HISTORIA DE LOS METALES

Metal se denomina a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad, poseer alta densidad, y ser sólidos a temperaturas normales (excepto el mercurio y el galio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo.

El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización.

En astro física se llama metal a todo elemento más pesado que el helio.

Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria. Aunque al principio sólo se usaban si se encontraban fácilmente en estado metálico puro (en forma de elementos nativos), paulatinamente se fue desarrollando la tecnología necesaria para obtener nuevos metales a partir de sus minerales, calentándolos en un horno mediante carbón de madera.

El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilización de mineral de cobre con incursiones de estaño, entre 3500 a. C. y 2000 a. C., en diferentes regiones del planeta, surgiendo la denominada Edad de Bronce, que sucede a la Edad de Piedra.
Otro hito importante en la historia fue el descubrimiento del hierro, hacia 1400 a. C. Los hititas fueron uno de los primeros pueblos en utilizarlo para elaborar armas.

CIZALLADO

El cizallado es la separación sin arranque de viruta de láminas y perfiles. Los cortes se pueden elaborar en forma lineal o curva en cualquier longitud. 

Este proceso de corte de lamina o placas, produce cortes limpios, es decir, sin virutas o calor o reacciones químicas del metal, pudiéndose hacer cortes rápidos y con bastante precisión pero siempre en forma recta; longitudinal, transversal o diagonal a la placa.

El cizallado es él término empleado cuando se trata de cortes en línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se efectúan con punzo cortado y perforación. El cizallado suele ser en frío en especial con material delgado de muchas clases tales como guillotinado de papeles de fibras, telas, cerámica, plásticos, caucho, productos de madera y la mayoría de los metales. 

TROQUELADO

El troquelado es un proceso mecánico de producción industrial que   se utiliza para trabajar en frío lámina   metálica y fabricar completa o parcialmente piezas por medio de una   herramienta (troquel), conformada   por un punzón y una matriz, también llamados ‘macho’ y ‘hembra’, respectivamente. Mediante una prensa, el   troquel ejerce presión sobre el material, supera su límite elástico y actúa como fuerza para transformarlo,   bien sea para cortar, doblar o conformar una forma previamente definida. 

La potencia que le proporciona la   prensa y con un golpe seco y contundente sobre la chapa se produce el   corte, la deformación o la transformación de la lámina, en ambas caras en el mismo lapso de tiempo, para la   obtención de una pieza. 

Dentro de este concepto se agrupan   diferentes operaciones como el corte, punzo nado, doblado embutición   y conformación, a su vez, esta última integra diversos trabajos, entre   otros: bordonear, arrollar, extursionar, estampar y acuñar. 

DOBLADO

El doblado es un proceso de conformado sin separación de material y con deformación plástica utilizado para dar forma a chapas.  Se utiliza, normalmente, una prensa que cuenta con una matriz –si es con estampa ésta tendrá una forma determinada- y un punzón -que también puede tener forma- que realizará la presión sobre la chapa.

En el proceso, el material situado a un lado del eje neutro se comprimirá –zona interior- y el situado en el lado opuesto –zona exterior- será traccionado como consecuencia de los esfuerzos aplicados. Esto provoca también un pequeño adelgazamiento en el codo de la chapa doblada, cosa que se acentúa en el centro de la chapa. 

A consecuencia de este estado de tracción-compresión el material tenderá a una pequeña recuperación elástica. Por tanto, si queremos realizar un doblado tendremos que hacerlo en un valor superior al requerido para compensar dicha recuperación elástica.

EMBUTIDO

La embutición es un proceso tecnológico de conformado plástico que consiste en la obtención de piezas huecas con forma de recipiente a partir de chapas  metálicas. Este proceso permite obtener piezas de formas muy diversas y es una técnica de gran aplicación en todos los campos de la industria.

En la embutición de una pieza se parte de una porción de chapa que descansa sobre la matriz, mientras el pisador la mantiene sobre esta y el punzón ejerce la presión necesaria para conformar la pieza provocando la fluencia del material a través de la cavidad abierta en la matriz.

La pieza va a conformarse en función de la forma de la abertura de la matriz y la forma del punzón, mientras que el pisador va a evitar el pandeo del material al tratarse de formas generalmente no desarrollables.

LAMINADO

El laminado es un proceso de deformación volumétrica en el que se reduce el espesor inicial del material trabajado, mediante las fuerzas de compresión que ejercen dos rodillos sobre la pieza/material de trabajo. Los rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de compresión y de cizalla miento  originadas por el rozamiento que se produce entre los rodillos y el metal. Los procesos de laminado requieren gran inversión de capital; debido a ello los molinos de laminado se usan para la producción de grandes cantidades de productos estándar (láminas, placas).

Los procesos de laminado se realizan, en su gran mayoría, en caliente por la gran deformación ejercida sobre el material trabajado. Además, los materiales laminados en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen de tensiones residuales. Los principales inconvenientes que presenta el laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de óxido característica.

FORJADO

El forjado es un proceso en el que por medio de fuerzas de compresión sucesivas aplicadas a través de matrices, dados o herramientas se conforma la pieza. Es uno de los procesos más antiguos de trabajo con metales, 8000 A.c., se utilizaba para la obtención de monedas, joyería…martillando el metal con herramientas de piedra.

Se puede realizar la forja de forma tradicional con un marro de mano, o maceta y un yunque. Sin embargo, la mayor parte de las forjas requieren un conjunto de matrices, prensas o martinetes. Las operaciones de forjado a diferencia que las operaciones de laminado producen piezas discretas

El forjado se puede realizar a temperatura elevada (forjado en caliente) o a temperatura ambiente (forjado en frío).

En el forjado en caliente se requieren menores esfuerzos pero se obtiene un acabado superficial y una precisión dimensional no tan buena como en el forjado en frío que aunque requiere mayores fuerzas por la alta resistencia que ofrece el material se obtienen mejores resultados de precisión y acabado superficial, también existe el inconveniente que en el forjado en frío el material de la pieza debe tener ductilidad suficiente a temperatura ambiente.

EXTRUCCION

La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas y el trabajo con materiales que son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento. 

La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío.

PRUEBAS DE METALES

RESISTENCIAS A LA COMPRENSION

DUREZA

Es la resistencia que opone una superficie lisa de un mineral a ser rayado.

La dureza se puede medir de dos maneras:

En forma absoluta, utilizando un aparato llamado duró-metro o esclerómetro,

En forma relativa, comparando la dureza del mineral estudiado con otros de dureza conocida. Es el método más rápido. Se efectúa empleando la Escala de dureza de Mohs que está compuesta por diez minerales, ordenados correlativamente desde el más blando (talco) al más duro (diamante).

Para determinar la dureza se va probando progresivamente con los distintos minerales de la escala. Por ejemplo, si el mineral problema es rayado por la fluorita -dureza: 4- y a su vez ese mineral raya a la calcita -dureza: 3- significa que dicho mineral tiene una dureza relativa entre 3 y 4.

CONDUCTIVIDAD ELECTRONICA

Se define un conductor eléctrico como aquel material que en el momento en el cual se pone en contacto con un cuerpo cargado eléctrica mente, trasmite la electricidad a todos los puntos de su superficie. Son elementos que contienen electrones libres en su interior por lo que facilitan el desplazamiento de las cargas en el material.  Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones, aunque existen materiales no metales que tienen la propiedad de conducción de la electricidad, un ejemplo de esto es el grafito y la soluciones salinas.

Los valores de conductividad de ciertos metales están por debajo del 100% mientras que en el caso de otros, como la plata, tienen valores superiores debido a su gran conductividad. Para transportar la energía eléctrica en las residencias y en otros lugares, se utiliza el cobre como material conductor y en otras ocasiones se utiliza el aluminio.

CONDUCTIVIDAD TERMICA

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que no está en contacto. En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(KM) ( equivalente a J/(s·° Cm) ).

La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

RESISTENCIA A LA FLEXION

Esfuerzo de fibra máximo desarrollado en una probeta justo antes de que se agriete o se rompa en un ensayo de flexión. Para aquellos materiales que no se rompen en el ensayo de flexión, se reporta la resistencia de fluencia en flexión en lugar de la resistencia a la flexión. Sinónimo de módulo de ruptura.

FRICCION

La fricción puede ser un factor muy determinante en la eficacia de un aparato de ortodoncia. La fricción aumenta la fuerza requerida para mover un diente, hace más lento el movimiento dental y contribuye a la pérdida de anclaje. Varios factores, tanto físicos como biológicos, intervienen en la fricción en ortodoncia, las propiedades del bracket (material, proceso de manufactura, diseño), propiedades del alambre (material y sección transversal), método de ligadura, factores del paciente (angulación bracket-alambre, fuerzas dinámicas intraorales) y películas biológicas.

DENSIDAD

Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases es la medida del grado de compactación de un material: su densidad.

La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.

Probablemente a veces hemos escuchado hablar de densidad de la materia o de la densidad de un bosque o de la densidad poblacional.

Supongamos que vamos a ver un partido de fútbol y nos damos cuenta de que en las galerías del estadio hay muy poca gente. Si dividimos todos los asientos disponibles por el número total de asistentes tendremos como resultado un valor numérico grande, donde habrá más de un asiento por cada persona presente. Si el estadio está lleno totalmente, en la división propuesta tendríamos un valor numérico menor, si no sobran asientos, la división sería uno y significaría que hay un asiento por persona.

Ahora bien, un cuerpo está formado por materia y cada punto que contiene vendría a representar la unidad de la materia. Por mucho tiempo se consideró que el átomo era la unidad de la materia, ahora se sabe que no lo es, pero por ahora es conveniente que hablemos del átomo como unidad de la materia.

RESISTENCIA QUIMICA

La resistencia química se utiliza para describir la resistencia de los materiales a los diferentes agentes químicos. En la mayoría de los casos, una baja resistencia química se manifiesta con una deformación o reblandecimiento. Las moléculas que hay en el medio migran hacia el espacio que hay entre las cadenas de los polímeros y las empujan y mueven. Proceso de difusión depende de la temperatura por los datos sobre resistencia química son solo para una cierta temperatura. En los plásticos amorfos, la presencia de agentes químicos puede llevar a un agrietamiento por tensiones internas (stress corrosión cracking). En estos plásticos, primero se crean micro fisuras que más tarde pueden crecer y propagarse por la presencia de tensiones internas, temperatura y concentraciones de agentes químicos.