero. Al ser menos plástica y menos tenaz, no se puede forjar fácilmente (un golpe seco puede rajar la pieza), por lo que su método principal de conformado es el moldeo.
• Presenta mala soldabilidad en comparación con el acero (requiere técnicas especiales).