💠 Metales

👌 Dúctiles, resilientes, resistentes, tenaces…

Llevo fabricando piezas metálicas desde el siglo pasado. No exagero, empecé a mecanizar en una fresadora en 1996. Dios cómo pasa el tiempo.

En la fabricación mecánica los metales son los materiales más utilizados con diferencia. Su combinación única de propiedades físicas y químicas los convierten en elementos perfectos para el diseño y la fabricación de piezas mecánicas.

Los metales juegan un papel fundamental en el mundo del mecanizado, es importante conocer sus propiedades y saber cómo trabajarlos.

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⚔️ ¿Qué son los metales?

Los metales se distinguen por su alta resistencia, ductilidad, tenacidad y conductividad térmica y eléctrica. Estas características los convierten en materiales ideales para aplicaciones mecánicas, ya que pueden soportar cargas pesadas, deformarse sin fracturarse y conducir calor y electricidad de manera eficiente. Además, muchos metales son resistentes a la corrosión, lo que los hace duraderos y aptos para entornos hostiles.

Para entender mejor qué son los metales y cómo debemos mecanizarlos vamos a ver sus propiedades. Las que debemos tener en cuenta son:

• Propiedades mecánicas
• Propiedades físicas
• Propiedades químicas

🧾 Propiedades de los materiales metálicos

En otro artículo ya vimos las diferentes propiedades de los materiales férricos y no férricos.

Los metales tienen unas propiedades únicas que merece la pena enumerar. Las propiedades que veremos a continuación se encuentran de todos los metales, la diferencia radica en la reacción de cada material ante agentes o fuerzas externas.

🔹 Propiedades mecánicas de los metales

• Ductilidad. La ductilidad es la capacidad de un material para deformarse sin fracturarse. Los metales son altamente dúctiles, lo que significa que pueden ser estirados o moldeados en diferentes formas sin perder su integridad. Esta propiedad es importante en procesos de fabricación, como la extrusión o la forja, donde se requiere la conformación de piezas complejas.
• Dureza. Resistencia a ser rayado o penetrado.
• Elasticidad. La elasticidad hace referencia a la rigidez de un material. Los metales tienen una elasticidad alta, lo que significa que tienen una respuesta elástica rápida cuando se aplican fuerzas externas. Esta propiedad es importante en estructuras donde se requiere rigidez y resistencia a la deformación, como en puentes o marcos de construcción.
• Maleabilidad. La maleabilidad es la capacidad de un material para ser deformado o aplanado mediante compresión sin romperse. Los metales son maleables, lo que significa que se pueden aplanar en láminas delgadas sin perder su resistencia. Esta propiedad es valiosa en la fabricación de láminas metálicas, utensilios de cocina o revestimientos.
• Maquinabilidad. Una de las propiedades mecánicas que más nos interesa en el taller de mecanizado. La maquinabilidad es la capacidad del desgaste que puede sufrir un metal por una herramienta, teniendo en cuenta el acabado superficial.
• Resiliencia. Resistencia a romperse por un choque. La resiliencia es lo contrario a la fragilidad.
• Resistencia. Los metales son conocidos por su alta resistencia mecánica. Pueden soportar fuerzas externas sin deformarse ni romperse. Esta cualidad es fundamental para aplicaciones donde se requiere resistencia estructural, como en la construcción de puentes o edificios.
• Tenacidad. La tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía antes de romperse. Los metales tienen una alta tenacidad, lo que significa que pueden resistir impactos y cargas repentinas sin fracturarse. Esta cualidad es esencial en aplicaciones donde se requiere resistencia a la fatiga, como en la fabricación de componentes para maquinaria o vehículos.
• Resistencia a la rotura. Los materiales metálicos tienen una gran resistencia a la rotura. Los esfuerzos de rotura que un metal puede soportar son varios y dependiendo de la carga que aguanten los metales pueden tener una función u otra. Las roturas se pueden producir por:
  • Tracción: resistencia a dos fuerzas opuestas.
  • Compresión: resistencia a dos fuerzas opuestas que comprimen el material.
  • Torsión: resistencia a dos fuerzas opuestas que retuercen el metal.
  • Cizalladura: resistencia al corte en un punto concreto con dos fuerzas opuestas.
  • Flexión: resistencia a una fuerza que curva la pieza presionando en la mitad del metal.

🔹 Propiedades físicas de los metales

A los metales se les pueden aplicar ciertos actos físicos. Dependiendo de la composición molecular del material, la composición resultante será diferente cuando le apliquemos un agente externo físico.

Para entenderlo mejor, veamos algunas de las propiedades físicas que tienen los metales:

• Punto de fusión. Los metales tienen puntos de fusión relativamente altos en comparación con otros materiales. Esto significa que los metales requieren temperaturas elevadas para fundirse. La alta resistencia al calor de los metales los convierte en materiales esenciales en la industria.
• Conductividad térmica. Son buenos conductores de calor. Esto se debe a la estructura molecular, que permite que la energía térmica se transmita rápidamente a través de sus átomos.
• Conductividad eléctrica. Buenos conductores térmicos y eléctricos.
• Magnetismo. Los metales ferromagnéticos, como el hierro, el níquel y el cobalto, son capaces de generar un campo magnético y ser atraídos por imanes. Como todos sabemos, no todos los materiales metálicos tienen esta propiedad tan singular.
• Dilatabilidad. Propiedad de dilatarse o expandirse cuando se someten a un aumento de temperatura y de contraerse cuando se enfrían. Este fenómeno se conoce como dilatabilidad térmica. Las variaciones dimensionales debido a los cambios de temperatura pueden afectar la precisión de las medidas, el ajuste de las piezas y la integridad de las uniones. Por lo tanto, es necesario tener en cuenta la dilatabilidad térmica y tomar medidas en los diseños y mecanizados que realicemos.

🔹 Propiedades químicas de los metales

Aunque los metales son en general resistentes a la corrosión, algunos pueden reaccionar con ciertos elementos químicos y entornos corrosivos.

Es fundamental para elegir el material correcto comprender estas reacciones y aplicar técnicas de protección y prevención adecuadas.

Mediante el uso de recubrimientos protectores, como pueden ser pinturas y recubrimientos galvanizados, podemos garantizar la durabilidad de los metales y prolongar su vida útil.

• Oxidación. La oxidación es un proceso químico en el cual un metal reacciona con el oxígeno presente en el aire formando óxidos metálicos. Algunos ejemplos comunes de oxidación son la formación de óxido de hierro. La oxidación puede ser acelerada por la presencia de humedad, altas temperaturas o sustancias químicas corrosivas.
• Corrosión. La corrosión, es un deterioro lento y constante que ocurre cuando un metal interactúa con su entorno y sufre una degradación o pérdida de sus propiedades físicas y químicas. La corrosión puede implicar la formación de óxidos, pero también puede involucrar la disolución y el desgaste gradual del metal. La corrosión puede ser causada por diversos factores, como la exposición a la humedad, la presencia de sustancias químicas corrosivas, la diferencia de potencial eléctrico (corrosión galvánica) o la exposición a la radiación.

Es importante tener en cuenta que la oxidación es un tipo de corrosión, pero no toda la corrosión implica oxidación. La oxidación se refiere específicamente a la reacción del metal con el oxígeno, mientras que la corrosión es un término más amplio que abarca diferentes mecanismos de degradación de los metales.

La oxidación generalmente se produce en la superficie del metal y puede formar una capa protectora contra una mayor oxidación, mientras que la corrosión puede penetrar más profundamente en el metal y causar una degradación significativa.

La oxidación a menudo se asocia con cambios de color, como la aparición de óxido rojizo, mientras que la corrosión puede manifestarse de diversas formas, como pueden ser la formación de manchas, la corrosión puntual o incluso la disolución total del metal.

🧮  Tabla de los materiales metálicos más usados en la industria

🌏 Historia de los metales

La historia de los metales en la Tierra es una narrativa fascinante que abarca miles de millones de años y ha tenido un profundo impacto en la evolución de nuestro planeta y en la historia de la humanidad.

El origen de los metales surge en los procesos ocurridos en el núcleo de las estrellas hace millones de años. En su interior, elementos ligeros como el hidrógeno y el helio se fusionaron para formar elementos más pesados. A medida que estas estrellas envejecieron se dieron explosiones cósmicas donde se forjaron y liberaron los primeros metales al espacio como el hierro, el oro y el plomo.

Cuando nuestro sistema solar se formó hace unos 4.600 millones de años, los metales se formaban parte la nube de gas y polvo que rodeaba a nuestro Sol. Con el tiempo, los metales y demás materiales que formaban la nube se fusionaron formando planetas, entre estos planetas estaba la tierra.

Los procesos geológicos desempeñaron un papel crucial en la concentración de metales en la Tierra. A medida que la Tierra se enfriaba, los metales pesados se hundían hacia el núcleo, formando lo que hoy conocemos como el núcleo metálico de la Tierra, rico en hierro y níquel. Mientras tanto, una variedad de procesos geológicos, como la actividad volcánica y las erupciones submarinas, arrojaron metales a la superficie en forma de minerales.

Avancemos unos millones de años…

A medida que los seres humanos evolucionaron, comenzaron a descubrir y utilizar metales de diversas maneras. Uno de los primeros metales utilizados por los humanos fue el cobre, que se encuentra en estado nativo en la naturaleza y es fácil de trabajar. La Edad del Cobre marcó un hito en la historia de la humanidad, ya que permitió la fabricación de herramientas y armas más efectivas.

El siguiente gran avance en la historia de los metales fue la transición a la Edad del Bronce, que ocurrió alrededor del 3300 a.C. con la aleación de cobre y estaño. El bronce era más duradero que el cobre puro y permitió la creación de armas y herramientas de mayor calidad. Esta innovación tuvo un impacto significativo en la expansión de las civilizaciones de la época.

Sin embargo, el evento más trascendental en la historia de los metales fue la llegada de la Edad del Hierro alrededor del 1200 a.C. El hierro, aunque más difícil de trabajar que el bronce, era más abundante y resistente. Esta transición llevó a la creación de imperios y civilizaciones poderosas, como el Imperio Romano, que se basaban en la producción y uso masivo de hierro.

El conocimiento y la extracción de metales se desarrollaron, y los avances tecnológicos en la metalurgia permitieron la creación de aleaciones más sofisticadas y la producción de objetos de metal más complejos.

A lo largo de los siglos, los seres humanos han explorado la Tierra en busca de depósitos minerales y han desarrollado técnicas avanzadas para extraer, refinar y utilizar metales.

Hoy en día, los metales son fundamentales en nuestra sociedad. Los utilizamos en una amplia variedad de aplicaciones, desde la construcción de edificios y la fabricación de vehículos hasta la electrónica y la medicina.

Veamos una cronología de los momentos más destacados en la historia de los metales y la humanidad:

1. Formación de la Tierra y metales en el Sistema Solar (Hace miles de millones de años): Los metales se formaron en las estrellas a través de procesos nucleares y se incorporaron a la nube de gas y polvo que dio origen a nuestro sistema solar.
2. Edad del Cobre (4500 a.C. – 3300 a.C.): Los seres humanos comenzaron a utilizar el cobre en su forma nativa para fabricar herramientas y armas, marcando el inicio de la Edad del Cobre.
3. Edad del Bronce (3300 a.C. – 1200 a.C.): La aleación de cobre con estaño condujo a la creación del bronce, una aleación más resistente que el cobre puro, lo que tuvo un impacto significativo en la tecnología y la producción de herramientas y armas.
4. Desarrollo de la metalurgia del hierro (1200 a.C.): El descubrimiento y el uso del hierro marcaron el comienzo de la Edad del Hierro, lo que llevó a una revolución en la fabricación de herramientas y armas.
5. Imperio Romano (27 a.C. – 476 d.C.): La habilidad de los romanos para la minería y la metalurgia, en particular la producción de acero, contribuyó al éxito del imperio.
6. La Revolución Industrial (Siglo XVIII): La Revolución Industrial fue un período de avances tecnológicos que transformó la producción de metales, con la invención de la máquina de vapor y mejoras en la fundición y procesos de fabricación.
7. Descubrimiento de nuevos metales (Siglos XVIII y XIX): Durante este período, se descubrieron y aislaron varios metales, como el aluminio, el tungsteno y el titanio.
8. Extracción de metales en América (Siglo XIX): El descubrimiento de depósitos minerales ricos en metales, como el oro y la plata, en América llevó a la fiebre del oro en California y otros eventos importantes en la historia de la minería.
9. Desarrollo de la industria del acero (Siglo XIX): La producción de acero se revolucionó con la invención del proceso Bessemer y la producción en masa de acero de alta calidad.
10. Primera Guerra Mundial (1914-1918): La demanda de metales aumentó drásticamente debido a la guerra, lo que llevó a esfuerzos de producción masiva y a la búsqueda de nuevos recursos metálicos.
11. Descubrimiento de elementos transuránicos (Siglo XX): En el siglo XX, se descubrieron y sintetizaron elementos metálicos más pesados en laboratorios, como el plutonio y el einstenio.
12. Desarrollo de la electrónica (Siglo XX): Los avances en la electrónica dependieron en gran medida de metales como el silicio, el cobre y otros conductores y materiales semiconductores.
13. Reciclaje de metales (Siglo XX y XXI): A medida que la conciencia ambiental aumenta, se fomenta el reciclaje de metales para conservar recursos y reducir la contaminación.
14. Avances en la nanotecnología (Siglo XXI): Los metales desempeñan un papel esencial en la nanotecnología, lo que ha llevado a innovaciones en campos como la medicina y la electrónica.
15. Crisis de los recursos naturales (Siglo XXI): A medida que la demanda de metales ha seguido aumentando, se han planteado preocupaciones sobre la escasez de recursos y la sostenibilidad de la extracción de metales.

En estos momentos, después de la crisis de los microchips, la desglobalización es una realidad. Los países se han dado cuenta de la importancia de mantener sus fábricas cerca y controlar los materiales necesarios para la vida moderna, entre ellos los metales.

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