Las civilizaciones de Mesopotamia también destacaron por el conocimiento de las técnicas del metal. Puertas de bronce del palacio de Salmanasar II en Balawat, datadas entre el 858-824 a.C. British Museum (Londres, Reino Unido).
Falcatas ibéricas de hierro halladas en Almedinilla (Córdoba). Estas espadas de hoja ancha y curva se fabricaban con la soldadura en caliente de tres hojas de hierro; la del centro se prolongaba formando la empuñadura que muchas veces tenían forma de animal, en este caso de caballo, protegiendo además la mano. Las falcatas se fabricaron entre los siglos V y I a.C., aunque la metalurgia del hierro entró en la península Ibérica hacia los siglos VIII-VII a.C. de la mano de los fenicios. Museo Arqueológico Nacional (Madrid, España).
Reproducción de una escena de un vaso griego donde se reproduce la sangría de metal de un horno de fundición primitivo.
Este ornamento de hierro de un carro de guerra escita, pueblo que habitaba las estepas de la orilla norte del mar Negro, revela el arte y dominio que se tenía en el trabajo de este metal en los siglos VII-VI a.C. Procedente del yacimiento de Altái (Rusia).
Metalurgia física
L a metalurgia estudia el conjunto de procedimientos y técnicas para la obtención de los metales, así como la forma en que se transforman y se elaboran. En los apartados que siguen se repasan temas relacionados con la metalurgia física, es decir, con la rama de la ciencia que estudia las características físicas y mecánicas de los metales y las aleaciones, en especial con los que se trabaja en este libro.
La intención es mencionar y repasar conceptos de uso común en el ámbito del trabajo con metales, entre ellos las propiedades y características de los metales y las aleaciones, o la fabricación de perfiles comerciales a partir de la materia prima. También se dedica un pequeño apartado a la oxidación y a la corrosión, debido a la importancia que tienen tales procesos en el ámbito del metal, aunque no pertenezcan estrictamente a esta rama sino a la metalurgia química. En definitiva, la función de este capítulo es servir únicamente como espacio de repaso y consulta.
Metales y aleaciones
Técnicamente, los metales son elementos con tendencia a ceder electrones. Su estructura es cristalina cúbica o hexagonal, es decir, la forma geométrica que forma el conjunto ordenado de átomos, iones o moléculas de que están compuestos. Su superficie, cuando está pulida, posee un brillo característico; la mayoría son de color gris o grisáceo y blanco, excepto el cobre, que es de un rojo particular y el oro, que es amarillo. Todos son sólidos a temperatura ambiente excepto el mercurio que es líquido. Son buenos conductores de la electricidad y del calor. En general, los metales poseen dos de las cualidades más importantes para un material que debe ser trabajado: la maleabilidad y la ductilidad, ya que permiten modificar su forma sin que se rompan.
Para mejorar otras propiedades de los metales, como la tenacidad y la dureza, se combinan entre sí constituyendo las aleaciones. Éstas pueden ser de sistema binario, es decir, que la combinación de metales consta de dos componentes. Por ejemplo, el acero al carbono, que consta de hierro y carbono. Algunas aleaciones pueden tener hasta siete componentes, como algunos aceros rápidos, compuestos por hierro, cobalto y wolframio, entre otros metales.
Las aleaciones son opacas, de brillo metálico, y buenas conductoras de la electricidad y del calor. Por regla general, son más duras que los metales que las componen pero menos dúctiles y maleables. También ganan en fusibilidad, siendo las aleaciones más fusibles que el menos fusible de los metales que la componen.
Existen dos grupos de metales: los férricos y los no férricos.
Los metales férricos, como su nombre indica, están constituidos por hierro; por ejemplo, el acero al carbono (hierro y carbono), el acero inoxidable (hierro, cromo, níquel, manganeso y silicio), la fundición gris (hierro, carbono y silicio) y la fundición blanca (hierro, carbono y manganeso).
Los metales no férricos son el resto de metales y aleaciones no constituidos por hierro; por ejemplo, el cobre, el latón, el bronce, el aluminio y el cinc, entre otros.
Sistemas de cristalización de los metales: red cúbica, propia del hierro, el cobre o el aluminio (A), red hexagonal, perteneciente al cinc o al cobalto (B).
Dos metales diferentes obtenidos por aleación: la fundición gris compuesta por hierro, carbono y silicio y el bronce, compuesto por cobre, estaño y cinc.
El punto de fusión de las aleaciones es siempre menor que el de cualquiera de los metales que la componen. Esta propiedad se aprovecha para la soldadura blanda cuyo metal de aportación está formado generalmente por una aleación de estaño y plomo al 50 %, fácilmente fusible con un soldador eléctrico o de gas.
Concepto de corrosión
Se entiende por corrosión el paso de forma espontánea de un metal en su estado natural libre a un estado natural combinado mediante un proceso de oxidación. Al exponerlo a condiciones ambientales, el metal tiende a conseguir su estabilización química para volver a su estado anterior combinándose con otros elementos.
La oxidación de los metales es la combinación del metal con el oxígeno del aire. En este proceso se forma una fina capa de óxido sobre la superficie que en muchos casos impide la entrada de más oxígeno, cumpliendo de esta manera una función protectora. Por ejemplo, el aluminio produce una capa de óxido muy compacta que lo protege permanentemente de la corrosión.
La corrosión se produce en ambientes húmedos y constituye un proceso electroquímico. Para que se produzca la corrosión espontáneamente es necesario que coincidan tres factores: el ánodo, el cátodo y el electrolito. Este conjunto se denomina pila galvánica.
El electrolito es una solución acuosa conductora de la corriente eléctrica; por ejemplo, los ambientes marinos. En este medio el ánodo repele los iones positivos mientras que el cátodo los atrae, creándose un intercambio de electrones entre el ánodo y el cátodo. La corrosión se produce en las zonas anódicas, las catódicas permanecen inalteradas.
Los metales anódicos se corroen en presencia de metales catódicos. Por ejemplo, es el caso del acero galvanizado, que es acero al carbono recubierto de una fina capa de cinc; es este último metal, con un potencial negativo superior al del acero, el que sufre los efectos de la corrosión. En cambio, en la hojalata, que es acero al carbono recubierto de una fina capa de estaño, es el acero el que se corroe al ser más electronegativo que el estaño.
Para proteger de la corrosión marina las piezas metálicas de algunas embarcaciones se recurre a los ánodos de sacrificio. Éstos están constituidos por metales más electronegativos que el metal que se debe proteger, para que se produzca la corrosión por el efecto de pila galvánica del metal anódico.