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METALES Y ALEACIONES
(Pagína de uso personal de Matías Fernández Méndez-Villaamil)

Historia

Primeros metales en la Antigüedad

El hombre ha intentado siempre dominar la técnica de los metales, cuyo descubrimiento y conocimiento han marcado distintas etapas del desarrollo de muchas sociedades. Los hombres primitivos se sintieron atraídos por los objetos extraños y curiosos, como las piedras preciosas, y por eso se fijaron en los metales, sin saber nada de sus propiedades. Durante milenios habían usado la piedra, el hueso y la madera para crear sus primeros utensilios y armas y parece que el primer metal que usaron fue el oro libre o "nativo". Se han encontrado pequeñas cantidades de oro naturales en las cuevas españolas del período paleolítico tardío, datadas unos 40.000 a.C. Plata, cobre, estaño y hierro meteórico también se pueden encontrar en forma nativa, lo que permitió que varias culturas antiguas comenzaran a trabajar esos metales, dándoles forma mediante el golpeo y martilleo y el pulido.

Galena, el primer mineral que el hombre fundió en busca de la plata y que dio nacimiento a la metalurgia del plomo

El primer metal empleado ampliamente fue el cobre, hace unos 8000 años. A partir de menas de cobre nativo, al ser un metal fácilmente moldeable, lograron hacer adornos cuentas, pulseras y colgantes. Mas de mil años después descubrieron el uso del plomo, este sí un metal muy extendido, también fácil de extraer y de trabajar y muy maleable. Se han encontrado en Asia Menor cuentas de plomo que datan de 7000-6500 a.C., siendo por tanto el plomo el primer metal que se fundió. Desde entonces fue utilizado por muchos pueblos antiguos siendo una razón importante para ello el aparecer asociado con la plata en la galena. La galena es un mineral de plomo muy abundante y pronto se logró extraer la plata quemándola, dándose inicio a la fundición. Los antiguos egipcios ya usaban plomos en las redes de pesca, en los esmaltes y vidrios, y para ornamentos. Fueron varias las civilizaciones del Creciente Fértil que usaron el plomo en finas láminas como material de soporte de escritura (como hojas de papel), y también como moneda y material de construcción, en conductos para el agua y para impermeabilizar las cubiertas.

En algún momento antes del 5000 a.C. el hombre aprendió la forma de fundir el cobre, con un elevado punto de fusión (más de mil grados) seguramente a partir de la caida accidental de algún trozo de mineral en un fogón, un hito que daría inició a una larga y continua innovación en las técnicas metalúrgicas. El cobre se fundió al principio a fuego abierto, aunque pronto se hicieron pozos recubiertos de arcilla y más adelante crisoles, que anticiparon la técnica del vaciado. El cobre comenzó a ser un objeto valioso que se comerció en todo el Mediterráneo, Mesopotamia y Asia, y junto con el oro, comenzó a ser intecambiado en lingotes. La minería más antigua de cobre conocida es de 5100 a.C., en el sur de Bulgaria. El hombre, que ya había aprendido las técnicas de los hornos y experimentado con óxidos metálicos en la alfareria y cerámica, usó esa experiencia para fundir minerales de alto punto de fusión. El cobre fue tan importante que da nombre a una edad, el calcolítico.

El uso del estaño comenzó en el Cercano Oriente y en los Balcanes alrededor del 3000 a. C..

Armas y adornos, los primeros usos de los metales
Lingote de cobre de Creta
Puntas de flecha de cobre (ca. 1800 a.C.)
Capa de oro de Mold, hallada en Norte de Gales (1900-1600 a. C.)
"Máscara de Agamenón", un máscara funeraria de oro encontrada en Micenas (siglo XVI a.C.)
Consucto de plomo en los baños romanos de Bath

Primeras aleaciones y el hierro

El estaño se combinó muy pronto, hacia el 2500 a.C., con el cobre para producir un nuevo metal, el bronce, dando así origen a la denominada Edad de Bronce (un periodo entre 3000-1200 a.C.). Fue la primera aleción conocida aunque su uso se generalizaría mucho más tarde. La importancia del nuevo metal, con el que se fabricaron armas y herramientas más eficaces que las de piedra o de hueso, originó durante toda la Antigüedad un intenso comercio de larga distancia con las zonas donde existían yacimientos de estaño, bastantes escasos.

Se tienen indicios del uso del hierro cuatro milenios antes de Cristo, por parte de los sumerios y egipcios, aunque hasta el tercer milenio no aparecen de forma generalizada objetos de hierro (que se distingue del hierro procedente de meteoritos por la ausencia de níquel) en Mesopotamia, Anatolia y Egipto. Su uso parece haber sido ceremonial, siendo un metal entonces más caro que el oro, ya que su obtención a partir de su mineral es mucho más difícil que la del cobre o del estaño.

Entre los siglos XII-X a. C. se produce una rápida transición en Oriente Medio desde las armas de bronce a las de hierro, tal vez debida a la falta de estaño, antes que a una mejora en la tecnología en el trabajo del hierro. Algunas fuentes sugieren que tal vez se obtuviera como subproducto de la obtención de cobre. A este periodo, que se produjo en diferentes fechas según el lugar, se le denomina Edad de Hierro, sustituyendo al bronce de forma paulatina, pues era difícil fabricar piezas de hierro: localizar el mineral, luego fundirlo a temperaturas altas para finalmente forjarlo. El secreto de su extracción y el trabajo del hierro fue un factor clave en el éxito de varias civilizaciones del Asia menor, que lograron armar con él a sus ejércitos.

Se sabe que la fabricación de latón era ya conocida por los romanos hacia 30 a. C. Plinio describió la obtención de aurichalcum (latón) por el procedimiento de calentar en un crisol una mezcla de cadmia (calamina) con cobre; el latón obtenido posteriormente era fundido o forjado para fabricar objetos.

Curiosamente, los metales no fueron descubriéndose según su punto de fusión, como parecería lógico dado que debían de mejorarse la tecnología para disponer de hornos cada vez más sofisticados que permitiesen alcanzar altas temperaturas: cobre (1050 ºC), plomo (340ºC), estaño (240ºC), cinc (240ºC), bronce (880-920ºC), hierro (1220ºC) y níquel (1450ºC).

El bronce y el hierro cambiaron las sociedades
Primeras armas de la Edad de Bronce
Casco de bronce (siglo IX a.C.
Recipiente de bronce
Escudo de hierro de la Cultura de La Tène
Primeras monedas acuñadas en Lidia (siglo VI a.C.)

Metales en la Edad Moderna

Plomo rojo de Siberia, el primer mineral de cromo usado en pinturas

En la década de 1770 se encontró en los Urales lo que se denominó plomo rojo de Siberia, la crocoíta (PbCrO4), que resultó ser muy útil en pinturas debido a sus propiedades como pigmento. Su aplicación se extendió con rapidez y se puso de moda un amarillo brillante, el amarillo de cromo, obtenido a partir de él. En 1798 logró aislarse el cromo metálico bautizándose por el griego chroma ("color") debido a los distintos colores que presentan sus compuestos. Se empleó principalmente en pinturas hasta que, a finales del siglo XIX, se empleó como aditivo en aceros. Este uso no se extendió hasta principios del siglo XX, cuando se comenzó a obtener cromo metálico mediante aluminotermia. Actualmente en torno a un 85% del cromo se utiliza en aleaciones metálicas.

Uno de los últimos metales conocidos, hoy omnipresente, es el aluminio, aislado por primera vez como elemento químico en 1825. El principal inconveniente para su obtención residía en la elevada cantidad de energía eléctrica que requería su producción —que ahora se optimiza gracias a su extendida vida útil—. El aluminio fue muy valioso en su época: el emperador Napoleón III pidió una vajilla de aluminio para agasajar a sus invitados; el vértice del Monumento a Washington se hizo de aluminio en lugar revistirlo de oro, a un precio que rondaba en 1884 el de la plata. En 1886 ya se había patentado un proceso de obtención que incrementó vertiginosamente su producción: en 1882, la producción mundial anual alcanzaba apenas las 2 toneladas, en 1900 alcanzó las 6700 toneladas, en 1939 las 700 000 toneladas, 2 000 000 en 1943, y su aumento desde entonces, hace que hoy sea el metal no férreo más producido en la actualidad.

Otro de los últimos metales conocidos fue el titanio, descubierto como elemento en 1790. Es el cuarto cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se uso como metal hasta 1946 cuando se desarrolló un método para poder producirlo industrialmente. En los años 1950-1960 la Unión Soviética lo empleó en usos militares y EE. UU., durante la guerra fría, lo consideró un material estratégico y sus reservas eran custodiadas por el Centro de Reservas Nacionales de Defensa. Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de la tecnología aeroespacial —al ser capaz de soportar las condiciones extremas de frío y calor que se dan en el espacio—, y es muy usado en la industria química —por ser resistente al ataque de muchos ácidos— y en las prótesis e implantes quirúgicos —es biocompatible y los tejidos del organismo toleran su presencia.

A partir de la década de 1930 comenzaron a estudiarse de forma sistemática nuevas aleaciones ligadas al desarrollo de aviones con motores de turbina de gas. El desarrollo se ha basado en gran medida en innovaciones químicas y de proceso y fue impulsado principalmente por las industrias aeroespacial y de energía. Se conocen como superaleaciones o aleacionesn de alto rendimiento, al mostrar una excelente resistencia mecánica y a la fluencia, resistencia a altas temperaturas, estabilidad y una gran resistencia a la corrosión y la oxidación. El elemento base de la superaleación es generalmente níquel, cobalto o níquel-hierro. Son ejemplos de estas superaleaciones el Hastelloy, Inconel, Waspaloy, Incoloy, las aleaciones René, las aleaciones de Haynes y las aleaciones de TMS y aleaciones monocristal.

Aspecto blanquecino similar de los nuevos metales
Cromo
Aluminio
Titanio
Wolframio

Metales ferrosos

Los minerales de hierro son el cuarto elemento más común en la corteza terrestre. La abundancia de las materias primas y los bajos costos de producción han llevado a su extendido uso a todo nivel. El hierro puro, por sus propiedades, apenas es útil en la industria y por eso se suele alear con carbono u otros metales. Según el porcentaje en la aleación se clasifican los metales ferrosos en:

hierro industrial, con un contenido de carbono inferior al 0,03%,
acero con un porcentaje de carbono entre 0,03% y 1,67% —blando, menos de 0,15%; intermedio, entre 0,15% y 0,3%; y duro, más de 0,3%;
fundición con un porcentaje de carbono entre 1,67% y 6,67%.

Las aleaciones con un porcentaje mayor de carbono carecen de valor, ya que son extremádamente frágiles.

Acero

El acero es una aleación de hierro y carbón, con muy bajos porcentajes de manganeso, sílice, fósforo, azufre y oxígeno. Es el principal metal ferroso que por sus características, mécanicas, eléctricas y químicas, es muy utilizado en muchos campos. Se trata de un material maleable, resistente, lustroso así como buen conductor de calor y de electricidad.

Proceso de fabricación

Se obtiene mediante la fundición de minerales de hierro en un horno para producir lingotes de hierro que son añadidos con hierro de rechazo (o proveniente de reciclaje) antes de someterse a un proceso de purificación. Son dos las técnicas habituales para la fabricación de acero:

Hornos a base de oxígeno: para producción de acero laminado.
Hornos de arco eléctrico: utilizan un 100% de acero de descarte.

La propiedades mecánicas del acero, varían según sus componentes y el tratamiento al calor al que fue sometido.

Clasificación del acero

El acero se clasifica de varios modos, según sea el criterio analizado:

según el modo de fabricación: eléctrico, fundido, calmado, efervescente o fritado;
según el modo de trabajarlo: moldeado o laminado;
según los usos: para imanes o magnético, de construcción, de corte, de herramientas, para muelles, refractario, de rodamientos;
según composición y estructura: ordinarios y aleados o especiales

La última de las clasificaciones, según sea su composición, es la más importante a efectos de su estudio como metal de aleaciones. Los aceros aleados o especiales contienen, además de carbono, otros elementos que modifican sus propiedades:

elementos que aumentan la dureza: fósforo, níquel, cobre, aluminio: en especial conservan la dureza a elevadas temperaturas: titanio, vanadio, molibdeno, wolframio, cromo, manganeso y cobalto.
elementos que limitan el tamaño de grano: aluminio, titanio y vanadio.
elementos que afectan an la templabilidad: la aumentan manganeso, molibdeno, cromo, níquel y silicio: la disminuye el cobalto.
elementos que modifican la resistencia a la corrosión u oxidación: aumentan la resistencia a la oxidación: molibdeno y wolframio. Favorece la resistencia a la corrosión el cromo.
elementos que modifican las temperaturas críticas de transformación: suben los puntos críticos: molibdeno, aluminio, silicio, vanadio, wolframio; los disminuyen: cobre, níquel y manganeso. El cromo es particular ya que elevan los puntos críticos cuando el acero es de alto porcentaje de carbono pero los disminuye cuando el acero es de bajo contenido de carbono.

Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleación en cuatro grandes familias:

Aceros al carbono

Más del 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

Aceros aleados

Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en :

aceros estructurales: empleados para diversas partes de máquinas —engranajes, ejes y palancas— y en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

aceros para herramientas: aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Son materiales empleados para cortar y construir herramientas como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.

Aceros especiales

Los aceros de aleación especiales son fundamentalmente de dos tipos: aceros inoxidables y aceros al cromo, que tiene un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Son de gran dureza y alta resistencia a las temperaturas elevadas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación frente a la humedad y ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Se utiliza en tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, en los fuselajes de los aviones. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales.

Debido a su brillo, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

Aceros de baja aleacion ultrarresistentes

Es la familia más reciente y son más baratos que los aceros aleados convencionales, ya que tienen cantidades menores de los elementos costosos. Sin embargo, esos elementos reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías transportan más carga porque sus paredes son más delgadas y pesan menos. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación: las vigas son más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando mas espacio útil interior en los edificios.

Fundición

La fundición es más fácil de obtener y más barata que el acero, es fácilmente fusible y tiene características mecánicas aceptables. Se pueden clasificar en:

ordinarias: que sólo tienen hierro, carbono, y algunos otros elementos en bajas proporciones (silicio, manganeso, azufre y fósforo). No se emplea ningún método de fabricación especial. Según el aspecto de sus superficies de fractura pueden ser:

blancas: el carbono y el hierro forman Fe3C (cementita). Son duros y frágiles.
grises, con el carbono en forma de grafito, formando perlita, ferrita o fundiciones grises ordinarias. Son más blandas pero también más tenaces.
atruchadas, fundiciones intermedias entre las dos superiores

aleadas: que presentan níquel, cromo, silicio, aluminio, molibdeno... pueden ser de baja aleación o de alta aleación, según el porcentaje de estos elementos.

especiales, obtenidas a partir de las ordinarias, mediante tratamientos o adición de algún elemento químico.

maleables: Se obtienen al aplicar a las fundiciones blancas a un proceso de recocido. Son más tenaces y resistentes a la tracción, a la corrosión y al desgaste que las blancas.
de grafito esferoidal: Se añade manganeso a las fundiciones ordinarias para aumentar la resistencia a la tracción.
de grafito difuso: se difunde grafito sobre las fundiciones blancas.

Proceso siderúrgico

El proceso siderúrgico es el conjunto de operaciones que son necesarias para obtener un metal férreo de unas determinadas características. Son dos fases: una la destinada a obtener el arrabio y otra su tratamiento para obtener los diferentes aceros.

La obtención del arrabio se realiza en las siguientes etapas:

1.º Obtención del mineral por cualquiera de los procesos mineros a partir de óxidos, carbonatos o sulfuros. Una vez obtenido se separa la mena (parte útil) de la ganga (otros materiales no ferrosos presentes en el mineral) y más tarde se eliminan el oxígeno, carbono o azufre del compuesto para conseguir un hierro puro.

2.º Obtención del coque a partir del carbón de hulla que se usa como combustible, además de como reductor de oxígeno del hierro. Para ello, la pasta del carbón se introduce en hornos de coque durante 16 horas a 1000ºC, después se retira del horno y se rocía con agua para evitar la combustión espontánea al contacto con el agua.

3.º Sintetización del mineral del hierro para lograr un material poroso que tenga una gran permeabilidad a los gases del horno. El mineral se mezcla con el coque y con materiales fundentes y se hace arder y la mezcla se conduce por medio de una cinta transportadora. Se adquiere una mezcla en estado pastoso llamada sínter.

4.º Obtención del arrabio en el alto horno. Un horno alto es, básicamente, un recipiente de acero recubierto de un material refractario. En el horno se intoducen aportadores de hierro —minerales de hierro, sinter...—, combustible —fuel y coque, que actúa además provocando la reducción del mineral del hierro (se forma monóxido de carbono, que atrapa el oxígeno del hierro para formar dióxido de carbono)—, fundentes —caliza y cuarzo que separan los restos de ganga — y aire caliente que permite la combustión y sostiene todo el conjunto de materiales para que no choquen contra el crisol. Del horno salen el arrabio —el producto principal, formado por 95% de hierro, 3,5% de carbono y otros elementos como silicio, manganeso azufre y fósforo—, escoria —formada por los fundentes, las impurezas y las cenizas; se usa como firme de carreteras y para formar cemento— y gas de alto horno —que se usa como combustible, por ejemplo en los procesos de laminación en caliente y en los hornos de coque.

5.º Transformación en acero: cuando el arrabio sale del alto horno se lleva a través de unos vagones torpedo hacia la zona donde será tratado. Tiene una cantidad de carbono correspondiente al de una fundición, y se lleva hacia los convertidores, en los que se inyecta oxígeno para provocar la oxidación del carbono y separarlo del hierro y conseguir el porcentaje requerido. Se obtiene acero líquido, que sigue el proceso siderúrgico

Una vez obtenido el acero comienza la fase de su transformación mediante los siguientes procesos:

Metalurgia secundaria que consiste en modificar la composición del acero para adaptarlo a los requerimientos. Se somete a algunos de los siguientes tratamientos:

ajuste de la composición añadiendo al acero los elementos.
desulfuración, inyectando un producto desulfurante para eliminar elazufre del acero, que le da fragilidad.
degasificación mediante una campana al vacío en la que se extraen los gases indeseados.
calentamiento mediante un arco eléctrico que consigue aumentar la temperatura del acero hasta la deseada.

Colada convencional; se solidifica el arrabio en forma de figuras troncopiramidales, introduciendolo en moldes con dicha forma, ya sean con base cuadrada (tochos) o rectangular (petacas). Se puede realizar de dos maneras:

colada directa, llenando las lingoteras sucesivamente, una tras otra.
colada en sifón, cuando el arrabio cae en un bebedero que llena todos los moldes simultáneamente.
colada continua, para solidificar el acero en productos de sección constante. Se vierte el material en una artesa que regula la caída del producto sobre un molde refrigerado, del cuál pasa a una cinta transportadora dónde se va refrigerando y cortando en las longitudes deseadas del molde.

Según la forma del molde, pueden ser desbastes planos, desbastes de sección cuadrada o palanquillas de sección cuadrada.

Esquema del funcionamiento de la laminación

Laminación en caliente. Tras la colada del acero, las piezas sen debe someter a un proceso de laminado para dale la forma y las características necesarias. A la colada convencional se le debe aplicar anteriormente un desbaste. Sin embargo, las procedentes de la colada continua pueden ir directamente a los trenes de laminado que según el formato de la pieza son:

tren de alambrón: se envían las piezas procedentes de la colada continua o del tren de palanquilla.
tren de perfiles: s él llegan los desbastes cuadrados para conseguir, por ejemplo, raíles de ferrocarril.
tren de chapa gruesa: recibe los desbastes planos, para conseguir chapas destinadas a caldería pesada o a frabricación naval.
tren de bandas en caliente. también se le envían los desbaste planos pero se consigue una banda de chapa recogida en forma de bobina, que pueden entrar al proceso de laminación en frío

Laminación en frío para espesores de chapa muy pequeños, usando una laminación a temperatura ambiente entre rodillos hasta llegar a la forma requerida.

Decapado. Tras la laminación en caliente, las bobinas de acero tiene una pequeña capa de óxido que se elimina para evitar imperfecciones, pasando por unos rodillos que agrietan la capa de óxido, facilitando su disolución posterior en un ácido. Después, se lava, se seca y se recubre de aceite protector.

Recocido. Para mejorar la plasticidad perdida con la laminación en frío, se le aplica un proceso de recocido, mediante dos posibles métodos:

recocido en campana: Las bobinas se cubren con una campana metálica en cuyo interior se introduce un gas inerte para evitar la oxidación, y sobre ésta otra campana que funciona como horno, luego se cambia por una campana refrigerante.
recocido en continuo: Se hace a la chapa recorrer sucesivamente tres cámaras, la de calentamiento, la de mantenimiento y la de enfriamiento.

Temperizado. Para recuperar la dureza perdida con el recocido, se pasa la chapa un por tren de laminación que reduce su espesor en una pequeña proporción, comunicándole así cierta dureza superficial.

Recubrimiento para evitar la oxidación del acero, recubriéndolo con metales protectores, mediante dos posibles sistemas:

recubrimiento por inmersión: Consiste en calentar de forma controlada la banda de acero y hacerla pasar, posteriormente, por un tanque en el que se encuentra el material de recubrimiento fundido.
recubrimiento por electrólisis: La banda de acero se recubre del metal protector haciéndola pasar a través de una cubeta electrolítica. Si se recubre con estaño, se dice que es hojalata, si se recubre con cinc, o una aleación de cinc y aluminio se le denomina galvanizado.

Metales no ferrosos

El grupo de los metales no ferrosos comprende a los metales en cuya composición no se encuentra el hierro, siendo los principales el cobre, el zinc, el plomo, el estaño, el aluminio, el níquel y el magnesio. Hay otros metales menos importantes con distintos usos industriales (unos quince) y también hay otros elementos que de forma natural se alean con ellos en combinaciones con importancia comercial.

Los metales no ferrosos se suelen clasificar por su densidad en tres grupos:

Pesados, de densidad igual o mayor de 5 kg/dm³: tungsteno (19,1 kg/dm³), plomo (Pb, 11,3 kg/dm³), níquel (Ni, 8,90 kg/dm³), cobre (Cu, 8,93 kg/dm³), cobalto (Co, 8,80 kg/dm³), cadmio (Cd, 8,65 kg/dm³), estaño (Sn, 7,29 kg/dm³), cinc (Zn, 7,10 kg/dm³) y cromo (Cr, 7,10 kg/dm³).

Ligeros, de densidad entre 2 y 5 kg/dm³: titanio (Ti, 4,50 kg/dm³) y aluminio (Al, 2,70 kg/dm³).

Ultraligeros, de densidad menor de 2 kg/dm³: magnesio (Mg, 1,74 kg/dm³)

Cobre

El cobre (Cu) es un metal que se encuentra en la naturaleza como cobre nativo, o formando parte de minerales compuestos como la calcopirita, la calcosina, la malaquita y la cuprita; su densidad es de 8,9 kilogramos/decímetros; su punto de fusión es de 1083 ºCentígrados; es dúctil, manejable y posee una alta conductividad eléctrica y térmica. Aleaciones: las más importantes son el bronce (cobre + estaño), latón que se compone de cobre y cinc. Aplicaciones: campanas, engranes, cables eléctricos, motores eléctricos, etc.

Estaño

El estaño (Sn), con un punto de fusión de 231 ºC; a temperatura ambiente es muy blando y flexible, sin embargo al calentarlo es frágil y quebradizo; Aleaciones: las más importantes son el Bronce (Cobre y Estaño) y las soldaduras blandas (plomo + estaño con proporciones de estaño entre el 25 % y el 90 %) Aplicaciones: sus aplicaciones más importantes son la fabricación de hojalata y para proteger el acero contra la oxidación.

Plomo

El plomo es un metal muy denso y blando, de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Recién cortado es brillante, pero se óxida rápidamente. Gracias a la capa de carbonato que lo recubre, se hace resistente a los agentes atmosféricos: es relativamente resistente al ataque del ácido sulfúrico y del ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas.

Es flexible, inelástico y se funde con facilidad (a 327,4°C). El uso más frecuente es en la fabricación de acumuladores y también para forros para cables, elementos de construcción, pigmentos, soldaduras suave, municiones, plomadas para pesca y también, en la fabricación desde soldaditos de juguete hasta tubos de órganos musicales.

Cinc

El cinc es un metal o mineral, el 23º elemento más abundante en la Tierra y su aplicación más importantes es el galvanizado del acero.

Es un metal de color blanco azulado, maleable, frágil, quebradizo, con baja resistencia mecánica pero muy resistente a la corrosión. El aire seco no le ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de óxido que lo protege de la corrosión. Tiene una gran resistencia a la deformación en frío, que disminuye al calentarlo, lo que obliga a laminarlo. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenómeno de fluencia a temperatura ambiente —al contrario que la mayoría de los metales y aleaciones—.

Aluminio

El aluminio es un metal muy abundante en la corteza terrestre siendo su mineral más importante es la bauxita.

Se trata de un metal ligero, con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética y térmica. Es buen conductor, con una conductividad eléctrica moderada y una conductividad térmica notable. Es blando y maleable, con poca resistencia mecánica aunque con una gran dureza al trabajarlo en frío. Esto lo hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar su resistencia se alea con otros metales, lo que permite realizar operaciones de fundición y forja, así como su extrusión. También de esta forma se utiliza como soldadura.

El aluminio reacciona con facilidad con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina que recubre el material, aislándolo de posteriores corrosiones. Esa facilidad de unirse al oxígeno hace que se use en procesos de reducción de dicho elemento en otros materiales. El aluminio recupera sus propiedades al someterlo a recocido.

Otros metales no ferrosos

Níquel

El níquel se encuentra en distintos minerales, en meteoritos (aleado con hierro) y, en principio, en el interior de la Tierra principalmente en su núcleo, donde se trataría del segundo metal más abundante por detrás del hierro, metal con el que comparte muchas características. Suele encontrarse en la naturaleza en forma de sulfuros y arseniuros, por lo que se le somete a tostación y a reducción con carbón, antes de separarlo y purificarlo.

El uso del níquel se remonta aproximadamente al siglo IV a. C., generalmente junto con el cobre, ya que aparece con frecuencia en los minerales de este metal. Bronces originarios de la actual Siria tienen contenidos de níquel superiores al 2%.

El níquel es un metal de transición de color blanco con un ligerísimo tono amarillo, muy denso. Es duro, tenaz, maleable y dúctil, por lo que puede forjarse, laminarse o estirarse. Es buen conductor de la electricidad y del calor y presenta ferromagnetismo a temperatura ambiental. Tiene una gran resistencia mecánica y es resistente al desgaste y a la corrosión.

El níquel puro se utiliza en la fabricación de instrumentos quirúrjicos y como catalizador en la industria química. También se emplea para conseguir óxidos inoxidables. Se suele utilizar como recubrimiento, mediante electro deposición. El níquel es aleado con hierro para proporcionar tenacidad y resistencia a la corrosión, en los aceros austeníticos el níquel es esencial puesto que al ser un metal gammágeno estabiliza la austenita.

Cobalto

El cobalto es un metal ferromagnético, de color blanco azulado o blanco plateado, duro y tenaz. Es muy parecido al níquel con el que . normalmente se encuentra, y ambos suelen formar parte de los meteoritos de hierro. Su principal característica es su elevadísima dureza y resistencia al desgaste, con poca resistencia química aunque es más estable que el hierro ya que se mantiene en aire y agua siempre que no se encuentren otros elementos corrosivos en dichos medios.

El cobalto posee características muy similares a sus elementos vecinos, hierro y níquel, con los cuales comparte más rasgos que con los elementos de su propio grupo en la tabla periódica. El cobalto es el metal más escaso de estos tres, el menos rentable y también el más caro.

Se emplea sobre todo en superaleaciones de alto rendimiento, normalmente más caras que las de níquel y con pocos usos en la industria, solo recubrimientos electrolíticos y fabricación de material quirúrgico, al igual que el níquel. Además, se usa para preparar aleaciones, como los aceros de corte rápido, las aleaciones magnéticas, las aleaciones refractarias o la fabricación de metales duro como herramientas de corte.

Wolframio

El Wolframio, también llamado tungsteno, es un metal de color gris acerado o blanco plateado, muy duro y denso. En estado puro es dúctil y maleable, pero cuando es impuro, es frágil y duro.Tiene el punto de fusión más elevado de todos los metales y el punto de ebullición más alto de todos los elementos conocidos, por eso se usa en los filamentos de las lámparas incandescentes, en electrodos no consumibles de soldaduras, en resistencias eléctricas, y aleado con el acero, en la fabricación de aceros especiales. Su variedad de carburo de wolframio sinterizado se emplea para fabricar herramientas de corte. Esta variedad consume más del 60 % de la demanda mundial de wolframio.

Es un metal escaso en la corteza terrestre, se encuentra en forma de óxido y de sales en ciertos minerales. Es un material estratégico y ha estado en la lista de productos más codiciados desde la Segunda Guerra Mundial.

Magnesio

El magnesio no se encuentra en la naturaleza en estado libre (como metal), sino que forma parte de numerosos compuestos, en su mayoría óxidos y sales; es insoluble. El magnesio elemental es un metal liviano, medianamente fuerte, de color blanco plateado. En contacto con el aire se vuelve menos lustroso, aunque a diferencia de otros metales no necesita ser almacenado en ambientes libres de oxígeno, ya que está protegido por una fina capa de óxido, bastante impermeable y difícil de eliminar.

El magnesio tiene puntos de fusión y ebullición muy bajos para ser un metal. Es un material ultraligero, que en realción a su peso, tiene una resistencia mecánica relativa realmente alta. El magnesio se suele alear con aluminio y cinc, para conseguir mayor dureza y maleabilidad y se usa en la industria automovilística y aeronáutica.. También se incorporan manganeso y circonio, para aumentar la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas.

Es un metal altamente inflamable, que entra en combustión fácilmente cuando se encuentra en forma de virutas o polvo, mientras que en forma de masa sólida es menos inflamable. Una vez encendido es difícil de apagar, ya que reacciona tanto con nitrógeno presente en el aire (formando nitruro de magnesio) como con dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono). Al arder en aire, el magnesio produce una llama blanca muy intensa incandescente, l muy utilizada en los comienzos de la fotografía. En ese tiempo se usaba el polvo de magnesio como la fuente de iluminación (polvo de flash). Más tarde, se usarían tiras de magnesio en bulbos de flash eléctricos. También se usó en la fabricación de bombas incendiarias y en pirotecnia.

Cromo

El cromo es un metal de transición, de color blanco agrisado y brillante. Es duro y frágil, aunque a partir de los 500ºC es maleable. Es muy resistente frente a la corrosión y por eso y por su color agradable, se usa como protector de otros metales (se les da una capa de cromo electrolítico, o cromado). Principalmente, se usa para mejorar las condiciones del acero, aceros al cromo y aceros inoxidables y lograr endurecer aún mas otros metales duros.

No aparece en estado puro en la naturaleza, si no que aparece en forma de cromita o crocoíta, así que se reduce con carbón de óxido.

Titanio

Es un metal de transición, de color plateado grisáceo, con puntos de fusión y ebullición relativamente bajos y una gran resistencia mecánica y a la corrosión y es paramagnético. Su densidad es de 4507 kg/m3 y tiene un punto de fusión de 1675 °C. Es resistente a la corrosión, y tiene poca conductividad térmica y eléctrica: no es buen conductor del calor ni de la electricidad y por ello se usa como material refractario.

Se obtiene a partir de la ilmenita y del rutilo. Se calienta la mena al rojo, con carbón y cloro, formando tetracloruro de titanio, que se reduce mediante magnesio y, luego se purifica para conseguir titanio puro.

Forma aleaciones con otros elementos para mejorar las prestaciones mecánicas. Se puede alear para formar ferrotitanio, usado en soldaduras y aceros especiales. Además, se usa para alearse con el aluminio, el estaño, el vanadio, el molibdeno... Debido a su resistencia mecánica y a su densidad baja, el titanio se usa muchas veces como sustituto del aluminio en aviones y en cápsulas espaciales (el Apolo era casi totalmente de titanio. Por su resistencia a la corrosión, se emplea para la construcción de depósitos de agua salada y otra parafernalia por el estilo. También se usa mucho en la construcción de relojes y joyería.

La fundición de piezas de titanio se realiza cuando se trata de piezas de diseño complejo que hace difícil el forjado o mecanizado de las mismas. Hay muchas aplicaciones donde se utilizan piezas fundidas desde piezas muy voluminosas hasta piezas muy pequeñas de aplicaciones biomédicas.